Управление и оценка качества безопасного движения транспортных средств при их встрече

Актуальность задачи контроля безопасности движения транспорта.

При управлении подвижными объектами различного класса, такими как наземный городской транспорт, маловысотные летательные аппараты, речные и морские суда, возникает проблема обеспечения безопасности движения при встрече с различными препятствиями. Существующие методы автоматического управления позволяют синтезировать структуры линейных регуляторов в аналитической форме, однако они не дают оценки степени риска при опасном сближении с препятствием [1−6].

Между тем при ручном управлении человек испытывает реальные ощущения нарастания тревоги в случае недопустимого снижения безопасности движения, что вызывает последующую перестройку способа обхода препятствий. Поэтому целыо настоящей работы являет воспроизведения поведения человека путем количественной оценки текущего риска в движении с помощью предложенной системы контроля и, главное, последующей перестройки системы управления на примере обхода препятствий при встречном движении [7−17].

Целыо диссертационной работы является повышение безопасности движения транспортных средств при их сближении путем непрерывной оценки прогнозируемого риска их возможного столкновения и принятия предупредительных мер при управлении движением.

Для достижения этой цели в работе решены следующие задачи: постановка задачи оптимального управления безопасным движением и выбор метода ее решения на базе динамического программированиясинтез оптимального управления обходом неподвижного препятствия наземным и речным транспортомрешение задачи безопасного встречного движения двух транспортных средствформирование единой структуры одновременного контроля и управления безопасным движением транспортных средствмоделирование на ЭВМ процессов встречного движения наземного транспорта и речных судов.

Основными научными положениями, выносимыми на защиту, являются: интегральный критерий оптимальности управления безопасным встречным движением транспортных средствпредставление функции риска столкновения транспортных средств с помощью правой части уравения Беллманазависимость оптимального управления и контролируемой функции риска от продольных и боковых скоростей сближающихся транспортных средствкомплексирование пр приоцедур контроля и управления в виде двухуровневой структуры принятия решений по управлению боковым продольным решением.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

1. В предложенный интегральный критерий введена переменная функция штрафов, оценивающая вероятную стоимость прогнозируемого ущерба от столкновения при встрече в зависимости от боковой и продольной дальности до препятствия;

2. С помощью расчета коэффициентов функции Беллмана найдена аналитическая форма контролируемой функции риска в виде правой части уравнения Беллмана;

3. Функция риска возрастает при сближении с препятствием и при увеличении как скорости сближения, так и боковой скорости встречного транспорта, что отвечает физическому смыслу решаемой задачи;

4. Показано, что при увеличении боковой и продольной скоростей встречного движения минимальное расстояние между транспортами при встрече должно увеличиваться для большей безопасности. С этой целью найдена в квадратурах зависимость оптимального управления от этих скоростей;

5. Предложена двухуровневая структура интегрированного контроля и управления продольным и боковым движением. В случае недопустимо большого риска при управлении боковым движением для обхода препятствия сигнал предупредительной тревоги передается в другой канал продольного движения, в котором скорость поступательного движения снижается, и прогнозируемый риск входит в норму.

Достоверность полученных результатов подтверждается тем, что синтезированные алгоритмы контроля и управления получены с помощью научно обоснованных методов динамического программирования и аналитического конструирования оптимальных регуляторов. Полученные результаты моделирования и найденные зависимости адекватны физическому смыслу процессов безопасного движения транспортных средств.

Практическая ценность результатов заключается в том, что включение в систему управления сигналов тревоги позволит существенно снизить риск, если с помощью специальных измерительных средств контролировать движение встречного транспорта. Такие средства на речном транспорте есть, и в этом случае предложенный подход применим в настоящее время.

Кроме того, весьма перспективна демонстрация прогнозируемой функции риска на различных тренажерах при обучении операторов по управлению, чтобы своевременно обратить внимание на возрастание опасности встречного движения.

Структура диссертации: Диссертация изложена на 96 стр., содержит 34 рисунков, список литературы из 64 наименований и состоит из 5-ти глав.

Выход.

Рис. 5.5 Пример движения управляемого объекта с регулированием скорости движения у, но без учета боковой скорости встречного транспорта у2 Видно, что сначала наш управляемый объект движется с большой скро-стью, но при встрече с другим транспортом, наш объект замедляет свою скорость, чтобы увеличить дистанцию безопасно&trade-.

5.4 Моделирование системы с учетом всех скоростей движения встречного транспорта.

Препятствие является подвижным объектом, который управляется по двум каналам продольного и бокового направлений, как показано на рис. 5.6.

Рис. 5.6 Пример движения управляемого объекта в случае встречный транспорт учитывает все скорости движения Окончательно видно, что если встречный транспорт движется со всеми скоростями (у2и и"), то при встрече с ним управляемый объект будет двигаться по двум направлениям, чтобы обеспечить дистанцию безопасности между ними. При этом очевидно значение функции риска будет меньше, чем у предыдущих ситуаций, так как дистанция при встрече транспортов будет меньше.

Также было проведено моделирование речного транспорта, как показано на рис. 5.7.

Дистанция.

15 000'!

Рис. 5.7 Моделирование встречного движения речных судов 5.5 Выводы по главе 5.

На основании результатов моделирования можно сделать следующие выводы:

1. При обходе неподвижного препятствия важно его своевременное обнаружение, а это зависит от дальности до препятствия и от скорости движения.

2. При встрече с подвижным препятствием наибольший положительный эффект вызывает регулирование продольной скорости наряду с управлением боковым движением.

3. Наибольшой эффект в повышении безопасности возникает при оценке риска с учетом всех скоростей двух транспортов — попутных скоростей у, и «и боковых скоростей г2и v2. В этом случае оптимальное управление осуществляет встречное движение при увеличенной дистанции между транспортами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Сформулирована и решена задача синтеза оптимального управления боковым движением транспорта при обходе неподвижных препятствий.

2. С помощью динамического программирования найдена аналитическая форма контролируемой функции риска безопасности встречного движения в виде непрерывного сигнала предупредительной тревоги.

3. Предложенная единая двухуровневая структура контроля и управления продольным и боковым движением транспортных средств. В случае недопустимо большого риска в боковом движении сигнал тревоги передается в другой канал управления продольным движением, чтобы снизить попутную скорость и привести значение риска в норму.

4. Установлена зависимость параметров оптимального регулятора и функции риска от скоростей продольного и бокового движения транспортных средств. Показано, что с ростом этих скоростей минимальная дистанция при встрече должна быть увеличена.

5. Результаты моделирования на ЭВМ подтвердили эффективность предложенного подхода как одной из мер повышения безопасности встречного движения транспортных средств.