Способ дополнительной индикации и управления движением
METHOD OF ADDITIONAL INDICATION AND CONTROL OF MOVEMENT

Область техники
Изобретение относится к способам управления движением транспортных потоков непосредственно на дорогах
Уровень техники
Рост интенсивности транспортного потока является основным фактором, влияющим на безопасность дорожного движения. Свыше 70% всех регистрируемых в России дорожно-транспортных происшествий (ДТП) приходится на города и другие населенные пункты, при этом на перекрестках, занимающих незначительную часть территории города, концентрируется более 20% всех ДТП. Из всех ДТП, произошедших на перекрестках, больше трети составляют происшествия, связанные с выездом автотранспорта на запрещающий сигнал светофора, в том числе по причинам, связанным с недостаточной заметностью режима работы светофора для участников движения. Так, более 75% всех происшествий возникает из-за ошибок водителей в принятии решений на дороге.
Обеспечение быстрого и безопасного движения требует применения комплекса мероприятий архитектурно-планировочного и организационного характера. К числу таких мер относятся и установка современных технических средств организации дорожного движения, применения инновационных технологий, внедрение интеллектуальных транспортных систем.
Получение верной, однозначно трактуемой информации о режиме работы средств организации дорожного движения, независимо от интенсивности транспортного потока, его состава и погодных условий, гарантирует отсутствие нарушений правил дорожного движения, связанных с недостаточной видимостью средств организации дорожного движения. Таким образом, увеличение уровня видимости технических средств организации дорожного движения ведет к повышению пропускной способности улично-дорожной сети и снижению риска возникновения дорожно-транспортных происшествий.
Светофорное регулирование является одним из основных средств обеспечения безопасности движения на перекрестках. Из уровня техники известен способ регулирования движения - в том числе автомобильного, железнодорожного, водного и иного транспорта - с использованием информационно-предупредительной световой маркировки, разрешающей или запрещающей движение или предупреждающей о событиях в рамках системы или о статусе системы.
Такая система световой маркировки включает в себя и сигнально-предупредительные системы, выполненные в качестве инфраструктуры транспортной системы - в том числе дорожные указатели, предупредительные знаки и сигналы, светофорные объекты.
Светофорные объекты ("СО") современных транспортных систем отличаются от традиционных, известных до этого, усовершенствованными системами сигнализации (например, диодными световыми элементами), а также интеллектуальными функциями управления трафиком, которые относятся к категории «смарт сити» и являются необходимым условием для рационального управления транспортными потоками с учетом текущей загруженности транспортной системы, приоритетов управления и оптимального выбора в противоречивых ситуациях.
Задача более надежного, раннего и заметного оповещения участников движения также стоит при регулировании движения по скоростным магистралям и городским дорогам с высокой интенсивностью движения, в том числе с участием пешеходов, а также при внедрении средств автоматического управления и роботизированной техники. Несмотря на то, что регулирующая документация и технические нормативы предписывают обеспечение видимости основного индикатора СО, обеспечение видимости с геометрической точки зрения не может гарантировать своевременное определение сигнала светофора участником движения из-за высокой информационной и эмоциональной нагрузки, дефицита времени в современных условиях плотного трафика.
Известно, что сигналы СО могут теряться на фоне рекламы, вывесок, световых сигналов других элементов транспортных систем, уличного и наружного освещения. Это объясняется тем, что надежность расшифровки информации водителем снижается по мере удаления объекта от центральной части сетчатки глаза.
Соответственно, возникает необходимость повышения качества реакции участника дорожного движения на управляющие сигналы СО и другие средства управления движением. Реакция участника дорожного движения представляет собой психофизический ответ на действие различных раздражителей. В ответ на эти раздражители участник дорожного движения выполняет различные действия: управляет транспортным средством, принимает решение о начале или прекращении движения, изменяет режим и направление движения. Такие ответные действия на раздражители называются психомоторными реакциями. В каждой психомоторной реакции различают: скрытый период реакции, т.е. время, протекающее от момента появления раздражителя до начала ответного движения, и период реализации двигательного действия - отрезок времени от начала движения до его завершения. Регистрация и статистический анализ психомоторных реакций позволили сделать вывод о том, что такие реакции носят избирательный характер по причине избирательности и распределенности внимания человека.
В деятельности участника дорожного движения важно, чтобы водитель или машинные анализаторы своевременно распознавали значимые для безопасности движения объекты, такие как светофорные объекты и их сигналы, как можно ранее и четче выделяли сигналы СО из всего потока информации, поступающей извне. Чтобы человек или прибор с высокой степенью вероятности заметил значимый объект, необходимо разместить его таким образом, чтобы он попадал в поле зрения или действия иного анализатора. Так как любой объект всегда воспринимается в определенном контексте, на контрасте с окружающими его объектами, необходимо чтобы такая индикация осуществлялась с учетом окружающей обстановки.
Произвольное внимание, требующее значительного волевого усилия и нервного напряжения, утомляет человека. Поэтому при организации автомобильного дорожного движения и обустройстве дорог нужно стремиться к тому, чтобы все большая часть необходимой водителю информации непроизвольно привлекала его внимание и для ее восприятия и оценки требовалось возможно меньшее волевое усилие и напряжение произвольного внимания. Следует также учитывать, что в плотных транспортных потоках форма и размеры поля концентрации внимания зависят в основном от дистанции движущегося впереди транспортного средства.
Экспериментальные данные, иллюстрирующие зависимость площади бокового обзора от скорости движения, представлены на иллюстрации (Фиг. 1).
С увеличением скорости движения поле концентрации водителя транспортного средства уменьшается за счет эффекта «туннельного» зрения. Таким образом, водитель может не заметить не только основной светофор, расположенный с правой стороны от проезжей части и над первой/второй полосами движения, но и дублирующий его, который расположен с левой стороны от проезжей части (левее крайней правой полосы встречного движения, на обочине или тротуаре), то есть достаточно далеко. При перекрытии другими транспортными средствами (например, автобус или грузовой автомобиль, которые часто двигаются по правой полосе движения) одного из основных светофоров, может произойти ситуация когда водитель непроизвольно не заметит сигнала светофора.
Проблема недостаточной заметности средств световой индикации в системах управления движением может быть решена, в том числе, путем ввода дополнительной индикации. Так как участник дорожного движения воспринимает информацию избирательно, выделяя из общего потока только самую значимую, а свое внимание он распределяет не равномерно по полю зрения, а концентрирует его в области, поставляющей наиболее ценную информацию, то необходимо создать систему дополнительной световой индикации светофорного объекта для привлечения внимания водителей. Создание данной системы поможет снизить количество нарушений дорожного движения, а, следовательно, и количество ДТП, что подтверждается различными исследованиями, проводимыми в США, Австралии, странах Европы и Ближнего Востока, при которых восстановление условий видимости светофоров и сигнальных столбов снижало количество ДТП на перекрестках в среднем на 40%.
Анализ уровня техники и имеющихся публикаций показывает, что большинство источников, относящихся к описываемому предмету, описывает решения, относящиеся к способам организации движения и установке светофоров: способы и методы управления дорожным движением при помощи различных сигналов и информационных систем, различные конструкции дорожных знаков и указателей, в том числе с подсветкой, интерактивные и дистанционно управляемые светофоры и проч.
Известны также представленные на коммерческих рынках альтернативы традиционным светофорным объектам - иной формы, способа индикации, способа размещения.
Наиболее близким аналогом для заявленного изобретения можно считать прекративший действие патент РФ на полезную модель №124826, в котором описывается устройство, размещенное на пересечении дорог и подвешенное над полосой движения перекрестка дорог на высоте видения светопроницаемой панели водителями автомобилей, находящимися перед перекрестком. Индикация осуществляется путем включения блоком управления цветов на источниках подсветки, расположенных по периметру светопроницаемой панели.
В данном патенте описывается не система дополнительной индикации, а система альтернативной индикации, которая предназначена для замены существующих СО. Основным недостатком описываемого решения является его неприменимость совместно с существующими СО, а также узость применения: решение предполагает наличие только одного индикатора, который для участников дорожного движения меняет цвет в зависимости от режимов работы, при этом не решается задача осуществления дополнительной, дублирующей индикации, которая повысила бы надежность восприятия сигнала. Также в самом Патенте описаны средства, отличающиеся от предложенного: источником света является лазерный источник, а индикация осуществляется путем подсветки всей панели, а не стойки и поддерживающих элементов.
Использование поддерживающих элементов для размещения систем дополнительной светофорной индикации не известно из уровня техники и в источниках не описывается, также и не является очевидным для специалиста среднего уровня ввиду следующего.
Современные светофорные объекты представляют собой интеллектуальные системы, включающие систему индикации и управляющий контроллер, который управляет сменой режимов и фаз регулирования, обеспечивает адаптивное регулирование или управление по внешним командам.
Осуществление изобретения
Функциями контроллера являются:
- Реализация автономного управляющего алгоритма;
- Получение и трансляция внешних управляющих сигналов;
- Контроль за правильностью включения предупреждающей и сигнальной индикации и недопущение выдачи конфликтных сигналов (например, одновременное включение разрешающих движение по пересекающимся направлениям);
- Мониторинг состояния системы и вывод информации о состояниях, ошибках и нестандартных условиях системы;
- Мониторинг трафика.
Предметом изобретения является введение в систему оборудования светофорного объекта дополнительной системы индикации, которая обеспечит более стабильное и успешное визуальное информирование участников транспортной системы об управляющих сигналах.
Одним из вариантов реализации такой дополнительной индикации является применение для светофорных объектов дорожной автомобильной сети дополнительных индикаторов сигналов светофора, которые включаются одновременно с обычной системой индикации, но при определенных условиях являются более заметными и легче считываются участниками движения.
Известные из уровня техники обычные способы дополнительной световой индикации обладают как минимум двумя недостатками:
1) основная и дополнительная индикация включаются одним управляющим сигналом. Учитывая, что время реакции, необходимое для включения индикации, у различных исполнительных устройств не совпадает, возникает рассогласованность сигналов: они включаются несинхронно, а с временным запаздыванием друг относительно друга. В условиях интенсивного дорожного движения это создает диссонанс и мешает усваиванию управляющего сигнала участниками транспортной системы. Ввод таймеров и иных задерживающих включение устройств не является полноценным решением, так как различаются не только время включения, но и время выключения, а также не обеспечивается синхронность в прерывистом режиме работы;
2) отсутствие системы контроля и резервирования сигналов. Как правило, подключение дополнительной индикации в настоящее время осуществляется посредством электрической параллельной цепи. При этом дублирующий сигнал не будет работать если не работает основной сигнал. Система не позволяет получить информацию о режиме работы дополнительного сигнала - предполагается, что он работает в том же режиме, что и основной, но, учитывая технические особенности различных исполнительных устройств (например, цвет и яркость свечения могут зависеть от напряжения), данное предположение не является достоверным.
Предметом настоящего изобретения является создание такой системы дополнительной индикации, которая позволит избежать описанных выше недостатков, присущих существующим системам. При этом система должна быть реализована на базе существующих объектов инфраструктуры, в том числе СО, без существенной реконструкции.
Техническим решением проблемы является такой способ дополнительной индикации, при котором:
- систему дополнительной индикации включают, выключают и переключают режимы работы самостоятельными управляющими сигналами, независимо от управляющего сигнала на основной индикатор. Это достигается путем установки отдельного контроллера или блока управления дополнительной индикации и подключения его в управляющее-следящий контур для отдельного получения и выдачи управляющего сигнала, либо путем соответствующего программно-аппаратного дооснащения существующего блока управления, контроллера;
- контролируют включение, выключение и смену режимов дополнительной индикации по отдельному каналу мониторинга, который реализован в блоке управления дополнительной индикации на базе отдельного контроллера или доработанного существующего контроллера;
- включение, выключение и смена режимов дополнительной индикации осуществляется по особенному алгоритму, который включает элементы дополнительной индикации только при задействовании разрешающего фактора от основной индикации и обеспечивает синхронность появления дополнительной и основной индикации с учетом технических особенностей конкретных исполнительных механизмов. Синхронность включения и выключения определяется по времени срабатывания и цветовой гамме излучения;
- обеспечивается дополняющая, а не замещающая или дублирующая индикация - то есть, дополнительный указатель служит для привлечения внимания к основному и облегчения зрительного восприятия основного. Это достигается путем расположения средств дополнительной индикации на вспомогательных элементах основного: опорах, штангах или мачтах, горизонтальных пролетах.
Примером реализации указанного способа является закрытый эксперимент, осуществленный заявителем на полигонно-тестовом комплексе, в ходе которого был создан стенд для отработки вариантов системы дополнительной индикации и проводились соответствующие измерения, изучалась реакция участников дорожного движения на управляющие сигналы.
Экспериментальный стенд имитировал работу СО, выдающего разрешающий, предупредительный и запрещающий сигнал участникам дорожного движения. Наряду с обычным индикатором - светофорным указателем, на его опоре была смонтирована светящаяся лента, скомпонованная из светодиодов, светодиодной ленты, которая имела Г-образную конфигурацию, то есть сочетала вертикальный и горизонтально-наклонный элементы.
Схематичное изображение экспериментального стенда представлено на иллюстрации (Фиг. 2). Реальное изображение экспериментального стенда представлено на иллюстрации (Фиг. 3).
Результаты испытаний показали, что при использовании СО с системой дополнительной индикации повышается расстояние первичного распознавания сигналов СО человеком, что представлено на Таблице ниже:
Тепловые карты, агрегированные по всем участникам испытания при движении в начале исследуемого участка в ночное время суток, и показывающие перемещение взгляда при работе системы дополнительной индикации светофорного объекта, представлены на соответствующих иллюстрациях (Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 6).
В ходе эксперимента применялась специализированная аппаратура, регистрирующая трассировку направления взгляда человека: при помощи устройства определяли ориентации) оптической оси глазного яблока человека и динамику изменения этой ориентации во времени. Время фиксации глаза и плотность траектории позволяют делать выводы о том, каким элементам окружающей среды уделяется наибольшее внимание.
В результате эксперимента было установлено, что применимый способ управления транспортной системой обеспечивает синхронную выдачу основного и дополнительного сигналов даже с учетом разного времени розжига и выключения ламп накаливания и диодного света, обеспечивает мониторинг и обратную связь с данными о работе оборудования, обеспечивает лучшее распознавание регулирующего сигнала участниками дорожного движения.
Система дополнительной индикации СО позволила увеличить расстояние первичного распознавания сигналов светофора на исследуемом участке полигонно-тестового комплекса «Умная дорога» в дневное время более чем на 35%, в ночное время суток - более чем на 40%, что способствует увеличению безопасности дорожного движения. Анализ распределения внимая позволяет сделать вывод о том, что система дополнительной индикации СО позволяет сконцентрировать внимание водителя на сигнале светофорного объекта.
Учитывая перспективы появления роботизированной дорожной техники и автоматических средств управления, лучшее считывание управляющего сигнала также обеспечивает более надежную работу средств машинного зрения и распознавания дорожной обстановки.
Принципиальная схема работы системы дополнительной индикации совместима со всеми применяемыми контроллерами дорожных СО.
Технический результат, заключающийся в синхронности работы дополнительной и основной индикации обеспечивается введением отдельного контроллера дополнительной индикации, либо введением специализированного программно-аппаратного дополнения к основному контроллеру светофорного объекта, реализующего следующий программно заложенный алгоритм:
- получение входящего управляющего сигнала от внешнего источника или от внутреннего задатчика режимов работы;
- определение текущего режима индикации и проверка ограничений на исполнение внешнего управляющего сигнала, включая блокировки, ограничивающие выдачу конфликтующих индикаций;
- определение готовности и исправности системы основной индикации и системы дополнительной индикации для смены режима;
- распределение управляющим модулем входящего управляющего сигнала на канал основной индикации и канал дополнительной индикации;
- управляющий модуль вычисляет время, необходимое для смены режимов основной и дополнительной индикации с учетом предварительно заложенных технических характеристик индикаторов - времени розжига, времени затухания, необходимых параметров напряжения и частоты электрического тока, и последовательно выдает управляющий сигнал на основную систему индикации и на дополнительную систему индикации с учетом временного разрыва, обеспечивающего одновременное включение и выключение;
- управляющий модуль контролирует включение основной и дополнительной индикации и правильность введения соответствующего режима регулирования. В случае ошибки контроля выключает систему дополнительной индикации до устранения ошибки обслуживающим персоналом дистанционно или непосредственно на объекте;
- по прекращении действия режима, которое определяется от внешнего управляющего сигнала от внешнего источника или от внутреннего задатчика режимов работы управляющий модуль вычисляет время, необходимое для смены режимов основной и дополнительной индикации с учетом предварительно заложенных технических характеристик индикаторов - времени розжига, времени затухания, необходимых параметров напряжения и частоты электрического тока, и последовательно выдает управляющий сигнал на основную систему индикации и на дополнительную систему индикации с учетом временного разрыва, обеспечивающего одновременное включение и выключение;
- управляющий модуль контролирует смену режимов основной и дополнительной индикации и правильность введения соответствующего режима регулирования. В случае ошибки контроля выключает систему дополнительной индикации до устранения ошибки обслуживающим персоналом дистанционно или непосредственно на объекте;
- управляющий модуль переходит в режим готовности принятия управляющего сигнала для продолжения работы.
Технический результат повышения заметности индикации достигается путем расположения устройства дополнительной индикации на поддерживающих и несущих конструкциях основного объекта - таким образом, чтобы попадать в поле зрения и поле внимания участника дорожного движения и находиться в непосредственной близости от основного индикатора, чтобы участник дорожного движения имел возможность убедиться в правильности включения индикации и при необходимости перенести внимание на основной индикатор.
В отношении стандартных СО системы дополнительной индикации закрепляются на столбах, поддерживающих опорах и мачтах таким образом, чтобы часть дополнительного индикатора располагалась вертикально, а часть - горизонтально или под наклоном, что также обеспечивает лучшую заметность индикатора на фоне окружающей среды.
Источники
1. Руне Эльвик, Справочник по безопасности дорожного движения. Обзор мероприятий по безопасности дорожного движения: пер. / Рунэ Эльвик, Аннэ Боргер, Эгиль Эствик, Трулс Ваа // Институт экономики транспорта, Осло, Норвегия, 1996. - 646 с.
2. Принципы и инструменты для повышения безопасности дорожного движения на дорогах общего пользования Международный опыт, 2008. - 269 с.
3. Системы организации и управления безопасностью дорожного движения. Сборник докладов и статей. Санкт-Петербург, 2008. - 132 с.
4. Василенко В.А. Психологические особенности водителя, как фактор безопасности дорожного движения // Молодой ученый. - 2013. - №2. - с. 309-312.
5. Правила дорожного движения Российской Федерации [Электронный ресурс]: утв. Постан-ем Сов. министров - Прав. РФ от 23.10.1993 N 1090. - Справочно-правовая система "КонсультантПлюс" / ЗАО "Консультант Плюс"..
6. ГОСТ 32846-2014. Дороги автомобильные. Элементы обустройства. Классификация [Текст]. - введ. 2015-07-01. - М.: Стандартинформ, 2015.
7. ОДМ 218.4.004-2009. Руководство по устранению и профилактике возникновения участков концентрации ДТП при эксплуатации автомобильных дорог [Текст]. - издан на основании распоряжения Росавтодора от 21.07.09 г. N260-p. - М.: Росавтодор, 2009.
8. Развитие транспортной системы России (2010-2020 годы) [Электронный ресурс]: [утверждена Постановлением Прав-ва РФ от 05.12.2001 N 848]. - Справочно-правовая система "КонсультантПлюс" / НПО ВМИ "КонсультантПлюс".
9. Повышение безопасности дорожного движения (2010-2020 годы) [Электронный ресурс]: [утверждена Постановлением Прав-ва РФ от 03.10.2013 N 864]. - Справочно-правовая система "КонсультантПлюс" / НПО ВМИ "КонсультантПлюс".
10. Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года [Электронный ресурс]: [утверждена распоряжением Прав-ва РФ от 22.11.2008 г. N 1734-р]. - Режим доступа: http://rosavtodor.ru/storage/b/2014/06/24/trans_strat.pdf.
11. ГОСТ Р 52282 - 2004. Технические средства организации дорожного движения. Светофоры дорожные. Типы и основные параметры. Общие технические требования. Методы испытаний [Текст]. - введ. 2006-01-01. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2005.
12. ГОСТ Р 52766-2007. Дороги автомобильные общего пользования. Элементы обустройства. Общие требования [Текс]. - утв. и введ. 2007-10-23. - Москва: Стандартинформ, 2008.
13. ГОСТ Р 52767-2007. Дороги автомобильные общего пользования. Элементы обустройства. Методы определения параметров [Текст]. - введ. 2008-07-01. - М.: Стандартинформ, 2007.
14. ГОСТ Р 52289-2004. Технические средства организации дорожного движения. Правила применения дорожных знаков, разметки, светофоров, дорожных ограждений и направляющих устройств [Текст]. - утв. и введ. 2004-12-15., Москва: Стандартинформ, 2004.
15. Патент РФ на полезную модель №124826.