ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Организация производства эффективной радиолокаци¬онной системы кон-троля интенсивности движения транспортных потоков по дорогам федерального и другого значения (Доплеровская радиолокационная система контроля движе-ния ав¬томобильного транспорта» АСКТ-1)

Рекомендуемая область пременения

Детекторы транспорта, также их еще называют системами контроля транс-порта, предназначены для контроля и учета интенсивности движения автотранс-порта по дорогам федерального и др. значения с классификацией по видам транспорта, запоминанием и усреднением результатов.
Могут использоваться, например, для получения сведений о загружен¬ности автотрассы, для оптимального управления сигналами светофоров или для выявления дорожных пробок и происшествий.

Назначение, цели и задачи проекта

Основное назначение проекта - создание эффективной радиолокаци­онной системы контроля движения автомобильного транспорта, обеспечи­вающей органы управления дорожным хозяйством оперативной и достовер­ной информацией об интенсивности и составе транспортных потоков, позво­ляющей осуществлять эффективное планирование работ по реконструкции и ремонту автомобильных дорог федерального и другого значения, а также на­значать мероприятий по повышению безопасности дорожного движения

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

В условиях постоянного роста технических возможностей все большее внимание уделяется детекторам транспорта - устройствам, позволяющим собирать ин­формацию о   транспортных потоках в автоматическом режиме.

Типичный детектор транспорта состоит из трёх логических блоков (рис. 1). Датчик «движения» или «присутствия» позволяет определять на­личие транспортного средства. В одном детекторе может использоваться не­сколько таких датчиков, в том числе использующих различные физические эффекты.

Блок согласования преобразует поступающую от датчика информа­цию в цифровую форму. При необходимости здесь также осуществляется предварительная обработка сигнала.

Блок обработки информации - ЭВМ или микроЭВМ с соответствую­щим программным обеспечением. С помощью специальных алгоритмов на основании поступивших от блока согласования данных здесь автоматически осуществляется расчет требуемых характеристик проезжающего транспорт­ного средства. Полученная информация накапливается и в дальнейшем мо­жет быть использована для непосредственного управления прямыми потре­бителями, например светофорами, или поступать в вышестоящий инфор­мационный центр для последующего анализа.

В зависимости от назначения детектора различается и состав информа­ции, которую он должен собирать. Если для управления светофором доста­точно простого подсчета проехавших транспортных средств, то для анализа загруженности автодороги и планирования ремонта необходимо знать еще и скорость движения автомобилей, расстояние между ними, а также тип транспортного средства. Понятно, что при прочих   равных условиях (стоймость, надежность, точность) детекторы транспорта, выдающие большее ко­личество информационных параметров более предпочтительны, так как по­зволяют более полно отслеживать обстановку на контролируемом участке дороги.

В России оснащение пунктов контроля транспорта автоматизированными системами контроля началось сравнительно недавно. Протяженность дорог в России очень велика, поэтому для оптимального управления дорожным хозяйством необходимо внедрить большое количество систем контроля. Ос­новными требованиями к детектору транспорта в российских условиях явля­ются:

• невысокая стоимость системы;

• надежность;

• работа в суровых погодных условиях;

• минимальные затраты на установку и обслуживание системы.

На сегодняшний день разработано большое количество систем контро­ля, отличающихся друг от друга как по техническим, так и по своим потре­бительским свойствам. В основном комплекс характеристик системы опреде­ляется эксплуатируемым физическим эффектом или, иначе говоря, типом применяемого датчика.

Первая группа датчиков, которые широко используются в системах контроля      транспорта - «внутридорожные» датчики. Они врезаются в до­рожное полотно, размещаются в специальных каналах, пробуренных под до­рогой, либо укладываются непосредственно на дорожное покрытие. К этой группе датчиков относятся:

• индуктивные петли, реагирующие на изменение индуктивности врезанной в асфальт катушки при проезде над ней автомобиля;

• магнитные датчики, реагирующие на изменение характеристик магнитного поля - возникающих при проезде автомобиля магнитных аномалий. Обычно они размещаются внутри дорожного покрытия либо в канале, который бу­рится под дорогой;

• пьезоэлектрические датчики. Основным элементом таких датчиков являет­ся пьезоэлектрический материал, в котором возникает электрическая поляри­зация при деформации материала в результате воздействия колес автомоби­ля. Обычно такие датчики размещаются непосредственно на поверхности до­рожного полотна;

• пневматические датчики - также размещаются на поверхности дорожного полотна. Выполнены в виде гибких трубок, наполненных воздухом, лежащих поперек направления движения автомобилей. При наезде колеса автомобиля трубка сжимается. Это вызывает повышение давления внутри трубки, кото­рое регистрируется подключенным к одному из концов трубки манометром (другой конец трубки заглушён);

• оптоволоконные датчики, реагирующие на изменение характеристик све­тового потока, проходящего по оптоволокну при наезде на него колеса авто­мобиля.

Для внутридорожных датчиков характерны два основных недостатка. Первый из них связан с тем, что для установки таких датчиков приходится перекрывать движение транспорта по тому участку дороги, где производится установка, а процесс установки в зависимости от типа датчика и технологии установки может длиться от нескольких часов до нескольких дней. Соответ­ственно при планировании установки внутридорожных датчиков необходимо учитывать также возможные затраты на организацию объезда.

Второй недостаток связан с тем, что внутридорожные датчики в про­цессе эксплуатации постоянно подвергаются механическому воздействию, оказываемому на них проезжающим транспортом, в результате чего быстро приходят в негодность. Особенно эта ситуация характерна для России, где на настоящий момент практически отсутствует система контроля движения большегрузных транспортных средств. Передвигаясь по дорогам общего пользования, транспортные средства с нагрузкой, в несколько раз превы­шающей допустимую, быстро приводят в негодность дорожное покрытие, а вместе с ним и внутридорожные датчики. Немалую роль в этом процессе иг­рают также и суровые погодные условия.

Вторая группа датчиков - «наддорожные». Они размещаются на неко­торой высоте над поверхностью дорожного полотна. Как правило, датчики этой группы подвешиваются над дорогой, либо устанавливаются сбоку от дороги. В основном к этой группе относятся локационные датчики, исполь­зующие для получения информации различные разновидности методов вол­новой локации. В зависимости от типа используемого излучения можно вы­делить такие датчики:

• радиолокационные

• ультразвуковые

• инфракрасные

• акустические (звуковые)

Первые два типа датчиков, как правило, работают по схеме активной локации, т. е. принимают сигналы, излучаемые специальным передатчиком и отраженные от проезжающих транспортных средств. Инфракрасные датчики обычно представлены в двух вариантах - активные и пассивные. В случае пассивной локации датчик воспринимает сигналы, излучаемые непосредст­венно транспортными средствами. Акустические датчики в большинстве случаев работают по схеме пассивной локации.

Кроме локационных датчиков к группе наддорожньгх датчиков отно­сятся еще и видеодатчики. Видеодатчик представляет собой специальную видеокамеру, направленную на анализируемый участок дороги.

Основными недостатками видеодатчиков являются их высокая стои­мость и невысокая эффективность в условиях ограниченной видимости.

Если учесть, что для установки и ремонта внутридорожных датчиков приходится перекрывать движение и обновлять дорожное покрытие, очевид­но, что наиболее подходящими для российских дорог являются наддорожные датчики.

Проведя сравнительный анализ наддорожных датчиков в качестве наи­более предпочтительного варианта можно выделить радиолокационные дат­чики. Их преимуществами являются: сравнительно невысокая стоимость, от­работанная технология, отсутствие движущихся частей, работа в любых по­годных условиях, в том числе в дождь и снег. В качение недостатков можно засчитать возможные помехи от других активных источников излучения ра­диоволн. Однако эту проблему можно решить путем выбора соответствую­щего диапазона используемых радиосигналов.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Одной из систем контроля, использующей радиолокационные датчики, является система «Автоматизированная система контроля интенсивности до­рожного движения АСКТ-1», разработанная Научно-техническим центром радиоэлектроники «Мезон» (г. Красноярск) по заказу Красноярского Управ­ления дорог.

Устройство работает на основе активного метода доплеровской радио­локации. Это означает, что для обнаружения движущихся транспортных средств используется эффект Доплера, заключающийся в изменении частоты волновых колебаний при отражении волны от движущегося объекта. Рабочая частота излучателя в данном экземпляре изделия равна 2,4 ГГц. Поскольку участок радиодиапазона 2,4-2,5 ГГц отведен для промышленных, научных и медицинских применений, а мощность излучения не превышает 10 мВт, то специального разрешения на использование радиочастоты не требуется.

Радиочастотная часть устройства (датчик) размещена в пластмассовом корпусе размером 30x60x80 мм и соединяется кабелем с информационно-измерительным устройством, объединяющим в себе блок согласования и блок обработки информации.

Внешний вид датчика показан на рис. 2. Радиолокационные датчики подвешиваются на тросе поперек направления движения по одному над каж­дой анализируемой полосой. Допускается их эксплуатация при температуре воздуха от -50°С до +50°С и влажности воздуха до 98 %. Число датчиков со­ответствует числу контролируемых полос движения, максимальное ко­личество входных каналов информационно-измерительного устройства - 8.

Состав устройства и схема расположения его элементов показана на рис. 3.

В исходном режиме датчик излучает непрерывный сигнал частоты 2,4 ГГц. При входе в зону чувствительности датчика транспортного средства на вход антенны датчика поступает отраженный от транспортного средства радиосигнал с частотой отличающийся на частоту Доплера  , где f= 2,4 ГГц - рабочая частота, V- скорость движения транспортного средства, a- угол между осью диаграммы направленности антенны и вектором скоро­сти транспортного средства, с - скорость света.

Разностная частота после фильтрации и усиления поступает на вход информационно-измерительного устройства через кабельную линию связи. Вся дальнейшая обработка сигналов производится цифровым способом. Обработка огибающей сигнала заключается в вычислении основных информа­ционных параметров - средней мощности, длительности сигнала и длины транспортного средства, выработке критериев классификации, накоплению и усреднению данных по числу транспортных средств, проходящих по каждой из полос движения в течение часа, суток, недели и месяца отдельно для каж­дого класса транспортных средств.

Основные характеристики системы «АСКТ-1» приведены в табл. 1.

Таблица 1

Основные характеристики системы АСКТ-1

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Ожидаемая стоимость АСКТ-1 при четырехполосной схеме движения – 10 тыс. $. Дальнейшее наращивание числа полос увеличивает начальную стоимость на 5% в расчете на одну полосу.

По сравнению с зарубежными системами это в два раза дешевле при следующих преимуществах:

1. Независимость периферийной части системы от состояния дорожного полотна, поскольку ее сенсоры находятся над дорогой.

2. Решение задачи классификации ТС в соответствии с требованиями стандартов.

3. Возможность расширения числа классов распознаваемых ТС за счет переобучения.

4. Автоматизированный вывод накопленной и оперативной информации в стандартные сети связи, в т.ч. и через каналы радиосвязи с доведением до компьютеров диспетчерских служб всех уровней – городских, районных, краевых и центральных.

5. Подготовка к созданию нового сегмента рынка услуг транспортной логистики: контроль направления, маршрута и времени следования, степени загруженности и вида транспортных средств на автомагистралях, объективное прогнозирование времени, вида и затрат на техническое обслуживание, своевременное принятие адресных мер по несанкционированному использованию автомагистралей неразрешенными видами автотранспорта и его весовой загрузкой.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Ожидаемая стоимость АСКТ-1 при четырехполосной схеме движения – 10 тыс. $. Дальнейшее наращивание числа полос увеличивает начальную стоимость на 5% в расчете на одну полосу.

По сравнению с зарубежными системами это в два раза дешевле при следующих преимуществах:

1. Независимость периферийной части системы от состояния дорожного полотна, поскольку ее сенсоры находятся над дорогой.

2. Решение задачи классификации ТС в соответствии с требованиями стандартов.

3. Возможность расширения числа классов распознаваемых ТС за счет переобучения.

4. Автоматизированный вывод накопленной и оперативной информации в стандартные сети связи, в т.ч. и через каналы радиосвязи с доведением до компьютеров диспетчерских служб всех уровней – городских, районных, краевых и центральных.

5. Подготовка к созданию нового сегмента рынка услуг транспортной логистики: контроль направления, маршрута и времени следования, степени загруженности и вида транспортных средств на автомагистралях, объективное прогнозирование времени, вида и затрат на техническое обслуживание, своевременное принятие адресных мер по несанкционированному использованию автомагистралей неразрешенными видами автотранспорта и его весовой загрузкой.

Новые потребительские свойства продукции

Изделие АСКТ-1 основано на радиолокационном доплеровском прин¬ципе, ранее не применяемом для этой цели.
Поскольку сенсоры (датчики) этой системы располагаются над дорож¬ным полотном, то их разрушение при ремонте исключается, а использование элек-тромагнитного СВЧ излучения даст возможность более качественной классифи-кации транспорта по типам.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам.

Стадия и уровень разработки

- Опытная эксплуатация.

Предлагаемые инвестиции

2 млн. руб.
1 этап инвестирования: 1,5 млн. рублей – доведение КД до нормативов. Коррек-ция образца по результатам испытаний – 12 мес.
2 этап: 0,5 млн. рублей. Натурные испытания, маркетинг, 6 мес.

Рынки сбыта

- Агентство по транспорту РФ.
- Территориальные органы управления дорожным движением.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемая в проекте технология и оборудование для ее реализации не имеют аналогов на мировом рынке аналогичной продукции.

Возможность выхода на мировой рынок

Возможно на рынки стран Азии и Африки.

Срок окупаемости (в месяцах)

36

Дата поступления материала

28.06.2007