КОМПЛЕКСНАЯ ИНТЕРАКТИВНАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ И ПОДГОТОВКИ ВОДИТЕЛЕЙ САМОХОДНЫХ БЕЗРЕЛЬСОВЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Изобретение относится к автоматизированным средствам обучения и может быть использовано для комплексной подготовки водителей самоходных безрельсовых транспортных средств, в частности водителей легковых, грузовых автомобилей, мотоциклистов, водителей автобусов, составов транспортных средств.
Известен класс для обучения водителей транспортных средств (А.С. №1116443, МПК G08D 9/04, опубликовано 30.09.1984), содержащий элементы интерактивной и автоматизированной обучающей систем, в виде проекторов с механизмом протяжки диапозитивов дорожной обстановки и модели дорожных знаков, светофоров, модели транспортных средств с органами управления и механизмами перемещения.
Недостатком известного устройства является ограниченные функциональные возможности.
Известна система для обучения и контроля вождения безрельсовых транспортных средств на учебно-тренировочном автодроме (патент РФ 2240600, МПК G09B 9/042, опубликовано 20.11.2004 г.), содержащая трассу движения, учебное транспортное средство, пульт управления, передатчик, систему датчиков состояния учебного транспортного средства, выполненных с возможностью индикации режима работы учебного транспортного средства с помощью сигнализатора, приемно-регистрирующее средство для регистрации уровня качества вождения транспортного средства, пульт управления размещен на наблюдательном пункте, который расположен так, что имеется возможность визуального наблюдения всех участков трассы движения, при этом передатчик выполнен в виде удаленного радиопередатчика, размещенного на пульте управления.
Известна система интерактивного профессионального обучения (патент ПМ №104361, МПК G09B 19/18, опубликовано 10.05.2011г.), содержащая взаимосвязанные посредством информационных потоков рабочее место обучаемого, устройство для передачи обучаемому учебных заданий, устройство для определения уровня знаний обучаемого, модуль индивидуальной или групповой подготовки студентов, соединенный по входу и выходу с проекционным блоком мультимедийной аудитории.
Данная система не может быть применена для обучения водителей транспортных средств.
Известен учебный комплекс для подготовки экипажей боевых машин (патент ПМ 59304, МПК G09B 9/05, опубликовано 10.12.2006 г.), включающий интерактивную и автоматизированную систему обучения. Интерактивная система включает стеновой монитор, для просмотра смоделированных инструктором внешних условий, и компьютеризированное рабочее место инструктора, содержащее ЭВМ. ЭВМ выполнено с возможностью моделирования вида местности, погодных условий, времени суток, цели объектов противника, местных предметов, включающих образцы боевой техники, вид через приборы прицеливания и наблюдения. Автоматизированная система содержит отдельно стоящие компьютеризированные сменные тренажеры подготовки к эксплуатации боевой машины. Тренажеры моделируют рабочие места членов экипажа боевой машины. Каждое место оборудовано приборами, идентичными приборам боевой машины, и связано с рабочим местом инструктора информационным каналом. Компьютеризированные сменные тренажеры подготовки к эксплуатации боевой машины установлены в шахматном порядке в центральной части учебного класса.
Известна интерактивная автоматизированная система обучения патент РФ 2271040, G09B 9/00, опубликовано 27.02.2006 г.), выбранная за прототип, содержащая, по крайней мере, один проблемно-ориентированный программно-технический комплекс на базе интеллектуального интерфейса, поддерживающего в режиме диалога автоматизированные циклы обучения и контроля знаний обучающихся, информационные входы и выходы которого соединены со всеми элементами системы, проблемно-ориентированный программно-технический комплекс на базе интеллектуального интерфейса выполнен в виде модуля вычислительной системы управления процессом обучения, снабженного программным обеспечением системы, а система дополнительно снабжена, по меньшей мере, тремя функциональными модулями - модулем группового обучения, модулем индивидуального обучения и модулем процедурного тренажера, причем все модули системы выполнены автономными и соединены между собой коммуникационными связями и своими информационными входами и выходами, при этом модуль вычислительной системы управления процессом обучения снабжен электронными блоками - обучающим блоком, технологическим блоком, ремонтным блоком, блоком электронной документации, контрольным блоком, блоком режимов, управляющим блоком, блоком тестирования и коммутационным блоком, каждый из которых имеет свои информационные входы и выходы
Известный комплекс имеет иное назначение и не может быть использован для обучения водителей автотранспорта.
Задачей настоящей полезной модели является разработка комплексной интерактивной системы обучения с расширением функциональных возможностей обучения водителей наземных транспортных средств, в частности водителей легкового и грузового автотранспорта, мотоциклистов, водителей автобусов, водителей составов транспортных средств.
Полезная модель позволяет расширить функциональные возможности обучения водителей наземных транспортных средств, повысить эффективность, уровень и качество подготовки водителей, сократить время освоения обучаемыми Правил дорожного движения и обеспечить более эффективное закрепление умений и навыков управления наземными транспортными средствами, проводить контроль уровня знаний в режиме реального времени, расширить аудиторию слушателей за счет группового и индивидуального обучения через информационные каналы связи.
Система обучения способствует повышению ответственности обучаемого за поведение на дорогах, за безопасное управление транспортным средством, за создание аварийных ситуаций и дорожно-транспортных происшествий.
Комплексная интерактивная система обучения содержит модуль группового обучения, модуль индивидуального обучения, модуль тренажера, модуль системы управления процессом обучения, выполненный в виде аппаратно-программного комплекса на базе интеллектуального интерфейса, поддерживающего автоматизированные циклы обучения и контроля знаний обучающихся, каждый из модулей имеет свои информационные входы и выходы, соединенные между собой информационными каналами связи, согласно полезной модели система выполнена с возможностью обучения начинающих водителей самоходных безрельсовых транспортных средств, модуль системы управления процессом обучения, выполнен в виде, по меньшей мере, одного управляющего компьютера, снабженного программно-учебным комплексом, содержащим электронные блоки:
- блок воспроизведения систематизированных дорожных знаков, линий разметки, сигналов светофоров, жестов регулировщика;
- блок моделирования дислокации дорожных знаков, нанесения разметки;
- блок воспроизведения свода правил дорожного движения;
- блок моделирования автомобильных дорог реального города, трасс и магистралей;
- блок моделирования дислокации перекрестков, точного расположения линий разметки, светофоров, дорожных знаков;
- блок моделирования безопасности дорожного движения на перекрестках;
- блок визуализации реальных аварийных дорожно-транспортных ситуаций, классифицированных по типам аварий;
- блок моделирования условий эксплуатации и технического обслуживания наземных транспортных средств;
- блок моделирования условий оказания первой медицинской помощи;
- блок моделирования административной и уголовной ответственности при дорожно-транспортных происшествиях;
- блок тестирования по психофизиологическим показателям;
- блок моделирования ситуаций и внешних условий виртуального управления;
- блок вождения транспортным средством на тренажере и анализа действия обучаемого при проведении виртуального вождения;
- блок индивидуального тестирования, документирования и контроля знаний обучаемого по правилам дорожного движения и виртуальному и реальному вождению наземным транспортным средством,
при этом каждый из блоков имеет свои информационные входы и выходы, соединенные информационными каналами связи.
Система дополнительно включает модуль практического обучения вождению безрельсовых транспортных средств, модуль группового тестирования и контроля знаний правил дорожного движения, взаимосвязанные информационными каналами с модулем системы управления процессом обучения.
В интерактивной автоматизированной системе обучения модуль группового обучения содержит, по меньшей мере, один персональный компьютер обучающего (преподавателя), информационно взаимосвязанный с блоками модуля системы управления процессом обучения, по меньшей мере, одну интерактивную доску для коллективного визуального отображения учебных программ, взаимосвязанную информационным каналом связи с персональным компьютером обучающего (преподавателя).
В интерактивной автоматизированной системе обучения модуль индивидуального обучения содержит, по крайней мере, один персональный компьютер обучаемого (ученика), взаимосвязанный с персональным компьютером обучающего (преподавателя) с возможностью обеспечения взаимных информационных связей, при этом персональный компьютер обучаемого снабжен электронным блоком самоконтроля обучения.
В интерактивной автоматизированной системе обучения модуль тренажера выполнен в виде, по меньшей мере, одного компьютеризированного тренажера, моделирующего рабочее место обучаемого, оборудованного органами управления, аналогичными транспортному средству, содержащего, предпочтительно, 3D интерактивный экран, отображающий процесс виртуального вождения, при этом модуль тренажера взаимосвязан информационными каналами с персональным компьютером обучающего (преподавателя).
В интерактивной автоматизированной системе обучения модуль практического обучения вождению безрельсовых транспортных средств содержит диспетчерский центр, оборудованный, по меньшей мере, одним аппаратно-программным комплексом, учебно-тренировочный автодром и учебные транспортные средства, оборудованные системами контроля за процессом обучения практическому вождению в виде видеокамер, при этом диспетчерский центр информационно взаимосвязан с модулем системы управления процессом обучения. Дополнительно диспетчерский центр оборудован рабочим местом экзаменатора.
В интерактивной автоматизированной системе обучения модуль группового тестирования и контроля знаний правил дорожного движения выполнен в виде экзаменационного класса, оборудованного рабочими местами экзаменуемых и экзаменатора, укомплектованными компьютерными устройствами с установленным программным обеспечением, обеспечивающим проверку знаний правил дорожного движения по экзаменационным билетам в режиме «вопрос-ответ», класс оборудован системой видеонаблюдения, обеспечивающей визуальный контроль за ходом проведения экзамена, при этом, компьютерное устройство экзаменатора снабжено электронным блоком экзаменационных вопросов и объединено с компьютерными устройствами экзаменуемых в единую локальную сеть.
На фиг.1 представлена общая схема комплексной интерактивной системы обучения.
На фиг.2 представлена схема учебно-тренировочного автодрома.
Интерактивная система имеет 6 функциональных модуля:
- модуль 1 - модуль системы управления процессом обучения;
- модуль 2 - модуль группового обучения:
- модуль 3 - модуль индивидуального дистанционного обучения;
- модуль 4 - модуль тренажера (автотренажера, мототренажера);
- модуль 5 - модуль практического обучения вождению;
- модуль 6 - модуль группового тестирования и контроля знаний по правилам дорожного движения.
Модули 2-6 взаимосвязаны с модулем 1 проводными и/или беспроводными каналами связи. Система предназначена для эффективного обучения начинающих автоводителей (водителей самоходных безрельсовых транспортных средств), обеспечивает приобретение обучаемыми (слушателями, учениками, студентами) знаний, умений и навыков, способствует повышению безопасности поведения на дорогах.
Модуль системы управления процессом обучения 1 выполнен в виде аппаратно-программного комплекса на базе интеллектуального интерфейса, поддерживающего автоматизированные циклы обучения и контроля знаний обучающихся. Модуль 1 содержит управляющий компьютер 7, снабженный электронным программно-учебным комплексом.
Программно-учебный комплекс содержит электронные блоки, выполненные с возможностью обеспечения их функционального использования:
- блок воспроизведения систематизированных дорожных знаков, линий разметки, сигналов светофоров, жестов регулировщика 8;
- блок моделирования дислокации дорожных знаков, нанесения разметки 9;
- блок воспроизведения свода правил дорожного движения 10;
- блок моделирования автомобильных дорог реального города, трасс и автомагистралей 11;
- блок моделирования дислокации перекрестков, точного расположения линий разметки, светофоров, дорожных знаков 12;
- блок моделирования безопасности дорожного движения на перекрестках 13;
- блок визуализации реальных аварийных дорожно-транспортных ситуаций, классифицированных по типам аварий 14;
- блок моделирования условий эксплуатации и технического обслуживания наземных транспортных средств 15;
- блок моделирования условий оказания первой медицинской помощи 16;
- блок моделирования административной и уголовной ответственности при дорожно-транспортных происшествиях 17;
- блок тестирования по психофизиологическим показателям 18;
- блок моделирования ситуаций и внешних условий виртуального управления и вождения транспортным средством на тренажере и анализа действия обучаемого при виртуальном вождении 19;
- блок индивидуального тестирования, документирования и контроля знаний обучаемого по правилам дорожного движения, по виртуальному и реальному вождению транспортного средства 20.
Программно-учебный комплекс модуля 1 обеспечивает раздельное и совместное функционирование блоков 8-20.
В интерактивной автоматизированной системе обучения модуль группового обучения 2 содержит, по меньшей мере, один персональный компьютер обучающего (преподавателя) 21 информационно взаимосвязанный с программно-учебным комплексом управляющего компьютера 7 модуля 1 системы управления процессом обучения, по меньшей мере, одну интерактивную доску 22 для коллективного визуального отображения учебных программ, взаимосвязанную информационным каналом связи с персональным компьютером обучающего (преподавателя) 21.
В интерактивной автоматизированной системе обучения модуль индивидуального обучения 3 выполнен содержащим, по крайней мере, один персональный компьютер обучаемого 23, взаимосвязанный с персональным компьютером обучающего (преподавателя) 21 с возможностью обеспечения взаимных информационных связей, при этом персональный компьютер обучаемого 23 снабжен электронным блоком самоконтроля обучения 24.
В интерактивной автоматизированной системе обучения модуль автотренажера (мототренажера) 4 выполнен в виде, по меньшей мере, одного компьютеризированного тренажера 25, моделирующего рабочее место обучаемого, оборудованного органами управления, аналогичными транспортному средству, укомплектованного, предпочтительно, 3D интерактивным экраном 26, отображающим заданные параметры и процесс виртуального вождения (тип транспортного средства, маршрут движения, условия вождения и иные требуемые условия), при этом модуль тренажера 4 взаимосвязан информационными каналами с персональным компьютером обучающего (преподавателя) 21.
Интерактивная система включает модуль практического обучения вождению автотранспортом (безрельсовых транспортных средств) 5 и автономный модуль группового тестирования и контроля знаний по правилам дорожного движения 6, которые взаимосвязанные информационными каналами с управляющим компьютером 7 модуля системы управления процессом обучения 1.
В интерактивной автоматизированной системе обучения модуль практического обучения вождению автотранспортом 5 содержит учебно-тренировочный автодром 27, учебные транспортные средства 28, диспетчерский центр контроля выполнения упражнений в вождении 29. Центр 29 оборудован, по меньшей мере, одним аппаратно-программным комплексом 30, обеспечивающим отображение, визуализацию и хранение видеоинформации по вождению каждого учебного транспортного средства и информационно взаимосвязан с центральным управляющим компьютером 7. Автодром 27 и транспортные средства 28 оборудованы системами видеоконтроля 31, 32 в виде видеокамер, которые взаимосвязаны с устройством 30 каналами проводной или беспроводной связи и/или подключены к устройствам записи видеоинформации. Дополнительно, учебное транспортное средство 28 и центр 29 могут быть оборудованы переговорным устройством радиосвязи, с помощью которого обучаемому подают команду на выполнение упражнений.
Видеокамеры системы 31 на учебно-тренировочном автодроме 27 могут быть установлены в зоне старта и прохождение стартовой линии 33, зоне остановки и начала движения на подъеме 34, зоне проезда пешеходного перехода 35, зоне проезда нерегулируемого железнодорожного переезда 36, зоне проезда регулируемого перекрестка 37, зоне поворота 38, зоне разворота и парковки 39, зоне параллельной парковки задним ходом 40, зоне экстренного торможение (аварийная остановка) 41, зоне движение на извилистом участке дороги (элемент змейка) 42, зоне полосы разгона 43, зоне завершения движения (финиш) 44.
Модуль 5 в режиме реального времени обеспечивает получение информации о самостоятельных действиях обучаемого при выполнении упражнений по вождению транспортного средства, позволяет вести контроль, осуществлять анализ выявленных ошибок с применением сохраненных видеоизображений по выполнению упражнений.
Кроме того, дополнительно, диспетчерский центр 29 оборудован рабочим местом экзаменатора, осуществляющего прием экзамена на автодроме. Это позволяет исключить человеческий фактор, повысить качество приема экзамена по вождению, создает наиболее благоприятную обстановку для экзаменуемых, обеспечивает фиксацию допущенных ошибок и обоснованность результата приемо-сдачи экзамена по выполнению упражнений в вождении.
С целью обучения детей правилам дорожного движения модуль 5 практического обучения вождению дополнительно может содержать детские действующие модели транспортных средств, детский автодром, оборудованный системой наблюдения, взаимосвязанной информационным каналом с модулем 1 управления процессом обучения (не показано).
В интерактивной автоматизированной системе обучения автономный модуль группового тестирования и контроля знаний правил дорожного движения 6 выполнен в виде экзаменационного класса. Класс оборудован не менее чем 25 рабочими местами экзаменуемых, укомплектованными компьютерными устройствами 45 и рабочим местом экзаменатора, укомплектованным компьютерным устройством 46 с установленным программным обеспечением, обеспечивающим проверку знаний правил дорожного движения по экзаменационным билетам в режиме «вопрос-ответ». Устройство экзаменатора 46 информационно взаимосвязано с управляющим компьютером 7 и снабжено блоком базы данных экзаменационных вопросов. Компьютерные устройства экзаменуемых 45 и экзаменатора 46 объединены в единую локальную сеть. Класс оборудован системой видеонаблюдения 47, в виде видеокамер, взаимосвязанных с компьютером 46, обеспечивающих визуальный контроль за ходом проведения экзамена.
Обучение с применением интерактивной системы осуществляется следующим образом.
Интерактивная система позволяет осуществлять процесс обучения поэтапно. На первом этапе осуществляется обучение правилам дорожного движения непосредственно в учебном классе и/или индивидуальное дистанционное обучение отдаленных слушателей (обучаемых) через сеть Интернет. При групповом обучении преподаватель с персонального компьютера 21, используя информационный канал связи проводит процесс программного обучения, используя обучающие блоки 8-17, с применением визуализации учебной информации на интерактивной доске. 22. Например, имитацию дорожно-транспортной ситуации с компьютера 21 выводится на интерактивную доску 22, как на обычный экран, затем преподаватель, используя маркер, не отходя от доски, управляет электронным блоком, делает рисунки поверх изображения проигрывания все возможные дорожно-транспортные ситуации, при этом, полученный в результате обсуждения учебный информационный материал может отправлен на печать и роздан обучаемым (слушателям). Применение интерактивной доски 22 при обучении ПДД позволяет сократить затраты времени на освоение наиболее сложных правил проезда регулируемых и нерегулируемых перекрестков, правил остановки и стоянки автотранспортных средств, правил разворота и поворота, рассмотреть все возможные аварийно-опасные ситуации. Кроме того, средство визуализации 22 позволяет демонстрировать и изучить учебные маршруты, что позволяет обучаемым быть более уверенными на уже знакомых учебных маршрутах при обучении вождению по городу.
Индивидуальное обучение может осуществляться путем дистанционного обучения в режиме on-line, например для людей, проживающих в отдаленных районах Республики Коми. При индивидуальном обучении преподаватель с персонального компьютера 21, используя информационный канал связи передает на компьютер обучаемого 23 учебную информацию и проводит процесс программного обучения, используя обучающие блоки 8-17. Обучаемый осуществляет самоконтроль процесса усвоения знаний по ПДД посредством блока 24 и направляет результаты тестирования на компьютер 21 преподавателя. При этом персональные компьютеры 21, 23 дополнительно могут быть укомплектованы видеокамерами, обеспечивающими диалоговый режим при проведении автоматизированных циклов обучения и контроля знаний обучающегося.
В процессе автоматизированного обучения на первом этапе с помощью блока 20 осуществляется тестирование, документирование и контроль процесса усвоения слушателем учебного материала по ПДД.
Для более эффективного обучения начинающих водителей с помощью электронного блока 18 осуществляют оценку психофизических показателей обучаемого. Известно, что некоторые из начинающих водителей входят в состояние растерянности от большого потока машин на городской трассе, что не допустимо и может повлечь за собой создание аварийно-опасной ситуации на дороге. По показателям оценки психофизического состояния с обучаемым проводят собеседование, корректируют эмоциональную составляющую, подбирают инструктора по вождению, так же с помощью блока 18 моделируют индивидуальную программу виртуального обучения на тренажере 25.
На втором этапе осуществляется процесс обучения и отработки навыков поведения на дороге с помощью тренажерного модуля 4, предпочтительно, по индивидуальным программам. Преподаватель с персонального компьютера 21 через информационный канал связи передает на компьютеризированный тренажер 25 смоделированные с помощью блока 19 ситуации и условия виртуального вождения (тип транспортного средства, тип привода, время суток, время года, скорость движения, условия видимости, интерактивная карта дороги или трассы и иные). На экране монитора (дисплея) 26 тренажера 25 отображаются показатели, соответствующие условиям, смоделированным преподавателем или инструктором. С помощью автотренажера или мототренажера 25 начинающий водитель отрабатывает физические навыки использования органов управления транспортными средствами с разным типом привода и может тренироваться в выполнении учебных упражнений, подготовиться к нестандартной ситуации на дороге и научиться избегать аварийные ситуации, что повысит безопасность вождения при учебной езде на транспортном средстве.
Использование в интерактивной системе обучения тренажерного модуля 4 значительно снижает затраты на обучение, по сравнению с использованием реальных автомашин или мотоциклов, кроме того повышается эффективность обучения за счет возможности моделирования виртуальной дороги или трассы, скорости движения автомобиля, условий ограниченной видимости и иное, что значительно расширяет количество нестандартных ситуаций на дороге и позволяет научиться избегать аварий. В течение второго этапа обучения помощью с блока 20 модуля 1 осуществляется тестирование, документирование и контроль процесса виртуального управления и вождения транспортным средством.
Третий этап обучения осуществляются с помощью модуля 5 практического обучения вождению на учебно-тренировочном автодроме 27. Начинающие водители отрабатывают упражнения по вождению в зонах 33-44. С центрального пункта 29 осуществляется визуальный контроль за движением каждого учебного транспортного средства. Устройство двухсторонней радиосвязи позволяет инструктору по вождению осуществлять управление обучаемым при самостоятельном выполнении упражнений. Системы видеоконтроля 31, 32 передают на аппаратно-программный комплекс 30 видеоинформацию, позволяют получать и сохранять информацию (в виде изображений) о действиях и поведении обучаемого на автодроме и в салоне транспортного средства, вести контроль за процессом обучения и осуществлять корректировку курса обучения с учетом индивидуальных особенностей обучаемого. При тестировании элементов вождения на учебном автодроме определяется уровень навыков и умений по вождению автомобилем. Устройство 30 посредством информационной беспроводной связи передает информацию о выполнении начинающим водителем учебных упражнений на блок 20 управляющего компьютера 7 виде изображений в режиме реального времени, что позволяет судить об уровне и качестве подготовки начинающего водителя. Результаты тестирования по вождению документируются и контролируются с целью допуска обучаемых к практическому вождению на дорогах города.
Итоговым этапом обучения является проведение внутреннего экзамена по правилам дорожного движения и практическому вождению. Модуль 5 позволяет осуществлять прием экзамена по вождению на автодроме с обоснованием результата сдачи экзамена, зафиксированного на видеоизображении, при этом исключается человеческий фактор, обеспечивается благоприятная обстановка для экзаменуемых.
Автономный модуль 6 в виде экзаменационного класса позволяет установить остаточный уровень знаний обучаемых по правилам дорожного движения. Программа, установленная на компьютере экзаменатора 46, случайным образом формирует вопросы из базы данных экзаменационных билетов, которые выводятся на мониторы 45, это позволяет повысить качество тестирования и избежать заучивания ответов на вопросы. Результаты тестирования фиксируются в компьютере экзаменатора 46 и передаются в блоке 20 модуля 1 управления процессом обучения. Система видеонаблюдения 47 передает информацию на компьютер 46 и позволяет осуществлять контроль за ходом проведения экзамена или тестирования.
Таким образом, интерактивная система и комплексный подход к процессу обучения позволяет расширить функциональные возможности обучения, повысить качество обучения, формировать наиболее выгодную стратегию обучения начинающих водителей (форма занятий, периодичность, объем), повысить эффективность обучения, расширить круг слушателей. Интерактивная система обеспечивает теоретическую подготовку слушателей по безопасности движения на дорогах, формирует знания и навыки начинающих водителей в выполнении обязанностей на дорогах при вождении транспортным средством, реализуется возможность теоретической подготовки начинающих водителей в отдаленных районах Республики. Индивидуальный подход и управление процессом обучения каждого начинающего водителя позволяет создать благоприятную обстановку для занятий.