Харківський національний університет радіоелектроніки



бет2/13
Дата17.05.2020
өлшемі4.97 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН



Назва етапів роботи

Термін
виконання етапів роботи


Примітка

1

Огляд літератури

04.11.19. - 10.11.19



2

Аналіз предметної області

11.11.19 - 17.11.19



3

Постановка задачі

18.11.19 - 20.11.19



4

Вибір засобів ефективного рішення

21.11.19 - 24.12.19



5

Критерії достовірності

25.11.19 - 01.12.19



6

Розробка програмного забезпечення

02.12.19 - 05.12.19



7

Оформлення матеріалів атестаційної роботи

06.12.19 - 11.12.19



8

Подання атестаційної роботи керівникові та її

12.12.19 -





попередній захист

13.12.19



9

Подання атестаційної роботи на рецензування

14.12.19-15.12.19



















Дата видачі завдання 04 листопада 2019 р.

Студент










(підпис)




Керівник роботи







доц. Токарєв В.В.




(підпис)




(посада, прізвище, ініціали)

РЕФЕРАТ


Пояснювальна записка атестаційної роботи: 92 с., 11 рис., 1 табл., 1 дод., 16 джерел.
ДОРОЖНЬО-ТРАНСПОРТНІ ПОДІЇ, СИСТЕМА ВІДСТЕЖЕННЯ ПЕРЕМІЩЕННЯ ПОГЛЯДУ, СИСТЕМИ АКТИВНОЇ БЕЗПЕКИ, СУЧАСНІ СИСТЕМИ СПРИЯННЯ ВОДІЮ.
Метою атестаційної роботи є розробка алгоритму попередження аварійних ситуацій на основі моніторингу поведінки водія.

Предметом дослідження є розподілена система попередження аварійних ситуацій при керуванні транспортним засобом.

Результати, отримані в магістерської атестаційної роботи, можуть бути використані при створенні нового класу систем для моніторингу поведінки водія транспортного засобу під час руху з метою виявлення небезпечних станів і формування контекстно-орієнтованих рекомендацій. Отримана інформація про розпізнану ослаблену увагу або втому водія, а також контекст і інформація з хмарного сервісу, дозволяють завчасно його попередити і сформувати рекомендацію, орієнтовану на прийняття водієм заходів щодо запобігання настання аварійної ситуації.

ABSTRACT


: 92 pages, 11 figures, 1 tables, 1 appendices, 16 sources.
ACTIVE SECURITY SYSTEMS, ROAD AND TRANSPORT PODIЇ, SYSTEM VIDEDEZHENENNY MOVED PLEASE LOOK, TODAY WATER SPRAYING SYSTEMS.
The major goal of this thesis is the development of an algorithm for preventing accidents based on monitoring the behavior of the driver

The subject of the study is a distributed system for preventing accidents while operating the vehicle.

The results obtained in the master's certification work can be used to create a new class of systems for monitoring the behavior of a vehicle driver while driving in order to identify dangerous conditions and formulate context-oriented recommendations. Obtained information about the identified impaired attention or fatigue of the driver, as well as the context and information from the cloud service, allow him to warn in advance and formulate a recommendation aimed at the driver to take measures to prevent an accident.
ЗМІСТ



ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНь, СИМВОЛІВ, ОДИНИЦЬ, СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ 8

Вступ 9


1 Аналіз предметної області 11

1.1 Опис проблеми, що вирішується 11

1.2 Системи активної безпеки моніторингу поведінки водія та дорожньої обстановки 14

1.2.1 Поняття системи активної безпеки 15

1.3 Аналіз існуючих систем забезпечення безпеки і підтримки водіїв 20

1.3.1 Сучасні системи сприяння водієві 21

1.3.2 Мобільні системи розпізнавання небезпечних станів і генерації рекомендацій водієві 39

1.3.3 Відеокамери, що встановлюються усередині кабіни транспортного 40

засобу 40

2 АНАЛІЗ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМИ ПОПЕРЕДЖЕННЯ АВАРІЙНИХ 41

СИТУАЦІЙ НА ОСНОВІ МОНІТОРИНГУ ПОВЕДІНКИ ВОДІЯ 41

2.1 Підхід до створення розподіленої системи попередження аварійних ситуацій 43

2.2 Інформаційна модель профілю водія транспортного засобу 51

2.3 Модель хмарного сервісу, який здійснює зберігання, аналіз і обробку інформації користувачів 54

3 Розробка алгоритму ПОПЕРЕДЖЕННЯ АВАРІЙНИХ СИТУАЦІЙ НА ОСНОВІ МОНІТОРИНГУ ПОВЕДІНКИ ВОДІЯ 59

3.1 Архітектура системи попередження аварійних ситуацій 59

3.2 Алгоритм розпізнавання небезпечного стану в поведінці водія при управлінні транспортним засобом 63

Висновки 77

Перелік джерел посилання 78

ДОДАТОК А Графічний матеріал атестаційної роботи 81


ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНь, СИМВОЛІВ, ОДИНИЦЬ, СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ



ДТП - дорожньо-транспортні пригоди

ШГР - шкірно-гальванічна реакція

МСГР - мобільні системи генерації рекомендацій

РСПАС - розподілена система попередження аварійних ситуацій

САБ - системи активної безпеки

СССВ - сучасні системи сприяння водієві

ТЗ - транспортний засіб

ППЕ - пристрої переносної електроніки

ETS - система відстеження переміщення погляду (англ., Eye - Tracking System)

FTS - фонд безпеки дорожнього руху (англ., Foundation for Traffic Safety)

NHTSA - національна адміністрація безпеки дорожнього руху (англ., National Highway Traffic Safety Administration)

Вступ


Дорожньо-транспортні пригоди (далі ДТП) приносять значний соціально-економічний збиток, зачіпаючи здоров'я і життя людей в усьому світі. В останні роки збиток від ДТП перевищує збиток від всіх інших транспортних пригод (літаків, кораблів, поїздів, і т.п.) разом узятих.

Дорожньо-транспортного події є однією з серйозних загроз здоров'ю та життю людей у всьому світі. Проблема ускладнюється й тим, що постраждалі в аваріях - як правило, молоді і здорові (до аварії) люди. За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я, щорічно в світі в результаті ДТП гине близько 1,25 млн осіб і до 50 млн отримують не смертельні травми.

Кількість ДТП, викликаних станом втоми або ослабленої уваги водія за кермом транспортного засобу (далі ТЗ), з кожним роком зростає і призводить до травматизму серед населення в усьому світі. Багато водіїв за кермом автомобіля переживають почуття втоми або ослабленої уваги, і вони навіть не підозрюють про те, що знаходяться в такому стані.

Згідно зі звітом організації National Highway Traffic Safety Administration до дев'яти відсотків ДТП викликано втомою водіїв за кермом транспортного засобу.

Згідно з дослідженням організації Foundation for Traffic Safety, присвяченому аналізу поведінки водія при водінні в напівсонному стані, нетривалий сон в два рази збільшує ризик аварії в порівнянні з тими, хто спав рекомендовані сім і більше годин.

Вірогідність попадання в ДТП водіїв, у яких сон триває менше чотирьох годин, збільшується в 11.5 рази; від чотирьох до п'яти годин - збільшується в 4,3 рази; від п'яти до шести годин - в 1,9 рази; від шести до семи годин - в 1,3 рази. Дослідження показало, що недолік сну і, як наслідок уповільнення швидкості реакції, і стан сонливості може бути настільки ж небезпечно, як і стан алкогольного сп'яніння - уповільнена реакція і зниження концентрації уваги. Як вирішення проблеми, науковим співтовариством було запропоновано підхід до розробки систем активної безпеки (САБ), спрямованих на запобігання аварійних ситуацій на основі моніторингу поведінки водія ТЗ і своєчасного оповіщення водія про поточну ситуацію за рахунок генерації йому контекстноорієнтованних рекомендацій.

Тому розробка технологій і систем контролю втоми водія є на сьогодні актуальною науковою задачею.

1 Аналіз предметної області

1.1 Опис проблеми, що вирішується
На сьогоднішній день майже кожен новий автомобіль, що поставляється з заводу виробника, комплектується в тій чи іншій мірі засобами пасивної (наприклад, ремені безпеки, подушки безпеки, тощо) і активної (наприклад, антиблокувальна система, система курсової стійкості, система контролю рядності руху і т.д.) безпеки..

Якщо пасивні системи безпеки спрацьовують уже після настання дорожньо-транспортної пригоди, то активні вступають в дію заздалегідь і намагаються запобігти або уникнути зіткнення.

Розглянуті нижче системи безпеки будуть належати до категорії систем активної безпеки.

За формою подання всі системи безпеки стеження за станом водія і дорожньої обстановки можна розділити на:



  • сучасні системи сприяння водієві (СССВ);

  • мобільні системи генерації рекомендацій (МСГР);

  • відеокамери, що встановлюються всередині транспортних засобів (ТЗ) (автомобільні відеореєстратори, окремі пристрої відеоспостереження, спрямовані на водія або дорогу);

  • пристрою переносної електроніки (ППЕ) (рис.1.1).

СССВ - є класом систем, що існують у вигляді апаратно-програмних комплексів (камери, сенсори, датчики, чіпи і т.д.) і націлених на надання допомоги водієві з метою запобігання ДТП або пом'якшення їх наслідків. Дані системи встановлюються в автомобілі переважно на заводах автовиробників..

Попереджувальні сигнали високої пріоритетності подаються цими системами для стимулювання пильності і своєчасних і належних дій водія в ситуаціях, коли може мати місце або безпосередньо існує небезпека виникнення серйозних ушкоджень або загибелі людей. До технологій, що становлять СССВ системи, можна віднести такі як: система утримання автомобіля в смузі руху, система попередження про перевищення швидкісного режиму або система моніторингу сліпих зон. Незважаючи на різноманіття інтегрованих СССВ рішень на автомобільному ринку, високу якість і швидкість їх роботи, можна виділити суттєві недоліки інтегрованих СССВ систем: вартість таких систем залишається досить високою; доступні в основному тільки у вигляді додаткової опції для дорогих і ексклюзивних автомобілів.


Рисунок 1.1 – Класифікація систем активної безпеки для водія


З огляду на статистику, згідно з якою кількість користувачів смартфонів перевищить позначку в 5 млрд до 2019 р. і доповідь від аналітичної компанії International Data Corporation (IDC), яка відзначає стійкий споживчий попит на смартфони, можна судити про широку поширеність і доступності мобільних пристроїв (смартфонів) серед людей в усьому світі.

МСГР - є категорією систем безпеки водія, яка розробляється на основі програмних рішень у вигляді мобільних додатків і надалі встановлюється на смартфон з магазину додатків (Google Play для Android пристроїв / Apple App Store для iOS пристроїв). Одним з найбільш популярних мобільних додатків в сфері систем активної безпеки є рішення iOnRoad. Додаток залучає вбудовану камеру, GPS і сенсори для виявлення автомобілів, що йдуть попереду і попередження водія у разі настання небезпеки. Ця система фіксує об'єкти перед водієм в реальному часі, обчислюючи поточну швидкість за допомогою сенсорів. При появі небезпеки спливає звукове та графічне попередження про можливість зіткнення, дозволяючи водієві вчасно загальмувати. Варто зазначити, що мобільні додатки мають ряд недоліків. Головним з них є те, що мобільні додатки не можуть втручатися в процес управління ТЗ і тим самим швидше реагувати на аварійні ситуації, які трапляються під час руху. Іншим недоліком такого роду рішень є те, що точність розпізнавання небезпечних станів помітно нижче в порівнянні з СССВ.

У порівняння з системами СССВ автомобільні відеореєстратори, пристрої відеоспостереження та пристрої переносної електроніки є більш доступним варіантом використання систем активної безпеки. У першому випадку внутрішні відеокамери задіють процесор і камеру для спостереження тільки за обстановкою попереду транспортного засобу, реалізуючи такі функції як, наприклад, контроль сходження з смуги руху. В цьому випадку, камера автоматично контролює дорожню розмітку і відтворює звуковий сигнал, якщо автомобіль перетинає розмітку. Так, наприклад, деякі моделі відеореєстраторів від компанії Garmin здійснюють не тільки відеозапис дорожньої обстановки, а й контроль за безпекою пересування ТЗ, що включають в себе функції попередження про виїзд за межі смуги руху або про небезпечному зближенні з ТЗ, що йде попереду. Огляд засобів переносної електроніки показав, що дана категорія пристроїв спрямована на кабіну ТЗ і здійснює моніторинг за поведінкою водія. Знімаючи електроміограму і електроенцефалограму водія в режимі реального часу або фіксуючи зміна шкірно-гальванічної реакції (ШГР), пристрої переносної електроніки вимірюють ступінь сонливості водія, завчасно попереджаючи його за допомогою звукового сигналу і вібрації.

Одним із прикладів таких пристроїв є наручний браслет з вбудованим датчиком, який виробляє компанія Нейроком для підтримки працездатності водія шляхом виявлення настання його стану сонливості за результатами вимірювань ШГР і завчасного оповіщення про наближення до потенційно небезпечної ситуації.

Технології підвищення активної безпеки набули широкого поширення у вигляді інтегрованих програмно-апаратних систем підвищення безпеки водія в автотранспортних засобах. Незважаючи на те, що СССВ системи дозволяють домогтися високої точності, повноти і швидкості розпізнавання небезпечних дорожніх ситуацій за рахунок використання багатокамерних систем разом з радарами і лазерними далекомірами, такі системи залишаються недоступними для великої кількості ТЗ, а їх вартість є високою в порівняння з МСГР, відеореєстраторами і пристроями переносної електроніки. Використання алгоритмів персоналізації поведінки і стилю водіння того чи іншого водія на основі статистики керування ТЗ з використанням віддаленого сервісу, дозволить розширити можливості МСГР і розробити розподілену систему попередження аварійних ситуацій (далі РСПАС), що враховує інформацію про профілі водія, ТЗ, поточний контекст, попередній досвід використання системи та статистику взаємодії між рештою учасників і системою, що в свою чергу відрізняє дане рішення від існуючих відеореєстраторів і пристроїв переносної електроніки. Серед можливих варіантів інтеграції даної системи можна виділити бортову систему автомобіля і мобільний додаток на смартфоні. Варто відзначити, що вбудовування системи РСПАС в бортову систему ТЗ на етапі виробництва є дорогим і тривалим процесом, що зачіпають постачальників автомобільних комплектуючих, а іноді це просто недоступно зважаючи на низку обмежень автовиробників.

1.2 Системи активної безпеки моніторингу поведінки водія та дорожньої обстановки


1.2.1 Поняття системи активної безпеки
Безпека дорожнього руху визначається не тільки дорожніми умовами, технічним станом транспортних засобів і дотриманням правил дорожнього руху, але також навичками, фізичним станом, здатністю концентруватися і дотриманням заходів безпеки водіями.

Світовими виробниками легкових і вантажних автомобілів розробляється окремий клас сучасних систем стеження за станом водія і дорожньою обстановкою як СССВ, що представляє собою апаратно-програмні комплекси і здатний підвищити рівень безпеки дорожнього руху на дорогах загального користування.

Автомобілі, які оснащені СССВ системами, є проміжною ланкою між звичайними автомобілями, керованими водієм і автотранспортом, обладнаним системою автоматичного управління.

Функції СССВ систем можна класифікувати так:



  • адаптивні системи, що змінюються (адаптуються) на основі вхідних даних від зовнішнього середовища;

  • автоматизовані системи, які виконують функції, які водій не може виконувати безпечно;

  • моніторингові системи, що використовують у своїй роботі датчики, камери та інші засоби для спостереження за простором навколо автомобіля і приймають рішення, чи потрібно втручання в керування транспортним засобом;

  • попереджуючі системи, що повідомляють водія про потенційні аварійні ситуації під час керування автомобілем.

При високопріоритетному попередженні водія схема роботи системи активної безпеки в загальному випадку може бути описана такою послідовністю команд «сприйняття - реагування»: виявлення можливості зіткнення ТЗ, система виводить інформацію про можливе зіткнення при відсутності належної реакції у водія ТЗ, оповіщення про аварійну ситуацію за допомогою попереджувального сигналу та вироблення рекомендації щодо запобігання настання ДТП, привернення уваги водія, усвідомлення (ідентифікація) водієм аварійної ситуації, що відбувається, вибір рішення , реагування і прийняття водієм заходів щодо запобігання ДТП.

Можна виділити найбільш поширені технології, які складають сучасні системи допомоги водієві:



  • технологія контролю сліпих зон (СКСЗ);

  • технологія попередження про схід зі смуги (СПСС), що обчислює час до перетину розмітки і попереджає водія у разі виявлення догляду;

  • технологія виявлення пішоходів і велосипедистів (СВПВ);

  • технологія розпізнавання дорожніх знаків (СРДЗ);

  • технологія попередження про фронтальне зіткнення і пом'якшення наслідків аварії (СПФЗ);

  • технологія контролю дотримання безпечної дистанції (СКДБД).

Дані системи покликані завчасно допомогти водіям автотранспортних засобів запобігти настанню дорожньо-транспортної пригоди або пом'якшити його наслідки. Згідно з прогнозом McKinsey Global Institute середньорічні темпи зростання ринку систем допомоги водієві до 2020 року можуть скласти понад 11 мільярдів доларів США. У тому числі автоматизовані системи допомоги водієві знайшли застосування на рейковому транспорті, що дозволяють безперервно відстежувати працездатність машиніста поїзда під час руху в різний час доби.

Серед систем безпеки, що встановлюються на рейковому транспорті, активно застосовується система моніторингу стану машиніста і екстреного гальмування, орієнтована на підвищення безпеки руху та поліпшення умов водіння поїздів.

При використанні системи автоматичної локомотивної сигналізації на залізничному транспорті, що передає свідчення колійних світлофорів при наближенні до них поїзда на локомотивний світлофор в кабіні машиніста, застосовується пристрій контролю пильності машиніста, яке встановлюється в кабіні потягу. Цей пристрій здійснює періодичну перевірку пильності машиніста, зупинку поїзда при мимовільному початку руху після приведення в дії автостопу і не підтвердження машиністом пильності або перевищення швидкості 5-10 км / год при нейтральному положенні реверсивної рукоятки. Під час руху поїзда при зеленому або при білому вогні локомотивного світлофора через дві хвилини загоряються лампи попередньої світлової сигналізації, після чого машиніст повинен підтвердити свою пильність короткочасним натисканням на рукоятку пильності. Якщо машиніст відволікся і не натиснув на рукоятку, то через 6-8 секунд лунає попереджувальний звуковий сигнал клапана автостопа, при якому також потрібно натиснути на рукоятку пильності. Після пропуску машиністом світлового сигналу при жовтому, білому, червоному і зеленому вогнях локомотивного світлофора наступна перевірка відбудеться через зменшений інтервал (20-25 сек). При повторному пропуску світлового сигналу для попередження автостопного гальмування машиністу необхідно натиснути кнопку пильності «Пропуск». У разі відсутності підтвердження машиністом пильності своєчасним натисканням рукоятки пильності відбудеться екстрене гальмування поїзда. На сьогоднішній день в локомотивах вбудовуються системи контролю бадьорості машиніста, які виконують безперервний контроль працездатності машиніста по електричному опору шкіри зап'ястя руки. На даний момент проводиться досить багато досліджень в області комп'ютерного зору. У СССВ системах невербальне вираження водієм транспортного засобу (ТЗ) внутрішнього стану аналізується за допомогою відеокамери за рахунок спостереження за його головою і особою, які надають досить точні характеристики, за якими можна визначити фізіологічні особливості водія. Так, наприклад, керування автомобілем вимагає від водія повної зосередженості уваги, хорошої реакції і адекватного сприйняття дорожньої обстановки. Існує велика кількість відволікаючих увагу водія факторів, таких як телефонні дзвінки, SMS повідомлення, мультимедіа та навігаційні системи. У разі, якщо водій відволікається від дорожньої ситуації під час того, як ТЗ знаходиться в русі, СССВ система проінформує водія про настання небезпечної ситуації і існуючому ризику виникнення дорожньо-транспортної події. В цьому випадку у водія з'являється час для здійснення необхідного маневру для уникнення дорожньо-транспортної пригоди.

Технології, що становлять системи підвищення безпеки водія, можна умовно розділити по виду контексту на ті, які здійснюють моніторинг навколишнього оточення (дорожньої обстановки) і ті, які спрямовані на стеження за поведінкою водія всередині кабіни ТЗ.

В якості контексту використовується будь-яка інформація, яка є релевантною при описі ситуації, в якій знаходиться деякий об'єкт (водій, ТЗ) в певний момент часу. Спрощена схема системи активної безпеки водія, інтегрованої в автомобіль, представлена на рис. 1.2. Як наочне подання, на малюнку пунктирними лініями виділена система РСПАС, що використовує в своїй роботі контекст всередині кабіни ТЗ.

Як правило, САБ автомобіля з інтегрованою системою РСПАС складається з наступних компонентів:


1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13


©netref.ru 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет