Как измеряют скорость автомобилей?
В этой публикации ведущие производители комплексов для фотовидеофиксации нарушений ПДД расскажут, как работают приборы и чем один способ измерения скорости отличается от другого.
В прошлом номере «Доброй Дороги Детства» мы рассказали вам о том, как в России и других странах мира ведётся борьба с нарушителями скоростного режима. Но прежде чем наказывать нарушителя за превышение скорости, эту скорость необходимо измерить. Сделать это можно по-разному: с помощью радара или видеокамеры. А ещё можно рассчитать её, зная время, за которое автомобиль проедет
заранее известное расстояние.
В этой публикации ведущие производители комплексов для фотовидеофиксации нарушений ПДД расскажут, как работают приборы и чем один способ измерения скорости отличается от другого. Компания «Симикон» из Санкт-Петербурга объяснит принцип измерения скорости радаром, компания «Технологии Распознавания» из Москвы покажет, как можно измерить скорость при помощи видеокамеры, а компания «Автодория» из Казани расскажет, зачем нужно измерять среднюю скорость движения автомобиля на участке дороги.
Измерение скорости при помощи радара
Автомобили созданы для передвижения, причём желательно — на высокой скорости. Каждый из нас хочет добраться из точки А в точку В как можно скорее. Чем быстрее едет автомобиль, тем меньше времени нужно, чтобы добраться до цели.
Однако скорость движения на дорогах ограничена. Почему? Да потому, что на большой скорости больше риска. На большой скорости машиной труднее управлять и движение становится опасным. Кроме того, чем выше скорость, тем длиннее тормозной путь. Например, если увеличить скорость на 10 км/час, то тормозной путь увеличивается вдвое.
Выбор скорости зависит от особенностей дороги. Поэтому на дорогах устанавливают специальные знаки, ограничивающие скорость. А для нарушителей предусмотрены наказания в виде штрафов.
Но прежде чем наказывать, нужно точно измерить скорость автомобиля. Самый удобный и точный способ измерения — это измерение при помощи радара, который излучает электромагнитный сигнал в сторону автомобиля. Отразившись от движущегося автомобиля, сигнал приходит обратно на антенну радара, при этом частота отражённого сигнала зависит от скорости машины. Этот необычный эффект открыл австрийский физик Кристиан Доплер ещё в 1841 году. И с тех пор все радары, основанные на этом принципе, называются доплеровскими.
Современные доплеровские радары умеют не только измерять скорость, но и определять направление движения автомобиля, точно находить местоположение каждой машины на дороге. Если совместить такой радар с фотокамерой, то получится устройство, называемое фоторадар, который может автоматически фотографировать все проезжающие автомобили, одновременно измеряя их скорость. И если среди них окажется нарушитель, то радар автоматически его обнаружит, сфотографирует и отправит в центр обработки все данные для оформления штрафа. Важно, что при этом фоторадар может не только сфотографировать номер автомобиля, но и «прочитать» его, то есть распознать имеющиеся на нём символы (буквы и цифры) и перевести их в цифробуквенный код. Без этого было бы невозможно автоматически обрабатывать полученные данные: пришлось бы использовать труд операторов, которые должны были бы рассматривать все фотографии глазами. Представьте, сколько машин проходит каждый час по скоростной дороге? За день с каждого фоторадара могут быть получены десятки тысяч фотографий! А распознанный номер может быть обработан с помощью компьютера автоматически.
Все данные фоторадар отправляет в центр обработки. Там есть база данных — специальным образом организованная информационная система, в которой содержатся данные обо всех зарегистрированных в стране автомобилях, а также именах и адресах их владельцев. Если водитель нарушил правила и превысил скорость, то система оформит протокол, который будет отправлен хозяину автомобиля по почте. И тот должен будет заплатить штраф. Вся эта сложная система действует для того, чтобы все водители соблюдали Правила дорожного движения и мы могли безопасно пользоваться нашими дорогами.
Разумеется, современный фоторадар — это не просто сочетание камеры и радара. Для бесперебойной работы этого сложного прибора требуется целая система обеспечения жизнедеятельности, включающая защиту от изменений температуры, предотвращение запотевания стёкол, дистанционную диагностику и многое, много другое. Поэтому для разработки и производства этих приборов требуется сложное оборудование и специальные знания. Но зато выпускаемые в нашей стране фоторадары настолько надёжны, что, например, для обслуживания нескольких тысяч приборов, выпущенных компанией «Симикон» в Санкт-Петербурге и установленных по всей стране, требуется группа поддержки, состоящая всего из трёх человек.
И ещё хочется отметить одну очень важную вещь. Каждый водитель, садясь за руль своего автомобиля, должен понимать, что соблюдать ПДД нужно не из страха перед штрафами, а ради безопасности всех участников дорожного движения.
Измерение скорости по видеоизображению
В некоторых комплексах фотовидео-фиксации для измерения скорости используют видеосъёмку. Так, например, измеряет скорость автоматический комплекс фотовидеофиксации «АвтоУраган», разработанный компанией «Технологии Распознавания».
«АвтоУраган» работает так. Видеокамера комплекса направлена на определённый участок дороги, длина которого известна заранее. Эта дистанция называется «зона контроля», её длина составляет около 6 метров (рис. 1). Когда машина въезжает в зону контроля, камера фиксирует это и распознаёт закреплённый на автомобиле автомобильный номерной знак. Именно номер является опорной точкой для дальнейшего вычисления скорости (рис. 2). Далее весь путь автомобиля через зону контроля фиксируется видеокамерой. Камера «АвтоУрагана» формирует кадры через каждые 40 миллисекунд и фиксирует время каждого видеокадра (рис. 3). Поскольку время, когда сделаны первый и последний видеокадры, известно, можно вычислить время, за которое автомобиль проехал зону контроля. А зная время и длину зоны контроля, можно рассчитать скорость автомобиля (рис. 4).
Кстати, чем медленнее движется автомобиль, тем больше кадров будет сделано за время проезда зоны контроля. Например, двигаясь со скоростью 80 км/час, автомобиль проедет дистанцию зоны контроля (6 метров) за 270 миллисекунд. Соответственно, этот автомобиль в зоне контроля будет зафиксирован шесть раз (270 разделить на 40).
Зачем нужно измерять среднюю скорость автомобиля?
Представьте, что вы участвуете в соревнованиях по бегу. Одновременно с командой «Старт» судья нажимает на кнопку секундомера, чтобы начать отсчёт времени, за которое вы преодолеете дистанцию. Когда вы пересекаете черту финиша, судья снова нажимает на кнопку секундомера — отсчёт времени окончен. Теперь известно, за какое время вы смогли пробежать марафон. А поскольку изначально известна дистанция, которую необходимо пробежать, то можно вычислить среднюю скорость, с которой вы двигались на этом участке, по формуле
V (скорость) = S (путь) / t (время)
Например, если вы преодолели 500 метров за 1 минуту 40 секунд, то ваша средняя скорость составила 5 м/с или 18 км/час.
В спортивных соревнованиях не бывает требований, с какой максимальной скоростью надо бежать. Здесь каждый соревнуется в своём мастерстве. На дорогах, по которым ездят автомобили, другие правила. На каждой дороге обязательно установлено ограничение скорости и специальный знак, информирующий об этом водителей. Это необходимо для обеспечения безопасности дорожного движения, потому что чем выше скорость автомобиля, тем сложнее им управлять и тем больше тормозной путь. Однако не все водители соглашаются выполнять правила. В этом случае на помощь государству приходят современные информационные технологии. Чтобы контролировать скорость водителей на аварийно-опасных участках, государство часто использует системы автоматической фиксации средней скорости. В России впервые эту технологию разработала компания «Автодория», которая специализируется на создании интеллектуальных транспортных систем.
Принцип работы системы контроля средней скорости такой же, как и в примере с соревнованиями по бегу. Только вместо обычного секундомера выступает специальный прибор, похожий на скворечник, внутри которого спрятан особенный секундомер, который соединён со спутником, камера и микропроцесссор. Вместо бегуна — автомобиль, на котором установлен уникальный госномер. Этот госномер присвоен только одному автомобилю, второго такого номера нет.
На дороге устанавливается два прибора — на старте и финише участка, где необходим контроль скорости. Приборы устанавливают на расстоянии друг от друга 0,2–10 км. Это расстояние строго определено и неизменно на каждом конкретном участке. Когда автомобиль проезжает мимо первого прибора, камера фотографирует его и передаёт в специальное подразделение Госавтоинспекции, которое называется Центром фотовидеофиксации, эту фотографию вместе с информацией о времени проезда мимо камеры. Помните про секундомер, соединённый со спутником? Это он помогает засечь время проезда мимо камеры. Затем автомобиль проезжает мимо второго «скворечника». Камера, установленная в этом месте, тоже фотографирует автомобиль, а секундомер определяет, в какое время был совершён второй проезд. Эти фотографии и данные о времени проезда между двумя камерами передаются в ГИБДД, а с помощью специальной программы происходит распознавание госномера автомобиля и вычисление времени, за которое он преодолел дистанцию.
Например, автомобиль проехал мимо первой камеры в 12 часов 34 минуты 12 секунд, а мимо второй — в 12 часов 35 минут 02 секунды. Расстояние между двумя приборами составляет 1000 метров. Получается, что автомобиль проехал этот участок за 50 секунд. Значит, его средняя скорость на участке составила
V=S/t=1000 метров / 50 сек = 20 м/с или 72 км/час.
Если на участке стоит ограничение скорости 50 км/час, значит, автомобиль двигался быстрее установленной скорости. За несоблюдение правила водителю будет выписан штраф за превышение установленной скорости на 22 км/час. Если на участке дороги стоит ограничение скорости 90 км/час (например, на загородной трассе), то никакого нарушения не было, а значит, в Госавтоинспекции не выставят штраф водителю.
С помощью такого метода контроля средней скорости удаётся в два раза снизить число ДТП на тех участках, где установлены приборы. Такой способ обеспечения безопасности побуждает водителей соблюдать скорость на всём пути их движения, нарушителей скорости в потоке становится меньше, а водителей, соблюдающих правила скоростного режима, — больше. Так «Автодория» помогает сделать дорожное движение безопаснее.
Источник статьи: http://www.dddgazeta.ru/archive/2017_06/30946/
Измеритель скорости. Виды и работа. Применение и особенности
Измеритель скорости является востребованным прибором, который используется для различных целей. Он измеряет скорость движения объектов и веществ в километрах в час или метрах в секунду.
Виды измерителей скорости
Измеритель скорости очень точное оборудование, которое используется практически повсеместно в различных отраслях промышленности и бытовой жизни. Его конструкция многократно модернизировалась под определенные цели.
Существуют следующие разновидности измерителей скорости:
- Спидометр.
- Радар.
- Анемометр.
- Хронограф.
- Измеритель газового потока.
- Скоростемер для воды.
Спидометр
Спидометр – это прибор для измерения скорости колесных транспортных средств. Он устанавливается на панель приборов автомобилей, сельхозтехники, спецтехники и поездов. Он бывает механическим, электронным и электромеханическим.
Механическое устройство оснащается тросом, который выполняет роль привода. Трос подсоединяется к коробке передач или напрямую к оси колеса. Один его оборот соответствует обороту колеса и соответственно прохождению определенной дистанции. Специальный механизм с шестеренками оперативно проводит расчет соответствия пройденной дистанции за определенный промежуток времени к скорости в километрах в час. Подобное оборудование оснащается цифровой шкалой и стрелкой, которая указывает на достигнутую скорость. Механические спидометры используются и сейчас. Их главный недостаток заключается в периодическом износе троса, который необходимо менять. Помимо текущего показания скорости механические модели имеют встроенный в корпусе циферблат, показывающий пробег транспорта с момента начала его эксплуатации.
Электронные спидометры оснащаются датчиками, передающими информацию в электронном виде на циферблат на панели приборов. Она отображается как светящиеся цифры. Отсутствие стрелок позволяет проводить более комфортную визуальную оценку показателей скорости движения.
Электромеханические спидометры являются гибридом двух типов. В них снятие показателей осуществляется электрическим датчиком, но вывод данных о развиваемом темпе движения проводится с помощью стрелки.
Радар
Радар – это прибор предназначенный для измерения скорости движущегося объекта без физического контакта с ним. Обычно такое оборудование применяется правоохранительными органами, а также спортивными судьями. Принцип действия прибора заключается в том, что он создает радиосигнал, который направляется на движущийся объект. После при достижении волны к автомобилю или другому объекту, волна отражается и возвращается на чувствительный элемент устройства. По характеристикам отражаемой волны прибор вычисляет скорость, с которой двигался объект. Существует также устройство, где вместо радиосигнала направляется луч лазера. Выдаваемая на циферблате скорость выражается в километрах за час.
Данное оборудование является не идеальным и дает небольшую погрешность, которая указывается производителем. Радары отличаются между собой не только по классу точности, но и дистанции измерения. Все зависит от мощности излучателя и чувствительного элемента, который принимает отраженные сигналы.
Современные радары существенно отличаются от первых устройств этого класса. Дело в том, что в связи с наличием штрафов за превышение скорости, для защиты от подобных неприятностей началось производство так называемых антирадаров. Данные оборудования позволяют глушить радиосигналы и сбивать показатели, которые выдает радар. В связи с этим полицейские измерители скорости начали оснащаться системой шифрования с особой технологией отправки импульсов и их восприятия. Нельзя сказать, что это дает стопроцентную гарантию от погрешности, но по крайней мере позволяет игнорировать глушение от большинства приборов подавляющих сигналы.
Анемометр
Анемометр – это измеритель скорости передвижения воздушных и газовых потоков. Принцип его действия заключается в наличии лопастей подобных тем, что используются в вентиляторах или в авиации. При прохождении ветра сквозь диффузор анемометра лопасти начинают проворачиваться. Специальный механизм измеряет частоту вращения и определяет скорость движения потока в километрах в час или метрах в секунду. Такое оборудование обычно используется метеорологами для расчетов изменения погоды. По характеристикам движения ветра определяется через сколько времени циклон достигнет определенной местности.
В бытовой жизни анемометры нашли свое применение в авиации. Они устанавливаются на аэродромах для определения параметров силы ветра с целью корректировки диспетчерами пилотов при посадке самолетов. Анемометрами пользуются военные снайперы для корректировки направления полета пули. С помощью специальных таблиц определяется угол сноса пули ветром при полете. Чем слабее воздушный поток, тем по более ровной траектории нужно выпускать пулю. Данный показатель является важным при стрельбе на длинные дистанции.
Анемометры используются в вентиляционных системах. С их помощью проводится регулировка вентиляторов для точной настройки вентилирования без создания сквозняков. Вывод показателей скорости осуществляется с помощью стрелки как в обычных спидометрах для автомобиля или на циферблат, если прибор является электронным или электромеханическим.
Подобное оборудование не всегда имеет механический привод. Существуют также анемометры с теплочувствительным элементом, который начинает деформироваться при остывании. При движении воздушного потока чувствительный элемент обдувается, и его температура снижается. При этом оборудованием проводятся сложные расчеты, в результате которых выводятся точные показатели скорости ветра с поправкой на температуру самого воздуха. Одними из последних изобретений стали ультразвуковые анемометры, которые анализируют растворение звука посылаемого против движения воздушных масс.
Хронограф
Хронограф – это универсальное оборудование, которое используется для различных целей. Одним из способов его применения является измерение скорости движения пули выпущенной из пневматического или огнестрельного оружия. Главные особенности таких устройств в том, что они дают точные показатели скорости движения мелких объектов. Такой измеритель скорости даст возможность снять показатели о характеристиках движения стрелы выпущенной из лука, болта из арбалета или камушка из рогатки.
Хронограф снимает характеристики о полете пули или другого мелкого объекта в метрах за секунду. Также отдельные модели могут иметь возможность переключения показателей на километры в час. Хронографы имеют сложную конструкцию и являются очень чувствительными. Те приборы, которые применяются для измерения скорости движения пуль и прочих боеприпасов выполняются в двух вариантах – дульном и рамочном.
Дульный хронограф устанавливается на дуло пневматического или огнестрельного оружия. С его помощью удастся определить начальную скорость вылета пули. По этому показателю можно судить о мощности оружия и его пробиваемой силе на определенном расстоянии. Чтобы подключить хронограф к дулу оружия требуется наличие специального переходника. Для разных типов оружия переходник отличается, но сам измеритель скорости пули может использоваться практически всегда. Хронографы, которые применяются для пневматического оружия, имеют диапазон измерения до 350-400 м/с. Оборудование для огнестрельного оружия имеют значительно больший диапазон чувствительности.
Рамочный хронограф является более универсальным. Он выполнен в виде рамки, в которую нужно прицелиться, чтобы пуля пролетела между стенками. С помощью такого хронографа можно измерить скорость движения практически любого мелкого объекта. Это может быть стрела и даже брошенный рукою камень. Подобное оборудование более габаритное, но благодаря универсальности пользуется большой популярностью.
Измеритель скорости газового потока
Также существуют измерители скорости для газовых и воздушных потоков, которые двигаются внутри труб. Данные устройства фиксируются на трубопроводах и оснащаются крыльчаткой, которая проворачивается при контакте со средой. Подобное оборудование имеет много общего со счетчиками газа, но в отличие от них оно показывает не какой объем был пропущен всего, а позволяет рассчитать, сколько газа при такой интенсивности перекачки можно провести за определенный промежуток времени. Подобное оборудование выдает показатели не только в метрах за секунду, но и в объеме. Это могут быть литры или кубические метры.
Интенсивность давления на крыльчатку в различных газах отличается. В связи с этим оборудование калибруется производителем под среду, с которой будет работать. Таким образом, если измеритель скорости рассчитан для природного газа, он не будет давать точные показатели в случае работы с углекислотой. Помимо оборудования для веществ в жидком состоянии, существуют и измерители для газообразной среды, такой как воздух и даже пар.
Скоростемер для воды
Измеритель скорости воды имеет подобную конструкцию, что и для газовой среды. Его используют в исключительных случаях, когда нужно узнать скорость движения водяного потока, а не объем прокачки. Данный показатель является важным при тестировании оборудования для пожаротушения, водяных пушек и в прочих целях. Такой скоростемер представляет собой вытянутую трубку, которая подсоединяется к гибкому шлангу или трубопроводу. Кроме устройств с вращающейся крыльчаткой, снятие показателей может осуществляться лазером или ультразвуковыми волнами.
Источник статьи: http://tehpribory.ru/glavnaia/pribory/izmeritel-skorosti.html