Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса, цель и задачи исследования 9
1.1. Анализ аварийности в Российской Федерации, приоритетные направления деятельности в области обеспечения безопасности дорожного движения 9
1.2. Составляющие системы Водитель-Автомобиль-Дорога-Среда в обеспечении безопасности движения 15
1.3. Автотехническая экспертиза и ее место в структуре комплекса ВАДС 19
1.4. Анализ аппаратных средств для измерения обзорности.. 32
1.5. Анализ существующих методик исследования механизма ДТП в условиях ограниченной обзорности... 35
1.6. Выводы по первой главе. Цель и задачи исследования... 41
2. Теоретические основы анализа механизма дорожно-транспортного происшествия 43
2.1. Общая методика исследования 43
2.2. Классификация дорожно-транспортных ситуаций с помощью матрицы состояния 46
2.3. Разработка математической модели и алгоритма анализа ДТП 55
2.4. Разработка имитационной модели процесса сближения транспортного средства и пешехода 68
2.5. Выводы по второй главе 71
3. Экспериментальные исследования 73
3.1. Общая методика экспериментальных исследований 73
3.2. Разработка инструментария и методики определения параметров передней обзорности 74
3.3. Исследование параметров передней обзорности на примере а/м ВАЗ-2110 83
3.4. Исследование статистических сведений дорожно-транспортных происшествий 96
3.5. Исследование влияния значений исходных параметров, на формирование результатов экспертного заключения 102
3.6. Выводы по третьей главе 106
4. Реализация результатов исследования 109
4.1. Принципы построения, назначение и необходимость разработки автоматизированного рабочего места эксперта 109
4.2. Внедрение результатов исследования 112
4.3. Оценка эффективности результатов исследования 113
4.4. Выводы по четвертой главе 116
Основные выводы и рекомендации 118
Список использованных источников
- Составляющие системы Водитель-Автомобиль-Дорога-Среда в обеспечении безопасности движения
- Классификация дорожно-транспортных ситуаций с помощью матрицы состояния
- Разработка инструментария и методики определения параметров передней обзорности
- Внедрение результатов исследования
Введение к работе
Неуклонное развитие научно-технического прогресса и укрепление благосостояния населения способствуют как качественному, так и количественному росту автомобильного парка страны. Отрицательным моментом данной тенденции является увеличение количества дорожно-транспортных происшествий (ДТП) и числа пострадавших в них людей.
Осложнение обстановки на дорогах наблюдается практически во всех субъектах Федерации. По сравнению с 2000 годом количество пострадавших в ДТП за 2006 год увеличилось более чем в 1,5 раза.
Результаты анализа по видам ДТП свидетельствуют, что более половины из них - наезды на пешеходов (около 51 %), при этом 18-20 % наездов происходит в условиях ограниченной обзорности.
Основным способом выявления причин дорожно-транспортных происшествий в этих случаях является автотехническая экспертиза. Механизм анализа происшествий, совершенных в условиях ограниченной обзорности, сложнее обычного. Методы исследования, применяемые в настоящее время, основываются на математических моделях, включающих в себя кинематическую и геометрическую составляющие. Однако при проверке геометрического условия существующие методики не учитывают возможное ограничение обзорности, связанное с конструктивными особенностями транспортного средства, такими как наличие стоек кузова, наличие загрязнений на лобовом стекле при неблагоприятных дорожных условиях. Не учитываются и физиологические особенности водителя, характеризующие поле зрения. Кроме того, подобные задачи при движении пешехода под углом к краю проезжей части, отличным от прямого, исследователями малоизучены. Все это оказывает безусловное влияние на достоверность результатов экспертизы, провоцирует привлечение к ответственности невиновных лиц и в итоге не приводит к установлению истинных причин дорожно-транспортного происшествия.
Таким образом, совершенствование методов исследования механизма ДТП, совершенных в условиях ограниченной обзорности, является актуальной научно-технической задачей.
Цель исследований - повышение эффективности экспертного исследования на основе разработки метода анализа механизма ДТП, совершенных в условиях ограниченной обзорности.
Объект исследований - система Водитель-Автомобиль-Дорога-Среда.
Предмет исследований - механизм ДТП в условиях ограниченной обзорности.
Теоретической и методологической основой исследования являются теория движения автомобиля, системный подход и комплексный анализ, теория вероятности, регрессионный анализ, непрерывное имитационное моделирование и динамическое программирование, позволяющие получить обоснованные выводы.
Научная новизна исследования:
-установлены закономерности изменения параметров обзорности под воздействием учитываемых факторов;
-разработана математическая модель процесса сближения транспортного средства и пешехода в условиях ограниченной обзорности;
-создано алгоритмическое обеспечение метода анализа механизма ДТП;
-разработана имитационная модель исследования механизма ДТП;
-предложена методика определения параметров обзорности с рабочего места водителя.
Практическая ценность заключается в разработке метода анализа механизма дорожно-транспортного происшествия, совершенного в условиях ограниченной обзорности, создании инструментария и методики определения обзорности с рабочего места водителя, а также в разработке имитационной модели, позволяющих формировать объективную оценку о механизме дорожно-транспортного происшествия.
Реализация результатов работы.
Устройство для определения обзорности оператора транспортного средства планируется к выпуску на заводе ОАО «Курганприбор-А».
Оформлены заявки на получение патентов в «Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам». Получены три приоритетные справки: №2007131875 от 22.08.2007 г. на способ, №2007131877 от 22.08.2007 г. на устройство и №2007132300 от 27.08.2007 на полезную модель.
Совместно с Научно-исследовательским институтом электронных образовательных ресурсов Тюменского государственного нефтегазового университета подготовлен проект автоматизированного рабочего места (АРМ) для использования в экспертных подразделениях системы МВД и Министерства юстиции.
Кроме того, результаты исследования используются в учебном процессе Курганского государственного университета и Тюменского государственного нефтегазового университета при подготовке инженеров по специальностям «Организация и безопасность движения», а также «Автомобили и автомобильное хозяйство» по дисциплинам «Организация автомобильных перевозок и безопасность движения», «Экспертиза дорожно-транспортных происшествий» и «Организация дорожного движения».
На защиту выносятся:
1. Закономерности изменения параметров обзорности.
2. Математическая модель процесса сближения транспортного средства и пешехода в условиях ограниченной обзорности. 3. Алгоритмическое обеспечение метода анализа механизма ДТП.
4. Имитационная модель исследования механизма ДТП.
5. Методика определения параметров обзорности с рабочего места водителя.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на Всероссийской научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири» - Тюмень, 2007 г., Всероссийской конференции института транспорта Тюменского государственного нефтегазового университета» - Тюмень, 2007 г., региональной научно-практической конференции «Экология. Риск. Безопасность» - Курган, 2005 г.; на ежегодных конференциях аспирантов и соискателей Тюменского государственного нефтегазового университета -Тюмень, 2003 - 2007 гг.; на заседаниях кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» Тюменского государственного нефтегазового университета, 2003 - 2007 гг.
Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 7 статьях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Объем работы составляет 135 страниц печатного текста, в том числе 10 таблиц, 57 иллюстраций (рисунков), списка использованных источников из 110 наименований и 3 страниц приложений.
Составляющие системы Водитель-Автомобиль-Дорога-Среда в обеспечении безопасности движения
Результаты влияния различных факторов на возникновение ДТП содержат работы [4, 5, 8, 9, 10, 12, 18]. На основании исследований установлены многие закономерности ДТП [32, 44, 54, 71]. Несмотря на это, задача, связанная со снижением вероятности возникновения ДТП, требует и будет требовать новых и своевременных решений в связи с развитием транспортного комплекса [96, 104,106,107].
ДТП лишь в редких случаях могут быть объяснены одной причиной [11, 13, 14, 21, 54, 57]. Обычно они являются результатом взаимодействия ряда факторов [4, 19, 23, 29, 31, 38, 53], один из которых решающий. На рисунке 1.5 указаны факторы, оказывающие влияние на безопасность движения. Анализ данной схемы дает возможность выявить, что в комплексе Водитель-Автомобиль-Дорога-Среда главным, с точки зрения безопасности движения и возможности предотвращения ДТП, является Водитель.
Основным информационным каналом, связывающим отдельные элементы системы, является зрительное восприятие [48], позволяющее водителю ориентироваться в разнообразных дорожных условиях (ДУ) и дорожно-транспортных ситуациях (ДТС).
Зрительное восприятие водителя специфично, оно характеризуется следующими особенностями: восприятие объектов, которые определяют информацию о дорожных условиях и ДТС; выделение из общего значительного количества объектов группы наиболее важных, влияющих на выбор оптимального скоростного режима и траектории движения автомобиля; построение функциональной модели движения, определяющей решение водителя о необходимости тех или иных действий при управлении автомобилем.
Другими словами, с помощью зрительного анализатора водитель оценивает объекты дорожных условий и дорожно-транспортной ситуации, прогнозируя при этом динамику их изменения во времени, что необходимо для выбора оптимального скоростного режима и траектории движения автомобиля [39,40, 67, 68, 71].
Глаз человека охватывает определенную зону пространства, называемую полем зрения. Границы зрения показаны на рисунке 1.6. Центральная часть поля зрения просматривается обоими глазами, а боковые его части - только одним правым или левым глазом. Ширина поля зрения в горизонтальном направлении доходит до 110-120. Острота зрения у центра поля наибольшая, ухудшаясь к его краям. Лучшие аккомодационные свойства глаза, т.е. получение отчетливого изображения предметов на различных расстояниях, проявляются при нахождении объектов в конусе острого зрения, составляющего по горизонтали а = 30, по вертикали /? = 30.
Лежащие за пределами конуса острого зрения объекты ДУ и ДТС воспринимаются периферийной областью зрительного анализатора, не дающей действительных геометрических соотношений. Для правильной оценки объектов ДУ и ДТС, находящихся в периферийном поле зрения, водитель рефлекторно переводит взор на нужный объект так, чтобы он проецировался в центральных ямках сетчатки обоих глаз.
Помимо водителя, существенное значение на безопасность дорожного движения оказывают влияние и остальные составляющие системы [1, 28, 42, 77, 83, 87, 90]. Тем не менее при анализе статистических данных обычно указывается лишь одна причина, чаще всего вина водителя, неправильно избравшего режим движения. Серьезное уточнение в этот вопрос вносит п. 10.1 Правил дорожного движения, согласно которому водитель должен принимать возможные меры к снижению скорости вплоть до остановки транспортного средства в случаях, когда он «в состоянии обнаружить опасность для движения», тем самым исключает вину водителей при условии подтверждения расчетами, выполненными в ходе проведения автотехнической экспертизы.
Классификация дорожно-транспортных ситуаций с помощью матрицы состояния
Анализ методик позволил выделить две концепции решения вопроса о наличии либо отсутствии у водителя технической возможности предотвращения дорожно-транспортного происшествия в условиях ограниченной обзорности.
Первая концепция: путем сравнения расстояния (Sa), на котором находилось транспортное средство от места наезда в момент обнаружения пешехода, с остановочным путем (So) транспортного средства в данных дорожных условиях (Sa So);
Вторая концепция: путем сравнения рассчитанной величины расстояния, на котором находился пешеход от места наезда (Sno), со значением расстояния (Sne) от пешехода до места наезда в момент открытия видимости пешехода с рабочего места водителя (SBn Sno). Расчет расстояния Sno проводят для момента, когда автомобиль находится от места наезда на расстоянии, равном своему остановочному пути.
Вместе с тем следует отметить, что четких рекомендаций о применении той или иной концепции [41, 42, 43, 63, 97] не содержится. В связи с чем появляется необходимость в систематизации всего многообразия факторов, характеризующих дорожно-транспортные происшествия (ситуации) в условиях ограниченной обзорности, с точки зрения влияния на математический аппарат, применяемый для решения вопроса о наличии либо отсутствии технической возможности предотвращения ДТП.
По результатам анализа ранее выполненных исследований [41, 58, 59, 63,97] необходимо рассмотреть следующие факторы: момент возникновения опасной ситуации; направление движения пешехода: слева направо; справа налево; перпендикулярно либо под иным углом относительно края проезжей части; место нанесения удара: передней или боковой частью транспортного средства совершено ДТП; значение скорости движения транспортного средства; режим движения транспортного средства: в торможении или без торможения совершено ДТП.
Оценивая каждый из вышеуказанных факторов, можно прийти к следующим выводам:
1. Моментом возникновения опасной обстановки в данном случае является момент обнаружения пешехода, а при всех иных вариантах решение задачи превращается в обычную задачу АТЭ без учета ограничения обзора. Таким образом, данный фактор исключаем.
2. Направление движения пешехода слева направо либо справа налево принципиального значения не имеет, а вот движение пешехода перпендикулярно либо под иным другим углом к краю проезжей части необходимо учитывать.
3. Место нанесения удара для проведения расчетов имеет существенное значение, так как при наезде боковой частью необходимо учитывать расстояние от передней части до места нанесения удара.
4. Превышение скоростного режима, т.е. когда установлено, что в условиях происшествия транспортное средство двигалось со скоростью, значение которой больше, чем разрешено на данном участке в соответствии с Правилами дорожного движения, имеет существенное значение: необходимо устанавливать причинную связь между фактом превышения скорости и фактом совершения ДТП.
Режим движения транспортного средства в торможении или без торможения, с точки зрения применяемого математического аппарата, также имеет существенное значение, поскольку за одни и те же промежутки времени транспортное средство будет преодолевать разные участки, изменяя свое положение относительно объекта, ограничивающего обзорность.
Таким образом, на все многообразие различных ситуаций влияют четыре фактора, изображенные в виде структурной схемы (рисунок 2.3).
Разработка инструментария и методики определения параметров передней обзорности
Анализ устройств и способов определения параметров обзорности рабочего места водителя, проведенный в первой главе, выявил их недостатки.
Применение современных достижений науки и техники позволило разработать методику (способ) и устройство (инструментарий) для определения параметров обзорности.
Существо предлагаемого способа состоит в следующем: большую часть времени в процессе управления транспортным средством водитель (оператор) смотрит в направлении движения без поворота головы, при этом в 180 градусном секторе передней обзорности имеются непросматриваемые зоны (сектора). Следовательно, необходимо оценить обзорность при условии расположения взгляда оператора в направлении движения транспортного средства.
Способ поясняется изображениями, где на рисунке 3.1 представлен пример общего вида устройства, на рисунке 3.2 показаны нивелир, подставка и струбцина, на рисунке 3.3 представлена схема проведения измерений, на рисунке 3.4 - пример оформления результатов измерений.
Нивелир 1 устанавливают в подставку 2 и фиксируют неподвижно в ее верхней части 14, которая может вращаться относительно нижней части 13, имеющей раз градуированную шкалу для измерения угловых перемещений. Подставку 2 крепят к струбцине 3 винтом 12, нижняя часть 13 подставки 2 неподвижна относительно струбцины 3. Винтом 11 фиксируют положение Г-образной части струбцины в необходимом положении. Струбцину 3 через металлические скобы 4 с помощью винтовых соединений присоединяют к поперечным трубам 5. Средство для крепления и размещения внутри транспортного средства состоит из вертикальных 7, поперечных 5 и 10, а также продольных труб 9, соединенных между собой зажимами 6 (например металлических, состоящих из двух частей, соединенных между собой болтовым соединением). Для крепления устройства к транспортному средству в вертикальных трубах 7 выполнены отверстия, к которым через болтовое соединение прикреплена пластина 8 (может быть использована металлическая пластина, выполненная в виде прямоугольника, имеющая два отверстия: одно в виде прямоугольной прорези, второе в виде окружности, для крепления непосредственно к транспортному средству). Фиксация устройства к транспортному средству осуществляется с помощью резьбовых отверстий для установки ремней безопасности (могут быть использованы болты крепления ремней безопасности). Возможно также крепление устройства к транспортному средству болтами подходящей длины через отверстия в вертикальных трубах 7. Поперечная труба 10, установленная в оконных проемах транспортного средства, дополнительно фиксирует устройство под действием силы тяжести.
С помощью струбцины 3 возможно перемещение лазерного нивелира 1 в двух направлениях:
Вверх-вниз (по вертикали): перемещением Г-образной части струбцины 3 относительно прямоугольной части. Необходимое положение фиксируют винтом 11, расположенным на Г - образной части струбцины 3.
Влево-вправо (поперек транспортного средства): перемещением струбцины 3 на поперечных трубах 5. Фиксируют положение струбцины металлическими скобами 4 с помощью винтов.
Перемещение нивелира 1 в продольном направлении (вперед-назад) и по вертикали (вверх-вниз) осуществляют изменением расположения элементов 5, 7, 9 и 10 относительно друг друга. Для корректировки положения ослабляют болтовые соединения соответствующих зажимов 6.
Измерения производят следующим образом. Отмечают положение органов зрения оператора (водителя) внутри транспортного средства. Для этого водителя размещают в удобное (привычное) для него положение и, например, на малярной ленте, вертикальной и горизонтальной, наклеенных на кузовные детали автомобиля, отмечают положение органов зрения водителя. Убирают водителя с рабочего места. Затем производят монтаж устройства внутри транспортного средства. Проверяют расположение нивелира по уровню.
Далее производят предварительную установку нивелира 1 в положение органов зрения водителя путем изменения расположения элементов 5,7,9,10 в продольном и вертикальном направлениях. Для окончательной, наиболее точной установки в место расположения органов зрения, используют струбцину 3. Для этого включают излучатель горизонтальной линии 15 нивелира 1 (рисунок 3.3) и совмещают проецируемую горизонтальную линию 20 с положением органов зрения водителя, проверяя при этом установку прибора по уровню. Отличительной особенностью нивелира 1 является функция самовыравнивания за счет компенсатора 17.
Внедрение результатов исследования
Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований нашли отражение в практическом применении. Разработана методика определения параметров передней обзорности и инструментарий - устройство для измерения обзорности оператора транспортного средства. Оформлены заявки на получение патентов в «Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам». Получены три приоритетные справки: №2007131875 от 22.08.2007 г. на способ, №2007131877 от 22.08.2007 г. на устройство и №2007132300 от 27.08.2007 на полезную модель. Устройство для измерения обзорности оператора транспортного средства принято к производству на Курганском приборостроительном заводе. Стоимость устройства по предварительным оценкам составляет около 10 тыс. рублей.
Совместно с Научно-исследовательским институтом электронных образовательных ресурсов Тюменского государственного нефтегазового университета подготовлен проект автоматизированного рабочего места для использования в экспертных подразделениях системы МВД и Министерства юстиции.
Применение комплекса позволит повысить оперативность обработки информации, достоверность получаемых результатов, уровень профессиональной компетенции сотрудников, а также качество решаемых задач.
Кроме того, результаты исследования используются в учебном процессе Курганского государственного университета и Тюменского государственного нефтегазового университета при подготовке инженеров по специальностям «Организация и безопасность движения», а также «Автомобили и автомобильное хозяйство» по дисциплинам «Организация автомобильных перевозок и безопасность движения», «Экспертиза дорожно-транспортных происшествий» и «Организация дорожного движения». Как известно, различают несколько видов эффективности: экономическую, социальную и информационную.
Источником экономической эффективности результатов исследования является сокращение затрат на проведение анализа механизма дорожно-транспортного происшествия.
Одним из важнейших практических методов определения корректности инженерных решений является принцип сравнительной эффективности, суть которого сводится к оценке эффективности предлагаемого и базового вариантов.
Для экономической оценки последствий внедрения устройства для измерения оператора транспортного средства и автоматизированного рабочего места, включающего алгоритмическое и программное обеспечение задач для анализа механизма дорожно-транспортного происшествия, необходимо сопоставить затраты до и после практического использования. Таким образом, снижение затрат на проведение анализа механизма одного дорожно-транспортного происшествия с использованием устройства и АРМа составит около 983 рублей. В таблице 4.1 не учтены единовременные затраты на изготовление устройства и разработку программно-аппаратного средства (АРМа), рыночная стоимость которых составляет около 35000 рублей. Срок окупаемости единовременных вложений определяется из отношения размера единовременных вложений к годовой экономии затрат. Ранее установлено: в среднем в год необходимо исследовать около 36 дорожно-транспортных ситуаций. В связи с этим годовая экономия затрат составляет 35395,92 рублей, а срок окупаемости - 0,988 года (11,8 месяца). Использование результатов исследования позволяет также обеспечить информационный и социальный эффекты. Информационный эффект достигается путем повышения оперативности и надежности анализа механизма дорожно-транспортных происшествий, приобретения новых знаний о закономерностях процесса сближения участников ДТП, а также за счет повышения уровня профессиональной компетенции сотрудников экспертных подразделений в процессе использования ими современных информационных технологий.
Оценим повышение коэффициента эффективности предлагаемого метода. Согласно статистическим данным, доля дорожно-транспортных происшествий, по которым «не принято решение», составляет 12 %; из них 7 % - по причине отсутствия методического обеспечения и 5% - в связи с равенством значений Sa и So.
Применение разработанного метода позволит дополнительно исследовать не менее 6 % дорожно-транспортных происшествий с учетом доли ситуаций, по которым «решение» не будет принято, и в связи с равенством Sa и So: 7% распределится в долях : 95 % (решение принято) и 5% (решение не принято по причине равенства Sa и So). Следовательно, применение разработанного метода анализа механизма дорожно-транспортного происшествия обеспечивает повышение коэффициента эффективности Кэф более 6 %.
Социальный эффект связан с повышением качества решаемых социальных задач за счет комфортности рабочего места, повышения уровня автоматизации производственного процесса и ростом эффективности системы анализа механизма дорожно-транспортного происшествия.
Кроме того, в связи с уточнением значений расстояния от транспортного средства до места наезда в момент обнаружения пешехода произойдет перераспределение долей «вины» водителя и «вины» пешехода, что в целом приведет к более объективному анализу.
