Главная
АИ #17 (147)
Статьи журнала АИ #17 (147)
Разработка системы определения состояния светофоров по электрическим импульсам

Разработка системы определения состояния светофоров по электрическим импульсам

Научный руководитель

Стативко Роза Усмановна

Рубрика

Информационные технологии

Ключевые слова

светофоры
мониторинг
визуальные методы
инструментальные методы
неисправности

Аннотация статьи

В данной статье рассматриваются две группы методов мониторинга светофоров: визуальные и инструментальные. Анализируются преимущества и недостатки каждой группы методов с точки зрения точности, трудоемкости, затратности и оперативности получения информации о состоянии светофоров. Также подчеркивается важность постоянного контроля за светофорами для обеспечения безопасности и эффективности дорожного движения. Статья содержит обзор существующих приборов и датчиков для инструментального мониторинга светофоров, а также примеры применения визуальных методов мониторинга светофоров с использованием видеокамер.

Текст статьи

Светофоры являются важными элементами дорожной инфраструктуры, обеспечивающими безопасность и эффективность движения транспортных средств и пешеходов. Правильная работа светофоров зависит от их технического состояния и согласованности с другими светофорами на улично-дорожной сети. Поэтому необходимо постоянно контролировать состояние светофоров, своевременно обнаруживать и устранять любые неисправности.

Существующие методы мониторинга светофоров можно разделить на две группы: визуальные и инструментальные.

Визуальные методы мониторинга светофоров основаны на наблюдении за светофорами с помощью человеческого глаза или видеокамер. Такие методы позволяют определять цвет горящего сигнала на светофоре, а также выявлять некоторые виды неисправностей, такие как перегорание ламп, повреждение корпуса или оптики, неправильное расположение или ориентация светофора и т. д. Однако такие методы имеют ряд недостатков, таких как:

  • низкая точность и достоверность определения состояния светофора из-за человеческого фактора, погодных условий, загрязнения оптики или камеры, наличия препятствий или отражений;
  • высокая трудоемкость и затратность проведения визуального обследования светофорных объектов, особенно на больших территориях;
  • невозможность получения информации о состоянии светофора в режиме реального времени, а только по результатам обработки видеоданных или отчетов обследующего персонала.

Инструментальные методы мониторинга светофоров основаны на измерении различных физических параметров светофора с помощью специальных приборов или датчиков. Такие методы позволяют определять цвет горящего сигнала на светофоре, а также выявлять различные виды неисправностей, такие как перепутывание проводов, сбой программы, перегрузка или короткое замыкание цепи, изменение напряжения или тока и т. д. Однако такие методы также имеют ряд недостатков, таких как:

  • высокая сложность и дороговизна инструментального обследования светофорных объектов, требующего специального оборудования и квалифицированного персонала;
  • невозможность постоянного мониторинга светофоров, а только периодического измерения их параметров;
  • невозможность удаленного контроля за состоянием светофоров, а только локального считывания данных с приборов или датчиков [2].

Таким образом, существующие методы мониторинга светофоров не обеспечивают достаточной эффективности и оперативности контроля за состоянием светофорных объектов на улично-дорожной сети. Поэтому необходимо разработать новый подход к мониторингу светофоров, который бы устранял недостатки визуальных и инструментальных методов и обеспечивал бы:

  • высокую точность и достоверность определения состояния светофора;
  • низкую трудоемкость и затратность проведения мониторинга светофорных объектов;
  • возможность получения информации о состоянии светофора в режиме реального времени;
  • возможность удаленного контроля за состоянием светофоров.

Для измерения электрических импульсов, посылаемых контроллером светофора, используются специальные датчики, подключенные к светофорам. Датчики считывают напряжение и ток в цепи светофора и преобразуют их в цифровые сигналы. Датчики также определяют номер и тип светофора, к которому они подключены. Характеристики, предусмотренные для датчика отражены в таблице 1.

Таблица 1

Характеристики датчика

Диапазон измеряемого напряжения

от 0 до 250 В

Диапазон измеряемого тока

от 0 до 10 А

Разрешение измерений

1 мВ и 1 мА

Частота дискретизации

100 Гц

Интерфейс передачи данных

беспроводной

Питание

от сети светофора

Датчики устанавливаются на светофорах таким образом, чтобы не мешать видимости сигналов и не нарушать эстетический вид светофорных объектов. Датчики калибруются перед установкой с помощью специального прибора, который подает на датчик известные значения напряжения и тока и сравнивает их с измеренными датчиком значениями [1].

Для передачи данных с датчиков на центральный сервер используется приемник, который устанавливается в непосредственной близости от светофорных объектов. Приемник обеспечивает беспроводную связь с датчиками по Bluetooth или Wi-Fi и принимает от них данные о напряжении, токе, номере и типе светофора. Приемник также определяет свое местоположение с помощью GPS или GLONASS и передает его вместе с данными с датчиков. Характеристики приёмника отражены в таблице 2.

Приемник устанавливается на мачте, мостике или консоли светофорного объекта таким образом, чтобы обеспечить наилучший прием сигналов с датчиков и передачу данных на сервер. Приемник настраивается с помощью специального программного обеспечения, которое позволяет задать параметры связи с датчиками и сервером, а также проверить работоспособность приемника и датчиков.

Таблица 2

Характеристики приемника

дальность связи с датчиками

до 100 м

скорость передачи данных

до 1 Мбит/с

интерфейс передачи данных на сервер

беспроводной (GPRS, 3G, 4G или 5G)

питание

от сети 220 В

Приемник устанавливается на мачте, мостике или консоли светофорного объекта таким образом, чтобы обеспечить наилучший прием сигналов с датчиков и передачу данных на сервер. Приемник настраивается с помощью специального программного обеспечения, которое позволяет задать параметры связи с датчиками и сервером, а также проверить работоспособность приемника и датчиков [1].

Для обработки данных с приемников используется центральный сервер, который расположен в управлении дорожного движения или в специализированном центре мониторинга светофоров. Сервер обеспечивает прием данных с приемников GPRS, 3G, 4G или 5G и их хранение в базе данных. Сервер также выполняет анализ данных с помощью специального алгоритма и определяет состояние светофоров по электрическим импульсам [2].

Алгоритм определения состояния светофоров по электрическим импульсам основан на следующих принципах:

  • каждый цвет сигнала на светофоре соответствует определенному уровню напряжения и тока в цепи светофора;
  • каждый переход между цветами сигналов на светофоре соответствует определенному изменению напряжения и тока в цепи светофора;
  • каждый вид неисправности светофора соответствует определенному отклонению напряжения и тока в цепи светофора от нормальных значений.

Алгоритм определения состояния светофоров по электрическим импульсам состоит из следующих шагов:

  • фильтрация и сглаживание данных о напряжении и токе с датчиков для устранения шумов и помех;
  • выделение импульсов напряжения и тока, соответствующих переключению цветов сигналов на светофоре;
  • определение длительности и амплитуды импульсов напряжения и тока;
  • сопоставление импульсов напряжения и тока с заранее заданными эталонными значениями для разных типов светофоров;
  • определение цвета горящего сигнала на светофоре по амплитуде импульса напряжения или тока;
  • определение вида неисправности светофора по отклонению амплитуды или длительности импульса напряжения или тока от эталонных значений;
  • формирование отчета о состоянии светофоров по электрическим импульсам, содержащего информацию о номере и типе светофора, цвете горящего сигнала, виде неисправности и времени ее обнаружения.

Сервер также обеспечивает визуализацию данных о состоянии светофоров на географической карте и в табличном виде, а также возможность просмотра истории изменения состояния светофоров за определенный период времени. Сервер также предоставляет интерфейс для доступа к данным о состоянии светофоров по электрическим импульсам для различных пользователей, таких как операторы дорожного движения, службы ремонта и обслуживания светофоров, научные и образовательные учреждения и т. д.

В данной работе был предложен новый подход к мониторингу светофоров по электрическим импульсам, который позволяет определять цвет горящего сигнала на светофоре, а также выявлять различные виды неисправностей, такие как перегорание ламп, перепутывание проводов, сбой программы и т. д.

Для реализации предложенного подхода была разработана и протестирована система определения состояния светофоров по электрическим импульсам, состоящая из трех основных компонентов: датчиков, подключенных к светофорам, приемника, передающего данные на центральный сервер, и сервера, обрабатывающего данные и предоставляющего интерфейс для доступа к ним.

Список литературы

  1. Андреев А.В., Баранов А.В., Кузнецов А.А. Система автономного мониторинга c маленьким бюджетом // [Электронный ресурс]. URL: https://habr.com/ru/articles/195594/ (дата обращения: 25.04.2023). – Текст : электронный.
  2. Светофор Т.7 с системой резервного питания. Удаленный мониторинг. В наличии // [Электронный ресурс]. URL: https://dtech.su/avtonomcomplex/svetofort7/setevoysvetofor (дата обращения: 25.04.2023). – Текст : электронный.

Поделиться

425

Стативко Р. У., Мавлянов Р. Д. Разработка системы определения состояния светофоров по электрическим импульсам // Актуальные исследования. 2023. №17 (147). Ч.I.С. 40-43. URL: https://apni.ru/article/6064-razrabotka-sistemi-opredeleniya-sostoyaniya

Похожие статьи

Актуальные исследования

#30 (212)

Прием материалов

20 июля - 26 июля

осталось 6 дней

Размещение PDF-версии журнала

31 июля

Размещение электронной версии статьи

сразу после оплаты

Рассылка печатных экземпляров

13 августа