автореферат диссертации по транспорту, 05.22.01, диссертация на тему:Разработка методики проектирования режимов бортового информирования водителя в рамках задач интеллектуальных транспортных систем

На правах рукописи

ИЗОНОВ СЕРГЕЙ ВИКТОРОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ БОРТОВОГО ИНФОРМИРОВАНИЯ ВОДИТЕЛЯ В РАМКАХ ЗАДАЧ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

05.22.01 - «Транспортные и транспортно-технологические системы страны, ее регионов и городов, организация производства на транспорте»

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2015

005570423

005570423

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» на кафедре «Организация и безопасность движения»

Научный руководитель - Доктор технических наук, профессор,

Жанказиев Султан Владимирович

Официальные оппоненты: Кравченко Павел Александрович,

доктор технических наук, профессор, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, профессор кафедры «Наземных транспортно-технологических машин»

Чуклинов Николай Николаевич,

кандидат технических наук, ОАО «НИИАТ», заведующий отделом «Безопасность на автомобильном транспорте»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Ростовский государственный

строительный университет, г. Ростов-на-Дону

Защита состоится 19 июня 2015 года в 10-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.126.06 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский проспект, д. 64, аудитория 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)».

Автореферат разослан 2015 года.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета. Телефон для справок (499) 155-93-24.

Ученый секретарь диссертационного совета

/

*• ЕфименкоД.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Анализ мирового опыта создания и применения интеллектуальных транспортных систем (ИТС) показал, что для повышения их эффективности необходима оптимизация процессов взаимодействия системы с водителем, который является субъектом окончательного принятия решения по управлению транспортным средством и выбору маршрута.

Ранее выполненные отечественные и зарубежные научные исследования в области оптимизации типов информации для водителя транспортного средства показывают, что на сегодняшний день описаны принципы восприятия информации человеком в рамках задач управления транспортным средством с учетом перечня и иерархии актуальных сервисов ИТС, их предназначения и принципов работы. Вместе с тем, в выполнявшихся ранее работах отсутствуют единый подход и научно обоснованные принципы разработки режимов информирования водителя в рамках сервисов ИТС с использованием мультимедиа устройств, установленных в салоне транспортного средства. При этом в достаточной степени проработаны вопросы режимов и принципов информирования в рамках задач подсистемы ИТС косвенного управления транспортными потоками (КУТП).

Сегодня на автомобильном транспорте широко применяются телематические системы, обеспечивающие реализацию сервисов ИТС, в том числе обеспечивающих активную безопасность транспортного средства. При этом способ информирования водителя выбирается без научного обоснования эффективности и безопасности его применения.

Таким образом, в научных трудах и нормативно-технической документации на сегодняшний день представлены лишь отдельные аспекты информирования водителя в рамках задач ИТС, не объединенные в законченную методику формирования режима информирования.

Следовательно, изучение факторов, влияющих на эффективность информирования, выявление закономерностей показателей эффективности

\

информирования от выбора комбинации средств и типов информирования и их конфигурации, и объединение их в законченную методику формирования режима бортового информирования водителя в рамках задач ИТС является актуальной задачей.

Объектом исследования является водитель транспортного средства в процессе восприятия органами чувств информации различных типов и режимов.

Предметом исследования являются факторы, способные оказывать влияние на эффективность информирования водителя, и способы воздействия на эти факторы с целью оптимизации бортового информирования водителя в рамках задач ИТС.

Соответствие паспорту специальности. Содержание выполненных исследований отвечает формуле паспорта научной специальности 05.22.01 -«Транспортные и транспортно-технологические системы страны, ее регионов и городов, организация производства на транспорте», области исследования по пункту 1 «Транспортные системы и сети страны, их структура, технологии работы. Оптимальная структура подвижного состава».

Направление исследования; исследование производительности бортовых средств информирования водителя транспортного средства.

Целью исследования является повышение эффективности системы бортового информирования водителя за счет снижения полного времени восприятия информации водителем от сервисов ИТС.

Основные задачи исследования:

1. Выявление факторов, влияющих на способность водителя воспринимать информацию в процессе управления транспортным средством.

2. Разработка математической модели расчета полного времени восприятия информации в зависимости от режима бортового информирования.

3. Нахождение зависимостей времени восприятия информации водителем от вариаций режима бортового информирования эмпирическим методом.

4. Разработка методики проектирования режимов бортового информирования в рамках задач ИТС.

Научная новизна заключается в разработке обоснованного математического аппарата расчета полного времени восприятия информации водителем режима бортового информирования.

Достоверность результатов проведенных в работе исследований подтверждается высокой сопоставимостью теоретических и экспериментальных результатов, проведенных с использованием программно-аппаратного комплекса «ПФМ-МАДИ-1», а также натурных экспериментов.

На защиту выносятся:

1. Математическая модель расчета полного времени восприятия информации режима бортового информирования.

2. Методика проектирования режима бортового информирования водителя в рамках задач ИТС и его доводки в процессе эксплуатации.

Практическая ценность заключается в разработке методики проектирования режима бортового информирования водителя в рамках задач ИТС и его доводки в процессе эксплуатации.

Внедрение и реализация результатов работы.

Основные результаты исследований приняты к использованию в НИР по договору №БК600112н «Разработка бортового телематического модуля, интегрирующего телематическую периферию автомобиля», НИР по договору №1467/12 от 16.11.2012 «Разработка научно обоснованных предложений по созданию интеллектуальной транспортной системы на автомобильной дороге федерального значения Е-18 «Скандинавия» этап «Разработка Концепции и Программы создания ИТС автомобильной дороги федерального значения Е-18 «Скандинавия» на участке Санкт-Петербург - граница с Финляндией» и в НИР по договору № 47/91 от 22 июля 2013г. разработка ОДМ «Рекомендации по использованию элементов интеллектуальных транспортных систем для информирования пользователей о доступных ИТС услугах и придорожных сервисах и способах их получения в пилотных зонах».

Полученные теоретические результаты приняты к использованию в учебном процессе МАДИ кафедрой «Организация и безопасность движения» по дисциплинам: «Интеллектуальная транспортная система», «Логистические устройства в ОБД и БДЦ» и «Эргономика и инженерная психология».

Апробация работы. Результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на 72 и 73 научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ, г. Москва 2014 и 2015 гг., а так же в рамках стажировки в Национальном техническом университете Афин в рамках Европейского проекта Темпус 4 в период с 24 марта по 18 апреля 2014 г.

Публикации. Основные теоретические положения и научно-практические ..результаты опубликованы в 5 работах. Во включенных в перечень рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций опубликовано 3 работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения четырех глав, выводов, библиографического списка из 92 наименований. Объем работы: 159 стр. печатного текста, 51 рисунков, 30 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыты актуальность работы, излагаются цели исследования, научная новизна и практическая ценность диссертационной работы.

В первой главе осуществлен системный анализ отечественного и мирового опыта разработки и использования режимов информирования в рамках задач ИТС, а также в рамках задач организации и обеспечения безопасности дорожного движения. В результате анализа выявлено, что, являясь комплексом разнообразных сервисов, ИТС нуждается в эффективном инструменте взаимодействия с водителем, который, в свою очередь, является субъектом окончательного принятия решения по выбору маршрута и задачам управления транспортным средством.

Также проведен анализ базовых научных знаний и опытных исследований в области восприятия информации водителем в процессе управления ТС, таких как:

1. исследования процессов восприятия информации водителем;

2. влияние окружающей среды на способность водителя воспринимать информацию;

3. индикаторы, характеризующие способность водителя воспринимать информацию (такие как возраст, пол и т.д.);

4. психологические аспекты информирования водителей;

5. дорожные ситуации, провоцирующие аварийные ситуации и дорожно-транспортные происшествия;

6. сервисы ИТС и сценарии взаимодействия водителя с ИТС.

В ходе анализа научных исследований особо были отмечены труды ученых проф. Лобанова Е.М., в рамках которого разработаны модель расчета времени восприятия информации от средств организации дорожного движения и элементов дороги, и проф. Коноплянко В.И., в рамках которого разработана модель оценки информативности и эффективности сигналов, однако перечисленные модели разработаны для традиционных средств организации дорожного движения. Исследования проф. Жанказиева C.B., в рамках которого вводится понятие психотип водителя как мера готовности водителя взаимодействовать с ИТС, Воробьева А.И., в рамках которого разработана модель определения оптимального размещения динамических информационных табло, и Тура A.A., в рамках которого разработана методика формирования текстовых и графических сообщений, выводимых на динамические информационные табло, в целом представляют собой методику проектирования режима информирования водителей в рамках зада ИТС с помощью средств информирования элементов дорожной архитектуры, но при этом сфера научно-методического обеспечения при проектировании режимов бортового информирования остается неизученной.

Рассмотрено поле научных исследований в сфере разработки бортового информирования водителя в рамках задач ИТС:

1. задача выбора средства информирования или комбинации средств информирования;

2. задача размещения средства информирования;

3. задача разработки информационного содержания средства информирования;

4 задача приоритета сообщений, относящихся к различным типам сервисов ИТС.

На основе анализа сделан вывод о том, что существующий уровень научно-методической проработки процесса проектирования режимов бортового информирования водителя в рамках задач ИТС недостаточен и требует дополнительных исследований. В соответствии с этим сделан вывод о целесообразности диссертационного исследования в данной области. Итогом первой главы служит структура диссертационного исследования (рис. 1).

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ БОРТОВОГО ИНФОРМИРОВАНИЯ В РАМКАХ ЗАДАЧ ИТС

Анализ предметной области

I 1 =-1

Определение функции эффективности режима информирования водителя в рамках задач ИТС

ИмЛор грелства инсЬооми сования Размещение соеягтга инАоомиоования Ин<Ьосмаиионное наполнение средства

информирования

- Определение закономерностей изменения эффективности информирования от типа используемого средства информирования. - разработка задания на экспериментальное исследование. • Определение закономерностей изменения эффективности информирования от размещения средств информирования. - разработка задания на экспериментальное исследование. - Определение закономерностей изменения эффективности информирования от избыточности сообщений. - Разработка задания на экспериментальное исследование.

- Проведение экспериментов по определению показателей эффективности для различных средств информирования. - Проведение экспериментов по определению значений эффективности для различных вариантов размещения средств информирования. - Проведение экспериментов по определению показателей эффективности для сообщений с различным количеством информации.

- Определение доверительных интервалов значений показателей эффективности для разлтных средств информирования и их комбинаций. - Определение зависимости показателей эффективности для различного размещения средств информирования. - Определение зависимости показателей эффективности восприятия информации от положения стимула на поверхности ветрового стекла. - Определение зависимости показателей эффективности для сообщений с различным количеством информации.

Разработка математической модели на основании полученных зависимостей

I

Разработка методики формирования бортовых режимов информирования в рамках задач ИТС

Рис. 1 — Структура диссертационного исследования

Во второй главе обосновано, что целевая функция диссертационного исследования сводится к функции эффективности режима бортового информирования водителя, где эффективность оценивается временем, и надежностью восприятия сообщений сервиса ИТС водителем (формула 1).

= Э = х ^ (1)

где Р, - функция времени восприятия информации; Рн - функция надежности восприятия информации. , ,

За показатели эффективности информирования водителя приняты полное время восприятия информации водителем (гпв), единица измерения - с, и доверительный интервал разброса значений единица измерения - с.

Далее в ходе анализа представленных в первой главе современных и перспективных мультимедиа устройств и факторов, оказывающих влияние на процесс восприятия информации водителем, сформирован перечень вариаций режима бортового информирования (табл. 1).

Табл. 1 - Вариации режима бортового информирования

Наименование группы вариации Наименование вариации Единица измерения

Средство информирования Аудио-сигнализатор -

Аудио сообщение

Свето-индикатор

Дисплей - фото-видео изображение

Проекция на ветровое стекло

Размещение средства информирования Размещение света-индикатора см

Размещение дисплея см.

Проекция на ветровое стекло: оптимальные области см

Уровень затуханий и усилений Звук Дб

Яркость Кд/м'

Информационная нагрузка Количество предикат Ед.

Таким образом, задача оптимизации режима бортового информирования водителя сводится к подбору наиболее подходящей вариации режима бортового информирования применительно к поставленным задачам сервиса ИТС, для которого он разрабатывается. Сформирована научная гипотеза о том, что время восприятия информации режима бортового информирования

9

водителя зависит от выбранных средств информирования, их комбинаций и содержания информационных сообщений.

На основании аналитических выводов из существующих знаний в области психофизиологии человека и опыта разработки систем информирования разработана математическая модель расчета времени восприятия информации в зависимости от выбранной вариации. Для этого полное время восприятия информации детализуется на время обнаружения средства информирования (t^) и время обработки информации передаваемого сообщения (t0ф):

^пв = ^обн + ^обр (2)

to6H характеризуется функцией расположения и уровня затуханий и усилений средства информирования (для звуковых — громкость, для зрительных - яркость):

tc6H = (Ло6н(*.у).Лоб„(>0) (3)

ftоба определяется на основании закона Стивенса:

Y = kxSn (4)

где Y — сила субъективного ощущения, S — интенсивность раздражителя (стимула), п - показатель степени функции и к - константа, зависящая от единиц измерения.

Принимается, что для визуальных средств информирования существуют области максимально эффективного размещения, выявление которых позволит оптимизировать режимы информирования. На основании этого принимается решение на проведение экспериментального исследования по выявлению функции fto6Jx, у).

toGp является функцией от информационной нагрузки, соответствия текущей дорожной обстановке, времени трансляции сообщений различных средств информирования и дискретности возможных сценариев:

to6P = (л06р(г), /to6p(s), /to6pca /to6p(d). л06р(пп)) (5)

где:

Ло6р(<0 - функция зависимости времени обработки информации от дискретности сообщений аудио-сигнализаторов;

Ло6р0) - функция зависимости времени обработки информации от количества слогов в аудио-сообщении;

Л0бр(£а) — функция зависимости времени обработки информации от времени воспроизведения аудио-сообщения;

Л0бр(пп) _ функция зависимости времени обработки информации от количества предикатов в сообщении (информационная нагрузка сообщения); Л06Р(Г) - функция зависимости времени обработки информации от избыточности сообщения. Избыточность рассчитывается как отношение количества предикат сообщения к количеству предикат реальных дорожных условий (формула 6). В рамках настоящего диссертационного исследования разработан банк предикатов для экспериментально исследуемых сценариев сервисов ИТС.

г = ПпсЯусл (6)

Таким образом, принимается решение на проведение экспериментального исследования по выявлению функции вышеупомянутых зависимостей (рис. 2).

Вышеупомянутые зависимости разработаны для идеальных условий и требуют поправок. За основу аппарата по учету внешних условий взята модель расчета времени реакции водителя с учетом реальных дорожных условий, которая включает в себя систему коэффициентов-поправок на внешние факторы, способные воздействовать на продолжительность обнаружения сигнала (данная модель разработана и представлена в диссертации доктора технических наук Лобанова Е.М.). К данным коэффициентам относятся: скорость движения и соответствующее ей поле концентрации внимания; степень утомления водителя и изменение организации его зрительной работы; монотонность трассы, вызываемая длинными прямыми; наличие и вид средств зрительного ориентирования; возрастное снижение психофизиологических характеристик зрения водителя; плотность объектов в поле зрения водителя,

11

определяемая интенсивностью движения; изменение скорости переработки водителем информации в течение рабочего дня; квалификация водителя, определяющая информационную загрузку водителя и количество

сформированных ассоциативных связей.

Рис. 2 - Обоснование проведения экспериментальных исследований

Итогом второй главы является принцип работы математической модели. Входными данными модели являются задачи информирования и временные ограничения, которые определяются из характеристик и функционала сервиса ИТС, для которого разрабатывается режим бортового информирования. Выходом математической модели являются оптимальная вариация режима информирования и прогнозируемое максимальное время восприятия информации, реализуемое данной вариацией (рис. 3).

ВХОДЫ НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕЖИМА ИНФОРМИРОВАНИЯ

-задачи информирован!

время срабатывания автоматических систем сервиса ИТС (Г«*,)

время с моментов распознания до возникновения события

МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АППАРАТ

ВЫХОД - ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЖИМА ИНФОРМИРОВАНИЯ

_Оптимальная вариация режима_

информирования

_Прогнозируемое максимальное время восприятия информации ({„., )

Рис. 3 — Принцип работы математической модели расчета полного времени восприятия информации режимов бортового информирования

В третьей главе представлены программа и результаты экспериментальных исследований современных и перспективных бортовых и мобильных средств информирования водителя, их комбинаций, а также различных вариантов информационного содержания сообщений, с целью дальнейшей обработки полученных данных и построения вышеупомянутых функций.

При проведении экспериментального исследования использовался комплекс психофизиологического мониторинга состояния водителя (ПФМ-МАДИ-1) кафедры «Организация и безопасность движения» Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета. Данный комплекс включает в себя следующее оборудование (рис. 4):

- система имитации ТС и дорожной обстановки, включающая монитор и акустическую систему;

- система управления ТС провокатора дорожных ситуаций;

- система мониторинга направления взгляда;

- комплекс сбора психофизиологических показателей состояния водителя.

РАБОЧЕЕ МЕСТ01 ТС ИСПЫТУЕМОГО" ОПЕРАТОРА I _

Устройства информирования

Портативный компьютер оператора

| испытуемый |

£

|ОПЕРАТОР

Система мониторинга направления взгляда

Камера

а) 1

Комплекс определения психофизиологических параметров _ водителя

б)

I

Рис. 4 - Схема экспериментальной установки (а), изображение экспериментальной установки с испытуемым (б)

На основании предварительных замеров, распределение которых подчиняется нормальному закону, приняты абсолютная погрешность, равная 0,14 с, минимальный размер выборки - 30 замеров на один сценарий и выбранную вариацию режима бортового информирования.

В ходе эксперимента испытуемый управляет симулятором ТС в соответствие с заранее выбранным маршрутом. В салоне симулятора ТС установлена камера с высоким разрешением и широким углом обзора, фиксирующая дорожную обстановку и действия водителя. Водитель подключается к системе мониторинга направления взгляда и комплексу определения психофизиологических параметров. Полученные данные поступают на портативный компьютер со специальным программным обеспечением для синхронного просмотра видеоролика с направлением взгляда и ленты психофизиологических параметров.

В салоне ТС испытуемого средства информирования устанавливаются отдельно или совместно в зависимости от отрабатываемого сценария. К средствам информирования относятся:

- воспроизводимые портативным компьютером аудио-сигналы;

- воспроизводимые портативным компьютером аудио-сообщения;

- система свето-индикации, состоящая из блока управления и 4х красных светодиодов, которые возможно свободно закрепить в любой точке салона в области приборной панели и ветрового стекла;

- дисплей и акустическая система ПФМ-МАДИ-1;

- лазерный указатель с рассеивающими линзами, закрепленный на штативе;

- проектор на ветровое стекло Шуо1ек Н1ГО-100.

Эмпирическим методом исследовались шесть различных вариантов аудио-сигналов и шесть вариантов дискретности сообщений сервисов ИТС, а также десять различных текстовых речевых сообщений. Проведены эксперименты, в ходе которых водитель оповещался посредством системы свето-индикации, в результате чего проверены показатели эффективности восприятия сигналов, транслируемых в различных областях салона транспортного средства и поверхности ветрового стекла (рис. 5). Также водитель получал информационные сообщения от штатного дисплея транспортного средства и проектора на ветровое стекло с пятью вариациями сообщений, а также от системы имитации проектора на ветровое стекло (в исполнении «дополнение реальности») с тремя вариациями сообщений, побуждающих к выполнению действия. Помимо этого проверены следующие комбинации: дисплей - аудио-сигнал и проекция на ветровое стекло - аудиосигнал по пяти вариациям сообщений для каждой комбинации.

Рис. 5 — Расположение свето-индикаторов на поверхности ветрового стекла для выявления активных областей трансляции сообщений

В ходе экспериментального исследования получены значения времени реакции водителя для вышеперечисленных средств информирования и их комбинаций, а также для различных информационных сообщений.

В четвертой главе выполнена обработка результатов экспериментального исследования, проведенного в третьей главе, в целях построения функций зависимости времени восприятия информации от различных вариаций режима бортового информирования.

Данные экспериментальных исследований обработаны с помощью компьютерной программы Matlab R2014a (инструмент Distribution fitting tool и Curve fitting). В результате получены следующие зависимости:

- зависимость полного времени восприятия средства информирования «аудио-сигнализатор» от максимального количества передаваемых сообщений:

ЛоврСй) = 0,2362 X d + 0,0014 (7)

- зависимость полного времени восприятия от времени воспроизведения аудио-сообщения (текстового речевого сообщения):

/to6p(ta) = 0,3506 X taz + 0,2484 X ia + 0,3146 (8)

- зависимость полного времени восприятия от количества слогов в аудио-сообщении:

/Co6p(s) = 0.1522 xs-0.1378 (9)

- зависимость полного времени восприятия информации от избыточности информации:

ЛеврСг) = 0-88 х г2 - 1,48 х г + 1,75 (10)

- зависимость полного времени восприятия информации от расположения на поверхности ветрового стекла:

/tofaOf.y) = i-25* - 0.01521 х х - 0.06033 х у + 0.0001721 х х2 + 0.0002767 х * X у + 0.001877 X у2 - 0.0000006 хх3- 0.00000078 х х2 х у - 0.0000018 хх у. у2 - 0.0000016 х у3 (11)

Теоретико-эмпирический анализ полученной ранее функции (формула 11) позволил определить области оптимального расположения сообщений на

поверхности ветрового стекла (рис. 6). Средство информирования «Проекция на ветровое стекло» может функционировать в двух режимах: статический режим и режим дополнения реальности. В статическом режиме сообщения транслируются в фиксированных зонах, в режиме дополнения реальности сообщения могут транслироваться в любой области ветрового стекла исходя из текущих условий.

В ходе экспериментальных исследований также определены доверительные интервалы значений полного времени восприятия информации от различных средств информирования и их комбинаций (рис. 7, табл. 2), которые используются при предварительном выборе средств информирования на начальном этапе разработки режима бортового информирования.

ОБЛАСТЬ СООБЩЕНИЙ БДД ОБЛАСТЬ СООБЩЕНИЙ

\ СЕРВИСНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ОБЛАСТЬ СООБЩЕНИЙ \ I

Рис. 6

РЕАЛЬНОСТИ

(полупрозрачно, транслируется по всей области ветрового стекла)

- Схема размещения областей отображения сообщений различных типов сервисов ИТС на поверхности ветрового стекла

Тпв>С

+ 4

I

!

I *

Т

! !

4 5 6 7 8 9

ОТ О ® X а. | + Ср-во информи-

<£ « Ч а т | >5 т рования

2 о =г ш с 1 5 <0 1 о 1 5 =Г Ф £ 5 С ^ 5 г . ДиспЛ' аудио 1 о &

§ 5 5 а с & 1 1 ю С!

Рис. 7 - Разброс значений полного времени восприятия информации для различных средств информирования, их исполнений и комбинаций

Табл. 2 - Доверительные интервалы времени восприятия информации для различных средств информирования и их комбинаций

Средство информирования тт, с /„.„ тах, с £п,в, с

Аудио-сигнализатор (с? = 2) 0,37 0,45 0,41

Проекция на ветровое стекло (дополнение реальности) 0,45 0,51 0,48

Свето-индикатор (установленный на панели приборов) 0,59 0,63 0,61

Аудио-сообщение (2 слова, 7 слогов, 0,9 с) 0,73 0,76 0,74

Комбинация проекция на ветровое стекло + аудио 0,81 0,91 0,86

Проекция на ветровое стекло 1,00 1,16 1,08

Комбинация дисплей + аудио 0,97 1,21 1,09

Дисплей 1,25 1,53 1,39

На основании полученных функций и экспериментальных данных сформированы функции расчета полного времени восприятия информации для различных средств информирования и их комбинаций. Данные функции позволяют рассчитывать время восприятия информации с использованием

конкретных комбинаций средств информирования с целью их сравнения с временными ограничениями сервиса ИТС:

- Прогнозируемое полное время восприятия информации для средства информирования аудио-сигнализатор:

¿пв а.сиг. = Собр а.сиг. х (1 + Щ + Кц) (12)

, где £0бр а. си г. - переменная величина времени обработки информации водителем от аудио-сигнализатора в зависимости от дискретности сообщений аудио-сигнализатора (формула 7).

- Прогнозируемое полное время восприятия информации для средства информирования аудио-сообщение:

¿пвахооб. = ¿обр а.сооб. х (1 + К] +

, где ^обр а.сооб. ~ переменная величина времени обработки информации от аудио-сообщения в зависимости от времени воспроизведения аудио-сообщения (формула 8).

- Прогнозируемое полное время восприятия информации для средства информирования свето-индикатор из условия, что он используется водителем по запросу (^н = 0):

¿пвсв.и. = ¿обр св.и X (1 + Кп) (14)

, где ?обрсви среднее значение времени обработки информации водителем от свето-индикатора, при условии, что сообщение транслируется по запросу водителя, то есть не учитывается время обнаружения. Данное значение определяется экспериментальным путем и может значительно варьироваться в зависимости от размещения в салоне ТС или на его компонентах, Собр св и для свето-индикатора, размещенного в центральной области ветрового стекала, составляет 0,49 ± 0,07 с.

- Прогнозируемое полное время восприятия информации для средства информирования дисплей:

¿пвдисп. - ?обн дисп. х (1 + ^ + ^ + ^ + кз о. + Кв) + ¿обрдисп. х

(1 + К] + Кч+Кп) (15)

, где ?обндисп. - среднее значение времени обнаружения дисплея, найденное экспериментальным путем, и равное 0,51 ± 0,13 с, Гобр дисп - среднее значение времени обработки информации дисплея, найденное экспериментальным путем, и равное 1,11 ± 0,21 с.

- Прогнозируемое полное время восприятия информации для средства информирования проекция на ветровое стекло:

¿пв пр.в.с ¿обн пр.в.с ¿обр пр.в.с х

(1 + К} + К„+ Кп) (16)

, где ¿обн пр.в.с. - переменная величина времени обнаружения сообщения проекции на ветровое стекло в зависимости от расположения сигнала на поверхности ветрового стекла (формула 10), Гобр пр.в.с - среднее значение времени обработки информации средства информирования проекция на ветровое стекло, найденное экспериментальным путем и равное 0,90 ± 0,1 с.

- Прогнозируемое полное время восприятия информации для средства информирования проекция на ветровое стекло (дополнение реальности):

¿пв пр.доп.реал. = ¿обр пр.доп.реал. х (1 + Щ + Кц + ^п) О?)

, где ¿обр прдоп.реал. ~ среднее значение времени обработки информации от сообщения проекции на ветровое стекло (дополнение реальности), которое найдено экспериментальным путем и составляет 0,42 ± 0,08.

- Прогнозируемое полное время восприятия информации для комбинации дисплей-аудио:

¿пвд-а = ¿обр а.сиг. х (1 + + + Кь + К30 + Кв) + ¿0брДИсп. х

(1 + К, + кч + Кп) (18)

- Прогнозируемое полное время восприятия информации для комбинации проекция на ветровое стекло-аудио:

¿пв пр.в.с.-а = ¿обр а.сиг. х (1 + ^ + + + + ^в) + ¿обр пр.в.с. х

(1 + К] + кч + Кп) (19)

Достоверность полученных экспериментальных данных проверена путем проведения натурных испытаний комбинации средств информирования

20

«проекция на ветровое стекло и аудио-сигнализатор» и сравнения полученных данных с расчетным полным временем восприятия информации. Расчет максимального полного времени восприятия информации водителем производится по формуле 19 и составляет 1,29 с. В ходе обработки экспериментальных данных, при логнормальном разбросе их значений, доверительный интервал составил 0,87 < ^.в. < 0,95 с. Разница доверительного интервала выборки, полученной на экспериментальной установке, и доверительного интервала, полученного на натурных испытаниях, не значительна, и меньше абсолютной погрешности измерений. Время реакции водителя в реальных условиях не превысило расчетное максимальное время реакции водителя с запасом надежности 26%.

На основании анализа материалов первой и второй глав, а также полученных экспериментальных данных сформированы следующие рекомендации по проектированию режима бортового информирования водителя в рамках задач ИТС:

1) рекомендации по выбору средства информирования;

2) рекомендации по информационному содержанию сообщений, которые заключаются в необходимости применения законов психологии и психофизики восприятия звуковой, текстовой речевой и визуальной информации человеком;

3) рекомендации по приоритету сообщений, в рамках которых сформирована классификация сервисов ИТС по их приоритету;

4) рекомендации по доводке режима информирования в процессе эксплуатации, принцип которой заключается в анализе выборки фактического времени реакции водителя в процессе эксплуатации сервиса ИТС и поэтапного изменения времени начала трансляции сообщений.

Так же представлена концепция технической реализации интегрирования средств информирования в системы сервисов ИТС (рис. 8).

Рис. 8 - Принципиальная схема устройств сервиса ИТС

Итогом данной главы является разработанный алгоритм проектирования режима бортового информирования водителя в рамках задач интеллектуальных транспортных систем (рисунок 9).

Входными данными при проектировании режима информирования являются: временные ограничения, тип и задачи сервиса ИТС, а также время реакции водителя в процессе эксплуатации сервиса ИТС. Результатом проектирования является определение окончательной комбинации средств информирования, расположения средств информирования, содержания информационных сообщений, приоритета трансляции сообщений и определение адаптированного времени начала трансляции сообщения.

1. ~ "ВЫБОР СРЕДСТВА ИНФОРМИРОВАНИЯ!

2.

РАЗРАБОТКА КОНФИГУРАЦИИ

X

3.

ПРИОРИТЕТ СООБЩЕНИИ

Тип сервиса ИТС

Разработка приоритета сообщений и их переходов (п. 4.2.3 диссертации)

Приоритет сообщений

4.

Время реакции водителя в процессе эксплуатации

ДОВОДКА В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Определение электронным устройством сервиса ИТС оптимального времени начала трансляции сообщения (п. 4.2.4 _диссертации)_

Адаптированное время начала трансляции сообщения

Рис. 9 - Схема методики проектирования режимов бортового информирования водителя в рамках задач ИТС

Разработанная методика позволяет функционирование сервисов ИТС с заданной эффективностью за счет учета в процессе разработки сервисов ИТС

гарантированных максимальных значений времени восприятия информации водителем, а также за счет снижения риска возникновения аварийных ситуаций по причине интенсивного отвлечения водителя на сообщения сервиса ИТС.

Общие выводы в результаты работы

В ходе выполнения настоящего диссертационного исследования получены следующие основные результаты, совокупность которых подтверждает достижение цели и решение задач исследования:

1) Сформирован перечень факторов, оказывающих влияние на способность воспринимать информацию водителем в процессе управления транспортным средством, а также перечень внешних условий, которые влияют на эффективность и безопасность вождения.

2) Разработана целевая функция диссертационного исследования, являющаяся .функцией эффективности режима бортового информирования водителя, где эффективность оценивается временем и надежностью восприятия сообщений сервиса ИТС.

3) Разработана математическая модель расчета полного времени восприятия информации в зависимости от режима бортового информирования, позволяющая прогнозировать значения времени восприятия водителем передаваемой информации в зависимости от выбранной конфигурации бортовых средств информирования водителя, их размещения и содержания информационных сообщений.

4) Выполнена эмпирическая проверка и уточнение математической модели посредством проведения экспериментального исследования современных и перспективных бортовых средств информирования водителя, их комбинаций и сообщений с различным информационным содержанием.

5) Сформулированы рекомендации по разработке отдельных этапов проектирования режимов бортового информирования водителя в рамках задач ИТС. Рекомендации охватывают задачи выбора средств информирования, их размещения, содержания информационных сообщений, приоритета трансляции

сообщений, а также адаптации режима информирования в процессе эксплуатации.

6) Разработана и предложена к применению концептуальная схема структуры технических устройств, реализующих функционал сервисов ИТС, которая подразумевает принципы модульности и многозадачности используемого оборудования.

7) Разработана методика проектирования режимов бортового информирования водителя в рамках задач ИТС, которая включает в себя алгоритм разработки режима бортового информирования водителя, со ссылками на математическую модель и рекомендации по разработке отдельных этапов, а также концептуальную схему структуры технических устройств, реализующих функционал сервисов ИТС.

8) Дальнейшие исследования целесообразно проводить в области транспортной психологии по выявлению психологических закономерностей при проектировании содержания сообщений и определению закономерностей влияния уровня затуханий и усилений сигналов средств информирования на эффективность их восприятия.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

I. Публикации в изданиях перечня рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертации:

1. Изонов C.B. Концепция бортового телематического модуля / C.B. Изонов, А.И. Воробьев, С.Ю. Пахомов // В мире научных открытий, вып. 12 (36), 2012. — С.144-148.

2. Изонов C.B. Функциональная и физическая архитектуры бортового телематического модуля / C.B. Изонов, А.И. Воробьев, С.Ю. Пахомов // Вестник МАДИ, вып. 1,2013. -С.96-100.

3. Изонов C.B. Обоснование эффективности систем информирования водителей в рамках сценариев определения опасных ситуаций / C.B. Изонов, А.И. Воробьев, A.B. Шадрин // Вестник МАДИ, вып. 3 (38), 2014. - С. 94-97.

25

П. Научные публикации в прочих изданиях:

4. Изонов С.В, Формирование принципов информирования водителя на борту транспортного средства в рамках задач V2V // Сборник научных докладов и выступлений секции «Организация и безопасность движения». 72-я научно-методическая и научно-исследовательская конференция МАДИ, 2014. — С.62-71.

5. Изонов C.B. Обоснование эффективности систем информирования водителей в рамках сценариев определения опасных ситуаций / C.B. Изонов, В.Б. Лахманюк // Актуальные вопросы инновационной экономики, вып. 6 (5), 2014. — С.198-201.

Подписано в печать 17 апреля 2015 Формат 60x84x16 Усл.печ.л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 4

ТЕХПОЛИГРАФЦЕНТР Россия, 125319 , г. Москва, ул. Усиевича, д. Тел. : 8-916-191-08-51 Тел./факс (499) 152-17-71 Е-таП: 7tpc7@mail.ru