Системы обеспечения безопасности движения на дорогах

Своевременная информация о ДТП

Своевременная информация о ДТП имеет большое значение не только потому, что можно быстро реагировать путем регулирования транспорта и изменения направлений транспортных потоков, ее главное значение касается собственно лиц, причастных к ДТП. Было доказано, что своевременная реакция в результате информации автоматической системы, информирующей центр безопасности, играет большую роль при спасении человеческих жизней, так как время реакции резко сокращается. Созданная таким образом система также весьма позитивно принимается, так как меры по безопасности занимают первое место при оценке пассажирами.

Системы ликвидации последствий ДТП после их возникновения или и оказания помощи в опасных ситуациях принято называть системами May-Day системы, установленные в транспортном средстве, используют устройства для определения местоположения чаще всего на базе GPS и подходящие средства радиосвязи, например, GSM. Спасательные команды используют оптимальную трассу к месту происшествия. В большинстве случаев предусмотрена возможность дистанционного мониторинга состояния пострадавшего в транспортном средстве. Врач в больнице может дистанционно управлять деятельностью спасательной команды и одновременно заранее подготовиться к решению данной ситуации.

Активизация сигнала тревоги может быть осуществлена вручную водителем, нажавшим на кнопку тревоги, или автоматически датчиком идентификации происшествий (Crash Sensor), или в результате срабатывания подушки безопасности. В случае средств общественного транспорта эта кнопка расположена вблизи водителя, который может вызвать помощь в случае его нападения. Данные кнопки все чаще устанавливаются на остановках ГОПТ. В таком случае целесообразно установить и видеокамеру. В момент когда произошло ДТП информирован о происшествии центр управления транспортом, который руководит последующей деятельностью. Местоположение пострадавшего транспортного средства было определено с помощью спутниковой навигации GPS, и соответствующие данные переданы в центр, например, посредством GSM.

Одним из самых простых способов повышения безопасности пассажиров в критических ситуациях является оказание помощи пассажирам в случае отказа транспортного средства и доставления им последующей транспортной информации.

У каждого водителя имеется возможность установить комплект «свободных рук», состоящий из мобильного телефона, двух диапазонной комбинированной антенны GPS-GSM и простого электронного устройства. Комплект, называемый GP Service Pilot, содержит три основные кнопки: Опасность, Сервис и Информация.

После кратковременного нажатия на кнопку «Опасность» с помощью системы спутниковой навигации определяется местоположение транспортного средства, и эта информация передается в виде сообщения SMS в центральный узел ADAC (в Германии), который работает круглосуточно. Если комплект содержит датчик происшествия (столкновения), то информация о местоположении транспортного средства передается автоматически. Если линия занята, то путем продолжительного нажатия можно разговор перевести на линию спасательной службы [112]. В случае неисправности транспортного средства центр ADAC вызывается с помощью кнопки «Сервис» и он может определить местоположение транспортного средства и выбрать оптимальный маршрут автомобиля техпомощи до места назначения. Информация, которая касается фактического месторасположения транспортного средства и которая предназначена для всех пользователей (колонны, происшествия и т. п.), можно получить после кратковременного нажатия на кнопку «Информация». Путем продолжительного нажатия на данную кнопку можно связаться непосредственно с центром ADAC, который может дать ответы на конкретные вопросы.

Устройство регистрации процесса происшествия

Современные средства защиты автомобилей содержат также устройство электронной регистрации происшествия. Это аналогия «черного ящика» самолетов Оно служит не только для более точного определения процесса аварии, но его данные могут служить и для улучшения конструкции автомобилей.

В данном случае транспортное средство оборудовано несколькими датчиками, выходы которых соединены с устройством записи. В случае происшествия сохраняется запись продолжительностью около 30 с до происшествия и около 15 с после происшествия. Регистрируются все данные движения: скорость транспортного средства, ускорение в продольном и поперечном направлениях, а также данные о режиме работы транспортного средства: число оборотов, угол поворота руля, состояние фар, состояние всех индикаторов. Далее имеется в распоряжении запись звука, снимаемая микрофоном в транспортном средстве, и запись изображения пространства перед транспортным средством, снимаемого камерой.

Проезд на красный сигнал светофора

Одним из серьезных нарушений правил дорожного движения является проезд управляемых светофорами перекрестков на красный сигнал. К сожалению, кроме малого количества случаев, когда находящийся в плохом психическом состоянии водитель не заметит сигнала «Проезд запрещен», в большинстве случаев, речь идет об умышленном нарушении данного запрета. Ввиду того, что полиция не в силах обеспечить эффективный персональный контроль, этих недисциплинированных водителей наказывает очень редко. Тем не менее последствия ДТП, вызванных этими водителями, являются весьма серьезными, так как, в большинстве случаев, речь идет о боковом столкновении на большой скорости с тяжелыми последствиями в виде тяжелых ранений и даже смерти.

Телематика дает возможность создания действующей системы контроля и наказания, основанной на установке аппаратуры индикации и регистрации проезда на красный сигнал на наиболее нагруженных перекрестках. В принципе речь идет о двух детекторах присутствия транспортных средств, которые с помощью логически функций соединены с сигналом «Проезд запрещен», о цифровой записи и о инфраструктуре связи, позволяющей передавать снятое изображение в центр. Там на основании снятых фотографий оформляют вызов для оплаты штрафа или водитель нарушивший основные правила дорожного движения, будет наказан другим образом.

Первый детектор располагается непосредственно перед стоп-линией, а второй - в пространстве перекрестка за стоп-линией по направлению движения. В большинстве случаев используются узкие и чувствительные детекторы, например, на базе пьезоэлектрических элементов. Пьезоэлектрические детекторы в виде кабеля прямоугольного сечения, длина которых приблизительно равна ширине полосы движения, установлены в полотне дороги или располагаются на проезжей части дороги.

Под воздействием давления колес в кабеле возникает импульс напряжения (пьезоэффект), который далее обрабатывается. Детектор работает динамически, т е. он реагирует только на движущееся транспортное средство, причем он реагирует на ось транспортного средства.

После индикации прохождения передней оси транспортного средства в блоке управления определяется одновременно, горит ли сигнал «Движение запрещено». Если да, то снимается первая цифровая фотография. Вторая фотография снимается после срабатывания второго датчика, т.е. уже в пространстве перекрестка. Существенным условием для доказательства является одновременная съемка светофора с красным сигналом. Составной частью системы является и устройство передачи цифровых фотографий в центр, где они сохраняются в базе данных и служат в качестве доказательства при взимании штрафов.

Устройства для предупреждения водителей о превышении допустимой скорости движения

Не соответствие скорости движения местным условиям является одной из наиболее частых причин ДТП. Одним из доводов является то обстоятельство, что обозначение дорожным знаком иногда является недостаточным и что водители такой знак не принимают во внимание или его просто не учитывают. Для предотвращения такого негативного явления или, по крайней мере, его максимального ограничения все чаще используются динамические системы, основанные на датчиках, измеряющих скорость и управляемые дорожные знаки, которые предостерегают водителя от опасности или его информируют о том, что он нарушает правила дорожного движения. Эта система работает не по принципу наказания, ее цель — только предупредить водителей нарушающих правила, и дать им возможность исключить нарушение правил дорожного движения. Опыт показывает, что такие мероприятия психологически очень эффективны. Несмотря на то, что эти системы используются уже начиная с семидесятых годов, все же в данной области существуют большие возможности развития, особенно в тех случаях, когда данные системы являются составной частью телематических систем.

С технической точки зрения используемые транспортные детекторы основаны на различных принципах, как, например, пара индуктивных петель, инфракрасные детекторы, микроволновые детекторы и видеодатчики. Управляемые дорожные знаки или устройства транспортной информации отличаются различным исполнением:

• Принцип световодов: Знак, использующий световоды, образован галогенным источником света, излучающим свет в оптические волокна, число которых доходит до 350. Волокна являются стеклянными, однако в ряде случаев используются пластмассовые волокна, цена которых значительно ниже стеклянных. Световоды оконцованы специальной линзой. С помощью матрицы образуется алфавитно-цифровая надпись или графический символ. Естественно, символ создан заранее, причем на одной матрице размером 1000 х 1000 мм можно при использовании метода компьютерной оптимизации отобразить до 15 световых дорожных знаков.

Полупрозрачное зеркало на входе оптической системы дает возможность разделить световой поток на два пучка световодов или использовать две лампы накаливания для увеличения в два раза светового потока в одном пучке. В управляемых дорожных знаках почти исключительно используется один пучок с двумя лампами накаливания, причем одна из ламп является запасной и включается при отказе рабочей лампы. Для переключения используется электронный переключатель, который одновременно направляет в вышестоящую систему информацию о том, что лампа вышла из строя. Благодаря такому решению, срок службы управляемого знака увеличивается вдвое, причем среднее время между двумя отказами в зависимости от типа галогенных ламп накаливания, по литературным данным, составляет от 16 000 до 24 000 часов.

Технология светодиодов: Эта технология основана на использовании светодиодов (LED), которые непосредственно установлены в матрице и образуют соответствующий дорожный знак. Как техника световодов, так и техник светодиодов имеют свое обоснование, и оба способа будут использоваться в системах ITS. В общем можно сказать, что сведоводы должны использоваться преимущественно в случае знаков, используемых для повышения безопасное и для управления транспортом (предписывающие и запрещающие знаки) на высокой скорости транспортных средств. С другой стороны, знаки на базе светодиодов целесообразно использовать для информационных систем, или дорогах с пониженной скоростью движения, т. е. в городах. При разработке знак со светодиодами необходимо учитывать температурную зависимость светодиодов, составляющую, как правило, 2 мВ/°С, в результате чего светоотдача диода уменьшается с повышением температуры. Поскольку диод представляет собой полупроводниковый прибор с допустимой температурой кристалла 100 °С, необходимо предусмотреть охлаждение, чтобы вследствие высоких значений температуры не уменьшался срок службы диодов, который в оптимальных условиях составляет до 100 000 часов. Проблему

охлаждения решает один из производителей, фирма Hewlett Packard так, что использует диоды с выводами по сторонам, которые можно с помощью теплопроводящего клея приклеить непосредственно к алюминиевому листу, выполняющему роль радиатора. Этот способ решения нуждается в передней прозрачной маске.

Сегментные дисплеи: В некоторых особых случаях, когда требуется отображать числа в заданных пределах, например, от 10 до 100 км/ч, ни одно из вышеописанных решений не является удовлетворительным, так как в обоих случаях можно отображать только предварительно подготовленные символы на матрице. Поэтому используются дисплеи, способные отобразить любую цифру. В большинстве случаев используются элементы с двумя состояниями, которые опрокидываются под воздействием электрического импульса. В то время, как активная поверхность покрыта светоотражающим слоем, пассивная поверхность — черная. Аналогично можно с помощью светодиодов создать дисплеи, способные отобразить любую цифру.

Предупреждающие устройства

В качестве примера рассмотрим запущенное в эксплуатацию в 1981 году при въезде в город Линсенхофен предупреждающее устройства. В качестве управляемого дорожного знака в данном случае используется символ «50», выполненный с помощью световодов.

Причиной установки знака были тяжелые происшествия, в результате которых в период от 1981 до 1997 г погибло десять человек, пять человек было тяжело ранено.

Управляемый дорожный знак «50» установлен на расстоянии 120 м перед указателем с названием города и 120 м перед знаком установлена пара индуктивных петель для измерения скорости движения. Для оценки эффективности знака на расстоянии приблизительно 20 м после знака установлена еще одна пара индуктивных петель, измеряющая скорость при въезде в город. Результаты воздействия информации об ограничении максимальной скорости до 50 км/ч неоспоримы, см. таблицу. Если предостерегающее устройство выключено, то только 41 % водителей въезжает в город скоростью ниже 60 км/ч, а при включенном предупреждающим знаке их количество увеличивается до 92 %. Это очевидный результат действия динамической информации.

Влияние предупреждающего устройства на соблюдение знака, ограничивающего скорость

Скорость	Устройство выключено	Устройство включено
До 50 км/ч	8,6%	65,1 %
До 60 км/ч	32,4 %	27,1 %
До 70 км/ч	36,0 %	6,3%
До 80 км/ч	17,1 %	1,2%
До 100 км/ч	5,9%	0,3%
Более 100 км/ч	0,4%	0,0%

Кроме использования предупреждающих систем при въезде в город управляемые знаки используются в случае опасных поворотов, которые водитель проходит на чрезмерно высокой скорости. Они также используются перед опасными перекрестками. На рисунке показан пример опасного поворота, перед которым установлена предупреждающая система, информирующая водителя о том, что безопасная скорость проезда поворота составляет 80 км/ч.

Кроме знака, ограничивающего скорость, в подобных случаях используются и следующие знаки:

«Опасный поворот - направо/налево»,

«Опасные повороты - с первым поворотом направо/налево»,

«Скользкая дорога».

Знаки могут чередоваться, в результате чего водитель получает информацию о максимально допустимой скорости и причине ее ограничения. Если в данном месте полиция осуществляет время от времени контроль, то рекомендуется к знаку ограничения скорости добавить надпись «ЛОКАТОР».

При разработке таких систем следует поступать с учетом темематических приложений. Это означает, что система должна всегда содержать устройства записи и обработки данных для того, чтобы можно было оценивать ее эффективность. Отношение стоимости оборудования к результату (снижение ДТП) равно 1 : 4,9, что является существенным доводом реализации таких систем.

Эксперименты с предостерегающими устройствами проводились, конечно, не только в Германии. В распоряжении имеются и результаты широкомасштабных исследований в Великобритании. На автомагистрали M1 у Лейцестершер было установлено устройство, которое сначала измеряет скорость транспортного средства, потом снимает и считывает номерной знак и на информационном табло отображает надпись: «Скорость L9620SG 60 МРН». Перед установкой устройства средняя скорость составляла 57,2 миль/ч (предельно допустимая скорость 50 миль/ч). После установки устройства средняя скорость понизилась до 47,2 миль/ч.

Средства успокоения движения транспортных потоков

На аналогичном принципе, однако, для другой цели работают информационные дисплеи, располагаемые в населенных пунктах и предназначенные для информирования водителей об их мгновенной скорости. Устройства устанавливаются обычно вблизи школ, загруженных пешеходных переходов и т. п. В местах измерения предполагается малая интенсивность движения и его относительно малая скорость. Поэтому для данной цели успешно используются и механические дисплеи.

Система ставит своей целью информировать водителя о его скорости. Поэтому над дисплеем предусмотрена надпись «Ваша скорость составляет», дополненная конкретным значением скорости. Такое решение имеет сильное психологическое воздействие.

В качестве датчиков в большинстве случаев используются инфракрасные датчики. Эти устройства являются часто мобильными и состоят из аккумулятора питания, столба с информационным дисплеем, на котором обычно расположен датчик измерения скорости. Благодаря простоте конструкции, систему можно перемещать и таким образом улучшать транспортную ситуацию в определенной области. Петли индукции используются только в случае стационарных устройств.

Устройства безопасности для инвалидов

Кроме стандартных способов обеспечения безопасности, как например, безбарьерные переходы на перекрестках, акустические извещатели сигналов «Свободно» и «Стой» или кнопки для пешеходов, начинают использоваться высшие для связи участника с соответствующей аппаратурой. В качестве примера рассмотрим способ связи слепого человека с устройством сигнализации. В данном случае увеличивается длительность времени для перехода с помощью небольшого устройства связи, которое с помощью закодированного сигнала информирует о том, что можно изменить длительность зеленого сигнала перехода для пешеходов. Нормально время для перехода определяется из скорости пешехода 1,4 м/с. Более совершенное устройство ведет связь и с транспортными средствами, и информирует водителя об этой специальной функции. Повышению эффективности систем, обеспечивающих безопасность пешеходов, способствует установка камер CCTV.

Интересным приложением является связь слепого с трамваем. Система работает в диапазоне СВЧ, и трость оснащена двумя кнопками. При нажатии на первую кнопку трамвай отвечает, сообщая свой маршрут, а при нажатии второй кнопки слепой сообщает водителю о своем намерении ехать. Трамвай также должен быть оснащен соответствующим устройством, которое подключено к шине транспортного средства. Описанная система является ценным вкладом в дело обеспечения безопасности инвалидов.

Измерение геометрических элементов дороги и характеристик условий движения

Качество поверхности и фактическое состояние дороги, а также видимость оказывают большое влияние на безопасность участников дорожного движения. Существует несколько категорий измерения геометрических параметров дорог:

• измерение геометрических элементов, служащее для оценки влияния транспортных потоков на окружающую среду (СО, дым),

• определение чрезвычайных состояний в тоннелях (пожар, дым),

• оценка состояния проезжей части дороги (влажность, обледенение),

• оценка видимости вдоль дороги.

Каждая из вышеперечисленных величин может оказывать влияние на безопасно движения и поэтому является предметом измерения в ряде телематических приложений.

Измерители обледенения: определяют наличие льда на поверхности дорожного

покрытия по следующим параметрам:

• температура воздуха,

• температура поверхности дорожного покрытия,

• температура земляного полотна под поверхностью,

• относительная влажность,

• состояние поверхности дорожного покрытия (мокрая, сухая).

В зависимости от технического уровня оборудования используются и другие датчики (мощность солнечных лучей и т. п.). Как правило, точка измерения оборудована местной системой измерения, которая осуществляет основную обработку и которая передает предварительно обработанные данные в вышестоящую систему.

Одним из основных требований, предъявляемых к системе — это требование достоверного прогноза образования обледенения. Системы передовых изготовителей способны предсказать обледенение за три часа до его появления, что дает возможность организовать своевременный зимний уход за дорогой.

Следующее требование касается возможности включения устройств в систему управления транспортом в городах или на автомагистралях, так как в таком случае можно своевременно не только привести в действие системы предупреждения, но и информировать водителей посредством радиовещания, RDS-TMC и т. д.

Устройства измерения слоя воды на дороге имеют значение в качестве составной части системы безопасности. Они могут обеспечить снижение скорости движения перед опасными местами. Для измерения используются различные датчики, установленные непосредственно в полотне дороги.

Измерение направления и силы ветра: В некоторых местах дорог, например, в местах выезда из дорожной выемки имеют место происшествия, вызванные сильным боковым ветром. Их можно предупредить своевременным снижением скорости транспортных средств и иным информированием водителей. К самым простым измерителям относятся анемометры, скорость вращения ротора которых пропорциональна скорости ветра. Самые современные устройства оснащены приемником и передатчиком на базе ультразвука. Стандартный предел измерения скорости ветра составляет 0-20 м/с.

Измерение видимости: Датчики для измерения видимости часто непосредственно соединены с системой управления, которая активизирует управляемые Дорожные знаки, сигнализирующие пониженную видимость. Измерение видимости основано на принципе отражения света от частиц воды или тумана. В таком случае приемник и передатчик установлены в общем корпусе. При отсутствии тумана или дождя никакая часть излучаемого света не возвращается на вход приемника. Плотность тумана или дождя определяется по отношению отраженного сигнала к излучаемому.

Для целей безопасности движения требуется измерять видимость в пределах от 20 м до 500 м.

Взвешивание транспортных средств без их остановки

Качество дорог сказывается, кроме прочего, и на безопасности участников дорожного движения. Нет сомнений в том, что основным источником износа и повреждения дорог является грузовой транспорт и, в частности, сильно нагруженные фургоны. Взвешивание на граничных переходах осуществляется регулярно, однако оно не имеет смысла, так как за перегрузку транспортных средств нет никаких наказаний и, кроме того, возможности полиции, осуществляющей контроль, сильно ограничены. Статическое взвешивание транспортных средств неприемлемо с точки зрения времени. Очень полезным дополнением статических контрольных весов является технология взвешивания на ходу (Weigh-in-Motion: WIM).

Технология WIM является типичным приложением телематики, так как она использует систему управляемых дорожных знаков в комплекте с совершенными датчиками и устройствами связи. На главной дороге, перед местом взвешивания установлены информационные табло, информирующие о том, что грузовые транспортные средства должны с дороги свернуть к месту взвешивания. Для контроля того, что все транспортные средства выполнили этот приказ, за ответвлением установлена пара петель индукции, способная идентифицировать грузовой автомобиль и подходящим образом информировать о том, что он не подчинился приказу взвешивания.

В полосе ответвления установлены датчики для взвешивания, причем с помощью управляемых знаков скорость при проезде через датчики снижена до требуемого значения. Если вес транспортного средства не превышает допустимое значение, то оно направляется обратно на главную дорогу. В противном случае оно направляется направо на стоянку, где дело нарушения разбирается при участии полиции.

Взвешивание на ходу - это технология, известная десятки лет. При этом ее реализация не является сложной, как могло бы казаться на первый взгляд. Датчики, которые легко устанавливаются в полотне дороги, способны и при скорости движения порядка 130 км/ч обработать информации о массе транспортного средства, нагрузке оси (группы осей), об отношении нагрузки тягача и полуприцепа.

Используя эти датчики, можно, например, определить размер платы за использование дороги в зависимости от массы, а также размер штрафа в зависимости от степени перегрузки транспортного средства. Данные, полученные при эксплуатации этих датчиков, могут быть использованы специалистами по транспорту, строительству машиностроению при проектировании новых дорог и дорожных объектов, а также управлении дорогами (управление уходом) для прогнозирования повреждения транспортной инфраструктуры в зависимости от модели нагрузки (loading pattern).

Использование технологии WIM может быть недорогим. При внедрении этой технологии в Словакии (1996 г.) была определена окупаемость инвестиции в строительство одного измерительного пункта в размере 2-3 месяца.

Наиболее эффективной следует считать комбинацию взвешивания на пограничных пунктах и выборочного взвешивания внутри страны. В результате этого можно исключить поведение водителей, заключающееся в том, что они после взвешивания на границе поднимут одну ось для экономии шин, горючего и для удобства езды. Однако этим самым они увеличивают давление, действующее на полотно дороги.

Другие проекты повышения безопасности транспорта, основанные на использовании техники WIM, находятся пока в начале реализации. Речь идет, в первую очередь, о снижении скорости быстро движущегося тяжелого грузового автомобиля перед длинным спуском, для чего при идентификации такого автомобиля (датчик WIM и две петли индукции или радиолокатор) приводятся в действие знаки «Ограничение максимальной скорости» и «Крутой спуск». Таким же образом можно снизить скорость транспортного средства перед крутым поворотом. Следующим местом использования системы являются перекрестки в конце крутых спусков, где идентифицируется грузовой автомобиль, подъезжающий к перекрестку, и устройство управления светофором увеличивает длительность зеленого сигнала или изменяет последовательность фаз так, чтобы грузовой автомобиль мог проехать через перекресток в течение зеленого сигнала.