новая папка / Исследование управляемости транспортного

Внастоящее время все больше российских и зарубежных разработчиков мобильных приложений для смартфонов предлагают сервисы, основанные на технологии геолокации (Location Based Services (LBS). Данные приложения представляют собой информационные, развлекательные или социальные системы, использующие географическую позицию мобильного устройства. Позиция определяется в большинстве случаев через GPS или A-GPS [1]. При создании этих приложений приходит осознание проблемы: не все мобильные телефоны осна-

щены чипом GPS или любым другим чипом, позволяющим с достаточной для обеспечения функциональности точностью определять местоположение аппарата.

А значит, для части пользователей телефонов приложение становится недоступным.

Одним из возможных решений данной проблемы при построении такого рода сервиса является использование либо вышек операторов сотовой связи, либо точек доступа Wi-Fi. Это решение уже успешно внедрено в таких системах, как Google Maps и Яндекс.Карты. Теоретически возможно применение еще одного механизма – технологии Bluetooth – для определения текущих координат устройства.

Разработка массового сервиса, изначально предполагающего наличие большого числа пользователей с разными моделями мобильных устройств, наталкивает на идею комплексно подойти к вопросам определения географических координат и построить гибридную систему геолокации. Суть предложения состоит в использовании упомянутых выше технологий беспроводной связи для определения приблизительной (с определенной точностью) позиции объекта, используя уже известные координаты других пользователей Сервиса.

В общем случае, каждому мобильному телефону доступны хотя бы 2 элемента из данного списка:

––GSM/3G/4G

––Wi-Fi

––Bluetooth

–– GPS/ГЛОНАСС

Каждая из технологий беспроводной передачи данных имеет свой радиус действия, и сила сигнала ослабевает внутри данного радиуса по мере удаления от источника сигнала. Современные мобильные устройства обладают механизмами для определения силы принимаемого сигнала RSS (received-signal strength).

Величина RSS измеряется в дБм и определяется как

В случае определения расстояния по силе принимающего сигнала возможны две модели расчётов:

Fingerprint – основывается на эксперементально полученном шаблоне зависимости силы сигнала от расстояния.

Аналитическое определение расстояния, моделирующее распространение сигнала с помощью сопоставления значения RSSI (Received-Signal Strength Indication) с расстоянием от объекта до приемника.

Во втором случае, наиболее широко распространенной является модель затухания:

где

P(r)dBm – значение RSSI на расстоянии r, P(r0)dBm – значение RSSI на заданном расстоянии r0, d – коэффи-

циент затухания сигнала (приблизительно равен 2), а e – добавка, обусловленная внешними факторами и имеющая, соответственно, случайный характер. Как правило, e предполагается нормально распределенной величиной [2]

Согласно исследованию «Bluetooth Indoor Localization System» (Gunter FISCHER, Burkhart DIETRICH, Frank WINKLER) [3], использование технологии Bluetooth позволяет измерять расстояние с точностью до одного метра. В свою очередь в своем исследовании «Accurate Extraction of Face-to-Face Proximity Using Smartphones and Bluetooth» (Shu Liu, Aaron Striegel) [4], авторы экспериментально показывают, что теоритически расчитаная дистанция не слишком отличается от практически полученных результатов, что соответственно может быть предусмотрено в системе.

Рассмотрим предлагаемое решение на следующем примере:

––Имеются объекты A, B, C, X и Y, использующие сервис, основанный на геолокации.

––Объекты A, B и C поддерживают технологии Bluetooth и GPS.

––Объект X поддерживает технологию Bluetooth.

––Объект Y поддерживает технологии Bluetooth и Wi-Fi.

––Все объекты поддерживают технологию GSM/3G/4G.

Изначально A, B, C регистрируются в Сервисе. Активируя технологии Bluetooth и GPS объекты сообщают Сервису свои текущие координаты и идентификаторы Bluetooth (также модель объекта для определения максимальной мощности излучаемого сигнала).

Далее объект X регистрируется в сервисе, активирует Bluetooth и сообщает сервису идентификатор Bluetooth. Также X сообщает Сервису идентификтор вышки оператора сотовой связи, к которой привязан, и силу сигнала.

На следующем этапе этот же объект сканирует окружение на наличие других Bluetooth устройств и сообщает Сервису идентификаторы всех найденных устройств с указанием силы получаемого сигнала.

На следующем этапе Сервис выбирает из списка переданных идентификаторов те, которые зарегистрированы в системе. Предположим, что в данном случае аппараты A, B и C попали в радиус действия Bluetooth адаптора объекта X.

Сервис сопоставляет идентификаторы из полученного списка с GPS координатами соответствующих объектов. Затем вокруг данных объектов Сервис проводит окружность (для упрощения пример переведен на плоскость, в реальности проводится сфера) с радиусом максимального действия технологии Bluetooth (100 метров). Далее для каждого объекта, в зависимости от силы сигнала, из образованного окружностью круга выбирается кольцо предполагаемого местонахождения объекта X. В идеале в данном случае необходимо было бы использовать окружность, а не кольцо, но принимая во внимание помехи сигнала, необходимо взять припуск в обе стороны.

Область, находящаяся на пересечении данных колец и будет являться позицией объекта X. Для получения апроксимированной координаты в данном случае необходимо взять точку, находящуюся в центре полученной области, т.е равноудалённую от границ области.

Также уточнение полученной координаты может быть выполнено применением данного алгоритма к вышке мобильного оператора (используя идентификатор вышки

иеё координаты, которые известны в большинстве случаев через публичные сервисы, такие как Skyhook). Таким образом, мы получаем еще одно кольцо, которое пересекает предыдущие кольца.

Со своей стороны, объект Y сообщает Сервису такую же информацию как и объект X, но кроме нее также список Wi-Fi вышек и устройств в округе и их силу сигнала. В данном случае, для этого объекта Сервис строит дополнительные кольца вокруг публичных и частных Wi-Fi точек доступа (получение координат также возможно через публичные сервисы, например Skyhook), вокруг устройств, использующих сервис и использующих Wi-Fi.

Надо отметить, что устройство X уже обладает координатой, апроксимированной Сервисом, и вокруг него также проводится кольцо (в данном случае более широкое, т.к. координата центра изначально не точна).

Ниже представлена сравнительная характеристика технологий Bluetooth, Wi-Fi и GPS с точки зрения точности получаемых значений для определении геолокации

изатраты, связанные с данным определением. [4]

Взаключении хотелось бы отметить следующие моменты:

–– Решение об использовании данного решения должно приниматься исходя из важности получаемой точности для Сервиса.

–– Данное решение может иметь место только в случае

если вокруг объекта всегда есть другие объекты, использующие сервис (либо Wi-Fi точки).

–– Городские постройки создают достаточно сильные помехи для беспроводных технологий, что уменьшает точность получаемого результата. Несмотря на это, многие исследователи сходятся во мнении, что погрешности по-

Литература:

лучаемых результатов являются предсказуемыми и могут быть изначально скорректированы в модели вычислений. [5]

–– Большое число объектов с «точными» координатами, находящиеся вокруг искомого объекта X, значительно повышают точность получаемого результата.

жения о том, что транспортное средство неуправляемо – включение внешних аварийных световых и звуковых сигналов [4].

Дифференцированную диагностику функционального состояния органов и систем, с получением психологических характеристик водителя перед выходом на линию выполняют на стационарных многофункциональных диагностических комплексах. Комплекс «РОФЭС» внесён в государственный реестр с 1998 года и внедрён в различных ведомствах и службах с 1995 года (рис. 2).

Время измерения на комплексе 2–3 минуты. Дружественный интерфейс и автоматизация процесса расчёта

оценок позволяет эксплуатировать комплекс специалистам среднего медицинского звена (фельдшер, медсестра). Психологи управления персоналом работают на комплексе, получая психофизиологические оценки [5].

Основные факторы, от которых зависит надежность водителя: пригодность к управлению автомобилем по состоянию здоровья и психологическим качествам, подготовленность и работоспособность (таблица 1).

Проверка состояния здоровья, функций органов чувств и изучение психофизиологических особенностей абитуриентов, поступающих в автошколы, имеет важное значение для повышения надежности водителя. Для такого

изучения нужны приборы и методы, которые должны обеспечить на должном научном уровне индивидуализированный подход при медицинском освидетельствовании и профессиональном психофизиологическом отборе и подборе водителей. По результатам экспертизы определяется соответствие или не соответствие физических и психофизиологических возможностей требованиям, предъявляемым к профессии водителя транспортного средства.

Подготовленность водителя определяется наличием у него специальных знаний и навыков. Это прежде всего умение безопасно управлять автомобилем, предвидеть возможные изменения дорожной обстановки и правильно действовать в опасных ситуациях. Такие навыки можно формировать на автомобильных тренажерах. Тренажеры целесообразно оборудовать аппаратурой, регистрирующей движения органами управления, выдерживание заданных параметров, количество ошибок и физиоло-

Литература:

гические функции, что позволит изучать психофизиологические особенности водителя в условиях, близких к реальным.

Работоспособность водителя не стабильна, она повышается в дневное время, особенно в первой половине дня,

ипонижается ночью. В течение смены работоспособность также меняется. Кроме того, работоспособность понижается при перегрузке информацией, а также при недогрузке информацией. На работоспособность водителя могут отрицательно влиять такие факторы, как: эмоциональное напряжение в результате опасных дорожных ситуаций, дефицит времени при управлении автомобилем, решение очень трудной задачи, болезненное состояние и другие. Поэтому возникает необходимость в постоянном контроле психофизиологических возможностей водителя

исистематическом проведении мероприятий по сохранению высокого уровня надежности. [2 c.14]

моменты времени необходимо оценить его работоспособность в последующие периоды его функционирования.

Существует два основных подхода к процедуре прогнозирования: экстраполяция и статическая классификация. В качестве математического аппарата экстраполяции используют теорию интерполяции, метод наименьших квадратов, регрессивный анализ, теорию сглаживания, теорию аппроксимации и другие методы. При осуществлении метода статической классификации можно выделить два подхода: распознавание образов и дискриминантный анализ. Для современных высоконадежных механических узлов имеет смысл использовать комбинированный подход, включающий в себя элементы экстраполяции и статической классификации.

Для решения задач диагностирования используется система технического диагностирования, т.е. совокупность средств, объекта и исполнителя, необходимая для проведения диагностирования по правилам, установленным в технической документации.

Рассмотрим основные методы контроля технического состояния механических узлов.

Радиационный метод основан на принципе поглощения

ирассеяния проникающей радиации. Для контроля технического состояния механических узлов он часто не может использоваться из-за его низкой чувствительности и необходимости двухстороннего доступа к конструкции узла.

Визуальный метод применяется только для определения поверхностных дефектов.

Термографический метод контроля основан на непосредственном измерении температуры с использованием термометров, термочувствительных красок и люминофоров, жидкокристаллических соединений.

Инфракрасный метод заключается в получении теплового изображения механического узла. Для контроля технического состояния механических узлов тепловые методы применяются редко, так как температура узлов и их дефекты имеют слабую корреляционную связь.

Электрический метод применяется при диагностировании электропроводящих конструкций, полимеров и неметаллических изделий. Его недостатком является низкая чувствительность.

Магнитный метод применяется для обнаружения поверхностных дефектов ферромагнитов.

Вибродиагностика является наиболее распространенным методом технической диагностики. Она обладает рядом особенностей, выделяющих ее в отдельную отрасль знаний. Основной отличительной особенностью вибродиагностики является использование в качестве источников информации не статических параметров, характеризующих качество механических узлов, а динамических, вызывающих появление и распространение возмущений как в самой механической системе, так и в окружающей среде [4]. Широкий частотный и динамический диапазоны, малая инерционность, большая скорость распространения обуславливают быструю реакцию флуктуационного

ивибрационного сигналов на изменение технического со-

стояния узла (качественных и количественных характеристик дефектов).

Вибродиагностика – это область знаний, включающая

всебя теорию и методы организации процессов распознавания технических состояний механических узлов на основании информации, содержащейся в сигнале вибрации.

Вибрацией называется движение механической системы, при котором происходят колебания характеризующих его скалярных величин [5]. Колебательные процессы в машинах, механизмах вызываются различными причинами и отличаются по своей физической природе и математическим моделям, что, в свою очередь, определяет разные методы их исследования.

Параметры колебательных процессов наиболее чувствительны к различным отклонениям параметров технического состояния механических узлов от нормы. Поэтому требования обеспечения комплексной безразборной диагностики технического состояния машин и механизмов выдвигают на передний план именно методы вибродиагностики. Эффективность методов вибродиагностики обусловлена не только органической связью информации, содержащейся в сигнале вибрации, с динамическими процессами возбуждения и распространения колебаний

вконструкции, но и возможностью автоматизации процессов съема и обработки информации с помощью современной техники и организации процедур диагностирования на основе математического аппарата теории распознавания образов.

Сущность проблемы вибродиагностики состоит в разработке и практической реализации алгоритмов оценки параметров технических состояний механических узлов без их разборки по характеристикам вибрационных процессов, сопровождающих их функционирование.

Научные основы вибродиагностики разрабатываются на базе общей теории технической диагностики, теории информации, теории сигналов, теории колебаний с использованием возможностей электроники и вычислительной техники.

Рассмотрим общие принципы применения вибродиагностики для контроля технического состояния механических узлов механической системы.

Вибродиагностике могут подвергаться любые технические объекты, функционирование которых сопровождается возбуждением колебательных процессов, в том числе и различные узлы механической системы.

Практически любой узел механической системы – это сложная динамическая система, и качество его функционирования зависит от множества факторов. Важной задачей является выбор факторов, существенно влияющих на динамические параметры механической системы.

Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что собственная вибрация механических узлов, наряду с другими факторами, в значительной степени зависит от технологических погрешностей, которые можно разделить на две основные группы: погрешности изготовления и погрешности сборки.

Для установления функциональной связи между динамическими характеристиками механических узлов и их геометрическими аномалиями необходимо разработать математическое описание технологических погрешностей.

Построение алгоритмов распознавания в вибродиагностике существенно облегчается в том случае, если удается построить диагностическую модель, устанавливающую связь между пространством состояния механического узла и пространством диагностических признаков.

Обобщенная схема диагностической модели представлена на рис. 1.

Основные свойства механического узла характеризуются оператором L, который связывает входные и выходные воздействия U1 (t) и U2 (t), где t – время, а также учитывает зависимость U2 (t) от возмущающего фактора ΔU (t,τ), (где τ – время), порожденного собственными внутренними процессами. Качество функционирования объекта зависит не только от конструктивных параметров h, но и от возмущений ΔU (t,τ), которые изменяются во времени и могут вызвать параметрический отказ си-

Литература:

стемы. Изменение технического состояния можно контролировать по изменению собственных колебаний y (t) (вибраций), порождаемых внутренними процессами. Основным параметром, связывающим ΔU (t,τ) и y (t) в рассматриваемой модели, является вектор r (τ). Вектор r (τ) определяется дефектами механического узла. Связь ΔU (t,τ) с r (τ) и y (t) устанавливается оператором Т, а связь y (t) с r (τ) – оператором W. Параметр r (τ) в условиях длительного функционирования системы изменяется не только в результате процессов старения, но и под действием вибрации. Эти изменения по времени значительно медленнее по сравнению с вибрацией и флуктуацией основных эксплуатационных показателей. Связь между изменениями r (τ) и вибрацией y (t) устанавливается посредством оператора Q. В рассматриваемой модели существует два вида характерных процессов: быстрые (время t) – вибрация и флуктуация эксплуатационных показателей и медленные (время τ) – изменение параметров r (τ) (дефектов и других характеристик). Быстрые процессы определяют качество функционирования в рассматриваемый момент времени, а медленные – параметрическую надежность системы.