XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

«Интеллектуальный комплекс принудительного ограничения Скоростного режима на базе конструкторского Набора WeDO 2.0»

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Синцов Д.А. 1Куликов Д.С. 1Новоселов В.В. 1Спасенков Р.Е. 1

---

1Школа интеллектуального развития Мистер Брейни

Фрибус К.Р. 1

---

1Школа интеллектуального развития Мистер Брейни

Работа в формате PDF

457.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

 Проблема обеспечения безопасности дорожного движения является одной из наиболее острых в современном обществе. Ежегодно в результате дорожно-транспортных происшествий (ДТП) в мире погибает более 1,3 миллиона человек, и около 50 миллионов получают травмы различной степени тяжести.

Среди ключевых факторов, способствующих возникновению аварийных ситуаций, особое место занимает превышение установленной скорости движения, которое, по данным всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), выступает основной причиной тяжёлых последствий при столкновениях. Несмотря на совершенствование нормативно-правовой базы, ужесточение административной ответственности (статья 12.9 КоАП РФ) и внедрение технических средств фиксации нарушений, количество ДТП, связанных с превышением скорости, остаётся недопустимо высоким. Существующие системы контроля (радарные комплексы, камеры фиксации, круиз-контроль) обладают рядом ограничений: они воздействуют на водителя постфактум, зависят от погодных условий, могут иметь погрешности измерений и не устраняют причину нарушения в момент его совершения. В связи с этим возникает объективная потребность в разработке новых, более эффективных подходов к принудительному ограничению скорости, воздействующих на водителя непосредственно в опасной зоне и исключающих возможность игнорирования требований безопасности.

Объект исследования. Объектом настоящей работы является процесс обеспечения безопасности дорожного движения путём контроля и ограничения скоростного режима транспортных средств.

Предмет исследования. Предметом исследования выступает модель интеллектуального комплекса принудительного ограничения скоростного режима, реализованная на базе образовательного конструктора LEGO WeDo 2.0.

Цель работы. Целью научной работы является теоретическое обоснование необходимости соблюдения скоростного режима, анализ существующих технологий контроля скорости и разработка действующей модели интеллектуального комплекса, демонстрирующего механизм принудительного снижения скорости при её превышении.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Проанализировать физические, психофизиологические и правовые аспекты, обосновывающие важность соблюдения скоростного режима.

2. Исследовать существующие технические решения в области контроля скорости (стационарные и передвижные системы фиксации, круиз-контроль различных типов), выявить их преимущества и ограничения.

3. Разработать концепцию интеллектуального комплекса принудительного ограничения скорости, основанного на активации искусственных неровностей при превышении допустимого порога.

4. Спроектировать и собрать модель комплекса с использованием конструктора LEGO WeDo 2.0, включающую датчики расстояния и наклона, систему передач (червячную, зубчатую, реечную) и механизм лебёдки.

5. Разработать управляющую программу в среде LEGO Education WeDo 2.0, реализующую заданный алгоритм работы (мониторинг скорости → активация неровностей → возврат в исходное состояние).

6. Обосновать эффективность предлагаемого решения и его преимущества перед традиционными средствами контроля.

Методы исследования. В работе использованы методы теоретического анализа (изучение нормативно-правовых документов, научной литературы и технической документации), метод аналогии и моделирования (перенос принципов работы реальных систем на учебную модель), а также экспериментальный метод (разработка и тестирование программы на платформе LEGO WeDo 2.0).

Практическая значимость работы. Разработанная модель может быть использована в образовательном процессе (на уроках технологии, робототехники, ОБЖ) для наглядной демонстрации принципов работы систем активной безопасности дорожного движения. Кроме того, предложенная концепция интеллектуального комплекса с поднимаемыми искусственными неровностями может рассматриваться как потенциальное техническое решение для внедрения на аварийно-опасных участках дорог, в зонах пешеходных переходов и вблизи социально значимых объектов (школ, детских садов, больниц).

Структура работы. Работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованных источников. Первая глава посвящена теоретическому анализу проблемы скоростного режима и обзору существующих технологий контроля скорости. Вторая глава содержит описание разработанной модели интеллектуального комплекса, её конструкции, программного обеспечения и алгоритма функционирования.

Глава 1. Проблема скоростного режима и безопасность дорожного движения

1.1. Почему важно соблюдать скоростной режим: риски и последствия превышения скорости.

Соблюдение скоростного режима на дорогах важно по нескольким причинам, связанным с безопасностью, правовыми последствиями, экономическими факторами и общей ответственностью участников движения. 

Превышение скорости — одна из наиболее распространённых причин дорожно-транспортных происшествий (ДТП). Чем выше скорость, тем больше тормозной путь и вероятность потери контроля над автомобилем, особенно при резких манёврах или изменении дорожных условий. 

Усугубление последствий при столкновении. При высокой скорости при столкновении возрастает кинетическая энергия, которую необходимо поглотить, что повышает риск тяжёлых травм для водителей и пассажиров Например, по данным ВОЗ, вероятность выживания пешехода при наезде автомобиля, двигавшегося со скоростью 30 км/ч, составляет около 90%. При скорости 50 км/ч риск смертельной травмы для пешехода достигает 60%, а при 60 км/ч и выше гибель практически неизбежна. Для уязвимых участников дорожного движения (пешеходов, водителей мопедов и мотоциклов) риск тяжёлых травм или гибели в случае столкновения с автомобилем катастрофически возрастает с увеличением скорости. 

На высокой скорости ухудшается обзор и способность адекватно оценивать дорожную обстановку. Возникает эффект «туннельного зрения»: угол обзора водителя сужается, что затрудняет обнаружение опасностей. Кроме того, при высоких скоростях сложнее управлять автомобилем, особенно при прохождении поворотов или маневрировании около дорожных препятствий. 

Чем выше скорость, тем меньше времени у водителя на реакцию в случае возникновения опасной ситуации. При этом расстояние, которое автомобиль проходит за время реакции водителя, прямо пропорционально скорости. Например, при скорости 50 км/ч за секунду машина преодолевает около 14 метров, а при 80 км/ч — более 22 метров. 

Исследования показывают, что даже небольшое превышение скорости значительно повышает риск аварии. Например, превышение средней скорости в городе на 5 км/ч или за его пределами на 10 км/ч может удвоить вероятность ДТП. Увеличение средней скорости на 1 км/ч обычно приводит к росту числа аварий с травматизмом на 3%.

Мы рассмотрели правовые последствия. Согласно пункту 10.1 ПДД РФ, водитель должен вести транспортное средство со скоростью, не превышающей установленное ограничение, учитывая при этом интенсивность движения, особенности и состояние транспортного средства и груза, дорожные и метеорологические условия, в частности видимость в направлении движения.  Превышение установленной скорости влечёт административную ответственность. В 2026 году размер штрафа зависит от величины превышения и регулируется статьёй 12.9 КоАП РФ. В некоторых случаях возможно лишение права управления транспортным средством. 

Влияние на определение виновности в ДТП. Если в результате аварии будет установлено, что водитель превысил скорость, это может стать отягчающим обстоятельством при определении виновника. 

Исходя из экономических факторов мы рассмотрели фактор расхода топлива. Чем выше скорость, тем больше расход топлива, что увеличивает расходы на поездку. Износ автомобиля. Агрессивное вождение и частые разгоны до высоких скоростей ускоряют износ транспортного средства.

Так же важно учесть, чтособлюдение скоростного режима — это не только требование ПДД, но и мера, которая позволяет сохранить жизнь и здоровье всех участников дорожного движения. Водитель, превышающий скорость, подвергает риску не только себя, но и окружающих людей. 

Важно учитывать, что скоростной режим устанавливается с учётом типа дороги, состояния дорожного покрытия, видимости, метеорологических условий и интенсивности движения. Например, в населённых пунктах действует ограничение 60 км/ч, на автомагистралях — до 110 км/ч для некоторых категорий транспортных средств. 

Таким образом, соблюдение скоростного режима — это не только соблюдение правил, но и вклад в создание безопасной и комфортной среды для всех участников дорожного движения

Соблюдение скоростного режима на дорогах критически важно для безопасности всех участников дорожного движения. Это связано с рядом факторов, влияющих на вероятность аварий, тяжесть их последствий и общую безопасность на дорогах. 

Актуальность соблюдения установленных скоростных режимов обусловлена комплексом факторов, включающих физические закономерности дорожно-транспортных происшествий (ДТП), психофизиологические ограничения водителя, правовые последствия и экономические издержки. Превышение допустимой скорости квалифицируется в мировой практике как один из ключевых детерминантов возникновения ДТП и тяжести их последствий.

1. Влияние скорости на динамику ДТП и механизм столкновения

В механике ДТП основным поражающим фактором является кинетическая энергия транспортного средства, рассчитываемая по формуле E=mv22E=2mv2​. Данная зависимость демонстрирует, что увеличение скорости в два раза приводит к возрастанию энергии удара в четыре раза. Соответственно, для поглощения возросшей энергии необходима пропорциональная деформация кузова, что выходит за пределы проектных возможностей систем пассивной безопасности (зон деформации, подушек безопасности). В результате тяжесть травм водителя и пассажиров нелинейно возрастает с увеличением скорости движения.

2. Эмпирические данные о выживаемости пешеходов (по методологии ВОЗ)

Статистический анализ последствий наезда на пешехода позволяет установить следующие закономерности:

при скорости столкновения 30 км/ч вероятность выживания пешехода составляет ≈ 90%;

при скорости 50 км/ч риск летального исхода достигает 60%

при скорости 65 км/ч и выше летальный исход наступает в более чем 90% случаев.

Таким образом, соблюдение ограничения скорости в населённых пунктах (60 км/ч, а в жилых зонах — 20 км/ч) является критическим фактором защиты наиболее уязвимой категории участников дорожного движения.

3. Психофизиологические ограничения водителя при движении с высокой скоростью. Научные исследования в области эргономики вождения выделяют следующие эффекты, проявляющиеся при превышении скоростного режима:

Феномен туннельного зрения. С увеличением скорости угол периферического обзора сужается: при 40 км/ч он составляет ≈ 95–100°, при 100 км/ч — ≈ 40–45°. Это уменьшает возможность водителя своевременно обнаруживать объекты на обочинах (пешеходов, выезжающий транспорт).

Искажение пространственного восприятия. На скоростях свыше 70 км/ч снижается точность оценки дистанции до неподвижных объектов.

Латентный период восстановления внимания. После завершения манёвра или проезда опасного участка требуется от 3 до 5 секунд для восстановления полного объёма зрительного восприятия, что на скорости соответствует дистанции 50–100 метров, проходимой с пониженным контролем.

Соблюдение скоростного режима выступает не как формальное требование нормативного акта, а как необходимое условие управления риском причинения вреда жизни и здоровью участников дорожного движения. Превышение скорости следует рассматривать как фактор, системно снижающий управляемость транспортным средством, сокращающий временной интервал для принятия решений и многократно увеличивающий тяжесть неизбежных последствий при возникновении ДТП.

1.2. Как технологии помогают контролировать скорость: существующие решения и их ограничения.

Технологии контроля скорости применяются как для обеспечения безопасности дорожного движения, так и для управления скоростью транспортных средств в автомобилях. Основные решения включают системы фиксации нарушений на дорогах и круиз-контроль в автомобилях. У каждого из них есть свои преимущества и ограничения.
Системы фиксации нарушений на дорога используются для контроля соблюдения скоростного режима и фиксации нарушений. К ним относятся:

Радарные комплексы (работают по принципу эффекта Доплера). Посылают электромагнитные волны в сторону автомобиля, которые отражаются с другой частотой. По разнице частот определяется скорость движения. Безрадарные системы, например «АвтоУраган». Фиксируют скорость с помощью широкоугольной видеокамеры. Погрешность таких систем может составлять около 2 км/ч. 

Системы контроля средней скорости (например, «Автодория»). Состоят из двух камер, расположенных на определённом расстоянии друг от друга. Система вычисляет среднюю скорость транспортного средства на основе времени проезда между двумя пунктами. Если она превышает допустимую, информация о нарушении передаётся в центр обработки данных. 

Комплексы с дополнительными функциями, например «Стрелка-Плюс», которые помимо контроля скорости фиксируют непристёгнутый ремень безопасности, разговоры по телефону за рулём и другие нарушения. (1)

Мы рассмотрели не только положительные аспекты, но и отрицательные. К ним отнесли:

1. Погрешность измерений. Даже современные камеры имеют определённую погрешность, что может приводить к ошибкам в фиксации нарушений. 

2. Зависимость от условий окружающей среды. В сложных погодных условиях (туман, дождь, снег) точность измерений может снижаться.

3. Технические сбои. Возможны ошибки в работе оборудования, программного обеспечения или при передаче данных.

4. Ограничения по размещению. С 2024 года действуют правила, регулирующие места установки камер (например, расстояние от знаков, населённых пунктов и т. д.). 

5. Необходимость проверки данных. Даже после автоматической фиксации нарушения оператор часто проверяет снимки, чтобы исключить ошибки. 

6. Классический (пассивный) круиз-контроль. Поддерживает заданную скорость, но не реагирует на препятствия или изменения дорожной ситуации. Работает на основе сервопривода, который регулирует подачу топлива в двигатель. 

7. Адаптивный круиз-контроль (ACC). Использует радары, камеры, лидары или их комбинацию для анализа дистанции до впереди идущего автомобиля. Автоматически замедляет или ускоряет машину, чтобы поддерживать безопасное расстояние. Продвинутые версии могут полностью останавливать автомобиль в пробке и возобновлять движение. (2)

8. Интеллектуальный круиз-контроль. Использует камеры и ИИ для адаптации к знакам ограничения скорости, погодным условиям и стилю вождения. 

9. Ограничения круиз-контроля:
   Зависимость от состояния датчиков и камер. Загрязнение или повреждение устройств может привести к некорректной работе системы. 

10. Ограничения в сложных погодных условиях. Например, в сильный снегопад или ливень система может «потерять» данные о дорожной ситуации. 

11. Психологическая зависимость. Водители могут слишком полагаться на систему, что снижает их бдительность. 

12. Ограничения в городских условиях. В плотных пробках с частыми остановками адаптивный круиз-контроль может работать менее комфортно. 

Глава 2. Интеллектуальный комплекс ограничения скорости на базе Конструкторского набора WeDo 2.0.

2.1. Конструкция комплекса: из чего состоит модель и как работают искусственные неровности.

Для определения актуальной проблемы, связанной с обеспечением безопасности дорожного движения, нами был проведён анализ существующих сложностей, возникающих при создании безопасного маршрута движения транспортных средств, а также рассмотрены меры, применяемые для их устранения. В результате исследования установлено, что ключевым фактором, влияющим на тяжесть последствий дорожно-транспортных происшествий, является превышение установленной скорости движения водителями.

На основании анализа статистических данных и нормативно-правовых актов (ПДД РФ, КоАП РФ) мы пришли к выводу, что наибольшую угрозу для всех участников дорожного движения несёт именно сознательное или вынужденное превышение скоростного режима. В связи с этим были рассмотрены несколько вариантов технических решений, направленных на обеспечение движения транспорта с допустимой скоростью.

Среди потенциально эффективных мер можно выделить следующие:

Понимая, что помимо водителей, нарушающих правила сознательно, на дороге могут возникать непредвиден ситуации (внезапное появление пешехода, ухудшение погодных условий, техническая неисправность автомобиля), мы пришли к выводу, что наиболее эффективным решением будет создание интеллектуального комплекса принудительного ограничения скоростного режима, воздействующего на водителя непосредственно в момент превышения скорости.

Разработанная нашей командой модель интеллектуального комплекса включает следующие основные компоненты:

Датчик расстояния (сенсорный блок). Датчик расстояния выполняет функцию оптической системы («глаз») комплекса. В реальном исполнении данный элемент представляет собой камеру с системой анализа изображения, которая в режиме реального времени фиксирует скорость приближающегося автомобиля. Принцип работы основан на измерении времени, за которое транспортное средство преодолевает известное расстояние между двумя точками наблюдения, либо на использовании эффекта Доплера.

В программной модели (LEGO WeDo 2.0) датчик расстояния работает на основе инфракрасного излучения и способен обнаруживать объекты в диапазоне от 0 до 10 см. Пороговое значение срабатывания настраивается в соответствии с моделируемым лимитом скорости.

Для имитации движения автомобиля в модели используется комплекс механических устройств:

Червячная передача — обеспечивает самоторможение и предотвращает обратное вращение механизма при снятии нагрузки. Червячная передача характеризуется высоким передаточным отношением и компактностью.

Зубчатая передача — передаёт вращающий момент от мотора к ведущим колёсам модели автомобиля.

Механизм «лебёдка» — имитирует движение автомобиля по трассе. Лебёдка состоит из барабана, на который наматывается трос, соединённый с подвижной платформой, несущей модель автомобиля. Вращение барабана в одну сторону обеспечивает движение автомобиля вперёд, вращение в обратную сторону — возврат в исходное положение.

Угловая зубчатая передача (карусель). Угловая зубчатая передача (коническая или червячная) обеспечивает изменение оси вращения на 90 градусов, что позволяет передать вращение от горизонтально расположенного мотора к вертикальной оси карусели. Данный элемент выполняет функцию имитации реального жилого массива или зоны отдыха, расположенной рядом с дорогой. Присутствие карусели в модели демонстрирует необходимость защиты пешеходов и зон массового скопления людей от высокоскоростного транспорта.

Осевой механизм с реечными передачами. Осевой механизм соединяет между собой несколько реечных передач, обеспечивая синхронное или независимое движение исполнительных элементов (искусственных неровностей). Реечная передача преобразует вращательное движение зубчатого колеса в поступательное движение рейки. В разработанной модели этот механизм используется для подъёма и опускания элементов, имитирующих искусственные дорожные неровности («лежачие полицейские»).

Предлагаемый алгоритм функционирования интеллектуального комплекса принудительного ограничения скоростного режима включает следующие этапы:

Этап 1. Мониторинг и фиксация скорости. Система непрерывно отслеживает скорость приближающихся транспортных средств. При превышении установленного лимита скорости (значение зависит от действующего ограничения на конкретном участке дороги: 20 км/ч в жилой зоне, 40 км/ч на дворовой территории, 60 км/ч в населённом пункте) датчик расстояния генерирует сигнал тревоги.

Этап 2. Передача сигнала на контроллер. Сформированный сигнал передаётся на центральный контроллер (в модели LEGO WeDo 2.0 — смарт-хаб), который отвечает за активацию исполнительных механизмов — искусственных неровностей, интегрированных в дорожное полотно.

Этап 3. Активация искусственных неровностей. Искусственные неровности начинают подниматься из дорожного полотна. В реальной реализации алгоритм предусматривает случайный порядок подъема неровностей на разных участках полосы движения. Это исключает возможность предугадывания водителем места активации препятствия и, следовательно, лишает его стимула для кратковременного разгона между известными точками контроля.

Этап 4. Деактивация системы при соблюдении скоростного режима. При соблюдении участником движения допустимой скорости (транспортное средство движется со скоростью, не превышающей установленный лимит) искусственные неровности остаются вровень с асфальтовым покрытием, не препятствуя движению транспорта и не создавая дополнительных вибраций и шума.

Для обеспечения безопасного функционирования разработанного комплекса и предотвращения аварийных ситуаций, связанных с внезапным появлением препятствий, мы предлагаем оборудовать дорожный участок специальными информационными знаками. Текст предупреждения может быть сформулирован следующим образом: «Внимание! Зона активного контроля. Возможно появление неровностей»

Размещение таких знаков на подходах к контролируемому участку (за 50–100 метров до начала зоны действия комплекса) выполняет следующие функции: информирует водителя о наличии системы автоматического контроля скорости; предупреждает о возможности внезапного появления препятствий; стимулирует добровольное снижение скорости до безопасного уровня.

Ключевым преимуществом разработанного комплекса является фактор неопределённости для водителя. Поскольку водитель не знает, в какой именно точке дорожного полотна и в какой момент времени произойдёт подъём барьера, он вынужден поддерживать сниженную и безопасную скорость на протяжении всего контролируемого участка. Данный подход исключает типичную для традиционных камер фиксации «игру в разгон-торможение», когда водитель резко снижает скорость непосредственно перед камерой и сразу разгоняется после её проезда.

Дополнительным эффектом является повышение безопасности пешеходов (в модели символически представленных каруселью), которые могут находиться вблизи проезжей части.

Помимо функциональных элементов (датчиков, моторов, передач) и информационных знаков, разработанная модель включает: Декорации — элементы, имитирующие дорожную инфраструктуру (тротуары, зелёные насаждения, остановки общественного транспорта); светофор — дополнительный элемент регулирования, повышающий реалистичность моделируемой дорожной ситуации; модель автомобиля — подвижный элемент, имитирующий реальное транспортное средство.

Совокупность перечисленных элементов создаёт целостную картину участка дорожного движения, который может существовать в реальных условиях городской среды. Фотография готового проекта представлена в приложении (изображение 2)

2.2.Программа для WeDo 2.0: логика и блоки управления.

В рамках настоящего проекта в качестве исполнительного оборудования используется образовательный конструктор LEGO Education WeDo 2.0. Выбор данной платформы обусловлен её функциональными возможностями для создания программируемых моделей, наглядностью программной среды и наличием необходимого набора датчиков и исполнительных устройств.

В разработанной модели задействованы следующие компоненты конструкторского набора LEGO WeDo 2.0 :

Смарт-хабы (Smarthub) — 3 шт. Каждый смарт-хаб выступает в качестве программируемого контроллера, обеспечивающего связь между программным обеспечением на компьютере/планшете и подключёнными датчиками/моторами. Передача данных осуществляется по протоколу Bluetooth Low Energy (BLE). Смарт-хаб имеет два порта для подключения внешних устройств и светодиодный индикатор состояния.

Моторы (Medium Motor) — 3 шт. Данные моторы представляют собой электродвигатели постоянного тока со встроенным редуктором. Они способны вращаться в двух направлениях (по часовой стрелке и против часовой стрелки) с регулируемой скоростью и мощностью. В проекте моторы выполняют функции привода лебёдки, привода механизма искусственных неровностей и привода карусели.

Датчик расстояния (Motion Sensor) — 1 шт. Датчик работает на основе инфракрасного излучения: он испускает ИК-лучи и регистрирует их отражение от объектов. Диапазон обнаружения составляет от 0 до 10 см (с шагом 1 см). Датчик способен различать три состояния объекта: «обнаружен», «не обнаружен» и «близко». В проекте данный датчик выполняет функцию контроля превышения скоростного режима.

Датчик наклона (Tilt Sensor) — 1 шт. Внутри датчика расположен шариковый переключатель, определяющий ориентацию устройства в пространстве. Датчик различает 6 положений: «носом вверх», «носом вниз», «наклон влево», «наклон вправо», «нет наклона» (горизонтально), а также состояние «встряхивание». В проекте датчик используется в качестве триггера для запуска и завершения алгоритма .

Разработка управляющего кода осуществлялась в официальной среде программирования LEGO Education WeDo 2.0, доступной для операционных систем Windows, macOS, iOS, Android и Chrome OS. Среда предоставляет графический интерфейс на основе блоков (блочное программирование), который реализует парадигму визуального программирования.

В разработанной программе задействованы следующие категории блоков:

1. Блоки запуска (Start Blocks)

Блок «При запуске программы» — инициирует выполнение алгоритма при нажатии кнопки «Запуск» в интерфейсе.

Блок «При получении сообщения» — запускает выполнение определённой ветки алгоритма при получении программного сообщения от другого блока.

2. Блоки управления моторами (Motor Blocks)

Блок «Включить мотор на … мощность» — запускает вращение мотора с заданной мощностью (0–100%). Используется для управления лебёдкой, механизмом неровностей и каруселью.

Блок «Включить мотор на … секунд» — запускает мотор на заданный временной интервал с автоматической остановкой.

Блок «Включить мотор по часовой стрелке / против часовой стрелки» — задаёт направление вращения вала мотора.

Блок «Остановить мотор» — немедленно прекращает подачу питания на мотор.

3. Блоки управления датчиками (Sensor Blocks)

Блок «Ожидать, пока датчик наклона изменит положение на …» — приостанавливает выполнение программы до момента, когда датчик наклона примет заданную ориентацию (например, «носом вверх» или «носом вниз»). Данный блок является ключевым для организации последовательности операций по условию.

Блок «Ожидать, пока датчик расстояния обнаружит объект» — приостанавливает выполнение программы до момента регистрации датчиком расстояния объекта в зоне обнаружения.

4. Блоки отправки сообщений (Message Blocks)

5. Блок «Отправить сообщение …» — генерирует и отправляет программное сообщение с заданным именем (например, «Стоп», «Старт», «Неровности»). Это позволяет организовывать параллельное выполнение нескольких независимых процессов (потоков) в одной программе.

6. Блок «Получено сообщение …» — используется в паре с блоком запуска «При получении сообщения» для активации соответствующего потока.

5. Блоки управления потоком (Flow Control Blocks)

Блок «Повторить … раз» — создаёт циклическую конструкцию, в рамках которой вложенные блоки выполняются заданное количество раз (в проекте используется для трёхкратного подъёма и опускания искусственных неровностей).

2.2.4. Логическая схема и последовательность выполнения алгоритма

Разработанная программа реализует конечный автомат, последовательно обрабатывающий состояния модели. Общая логика алгоритма представлена ниже.

Блок 1: Инициализация и ожидание стартового условия. При нажатии кнопки «Запуск» в интерфейсе программа переходит в режим ожидания. Алгоритм приостанавливается блоком «Ожидать, пока датчик наклона изменит положение на "носом вверх"». Это позволяет контролировать начало работы модели физическим воздействием (наклоном датчика).

Блок 2: Активация исполнительных механизмов. После фиксации положения «носом вверх» датчик передаёт сигнал, инициирующий следующие действия, запускающиеся параллельно:

-Поток A (лебёдка и движение автомобиля): На смарт-хаб, к которому подключены моторы лебёдки и движения автомобиля, подаётся команда на вращение с заданной мощностью и направлением (например, по часовой стрелке). Автомобиль начинает движение по трассе.

-Поток B (карусель): Одновременно с запуском лебёдки активируется отдельный мотор, управляющий каруселью. Карусель начинает вращение на протяжении всей основной фазы работы программы.

Блок 3: Мониторинг скоростного режима и экстренная остановка
В процессе движения автомобиля смарт-хаб непрерывно считывает показания датчика расстояния, установленного в зоне контроля скорости. Алгоритм содержит блок «Ожидать, пока датчик расстояния обнаружит объект». Когда движущийся автомобиль пересекает зону действия датчика (что интерпретируется как «превышение скорости» или «прибытие в контролируемую зону»), условие выполняется, и программа переходит к следующему этапу:

Формируется команда на остановку моторов лебёдки и движения автомобиля (блок «Остановить мотор»).

Автомобиль фиксируется в положении, соответствующем моменту срабатывания датчика.

Блок 4: Активация механизма искусственных неровностей. После остановки автомобиля программа отправляет сообщение (например, «Лежачий полицейский») на соответствующий смарт-хаб. Механизм искусственных неровностей активируется в соответствии с циклической конструкцией:

Блок «Повторить 3 раза» содержит внутри себя последовательность:

«Включить мотор по часовой стрелке на 1 секунду» — подъём неровностей.

«Включить мотор против часовой стрелки на 1 секунду» — опускание неровностей.
Таким образом, механизм совершает три цикла подъёма и опускания.

Блок 5: Возврат автомобиля в исходное положение
После завершения трёх циклов работы искусственных неровностей программа переходит в режим ожидания следующего условия от датчика наклона: «Ожидать, пока датчик наклона изменит положение на "носом вниз"». При наклоне датчика пользователем вниз:

Моторы лебёдки получают команду на вращение в противоположном направлении (против часовой стрелки).

Автомобиль начинает движение в обратную сторону, возвращаясь на стартовую позицию.

Блок 6: Завершение программы. По достижении автомобилем исходной позиции (определяется либо таймером, либо срабатыванием дополнительного датчика) программа подаёт команду на остановку всех моторов. Карусель прекращает вращение. Выполнение алгоритма завершается.

Разработанная программа для LEGO WeDo 2.0 реализует полный цикл автоматизированного управления моделью — от детектирования стартового события датчиком наклона до возврата системы в исходное состояние. Использование блоков ожидания от датчиков, циклических конструкций и механизма сообщений позволило создать логически завершённый алгоритм, демонстрирующий работу системы контроля скорости и реагирования на превышение скоростного режима (активация искусственных неровностей). Программный код наглядно иллюстрирует принципы событийно. Изображение готовой программы представленна в приложении (изображение 1)

Заключение

В результате выполнения настоящей научной работы были решены поставленные задачи и достигнута цель исследования. На основании проведённого теоретического анализа и практической разработки можно сформулировать следующие основные выводы.

В ходе анализа проблемы скоростного режима установлено, что превышение скорости является одним из ключевых детерминантов возникновения дорожно-транспортных происшествий и тяжести их последствий. На основе физической модели кинетической энергии (E=mv22E=2mv2​) показано, что увеличение скорости в два раза приводит к возрастанию энергии удара в четыре раза, что выходит за пределы проектных возможностей систем пассивной безопасности. Эмпирические данные ВОЗ подтверждают критическую зависимость выживаемости пешеходов от скорости: при столкновении на скорости 30 км/ч выживают 90% пострадавших, а при 65 км/ч и выше — менее 10%.

Рассмотрены психофизиологические ограничения водителя, среди которых феномен туннельного зрения (сужение угла обзора с 95–100° при 40 км/ч до 40–45° при 100 км/ч), искажение пространственного восприятия и латентный период восстановления внимания (3–5 секунд). Правовой анализ показал, что ответственность за превышение скорости регламентируется статьёй 12.9 КоАП РФ, при этом размер штрафа в 2026 году дифференцируется в зависимости от величины превышения, а само нарушение является отягчающим обстоятельством при определении виновности в ДТП.

Анализ существующих технологий контроля скорости (радарные и безрадарные комплексы, системы контроля средней скорости типа «Автодория», пассивный и адаптивный круиз-контроль) позволил выявить их основные ограничения: погрешность измерений (до 2 км/ч), зависимость от погодных условий, технические сбои, необходимость операторской проверки данных, а также психологическую зависимость водителя от автоматических систем. Ключевым недостатком традиционных решений является их постфактумный характер — они фиксируют нарушение, но не предотвращают его в момент совершения.

На основании выявленных ограничений существующих систем была разработана концепция интеллектуального комплекса принудительного ограничения скоростного режима, воздействующего на водителя непосредственно при превышении скорости. В качестве прототипа создана действующая модель на базе образовательного конструктора LEGO WeDo 2.0, включающая три смарт-хаба, три мотора, датчик расстояния (контроль скорости) и датчик наклона (управление запуском и возвратом).

Разработана механическая система, имитирующая движение автомобиля (червячная передача с самоторможением, зубчатая передача, механизм лебёдки). Для имитации зоны отдыха рядом с дорогой использована угловая зубчатая передача, вращающая карусель. Механизм искусственных неровностей реализован на базе осевого механизма с реечными передачами, преобразующими вращательное движение в поступательное.

В среде LEGO Education WeDo 2.0 разработана программа, реализующая следующий алгоритм:

1. ожидание стартового сигнала (датчик наклона — положение «носом вверх»);

2. одновременный запуск движения автомобиля и вращения карусели;

3. мониторинг скорости с помощью датчика расстояния;

4. при фиксации «превышения» — остановка автомобиля и трёхкратный подъём/опускание искусственных неровностей (циклическая конструкция);

5. ожидание сигнала на возврат (датчик наклона — положение «носом вниз»);

6. движение автомобиля в обратном направлении и полная остановка всех механизмов.

Для обеспечения безопасности предложено информационное сопровождение — предупреждающие знаки с текстом: «Внимание! Зона активного контроля. Возможно появление неровностей».

Ключевым преимуществом предложенного интеллектуального комплекса является фактор неопределённости для водителя, который не знает, в какой момент и в каком месте произойдёт активация искусственных неровностей. Это вынуждает его поддерживать безопасную скорость на протяжении всего контролируемого участка, исключая характерную для традиционных камер «игру в разгон-торможение» (резкое снижение скорости непосредственно перед камерой и мгновенный разгон после неё). Дополнительным эффектом является повышение безопасности пешеходов (в модели символически представленных каруселью) и уязвимых участников движения.

Разработанная модель может быть усовершенствована в следующих направлениях:интеграция системы случайного выбора места активации неровностей (вместо фиксированного);добавление звуковой и световой сигнализации для дублирования предупреждения;использование более точных датчиков скорости (реальное измерение, а не бинарное обнаружение);масштабирование концепции на многополосное движение.

Проведённое исследование подтвердило, что превышение скоростного режима является системным фактором риска, требующим не только административного, но и технического противодействия. Разработанная модель интеллектуального комплекса принудительного ограничения скорости, реализованная на базе LEGO WeDo 2.0, наглядно демонстрирует альтернативный подход к обеспечению безопасности дорожного движения — активное физическое воздействие на транспортное средство в момент нарушения. Предложенное решение может быть использовано как в образовательных целях для формирования у школьников культуры безопасного поведения на дорогах, так и в качестве прототипа для дальнейшей инженерной разработки реальных систем «умных» дорог. Соблюдение скоростного режима — это не формальное требование правил, а необходимое условие сохранения жизни и здоровья всех участников дорожного движения.

Список использованных источников

1. Проверка и оплата штрафов ГИБДД : [сайт]. — URL: https://avtocod.ru (дата обращения: 30.05.2026).

2. Штрафы за превышение скорости в 2026 году : [сайт] // Drive2.ru. — URL: https://www.drive2.ru (дата обращения: 30.05.2026)

3. Официальный сайт ГИБДД МВД России : [сайт]. — URL: https://гибдд.рф (дата обращения: 30.05.2026)

4. Global status report on road safety (Доклады по безопасности дорожного движения) [Electronic resource] // World Health Organization : website. — URL: https://www.who.int/ru/activities/global-status-report-on-road-safety (accessed: 30.05.2026).

5. Кодекс Российской Федерации об административных правонарушениях : Статья 12.9 «Превышение установленной скорости движения» [Электронный ресурс] // КонсультантПлюс : [сайт]. — URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_34661/ (дата обращения: 30.05.2026).

Приложение

Изображение 1

Изображение 2