Повышение безопасности дорожного движения на основе совершенствования методов нанесения и нормирования светотехнических и эксплуатационных показателей вертикальной разметки
На правах рукописи
Карпеев Сергей Владимирович ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДОВ НАНЕСЕНИЯ И НОРМИРОВАНИЯ СВЕТОТЕХНИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЕРТИКАЛЬНОЙ РАЗМЕТКИ 05.22.10 – Эксплуатация автомобильного транспорта
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Волгоград – 2011 2
Работа выполнена на кафедре «Транспортное строительство» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
и в Пермском национальном исследовательском политехническом университете.
Научный руководитель доктор технических наук, профессор Кочетков Андрей Викторович.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Боровик Виталий Сергеевич;
кандидат технических наук, доцент Клепик Николай Константинович.
Защита состоится 2 марта 2012 г. в 10 час 00 мин на заседании диссертаци онного совета Д 212.028.03 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005, г. Волгоград, пл. В.И. Ленина, 28, к. 209.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государ ственного технического университета.
Автореферат разослан « » января 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Ожогин В. А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В настоящее время в России продолжает оставаться актуальной проблемой высокая аварийность на автомобильных дорогах. Уровень смертности в результате автомобильных аварий составляет более 20 человек на тысяч жителей, что выше, чем в европейских странах. Эта проблема обеспечения безопасности дорожного движения приобрела статус государственной важности.
Применительно к автомобильным дорогам под безопасностью дорожного движения следует понимать комплекс инженерно-технических, планировочных и организа ционных решений и мероприятий, защищающих участников движения от дорожно транспортных происшествий и их последствий.
В соответствии с ГОСТ Р 50597-93 «Автомобильные дороги и улицы. Требо вания к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям безопасности дорожного движения» дорожная разметка в процессе эксплуатации должна быть хорошо различима в любое время суток.
Вопросами обеспечения безопасности дорожного движения на основе приме нения дорожной разметки занимались в НИЦ БДД МВД России, ФГУП «Научно исследовательский центр по испытаниям и доводке автотранспорта», Федеральном дорожном агентстве, МАДИ (ГТУ), ОАО «ГИПРОДОРНИИ», ФГУП «РОСДОРНИИ», СПбГАСУ, ОАО «СОЮЗДОРНИИ», СГТУ и других организаци ях. Влиянию светотехнических параметров дорожной разметки на организацию и безопасность дорожного движения большое внимание уделяли М.Б. Афанасьев, В.Ф. Бабков, Е.М. Лобанов, В.В. Сильянов, Н.В. Быстров, В.В. Столяров, М.М. Девятов, В.В. Улевский, Ю.Я. Комаров, Н.К. Клепик, М.И. Судьин, А.П. Васильев, В.В. Чванов, И.Ф. Живописцев, Б.Б. Анохин, В.Н. Свежинский, В.В. Салмин, James Migletz, Thomas Hedblom, Ludwig Eigenmann и другие учёные.
Такие работы проводятся в Центральной лаборатории дорог и мостов Франции, специалистами Финляндии, Швеции, Канады и других стран.
Важность темы возросла после принятия Федеральных законов «О техническом регулировании», «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» и технического регламента Таможенного союза «Безопасность автомобильных дорог», согласно которым оценка соответствия проводится с учетом возможности устранения или снижения рисков возникновения опасности для субъектов дорожного движения.
Поэтому основная задача повышения безопасности дорожного движения на основе применения новых методов нанесения и нормирования светотехнических и эксплуатационных показателей дорожной разметки является актуальной.
Работа выполнялась в рамках Федеральной целевой программы «Модерниза ция транспортной системы России на 2002-2010 годы».
Цель исследований: повышение безопасности дорожного движения на основе совершенствования перечня и методов исследований светотехнических показателей дорожной разметки с учетом требований технического регулирования.
Задачи исследований:
1. Провести аналитический обзор существующей технической литературы и норма тивного обеспечения с целью выявления основных влияющих факторов, снижаю щих эффективность применения дорожной разметки в различных условиях.
2. Усовершенствовать методы нормирования дорожной разметки на основе приме нения новых показателей, методов и средств измерения.
3. Разработать новые технические решения и методы устройства вертикальной до рожной разметки с защитными функциями по отношению к барьерному огражде нию на основе применения современных полимерных материалов с повышенными эксплуатационными и светотехническими характеристиками.
4. Установить эффект изменения количества ДТП на участках автомобильных до рог с установленными защитными пластиковыми панелями на основе применения эконометрического подхода с учетом данных АБДД «ДОРОГА».
5. Разработать методическое и приборное обеспечение контроля состояния верти кальной дорожной разметки. Провести мониторинг состояния вертикальной до рожной разметки на основе защитных пластиковых панелей на опытных участках автомобильных дорог общего пользования.
6. Разработать методику обработки результатов натурных механических испыта ний защитных пластиковых панелей на испытательном полигоне.
Научная новизна:
1. Разработано научное обеспечение нормирования дорожной разметки на основе совместного применения новых показателей черно-белой контрастности и оценки ширины переходной зоны, новых методов и средств измерения на основе относи тельных показателей.
2. Установлен эффект снижения количества ДТП на участках автомобильных до рог с установленными защитными пластиковыми панелями на 1-2 % на основе применения эконометрической модели с факторами качественной природы.
3. Определены важнейшие требования к светотехническим и эксплуатационным показателям защитных пластиковых панелей, устанавливаемых на металлические барьерные ограждения (для черно-белой контрастности – не менее 0,2 приращения коэффициента световозвращения, для ширины переходной зоны – до 2,0 мм).
4. Установлено, что защитные пластиковые панели улучшают контрастность барь ерного ограждения по сравнению с оцинкованным ограждением (до 0,2 коэффици ента световозвращения) и до 0,3 – по сравнению с окружающим фоном, что повы шает уровень их зрительного восприятия участниками дорожного движения.
5. Установлено улучшение контрастности ограждения с помощью защитных пла стиковых панелей по сравнению с оцинкованным ограждением (до 0,2 коэффици ента световозвращения).
6. Разработана методика обработки результатов натурных механических испыта ний защитных пластиковых панелей на испытательном полигоне на основе наезда на барьерные ограждения крупногабаритного транспорта.
На защиту выносятся:
1. Научно-методическое обеспечение применения защитных пластиковых панелей, изготовленных из новых материалов, основанное на применении относительных оценок черно-белой контрастности дорожной разметки.
2. Рекомендации по совместному применению новых показателей дорожной раз метки: черно-белой контрастности и ширины переходной зоны.
3. Структура эконометрической модели с факторами качественной природы (би нарными величинами) для определения эффекта снижения количества ДТП на уча стках автомобильных дорог с защитными пластиковыми панелями.
4. Математическая модель и алгоритм определения ширины переходной зоны ме жду черными и белыми защитными пластиковыми панелями.
5. Установленные результаты по улучшению светотехнических показателей верти кальной дорожной разметки на основе применения пластиковых панелей (для чер но-белой контрастности – не менее 0,2 приращения коэффициента свето возвращения, для ширины переходной зоны – 2,0 мм;
по сравнению с оцинкован ным ограждением до 0,2 коэффициента световозвращения и до 0,3 – по сравнению с окружающим фоном.
6. Методика обработки результатов натурных механических испытаний защитных пластиковых панелей на испытательном полигоне на основе наезда на барьерные ограждения крупногабаритного транспорта.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработана программа автоматизированного определения черно-белой контрастности дорож ной разметки. Организован опытный участок и мониторинг применения защитных пластиковых панелей на участках автомобильных дорог г. Москвы, федеральной и территориальной сети. Определены новые возможности разработки схем дислока ции и контроля наличия дорожной разметки на основе снимков из космоса. Приня то участие в разработке Технического регламента «Требования к безопасности ав тотранспортных средств» Республики Казахстан и Методических рекомендаций по устройству вертикальной разметки на металлических барьерных ограждениях с ис пользованием защитных пластиковых панелей (ОДМ 2185.007-2008). Проведены на турные испытания пластиковых панелей на полигоне в г. Дмитрове путем наезда на них крупногабаритных транспортных средств.
Объект исследований. Возможности повышения безопасности дорожного движения на основе совершенствования методов нанесения, а также расширения перечня светотехнических и эксплуатационных характеристик защитных пластико вых панелей.
Методы и средства исследований: методы обеспечения безопасности дорож ного движения, контроля качества дорожной разметки, оптики, метрологического обеспечения, методы экспериментальных исследований и обработки статистиче ских данных, методы полигонных испытаний транспортных средств и др.
Достоверность научных положений и результатов, полученных в диссерта ционной работе, подтверждается хорошим согласованием результатов теоретиче ского и вычислительного моделирования с результатами практических и экспери ментальных работ, проверкой полученных моделей с реальным изменением вход ных и выходных параметров. Исследование выполнено с учетом современных представлений о светотехнических характеристиках дорожной разметки, с приме нением методов научных исследований и информационного обеспечения.
Апробация. Основные научные положения и результаты работ докладывались и получили одобрение на Всероссийском научно-техническом семинаре «Совер шенствование конструктивно-технологических решений при строительстве мосто вых сооружений» (Саратов, 2005), Международной научно-практической конфе ренции «Разметка автомобильных дорог: инновации, техника, оборудование и ма териалы» (Саратов, 2007), на круглом столе «Применение инноваций в строитель стве, ремонте и содержании конструкционных элементов мостовых сооружений (Санкт-Петербург, 2009), в отраслевых совещаниях дорожников (Астрахань, Санкт Петербург, Челябинск, 2008-2010) научно-технических конференциях СГТУ, засе даниях кафедр «Транспортное строительство» СГТУ, «Автомобили и технологиче ские машины» ПНИПУ и «Автомобильный транспорт» ВГТУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 5 – в изданиях, входящих в «Перечень рецензируемых российских научных журналов», рекомендованных ВАК РФ, получены патенты на изобретение и полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, за ключения, списка использованной литературы из 158 наименований и приложений.
Работа изложена на 167 стр. основного машинописного текста.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследований, приведены основные положения, выносимые на защиту, дан краткий обзор содержания диссертации по главам.
В первой главе рассматриваются научные проблемы обеспечения безопасно сти дорожного движения на основе совершенствования светотехнических характе ристик дорожной разметки. Проведен анализ технической литературы и норматив но-методического обеспечения в этой области. В настоящее время основным доку ментом, регламентирующим технические требования к дорожной разметке в Рос сии, является ГОСТ Р 51256-99 «Технические средства организации дорожного движения. Разметка дорожная. Типы и основные параметры. Общие технические требования». Однако в нем отсутствуют требования к видимости дорожной размет ки в светлое время суток;
не могут быть признаны удовлетворительными методики контроля нормируемых параметров.
Обсуждаются дорожные условия как фактор, определяющий надежность рабо ты водителя и их влияние на организацию зрительного восприятия, вопросы повы шения надежности работы водителя путем изменения параметров разметки проез жей части. Среди факторов, оказывающих наибольшее влияние на изменение све тотехнических характеристик, следует выделить погодно-климатические и транс портно-эксплуатационные.
Собран большой аналитический и фотовидеоматериал о состоянии дорожной разметки в США: сотни фотографий, свидетельствующие о малом уровне контра стности на цементобетонных дорожных покрытиях на юге США (Майами, Сан Франциско, Лас-Вегас и др.). Разметка на них практически не видна.
Массово встречаются участки, где регулирование светотехнических характе ристик для обеспечения безопасности движения производится путем повышения контрастности закрашиванием черной краской белых линий или нанесения оканто вочных линий (рис. 1, 2). Сформулированы задачи исследования.
Рис. 1 Обеспечение контрастности Рис. 2 Закрашивание черным цветом белых разметки в Майами (США) и желтых линий разметки Во второй главе рассматриваются научные основы определения светотехни ческих и эксплуатационных показателей вертикальной дорожной разметки с учетом требований безопасности дорожного движения. Предлагается применение защит ных пластиковых панелей, как инновационный метод нанесения вертикальной раз метки на барьерные ограждения с одновременной защитой от атмосферной корро зии металлических ограждений. Результаты аналитического обзора о материалах, изделиях и конструкциях, используемых для нанесения дорожной разметки, под твердили, насколько высокие требования предъявляются к вертикальной разметке как к элементу организации дорожного движения.
Предлагается применять изготовленные из разработанной пластмассы (поли олефин) профили, по конфигурации повторяющие профиль барьерного ограждения.
Профиль заданной длины и цвета монтируется поверх ограждения. Чередование панелей черного и белого цвета создает эффект контрастности (рис. 3).
Рис. 3 Примеры видимости барьерных ограждений до и после применения защитных пластиковых полос в качестве вертикальной разметки На основе математического моделирования (применения эконометрического подхода) установлен эффект снижения количества ДТП на участках с полимерны ми пластиковыми панелями, установленными на ряде участков федеральной и тер риториальной сети автомобильных дорог (12 %) с учетом информации отраслево го автоматизированного банка дорожных данных АБДД «ДОРОГА».
В этих условиях наиболее целесообразен метод определения соотношений ме жду причинами – действующими факторами и их следствием, отвлекаясь от меха низма возникновения каждой отдельной составляющей суммарной погрешности:
X n A {Y n }, n 12,..., где Y n – вектор значений входных факторов системы и, * – выходное значение. Критерий оптимальности выбора модели:
* Xn W M X n X n m in, где X n – реальное отклонение выходного параметра, M – математическое ожидание, X n – среднее. Исследовалась линейная регрессия с влияющими факторами качественной природы:
* X n b0 b1Y 1 n... b pY pn + Ср+1Dр+1, n + …+ Ср+кDр+к, n, (1) * где b0, b1, …, bp – коэффициенты уравнения регрессии, X n – выходной параметр, Y1 n,..., Y pn – влияющие факторы разной природы, D – бинарная переменная (= 1 при наличии панелей;
= 0 при их отсутствии), Ср+1, Ср+к – бинарные коэффициенты.
В качестве показателя тесноты связи выступает линейный коэффициент корре ляции r. Его значения находятся в границах: 0 r 1. Для оценки качества под бора функции (1) рассчитывается коэффициент детерминации r2. Он характеризует долю дисперсии результативного признака y, объясняемую регрессией, в общей дисперсии результативного признака:
= 0,25…0,64. (2) y объясн r у общ.
Связь между y и x в парной регрессии является не функциональной, а корреля ционной. Поэтому параметры регрессии являются случайными величинами.
По результатам анализа статистики ДТП на проанализированных участках фе деральных и территориальных автомобильных дорог установлен качественный факт увеличения числа ДТП при переходе на оцинкованные барьерные ограждения относительно покрашенных в черно-белую вертикальную разметку.
Такой же результат получен и при сравнении количества ДТП на участках со старой покраской барьерных ограждений и с защитными пластиковыми панелями.
Оценка b 0 b1Y1 n... b p Y pn для данных АБДД «ДОРОГА» подробно рассматри валась в работах В.В. Чванова.
Суммарное число ДТП на модернизированных участках (около 100) сократи лось с 580 до 568 случаев (на 2010 г.):
* X n b 0 b1Y 1 n... b pY p n +(0,01…0,02)D n+1. (3) Установлена тенденция положительного влияния применения контрастных черно-белых панелей (в среднем) для модернизированных участков автомобильных дорог. Установлена возможная причина этого результата – скорость движения транспортных средств снижалась до 3-5 км/ч.
Помимо применяемых нормативно-методических документов по дорожной разметке в работе предлагается рассмотреть особенности применения к ней ГОСТ 26824-86 «Здания и сооружения. Методы измерения яркости». Стандарт устанавли вает методы измерения яркости рабочих поверхностей зданий и сооружений, до рожных покрытий улиц, дорог и площадей для определения соответствия установ ленным нормам. В стандарте установлен не используемый в дорожном хозяйстве показатель – уровень зрительного ощущения, производимого яркостью в зависимо сти от условий наблюдения.
Среди перечня основных светотехнических характеристик дорожной разметки выделяются цвет, яркость, световозвращение, также в работе дополнительно пред лагается контрастность. Среди факторов, оказывающих наибольшее явное и/или косвенное влияние на изменение светотехнических параметров дорожной разметки, следует выделить погодно-климатические факторы косвенного влияния (туманы, аэрозольная взвесь, дождь и другие факторы изменения прозрачности) и прямого влияния (дождевые и снеговые осадки, конденсат из влажного воздуха), а также транспортно-эксплуатационные факторы (износ дорожной разметки по площади, изменение цвета и шероховатости и др.
Определение контрастности разметки с окружающим дорожным покрытием с помощью фотоаппарата и компьютера (или прибора для определения свето отражения) предлагается как физическая модель зрительного образа (черно-белой контрастности) и механизма приспособления водителя к дорожной обстановке.
Применение контрастности приводит к меньшей степени риска неправильной оценки дорожной обстановки, чем применение параметра световозвращения.
Исследуется контраст как разница в характеристиках различных участков чер но-белого изображения и как способность оптической системы воспроизводить эту разницу. Также может быть оценен оптический контраст – различимость предмета наблюдения от окружающего его фона. Граница перехода одного тона в другой становится более контрастной: светлее на светлой стороне и темнее на темной. На рис. 4 показана граница участка разметки с повышенной контрастностью (а), раз мытая граница (б) и граница с повышенной резкостью (в).
а б в Рис. 4 Контрастная, размытая и резкая границы дорожной разметки В третьей главе проведена разработка математической модели определения ширины контрастного контура дорожной разметки. Сформирован исходный массив данных светотехнических характеристик границ дорожной разметки. На графике (рис.4) выделяются зоны с минимальной и максимальной яркостью и зона перехо да, которая соответствуют края разметки на дорожном покрытии. Эта зона перехо да охватывает несколько элементов.
Погрешность измерения светотехнических характеристик контура разметки определяется значительным количеством факторов различной природы (например, от свойств камеры, системы освещения, параметров исследуемого объекта), что по зволяет интенсивность света в диапазоне перехода от максимального до минималь ного значения представлять в виде интегральной кривой Гаусса x2 H x exp dx, (4) 2 S2 2 S где S – константа Гаусса, x – координата, по которой исследуется распростране ние интенсивности H x, причем реальный край участка дорожной разметки совпа дает со средней точкой данной кривой.
В реальных цифровых изображениях вид функции края зависит от всех элемен тов оптического тракта системы: источника света, оптической системы с объективом, фотоэлектрического преобразователя, преобразующего оптический сигнал в электри ческий. Для проверки совпадения экспериментальных кривых с интегральной кривой Гаусса может быть использован критерий Смирнова-Колмогорова max y т y e, (5) D n где y т – ордината нормированной кривой Гаусса, y e – ордината нормированной экспериментальной кривой, n – количество точек сравнения.
Результаты измерения и интерполированные экспериментальные функции рез кости края разметки представлены на рис. 5, 6. При анализе перехода освещенности могут быть использованы четыре способа: по средней освещенности;
по уровню производной;
по равенству площадей;
по регрессионной кривой. Согласно способу средней освещенности край участка разметки определяется в долях элемента пере сечения линии средней освещенности с линией, аппроксимирующей переходную зону. На рис. 7 представлены характеристики изменения освещенности в переход ной зоне при перемещении левого края черно-белого образца на 8,5 мкм, 20 мкм, мкм, 49 мкм. Способ зарекомендовал себя как простой и надежный. При его приме нении необходимо обеспечить стабильный уровень освещенности.
Рис. 5 Массив исходных данных Рис. 6 Функции резкости края переходной границы о резкости краев дорожной разметки разметки: 1 – по верхнему краю объектива, 2 – по середине объектива, 3 – теоретическая кривая Рис. 7 Характеристики изменения освещенности в переходной зоне Согласно второму способу, по уровню производной определялась производная переходных зон освещенности. После этого определялись максимальное и мини мальное значения этих производных и соответствующие этим значениям элементы, по которым устанавливают координаты положения границы разметки (образца).
Метод оказался зависящим от случайных выбросов.
При использовании третьего способа определялись элементы, которые соот ветствовали равенству площадей, образуемых переходной зоной освещенности и максимальным и минимальным уровнем освещенности. Способ оказался нечувст вительным к случайным выбросам. Его погрешность зависит от установления на чальной точки интегрирования. Для четвертого способа по дискретным результатам измерения переходной зоны строилась полиноминальная кривая, которая применя лась для определения края разметки. Использование способа элиминировало по грешности, вызванные нестабильным освещением и случайными выбросами, но ус ложнило алгоритм. Установлено, что точность определения положения границы разметки будет зависеть от нелинейности характеристик оптической системы, ста бильности освещенности. Структура разработанного алгоритма:
1. В цифровой видеокамере (фотоаппарате) производится формирование ви деосигнала, который переносится в цифровом виде на компьютер.
2. Производится поэлементное усреднение данных, т.е. последовательно вво дится несколько массивов a j i i 1,2,, n, которые поэлементно складываются ме жду собой и определяется среднее арифметическое.
3. Производится контроль наличия контролируемого участка дорожной раз метки. Для этого массив a j перебирается поэлементно и проверяется наличие зон перехода освещенностей от максимальной до минимальной величины, соответст вующей краям разметки.
4. Производится формирование массива информативных данных yi, т.е. из массива a j выделяется та его часть, которая содержит оба склона перехода осве щенности между ее максимальной и минимальной величинами.
5. Для исключения грубых выбросов значений освещенности производится сглаживание массивов данных локальной аппроксимацией. Применен алгоритм не линейного сглаживания по семи точкам полиномом третьей степени.
6. Производится формирование правого и/или левого склона изображения, со ответствующему грубому положению края участка разметки относительно центра объектива.
7. Производится точное определение положения края дорожной разметки по четырем способам: по средней освещенности;
по уровню производной;
по равенст ву площадей;
по регрессионной кривой.
В алгоритме по средней освещенности определяется диапазон изменения осве щенности D yk max yk min. (6) и средний уровень D 2. Место пересечения линии средней освещенности с линией, аппроксимирующей переходную зону освещености, фиксируется как реальный край участка разметки. В алгоритме определения реального края (переходной зоны) дорожной разметки по равенству площадей поэлементно определяются площади двух фигур. Алгоритм основан на нахождении коэффициентов полинома y x a 0 a 1 x a 2 x 2 a m x m. (7) Выбор каждого способа реализации алгоритма определения точного положе ния края участка дорожной разметки зависит от требуемой точности и ряда других факторов. По контрольным валикам определяются коэффициенты полинома, после чего определяется реальный размер y p контрольной детали с учетом информации о размерах эталонных образцов.
Для повышения точности расчетов использован алгоритм с автоматическим выбором степени полинома. Согласно нему вначале задается степень m 1 (линей ная регрессия). После этого вводятся и запоминаются отсчеты x pk i и y pk i. После нахождения всех a0, a1, a 2 вычисляется среднее квадратическое отклонение по грешности E и сравнивается с заданной E 1.
Модель изменения светотехнических характеристик светотеневого (черно белого) изображения края разметки предлагается строить на основе сплайнов с возможностью анализа информации о неравномерно расположенных точках на блюдений. Методы аппроксимации данных сплайнами разделяются на две группы:
методы с использованием параметра сглаживания и МНК. Аппроксимируются сплайнами данные наблюдений X j, Y j, j 1,2,, n, где X j, Y j, j 1,2,, n – точки и результаты наблюдений. При этом точки наблюдений могут быть двумерными и трехмерными, т.е. X j X j1, X j2, j 1,2,, n и X j X j1, X j2, X j3, j 1,2,, n.
Разработан оптический стенд определения светотехнических показателей краевых линий дорожной разметки, основанный на физическом моделировании из мерения размеров эталонных цилиндрических валиков (рис. 8). Эталонный образец, помещенный между осветителем 1 и оптической системой 6, выполнен из двух час тей 2 и 5. Изменение размера d происходит при перемещении одной части по коор динате x относительно другой. Это перемещение регистрируется механическим ин дикатором 3 с ценой деления 1 мкм.
Рис. 8 Макетный стенд определения светотехнических показателей краевых линий разметки Проведены измерения изготовленных эталонных цилиндрических образцов с различными диаметрами 4,03;
10,02;
20,015;
30,02;
40,028;
49,929;
60,017 мм. По строена кривая зависимости между диаметрами семи образцов и диаметрами, вы численными по алгоритму с аппроксимацией полиномом с разными степенями.
Оценены погрешности в мм. Установлено, что их можно с приемлемой погрешно стью аппроксимировать полиномом третьей степени.
В четвертой главе приводятся результаты разработки и исследования моди фицированного материала на основе полиэтилена и оптимизации его состава для производства панелей для металлических барьерных ограждений. Основной целью было снижение внутренних напряжений, повышение деформируемости панелей без потери их прочности, повышение морозостойкости, улучшение реологических и релаксационных, а также светотехнических характеристик. В качестве материала выбран полиэтилен низкого давления.
Лучшие результаты были получены при введении в полиэтилен статистического сополимера этилена с пропиленом. Установлено повышение прочности материала в 1,7 раза при испытании на разрыв. Это приводит к уменьшению вероятности растрес кивания полиэтилена при низких температурах. Проведено прогнозирование измене ния свойств во времени. В течение 16,5 лет модуль релаксации для модифицированного материала выше, что свидетельствует об увеличении срока службы изделий.
Проведены натурные испытания, моделирующие ДТП с наездом транспорта на металлическое барьерное ограждение (два автобуса, рис. 9). Испытания проводи лись на автополигоне ФГУП «Научно-исследовательский центр по испытаниям и доводке автотранспорта» в соответствии с EN 1317-1:1998 и нормативным доку ментом 37.052.320-97 «Удерживающая способность и безопасность дорожных ог раждений. Методы испытаний». При проведении натурных испытаний присутство вали сотрудники Департамента ОБДД МВД России.
Рис. 9 Натурные испытания вертикальной разметки на полигоне г. Дмитрова Разработана технология проведения монтажных работ по устройству панелей на барьерных ограждениях. Подтвердилось повышение контрастности разметки на общем фоне. Из Департамента ОБДД МВД России было получено согласование на применение панелей на автомобильных дорогах общего пользования. Вертикальная разметка, устроенная при помощи панелей, соответствует требованиям действую щих нормативных документов.
В 2007 г. в Федеральных управлениях автомобильных дорог (УАД «Москва Минск», УАД «Москва-Санкт-Петербург», ФУАД «Северо-Запад», ФУАД «Север ный Кавказ» и др.) и в г. Москве были созданы экспериментальные участки верти кальной разметки с применением панелей. При детальном осмотре панелей сколов или трещин обнаружено не было. Температурные перепады в дневное и ночное время и связанные с этим линейные расширения металла не отразились на целост ности панелей. Общий вид панелей не изменился. Степень белизны соответствует уровню белизны эталонного образца и требованию ГОСТ 13508. Отчетливо сохра нился эффект контрастной разметки, заключающийся в чередовании контрасти рующих линий черного и белого цвета.
В пятой главе приводятся сведения о созданных опытных участках верти кальной разметки на металлических барьерных ограждениях с использованием за щитных пластиковых панелей. Разработаны методические рекомендации по уст ройству вертикальной разметки на металлических барьерных ограждениях с ис пользованием панелей.
Оценить контрастность дорожной разметки (в том числе с пластиковыми пане лями) относительно фона (дорожного покрытия) можно, применяя методы фото съемки цифровым аппаратом и обработки изображения на компьютере. Разработан программный модуль «Светлота и контрастность разметки 2009», позволяющий в автоматизированном режиме с помощью фотоснимков участков разметки опреде лять контрастность разметки относительно дорожного покрытия (рис. 10). Модуль прост в использовании, отличается минимальной погрешностью определения чер но-белой контрастности (до 3,0 %).
От применения новой технологии достигнута значительная экономия финан совых средств. С учетом затрат на монтажные и демонтажные работы по замене ог раждения экономия составляет 1,0-1,5 млн. рублей на 1 км ограждения.
В качестве новой задачи определения светотехнических показателей дорожной разметки предлагается их определение на снимках дорожной разметки, полученных из космоса. Они могут дать достоверную информацию о наличии разметки, пра вильности нанесения участков прерывистых линий, соразмерности длины линий между собой и длинами объектов с известной длиной, контрастности и светлоте разметки, ее цвете, соответствии схеме дислокации.
Собрана база данных из нескольких тысяч фотографий из космоса дорожной разметки (в т.ч. и вертикальной) на участках автомобильных дорог и мостах в Рос сии и других странах (рис. 11), например, Севастопольского проспекта в г. Москве, улиц Санкт-Петербурга, федеральных и территориальных дорог.
Рис. 10 Результаты работы программного комплекса Рис. 11 МКАД, 75 км
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ Диссертационная работа содержит новые научно обоснованные результаты, позволившие решить важную задачу повышения безопасности дорожного движе ния на основе совершенствования перечня светотехнических показателей, методов исследования и видов дорожной разметки с учетом новых принципов технического регулирования. Выводы по научным результатам:
1. Разработаны новые методы устройства, исследования и нормирования верти кальной дорожной разметки на основе совместного применения черно-белой кон трастности и ширины переходной зоны, новых методов и средств измерения.
2. Определены эксплуатационные требования к светотехническим показателям за щитных пластиковых панелей, устанавливаемых на металлические барьерные ог раждения (для черно-белой контрастности – не менее 0,2 приращения коэффициен та световозвращения).
3. На основе математической модели и алгоритма определения ширины переход ной зоны между черными и белыми защитными панелями установлено, что ширина переходной зоны не должна превышать 2,0 мм, при этом панели улучшают контра стность барьерного ограждения по сравнению с оцинкованным ограждением (до 0, коэффициента световозвращения) и до 0,3 – по сравнению с окружающим фоном, что повышает уровень их зрительного восприятия участниками дорожного движения.
4. Установлен эффект снижения количества ДТП на участках автомобильных до рог с установленными защитными панелями на 1…2 %, оцененный на основе при менения эконометрической модели с факторами качественной природы с учетом информации автоматизированного банка дорожных данных АБДД «Дорога».
5. Подтверждены основные положения разработанного ОДМ «Методические ре комендации по применению защитных пластиковых панелей для металлических барьерных ограждений на основе полученных при опытно-экспериментальных ра ботах данных» (ОДМ 2185.007-2008).
6. Организован опытный участок и мониторинг применения защитных пластико вых панелей на участках автомобильных дорог г. Москвы, федеральной и террито риальной сети.
7. Разработана методика обработки результатов натурных испытаний защитных пластиковых панелей на испытательном полигоне на основе наезда на барьерные ограждения крупногабаритного транспорта. Проведены успешные натурные испыта ния защитных пластиковых панелей на полигоне ФГУП «Научно-исследовательский центр по испытаниям и доводке автомототехники» (два автобуса).
8. Разработан программный модуль «Светлота и контрастность разметки 2009», позволяющий определять уровень контрастности разметки относительно светотех нических характеристик дорожного покрытия.
Вышеприведенные выводы показывают, что решены задачи диссертационного исследования в результате реализации комплексных теоретических и эксперимен тальных решений.
Основное содержание диссертации изложено в публикациях:
В изданиях, входящих в «Перечень рецензируемых российских научных журналов» 1. Карпеев, С. В. Техническое регулирование в дорожном хозяйстве / Ю. Э. Васильев, Ю. В. Борисов, Н. Е. Кокодеева, С. В. Карпеев // Вестник Московского автомобильно дорожного государственного технического университета. 2011. № 3. С. 103-108.
2. Карпеев, С. В. Вертикальная разметка на металлических барьерных ограждениях с использованием защитных пластиковых панелей / С. В. Карпеев, А. В. Кочетков, С. М. Евтеева // Строительные материалы. 2011. № 5. С. 34 36.
3. Карпеев, С. В. Формирование научно-инновационной политики дорожного хо зяйства / А. А. Сухов, С. В. Карпеев, А. В. Кочетков, С. П. Аржанухина // Иннова ционная деятельность. 2010. № 3. С. 41-46.
4. Карпеев, С. В. Методика оценки экономической эффективности деятельности органов управления дорожным хозяйством по освоению новых технологий, техни ки и материалов / С. В. Карпеев, А. А. Сухов, С. П. Аржанухина, Н. Е. Кокодеева // Строительные материалы. 2010. № 5. С. 4-7.
5. Карпеев, С. В. Состояние нормативного обеспечения инновационной деятельно сти дорожного хозяйства / С. П. Аржанухина, А. А. Сухов, А. В. Кочетков, С. В. Карпеев // Качество. Инновации. Образование. 2010. № 9. С. 24-29.
В прочих изданиях 6. Карпеев, С. В. Методические рекомендации по устройству вертикальной раз метки на металлических барьерных ограждениях с использованием защитных пла стиковых панелей (ОДМ 2185.007-2008). М. : ФГУП «Информавтодор». 20 с.
7. Карпеев, С. В. Совершенствование отраслевой системы диагностики автомо бильных дорог / М. Л. Ермаков, С. П. Аржанухина, С. В. Карпеев, А. В. Кочетков // Дорожная держава. 2011. № 30. С. 46-48.
8. Карпеев, С. В. Обеспечение безопасности дорожного движения на основе при менения защитных пластиковых панелей металлических барьерных ограждений / С. В. Карпеев // Применение перспективных технических решений при строитель стве автомобильных дорог. сб. тр. Всерос. науч.-практ. сем. Саратов : Рос. академия транспорта, журнал «Красная линия. Дороги», 2010. С. 16-19.
9. Карпеев, С. В. Повышение безопасности дорожного движения на основе приме нения светотехнических показателей контрастности и резкости дорожной разметки и транспортных средств / С. В. Карпеев // Разметка автомобильных дорог: иннова ции, техника, оборудование, материалы: Материалы Междунар. науч.-практ. конф.
Саратов : ОАО «Саратовский электроприборостроительный завод им. С. Орджони кидзе», 2007. С. 14-16.
10. Карпеев, С. В. «Научно-технический анализ внедряемой новой техники, про грессивных технологий и материалов в органах управления дорожным хозяйством за 2006 год информационный сборник / С. В. Карпеев. М. : Федеральное дорожное агентство, 2007. 187 с.
11. Карпеев, С. В. Информационный сборник о применении прогрессивных техно логий в органах управления дорожным хозяйством / С. В. Карпеев, А. В. Чванов, А. В. Кочетков. М. : Федеральное дорожное агентство, 2006. 287 с.
12. Карпеев, С. В. ОДМ Руководство по организации освоения инноваций в дорож ном хозяйстве 2006 / C. В. Карпеев, А. В. Чванов, А. В. Кочетков. М. : Федеральное дорожное агентство, 2006. 20 с.
13. ОДМ. Методические рекомендации по организации освоения инноваций при проектировании, строительстве, реконструкции, капитальном ремонте, ремонте и содержании автомобильных дорог и искусственных сооружений на них в системе Федерального дорожного агентства / C. В. Карпеев, А. В. Чванов, А. В. Кочетков и др. М.: Федеральное дорожное агентство, ФГУП «Информавтодор», 2007. 20 с.
Патенты 14. Карпеев, С. В. Барьер ограждения дорожного полотна и сооружений. Патент на полезную модель № 29940 / С. В. Карпеев. Опубликовано 10.06.2003.
15. Карпеев, С. В. Дорожные барьерные ограждения. Патент на изобретение № 2408759 / С. В. Карпеев. Опубликовано 10.01.2011.
Степень личного участия автора в опубликованных работах В работах [1-15] автор принимал непосредственное участие в постановке тео ретической проблемы, проведении анализа состояния нормативно-методического обеспечения безопасности дорожного движения на основе использования верти кальной дорожной разметки, установлении тенденций изменения количества ДТП с учетом контрастности дорожной разметки, предложении и нормировании новых показателей светотехнических характеристик с учетом безопасности движения, вычислительного моделирования, обобщения результатов.
Карпеев Сергей Владимирович ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДОВ НАНЕСЕНИЯ И НОРМИРОВАНИЯ СВЕТОТЕХНИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЕРТИКАЛЬНОЙ РАЗМЕТКИ Автореферат Подписано в печать 19.01.12 Формат 6084 1/ Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 1, Тираж 100 экз. Заказ 8 Бесплатно Саратовский государственный технический университет 410054, Саратов, Политехническая ул., Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул.,