В ТПУ применили сейсмические датчики для взвешивания движущихся автомобилей
Систему, взвешивающую с помощью сейсмических датчиков транспортные средства, движущиеся по автомобильной дороге со скоростью до 70 км/ч, разработали совместно с коллегами из других сибирских вузов специалисты Томского политехнического университета (ТПУ), 18 июля сообщает пресс-служба вуза.
Система сибирских ученых выделяет колебания от объекта измерения, отделяя их от других, которые могут создаваться работающей рядом дорожной техникой или движущимися по соседней или встречной полосе автомобилями. Надежность и эффективность предложенного учеными подхода были подтверждены результатами проведенных полевых испытаний.
Результаты исследования системы ученые представили в статье «Математическое моделирование сигналов для весового контроля транспортных средств с использованием сейсмических датчиков» (Mathematical Modeling of Signals for Weight Control of Vehicles Using Seismic Sensors), опубликованной в журнале Mathematics (Q1, IF: 2.3).
Система предназначена для выявления перегруженных транспортных средств, которые должны быть остановлены, а часть груза была перегружена на другое транспортное средство. Эти действия, согласно действующим стандартам, необходимы для обеспечения целостности и безопасности автомобильных дорог и безопасности дорожного движения в целом.
Чтобы выявлять перегруженные автомобили, ученые ТПУ решили использовать сигналы сейсмических датчиков. Проверяя такую возможность, томские политехники на одну из полос автомобильного шоссе нанесли специальные полосы, в которые были встроены сейсмодатчики.
Исследователи зафиксировали поступающие с них сигналы от семи различных по типу грузовых автомобилей. Проведенный ими анализ спектральных, временных и амплитудных характеристик этих сигналов позволил ученым получить оценки скоростей, массы и числа осей таких грузовиков.
Руководитель проекта, доцент Инженерной школы информационных технологий и робототехники ТПУ Никита Мартюшев пояснил:
«Разработанная нами система сочетает в себе физическое моделирование, экспериментальную проверку и строгую математическую обработку, включающую спектральный анализ, методы оптимизации, обработку сигналов и решение обратных задач».
Точность данных такой пассивной сейсмической системы не зависит от видимости и погодных условий, что является важным преимуществом перед видеокамерами или лидарами. Точность этих приборов ухудшается при недостатке света, тумане, дожде или загораживании обзора крупными транспортными средствами, тогда как сейсмическим датчикам это не помешает улавливать колебания грунта.
Что касается радиолокационных систем, которые могут работать в любых погодных условиях, они также подвержены помехам из-за осадков и посторонних предметов, а кроме того, требуют излучения сигнала.
«Высокая чувствительность сейсмических датчиков означает, что они улавливают не только сигналы от автомобилей, но и посторонние колебания грунта. В нашей системе эта проблема решается за счет использования искусственных неровностей (полос): при проезде по ним колес они генерируют высокоамплитудные сейсмические импульсы, которые существенно выделяются на фоне шума», — отметил руководитель проекта.
Воздействие снега и льда в зимний период не сказывается на работоспособности системы благодаря продуманному разработчиками сочетанию технических и программных инструментов. В этом случае алгоритмы обработки сигналов производят автоматический учет снижения амплитуды сигнала из-за снега на искусственных неровностях и выполняется компенсация дополнительных шумов, вызываемых снегом.
«Еще одно преимущество нашей системы в том, что для ее установки, обслуживания и донастройки не требуется вмешательства в дорожную инфраструктуру», — указал Никита Мартюшев.
Кроме сотрудников Инженерной школы информационных технологий и робототехники и Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ, в исследованиях приняли участие специалисты Юргинского технологического института (филиал ТПУ) и Новосибирского государственного технического университета.
