Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ЭКСПЕРТИЗЫ ОБЪЕКТОВ ТРАНСПОРТНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ

Михеева Т.И. 1 Ключников В.А. 1 Головнин О.К. 1
1 Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)
В статье описывается разработанный метод экспертизы объектов транспортной инфраструктуры, со-гласно которому предусматривается выполнение двух основных этапов работ. Первый этап – полевые работы по сбору данных об объектах транспортной инфраструктуры с помощью мобильной лаборатории, осуществляющей видео съемку дороги и привязку объектов посредством системы GPS. Второй этап – камеральные работы, выполняемые специалистами в области организации дорожного движения, при проведении которых используется система учета геометрических параметров проезжей части, реализующая разработанные алгоритмы вычисления радиусов закруглений автомобильной дороги и вычисления расстояния видимости. Система является составной частью программно-аппаратного комплекса исследования автомобильных дорог, инвентаризации и паспортизации, который обеспечивает сбор, хранение, обработку и использование информации об объектах транспортной инфраструктуры. Применение разработанного метода, алгоритмов и основанного на них программно-аппаратного комплекса позволяет сократить трудоемкость и повысить качество разработки проектов организации дорожного движения, что приводит к увеличению безопасности движения транспортных средств и пешеходов.
организация дорожного движения.
паспортизация
инвентаризация
расстояние видимости
радиус закругления
транспортная инфраструктура
экспертиза
алгоритм
1. Бойков В.Н. САПР автодорог — перспективы развития // САПР и ГИС автомобиль-ных дорог — 2013. — №1. — С. 6–9.
2. Головнин О.К., Ключников В.А., Михеев С.В. Автоматизированная система паспортизации автомобильной дороги // Перспективные информационные технологии (ПИТ 2013): труды Международной научно-технической конференции. — Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2013. — С. 230-233.
3. Ключников В.А., Головнин О.К., Михеев С.В. Система сбора и накопления геовидеоданных для инвентаризации автомобильных дорог // Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании: материалы XIX Всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов. — Рязань: РГРТУ, 2014. — С. 244-246.
4. Михеева Т.И. Автоматизация разработки проектов организации дорожного движения / Михеева Т.И., Головнин О.К., Ключников В.А. // Актуальные проблемы автотранспортного комплекса: межвуз. сб. науч. статей (с междунар. участием). — Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2014. — С. 177-185.
5. Михеева Т.И. Структурно-параметрический синтез интеллектуальных транспортных систем. — Самара: Самар. науч. центр РАН, 2008. — 380 с.
6. Сидоров А.В., Головнин О.К. Построение геоинформационной модели объектов транспортной инфраструктуры // Труды II Международной конференции «Информационные технологии интеллектуальной поддержки принятия решений» (ITIDS’2014). — Уфа: Изд-во УГАТУ, 2014. — С. 165-169.
7. Смогунов В.В., Митрохина Н.Ю. Системный анализ методов проектирования автомо-бильных дорог //Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. — 2011. — №. 4. — С. 116-127.
Автомобильные дороги являются важнейшей составной частью транспортной системы России. От уровня развития сети автомобильных дорог во многом зависит достижение устойчивого экономического роста, повышение конкурентоспособности отечественных производителей и улучшение качества жизни населения, укрепление национальной безопасности государства и интеграция транспортного комплекса России в международную транспортную систему. Для рационального распределения денежных средств, выделяемых на развитие и содержание сети автомобильных дорог, для оптимизации методов организации дорожного движения на автомобильных дорогах, для повышения пропускной способности и безопасности движения транспортных средств и пешеходов необходима точная и достоверная информация о состоянии автомобильных дорог. С этой целью проводятся работы по экспертизе, диагностике, паспортизации и инвентаризации объектов транспортной инфраструктуры.

Метод экспертизы объектов транспортной инфраструктуры

Для экспертизы объектов транспортной инфраструктуры разработан метод, который предусматривает выполнение двух основных этапов работ. Первый этап – полевые работы. Сбор данных об объектах транспортной инфраструктуры осуществляется с помощью мобильной лаборатории, позволяющей выполнить цифровую непрерывную видеосъемку дороги на скорости 40 – 80 км/ч и привязку объектов с помощью глобальной системы позиционирования GPS. Второй этап – камеральные работы, выполняемые специалистами в области организации дорожного движения (ОДД) с использованием системы учета геометрических параметров проезжей части [5].

Сбор данных

Оборудование передвижной лаборатории включает в себя 3 IP-камеры, каждая из которых формирует поток видеоданных разрешением Full HD частотой 30 кадров в секунду, имеет степень защиты IP66 от проникновения пыли и воды, GPS-приемник с высокой точностью позиционирования, ноутбук, коммутатор, поддерживающий технологию Power over Ethernet, для питания камер через стандартную витую пару.

GPS предоставляет системе возможность круглосуточного получения точных координат и времени. Данные передаются в ноутбук из GPS-приемника с частотой 10 Гц. По данным, полученным с помощью GPS, с высокой точностью воспроизводится маршрут, пройденный передвижной лабораторией. GPS-данные представлены в формате NMEA 0183. Время в формате UTC, координаты в формате WGS-84, скорость в узлах и высота над уровнем моря в метрах определяется путем распознавания сообщений GPRMC и GPGGA.

Программное обеспечение, разработанное для мобильной лаборатории, обеспечивает:

·                    чтение данных в формате NMEA с GPS приемника, подключенного к USB порту ноутбука через виртуальный COM-порт;

·                    выбор картографического сервиса (Google maps, Bing maps, ArcGIS, OpenStreetMap, Яндекс карты);

·                    отображение текущего местоположения и траектории движения передвижной лаборатории на карте;

·                    запись GPS данных в файл на жесткий диск ноутбука;

·                    использование в качестве источника геоданных интернета или кэша для работы в автономном режиме;

·                    захват видео с IP-камер и вывод изображения на экран ноутбука;

·                    кодирование и запись видео на жесткий диск ноутбука [3].

Программное обеспечение работает в многопоточном режиме. Для работы с каждой из IP-камер и для записи GPS-трека выделяется отдельный поток выполнения. В каждый момент времени изображение с определенной камеры передается на экран ноутбука в уменьшенном разрешении и записывается в видеофайл в разрешении 1920×1080 пикселей.

В целях снижения нагрузки на процессор ноутбука для вывода изображений на экран применяется кроссплатформенная открытая графическая библиотека OpenGL.

Захват, кодирование и запись видео осуществляется с помощью набора свободных библиотек с открытым исходным кодом FFmpeg, которые позволяют записывать, конвертировать и передавать цифровые аудио- и видеозаписи в различных форматах.

Для управления потоком видеоданных используется потоковый протокол реального времени RTSP, передача потоковых данных осуществляется транспортным протоколом TCP, который обеспечивает надежную передачу данных.

Программное обеспечение реализует кодирование видео с использованием кодека X264 – свободной библиотеки для кодирования видеопотоков, реализующей стандарт сжатия H.264, обеспечивающей как высокое качество, так и высокий коэффициент сжатия видео.

Обработка данных

Для обработки данных об объектах транспортной инфраструктуры разработаны алгоритм вычисления радиусов закруглений автомобильной дороги и алгоритм вычисления расстояния видимости.

Алгоритм вычисления радиусов закруглений автомобильной дороги состоит из следующих шагов:

Шаг 1.          Получить точку H, в которой траектория движения отклоняется от прямой – точку начала закругления (рисунок 1);

Шаг 2.          Получить точку K окончания поворота;

Шаг 3.          Построить прямую НB, касательную к траектории в точке начала закругления;

Шаг 4.          Построить прямую BK, касательную к траектории в точке окончания закругления;

Шаг 5.          Если прямые HB и BK пересекаются, найти их точку пересечения (точка B);

Шаг 6.          Вычислить угол между прямыми HB и BK (угол α);

Шаг 7.          Вычислить расстояние T от точки начала закругления до точки пересечения прямых HB и BK;

Шаг 8.          Вычислить радиус закругления .

Рис. 1. Вычисление радиусов закруглений дороги

Алгоритм вычисления расстояния видимости состоит из следующих шагов:

Шаг 1.          Выбрать начальную точку O траектории движения. В этой точке на высоте 1,2 м над поверхностью дороги находится наблюдатель. Расстояние от начала дороги до точки O равно m (рисунок 2);

Шаг 2.          Выбрать точку A траектории после точки, в которой находится наблюдатель. В этой точке на высоте 0,2 м находится объект наблюдения. Расстояние от начала дороги до точки A равно m1;

Шаг 3.          Построить прямую OA;

Шаг 4.          Если прямая OA не пересекает траекторию движения, то переместить объект наблюдения в следующую точку траектории и перейти к шагу 3;

Шаг 5.          Если прямая пересекает траекторию движения, т.е. объект наблюдения находится в точке C, на расстоянии m3 от начала дороги, то данная итерация алгоритма завершена, расстояние видимости в точке O равно расстоянию между точкой O и последней видимой точкой B, т.е. m2 – m. Переместить наблюдателя в точку, следующую за точкой O и перейти к шагу 2;

Шаг 6.          Если расстояние от точки O до точки, в которой находится объект наблюдения равно максимальной видимости, то данная итерация алгоритма завершена, расстояние видимости в точке O равно максимальной видимости. Переместить наблюдателя в точку, следующую за точкой O и перейти к шагу 2;

Шаг 7.          Если наблюдатель находится в конечной точке траектории, алгоритм завершен.

Рис. 2. Вычисление расстояния видимости

Описанные выше алгоритмы реализованы в системе учета геометрических параметров проезжей части [2], которая, согласно разработанному методу, применяется при проведении камеральных работ и обеспечивает:

·      вычисление радиусов закруглений дороги и отображение графика радиусов закруглений (рисунок 3);

·      отображение графика высот;

·      вычисление уклонов дороги и отображение диаграммы уклонов;

·      вычисление расстояния видимости и отображение графика видимости;

·      учет технических средств организации дорожного движения (ТСОДД);

·      формирование сводных ведомостей размещения ТСОДД;

·      измерение линейных и площадных геометрических параметров объектов транспортной инфраструктуры по кадру видеозаписи (рисунок 4).

Рис. 3. График радиусов закруглений дороги

Использование данных

Система учета геометрических параметров проезжей части позволяет добавлять, удалять и редактировать информацию в базе данных геоинформационной системы ITSGIS [6] о следующих объектах транспортной инфраструктуры:

·      дорожные знаки;

·      дорожная разметка;

·      направляющие устройства (сигнальные столбики);

·      пешеходные дорожки (тротуары);

·      дорожные ограждения;

·      остановки общественного транспорта;

·      светофоры;

·      искусственное освещение.

Рис. 4. Измерение высоты опоры знака по видеокадру

Каждый объект в базе данных хранит информацию о местоположении во всемирной геодезической системе координат (WGS-84) и линейный адрес относительно начала дороги в формате (км+м) [4].

Система позволяет автоматически формировать проекты ОДД в формате обмена изображениями (DXF), который разработан компанией Autodesk [1].

Проект ОДД включает в себя контуры автомобильной дороги, диаграмму продольных уклонов, график кривых в плане, линии дорожной разметки, дорожные знаки, дорожные ограждения, пешеходные ограждения, направляющие устройства, светофоры, освещение, остановки общественного транспорта, железнодорожные переезды, искусственные сооружения [7].

Рис. 5. Проект организации дорожного движения

Заключение

Применение разработанного метода и алгоритмов экспертизы объектов транспортной инфраструктуры позволило автоматизировать процесс сбора, обработки и использования информации, уменьшить нагрузку на специалистов отдела ОДД, сократить трудоемкость и повысить качество разработки проектов ОДД.

Разработанный метод и алгоритмы экспертизы объектов транспортной инфраструктуры реализованы в программно-аппаратном комплексе исследования автомобильных дорог, инвентаризации и паспортизации, который обеспечивает:

·                запись видео с IP-камер;

·                запись GPS-данных;

·                хранение информации об установленных ТСОДД;

·                вычисление радиусов закруглений автомобильной дороги;

·                вычисление продольных уклонов дороги;

·                вычисление расстояния видимости;

·                измерение линейных и площадных геометрических параметров объектов транспортной инфраструктуры по кадру видеозаписи;

·                формирование сводных ведомостей размещения ТСОДД;

·                формирование проектов ОДД.

Рецензенты:

Прохоров С.А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой информационных систем и технологий, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет), г.Самара.

Хайтбаев В.А., д.э.н., профессор кафедры организации и управления перевозками на транспорте, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет), г.Самара.


Библиографическая ссылка

Михеева Т.И., Ключников В.А., Головнин О.К. МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ЭКСПЕРТИЗЫ ОБЪЕКТОВ ТРАНСПОРТНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=16656 (дата обращения: 18.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074