XXIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Авторадар – роботизированное устройство в помощь велосипедистам на нерегулируемых перекрестках в горной местности

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Климушкин Д.А. 1Карапут С.Е. 1Пульмановский Н.С. 1Серкин С.Е. 1

---

1ГАОУ «Многопрофильная гимназия федеральной территории «Сириус»

Попова Е.Е. 1

---

1ГАОУ «Многопрофильная гимназия федеральной территории «Сириус»

Работа в формате PDF

2.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

Актуальность проекта обусловлена высокой степенью опасности велосипедных маршрутов в горной местности Федеральной территории Сириус. Несмотря на развитую сеть велодорожек в центральной части территории, в горных районах инфраструктура для велосипедистов практически отсутствует. Узкие дороги, резкие повороты и плохая видимость в тёмное время суток создают серьёзные риски для участников движения.

Цель проекта — разработать инновационное устройство, которое поможет велосипедистам своевременно получать информацию о приближающемся транспорте и избегать аварийных ситуаций на нерегулируемых перекрёстках в горной местности.

Задачи:

• проанализировать особенности и проблемы велосипедного движения в горной местности;

• сходить на экскурсию, пообщаться с экспертом;

• изучить существующие способы повышения безопасности на дорогах;

• разработать концепцию инновационного устройства для предупреждения велосипедистов о приближающемся транспорте;

• создать рабочую модель устройства и протестировать её в условиях, имитирующих реальную дорожную ситуацию;

• описать принцип работы и потенциальные преимущества предложенного решения;

• провести презентацию проекта.

Глава 1 Анализ проблемы безопасности велосипедных маршрутов в горной местности.

1. 1. Изучение темы «Безопасный маршрут». Экскурсия в «Цифра ФТ»

В этом году мы решили подробно изучить тему «Безопасный маршрут» именно в нашем регионе – на федеральной территории Сириус. Наше исследование началось с экскурсии и встречи с экспертом.

22 декабря мы побывали на очень интересной экскурсии в Центр управления транспортной инфраструктурой "Цифра ФТ" на территории Сириус (Рисунок 1.1.1 Приложения).

Мы увидели, как работают настоящие инженеры, которые следят за безопасностью и порядком во всем городе! Перед ними – огромный экран, на котором в режиме реального времени отображаются изображения со множества камер видеонаблюдения. С помощью этого экрана инженеры могут видеть, что происходит на улицах Сириуса, следить за движением транспорта, включая 3000 самокатов разных компаний – Сириус занимает первое место в мире по их количеству!

На экране также отображается карта города, где отмечены все объекты инфраструктуры и маршруты движения автобусов. Мы узнали, где можно кататься на самокатах, а где это запрещено – например, на Медальной площади и набережной (это так называемые "красные зоны"). Инженеры могут видеть, какие самокаты в работе, какие сломаны, а какие ждут на парковке.

Мы узнали, что в Сириусе работает система "Безопасный город", которая включает в себя камеры видеонаблюдения, умеющие распознавать лица и номера автомобилей. Эти камеры установлены по всему городу, даже под специальным углом, чтобы лучше видеть детей! Они помогают следить не только за транспортной, но и за экологической безопасностью – контроль обращения с бытовым мусором.

Мы задали важные вопросы, и специалисты рассказали, что даже в "умном городе" бывают перебои, например, во время штормов, но благодаря проводной системе связи, интернет работает стабильно. Самая главная проблема, по мнению специалистов, – это соблюдение правил дорожного движения самими людьми!

1. 2. Встреча с экспертом по работе системы «Умный светофор»

20 декабря 2025 года состоялась встреча с Максимом Васильевичем Черноморцем, руководителем разработки ООО «Либрам» (г. Москва), экспертом в области интеллектуальных транспортных систем (Рисунок 1.2.1 Приложения).

В рамках экскурсии участники встречи ознакомились с принципами работы интеллектуальной системы управления дорожным движением на территории Сириуса. Было отмечено, что здесь функционирует комплекс камер «Безопасного города.

Эти камеры фиксируют:

• • скопления людей на пешеходных переходах;

• • нарушения правил перехода или проезда;

• • инциденты на дорогах и перекрестках (обвалы, обрушения);

• • оставленные предметы.

Ключевая цель сбора всей этой информации – формирование статистики для дальнейшего улучшения городской среды и оптимизации инфраструктуры.

Эксперт подчеркнул: «Чтобы улучшить город, надо набрать статистику».

Максим Васильевич продемонстрировал программу, представляющую собой цифровой двойник дорожной инфраструктуры Сириуса. Эта модель включает в себя детальное отображение дорог, зданий, зеленых насаждений и других объектов.

Работой с такими цифровыми двойниками занимаются специалисты - цифровые инженеры.

Далее речь шла об «умных» светофорах на перекрестках. Эксперт объяснил, что они оснащены камерами для определения количества пешеходов и транспортных средств, что позволяет динамически регулировать потоки.

Основные задачи такой системы:

1. Минимизация пробок за счет оптимального распределения транспортного потока.

2. Обеспечение комфортного перехода для пешеходов с общим временем ожидания не более 80 секунд (это максимум по нормам).

Транспортные инженеры имеют возможность оперативно переключать светофоры в режим желтого мигающего. Эксперт пояснил понятие «фазы» как набора сигналов светофоров, включающихся одновременно. Была также упомянута функция «Зеленая улица», позволяющая обеспечить беспрепятственный проезд кортежей.

Для «умных» светофоров Сириуса используются специальные камеры – детекторы транспорта, подключаемые к системам искусственного интеллекта и нейронным сетям. Это позволяет с высокой точностью оценивать количество и скорость движения различных видов транспорта, а также различать их виды. В настоящее время эта система функционирует в режиме сбора и анализа данных, что является основой для дальнейшего принятия решений по оптимизации работы светофоров и совершенствованию всей транспортной инфраструктуры Сириуса.

На территории Сириуса в 2024 году открыт Центр организации дорожного движения. Дежурные смены и бригады работают ежедневно, обеспечивая контроль за работой 23 установленных «умных» светофоров и оперативное реагирование на любые ситуации.

1. 3. Правила дорожного движения для велосипедистов

Согласно разделу 24 ПДД «Дополнительные требования к движению велосипедистов и водителей мопедов», велосипедист — полноценный участник дорожного движения, обязанный соблюдать требования ПДД (Приложение, Рисунок 1.3.1).

Возрастные ограничения:

• с 14 лет разрешено движение по проезжей части;

• от 7 до 14 лет — только по тротуарам, пешеходным, велосипедным, велопешеходным дорожкам, а также в пределах пешеходных зон;

• до 7 лет — только по тротуарам, пешеходным и велопешеходным дорожкам (на стороне для движения пешеходов), а также в пределах пешеходных зон.

Места для движения (для велосипедистов старше 14 лет):

• Велосипедная, велопешеходная дорожки или полоса для велосипедистов — основное место движения.

• Правый край проезжей части — если отсутствуют велосипедная и велопешеходная дорожки, полоса для велосипедистов либо отсутствует возможность двигаться по ним, а также если габаритная ширина велосипеда, прицепа к нему либо перевозимого груза превышает 1 м или движение осуществляется в колоннах.

• Обочина — если отсутствуют велосипедная и велопешеходная дорожки, полоса для велосипедистов либо отсутствует возможность двигаться по ним или по правому краю проезжей части.

• Тротуар или пешеходная дорожка — если отсутствуют велосипедная и велопешеходная дорожки, полоса для велосипедистов либо отсутствует возможность двигаться по ним, а также по правому краю проезжей части или обочине; а также если велосипедист сопровождает велосипедиста в возрасте до 14 лет либо перевозит ребёнка в возрасте до 7 лет на дополнительном сиденье, в велоколяске или в прицепе, предназначенном для эксплуатации с велосипедом.

Если движение велосипедиста по тротуару, пешеходной дорожке, обочине или в пределах пешеходных зон подвергает опасности или создаёт помехи для движения иных лиц, велосипедист должен спешиться и руководствоваться требованиями, предусмотренными для движения пешеходов.

Технические требования к велосипеду:

• исправные тормозная система, рулевое управление и звуковой сигнал;

• в тёмное время суток или в условиях недостаточной видимости — спереди световозвращатель и фонарь или фара белого цвета, сзади — световозвращатель или фонарь красного цвета, с каждой боковой стороны — световозвращатель оранжевого или красного цвета.

Запреты:

• управлять велосипедом, не держась за руль хотя бы одной рукой;

• перевозить груз, который выступает более чем на 0,5 м по длине или ширине за габариты, или груз, мешающий управлению;

• перевозить пассажиров, если это не предусмотрено конструкцией велосипеда;

• перевозить детей до 7 лет при отсутствии специально оборудованных для них мест;

• поворачивать налево или разворачиваться на дорогах с трамвайным движением и на дорогах, имеющих более одной полосы для движения в данном направлении (кроме случаев, когда из правой полосы разрешён поворот налево, и за исключением дорог, находящихся в велосипедных зонах);

• пересекать дорогу на велосипеде по пешеходному переходу;

• буксировка велосипедов, а также буксировка велосипедами, кроме буксировки прицепа, предназначенного для эксплуатации с велосипедом;

• управлять велосипедом в состоянии алкогольного опьянения.

Сигналы и другие правила:

• подача сигналов рукой перед началом движения, перестроением, поворотом и остановкой (сигналу левого поворота соответствует вытянутая в сторону левая рука, сигналу правого поворота — вытянутая правая рука);

• на перекрёстках действуют обычные правила приоритета (например, автомобиль, двигающийся по второстепенной дороге, должен уступить велосипедисту, двигающемуся по главной);

• на регулируемых пешеходных переходах велосипедисты должны подчиняться сигналам велосипедных или общетранспортных светофоров, а также регулировщиков;

• при движении в тёмное время суток или в условиях недостаточной видимости рекомендуется иметь при себе предметы со световозвращающими элементами и обеспечивать видимость этих предметов для водителей других транспортных средств.

Важно: велосипедист, сошедший с велосипеда и ведущий его руками, приравнивается к пешеходу и должен соблюдать соответствующие правила.

За нарушение ПДД велосипедистом предусмотрен штраф. Нарушение правил в состоянии алкогольного опьянения наказывается штрафом в размере от 1000 до 1500 рублей.

1. 4. Особенности дорог и веломаршрутов в Сочи, в Сириусе. Проведение эксперимента

В ходе исследования темы «Безопасный маршрут» мы также провели эксперимент.

Как любители велопрогулок, мы решили исследовать безопасность и комфорт поездок в Сириусе и Сочи. Мы на велосипедах начали движение с набережной по велодорожкам, далее двигались по тротуарам вдоль домов и выехали в горную местность, где пришлось двигаться по обочине дороги (Приложение, Рисунок 1.4.1).

Эксперимент показал: если в центре велодорожек много, то в горной местности их нет! Узкие дороги, резкие повороты и плохая видимость из-за внезапной южной темноты нашего региона делают такие маршруты опасными. Святослав однажды чуть не попал в аварию, он спускался по дороги вниз и еле успел притормозить перед машиной, которая выскочила из-за поворота!

Выявленные проблемы:

• отсутствие велодорожек в горной местности;

• узкие дороги, не позволяющие безопасно разъезжаться транспорту и велосипедистам;

• резкие повороты, ограничивающие видимость;

• плохая видимость в тёмное время суток, характерное для региона.

Анализ интернет-источников подтвердил, что на узких горных дорогах часто происходят аварии, в том числе с участием велосипедистов.

Сформулированная проблема: повышенная опасность велосипедных маршрутов в горной местности, особенно на нерегулируемых перекрёстках с резкими поворотами.

Глава 2 Разработка и создание инновационного решения — устройства «Авторадар»

2.1 Варианты решения проблемы. Выбор инновационного решения

Мы изучили информацию в интернете про существующие «умные» системы и гаджеты для велосипедистов (Рисунок 2.1.1 Приложения).

Умные шлемы — имеют освещение, стоп‑сигналы, поворотники, SOS, детектирование падения, связь, навигацию. Подходят для города, ночных и групповых поездок. Примеры: Lumos, Coros Omni, Xiaomi. Важно обратить внимание на яркость светодиодов, время работы, совместимость с телефонами.

Велокомпьютеры и радары — отслеживают параметры поездки, обнаруживают приближающиеся автомобили, выдают предупреждения. Полезны на дорогах со смешанным движением. Пример: Garmin Varia RTL515. Рекомендуется сочетать с экраном или часами.

Смартфоны и устройства на руле — обеспечивают навигацию, индикацию светофоров, запись поездок, предупреждения. Пример: SmartHalo. Важно учитывать интеграцию с городской инфраструктурой, автономность.

Умные фонари и поворотники — регулируют яркость, имеют тормозное освещение, поворотники, сетевые уведомления. Примеры: See.Sense ICON/ICON2, Revolights, Knog Blinder.

Инфраструктурные системы (умные светофоры) — детектируют велосипедистов, дают приоритет сигналов, включают подсветку, предупреждают водителей. Применяются в Нидерландах, Дании, Германии, США. Используют магнитные детекторы, видеозрение, radar/LiDAR, C‑ITS.

V2X/C‑ITS — обеспечивают обмен данными о положении и опасности между ТС и инфраструктурой. Находятся в стадии пилотных проектов в Европе, Азии, США. Позволяют предупреждать водителей и давать приоритет на перекрёстках.

Камеры и «умные» перекрёстки — детектируют велосипедистов, предупреждают водителей, регулируют сигналы. Пример: камеры Miovision.

Роботы и дроны — выполняют доставку, мониторинг трасс, вызов помощи, съёмку инцидентов. Примеры: роботы Starship и Nuro, дроны для мониторинга.

Носимая безопасность (жилеты) — обеспечивают подсветку, поворотники, Bluetooth для вызова. Примеры: светящиеся жилеты, LED‑повязки. Это недорогой способ повысить видимость. (Рисунок 2.1.1 Приложения):

Мы рассмотрели несколько вариантов решения поставленной нами проблемы:

• подсветка пешеходного перехода;

• габаритные огни;

• зеркала.

В качестве оригинального инновационного решения было выбрано устройство «Авторадар» — робототехническое устройство, которое:

• отслеживает движение автомобилей на дороге;

• отображает информацию о приближающемся транспорте на экране перед велосипедистом;

• позволяет велосипедисту своевременно замедлиться и безопасно пропустить транспорт.

Преимущества «Авторадара»:

• наглядность представления информации (движение автомобиля отображается на экране);

• оперативность оповещения (датчики движения мгновенно фиксируют приближение транспорта);

• универсальность (устройство может быть адаптировано для разных дорожных условий).

2.2 Конструкция: задачи, выбор механизмов

Мы реализовали свою идею на базе конструктора LegoWedo 2.0. Проект «Авторадар – роботизированное устройство в помощь велосипедистам на нерегулируемых перекрестках в горной местности» включает следующие модели (Рисунок 2.2.1 Приложения):

• горная узкая дорога, перекресток, горный поселок;

• парк;

• автомобиль;

• светофор, пешеходный переход и дорога;

• устройство «Авторадар»;

• велосипедист.

В проекте используются два мотора, каждый из которых отвечает за работу определённых механизмов:

Первый мотор приводит в действие механизмы модели «Авторадар» (Рисунок 2.2.2 Приложения):

• рядная многоступенчатая понижающая ременная передача;

• реечная передача.

Второй мотор запускает механизмы в модели «Велосипедист» (Рисунок 2.2.3 Приложения):

• понижающая зубчатая передача;

• конвейерный механизм.

Принцип работы механизмов с моторами:

Рядная многоступенчатая понижающая ременная передача (первый мотор) обеспечивает последовательное снижение скорости вращения на нескольких ступенях с одновременным увеличением крутящего момента. Это необходимо для стабильной и эффективной работы «Авторадара» в условиях, требующих высокой точности и надёжности передачи движения. При этом в модели предусмотрено проскальзывание — оно активируется в случае, если мотор вращается дольше заданного времени. Проскальзывание выполняет защитную функцию: позволяет избежать поломок механизмов из-за перегрузки, снижая риск повреждения деталей при длительной работе мотора.

Реечная передача (первый мотор) преобразует вращательное движение в поступательное, позволяя элементам «Авторадара» перемещаться вдоль заданной траектории с высокой точностью.

Понижающая зубчатая передача (второй мотор) снижает скорость вращения и увеличивает крутящий момент, обеспечивая плавное и контролируемое функционирование механизмов велосипедиста. Это позволяет устройству эффективно адаптироваться к различным условиям движения.

Конвейерный механизм (второй мотор) отвечает за непрерывное перемещение элементов в системе, обеспечивая их своевременную подачу и распределение. Механизм способствует поддержанию постоянного потока движения, что критически важно для корректной работы устройства в динамичных условиях эксплуатации.

2.3 Программа

Программная реализация проекта основана на взаимодействии датчиков движения, датчика наклона, моторов и экрана отображения информации. Все элементы работают как единая система, управляемая программой LegoWeDo2.0 (Рисунок 2.3.1 Приложения).

Работа программы делится на две основные части.

Первая часть отвечает за подготовку программы к старту: за возврат велосипедиста в исходное положение. Для этого используется датчик наклона: в положении «носом вверх», программа включает мотор конвейера в одну сторону, велосипедист движется вверх; если датчик «носом вниз», мотор включает обратное движение конвейера, велосипедист будет двигаться вниз. Когда датчик в положении «ровно», мотор останавливается. Такой алгоритм позволяет системе самостоятельно подготовиться к запуску.

Вторая часть программы отвечает за основную функцию «Авторадара» — обнаружение автомобиля. Для этого используются два датчика движения, расположенные по разным сторонам перекрёстка. Каждый датчик контролирует своё направление дороги. Когда автомобиль попадает в зону видения одного из датчиков, программа получает сигнал и Авторадар показывает направление движения транспорта.

После обработки сигнала информация выводится на экран устройства. Если автомобиль движется справа, на механическом дисплее отображается движение справа налево. Если машина приближается слева, направление отображается наоборот. Благодаря этому велосипедист может заранее понять, откуда движется транспорт, и вовремя снизить скорость или остановиться.

2.4 Демонстрация проекта

Принцип работы устройства:

• Велосипедист спускается к перекрёстку с «Авторадаром».

• Если машин нет — путь свободен.

• Если датчики движения обнаруживают автомобиль — информация появляется на экране.

• Велосипедист своевременно замедляется и пропускает транспорт.

Мы представили проект на следующих мероприятиях (Рисунок 2.4.1 Приложения):

• Дружеская встреча команд в гимназии Сириус

• Отборочный этап Международного Чемпионата по робототехнике «Красноярск 7.0» в г.Сочи

• Международный Чемпионат по робототехнике «Красноярск 7.0»

Заключение

В ходе работы над проектом была достигнута его основная цель — разработана концепция инновационного устройства, призванного повысить безопасность велосипедистов в горной местности. Устройство должно своевременно информировать велосипедиста о приближающемся транспорте и тем самым помогать избегать аварийных ситуаций на нерегулируемых перекрёстках.

Были проанализированы особенности и проблемы велосипедного движения в горной местности (ограниченная видимость, извилистые дороги, резкие перепады высот, сложности с оценкой дистанции до приближающегося транспорта).

Проведена экскурсия и осуществлено общение с экспертом, что позволило получить практические сведения о типичных рисках и потребностях велосипедистов в горных условиях.

Изучены существующие способы повышения безопасности на дорогах — от стандартных ПДД до современных «умных» систем (велокомпьютеры с радарами, инфраструктурные решения: умные светофоры и камеры). Выявлено, что многие из них недостаточно эффективны в горной местности из‑за особенностей рельефа и отсутствия соответствующей инфраструктуры.

Разработана концепция инновационного устройства: предложено компактное техническое решение с датчиками обнаружения транспорта. Устройство ориентировано на работу в условиях ограниченной видимости и сложного рельефа.

Создана рабочая модель устройства и проведено её тестирование в условиях, имитирующих реальную дорожную ситуацию (использулись макеты дорог, движущиеся модели транспорта). Тестирование подтвердило принципиальную работоспособность решения: устройство способно обнаруживать приближающийся транспорт и своевременно предупреждать велосипедиста.

Описан принцип работы устройства: датчики фиксируют движущиеся объекты, система анализирует информацию, при наличии приближающегося автомобиля активируется оповещение. Среди потенциальных преимуществ решения — повышение безопасности велосипедистов на нерегулируемых перекрёстках в горах, простота использования, автономность, возможность адаптации под разные модели велосипедов.

Таким образом, проект продемонстрировал возможность создания эффективного технического решения для актуальной проблемы безопасности велосипедистов в горной местности.

Список литературы и интернет-источников

Список литературы

1. Исогава, Й. Большая книга идей LEGO Technic. Техника и изобретения: Йошихито Исогава. / Й. Исогава // Эксмо. – 2021.

2. Филиппов, С.А. Уроки робототехники. Конструкция. Движение. Управление. / С.А. Филиппов // Лаборатория знаний. – 2017.

Интернет-источники

3. https://krasnoarmeyka.ru/pravoohranitelnye-struktury-1/ovd-po-krasnoarmeiskomu-raionu-1/novosti/pravila-dorozhnogo-dvizheniya-dlya-velosipedistov

4. https://barnaul.org/advisor/transport/velosiped/pdd-dlya-velosipedistov/

5. https://new-svetoch.donland.ru/presscenter/news/363423/

6. https://epp.genproc.gov.ru/ru/proc_50/activity/legal-education/explain/e483075/

7. https://avatars.mds.yandex.net/i?id=b36a44c8f4fc3fe30f7146a4ab08cbb8e968fff4-6323519-images-thumbs&n=13

Приложение