XXIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Пешеходный дозор – роботизированное устройство в помощь участникам дорожного движения на пешеходных переходах федеральной территории «Сириус»

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Сороколетов Г.А. 1Дарий В.А. 1Банецкий М.А. 1Назаров С.Ю. 1

---

1ГАОУ «Многопрофильная гимназия федеральной территории «Сириус»

Попова Е.Е. 1

---

1ГАОУ "Многопрофильная гимназия федеральной территории "Сириус"

Работа в формате PDF

2.1 MB

Введение.

Актуальность проекта обусловлена высокой степенью опасности для пешеходов на федеральной территории «Сириус». Несмотря на развитую дорожную инфраструктуру в центральной части, некоторые районы и прилегающие к образовательному центру участки имеют нерегулируемые переходы за поворотами с ограниченной видимостью для водителей. Это создает серьезные риски аварийных ситуаций, особенно учитывая высокую плотность пешеходного трафика из-за постоянного притока гостей и талантливых детей со всей России.

Цель проекта — разработать инновационное роботизированное устройство «Пешеходный дозор», которое поможет водителям своевременно замечать пешеходов на опасных участках дорог с ограниченным обзором.

Задачи:

• проанализировать особенности дорожного движения и выявить проблемные зоны (нерегулируемые переходы после поворотов);

• сходить на экскурсию, пообщаться с экспертом;

• изучить существующие способы повышения безопасности на дорогах;

• разработать концепцию инновационного устройства для решения проблемы;

• создать рабочую модель устройства и протестировать её на макете участка дороги;

• описать принцип работы и потенциальные преимущества предложенного решения;

• провести презентацию проекта.

Глава 1 Анализ проблемы безопасности на пешеходных переходах на федеральной территории Сириус.

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 М. В. 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».

М. В. Черноморец 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. Опрос таксистов и жителей федеральной территории «Сириус»

Цель исследования. Мы провели социологическое исследование среди жителей федеральной территории Сириус и водителей такси, чтобы выяснить, насколько актуальна проблема безопасности на пешеходных переходах и поддерживают ли жители установку дополнительного опознавательного знака в виде фигуры человека.

Методы исследования. Для исследования были проведены опросы и интервью. В опросе приняли участие жители Сириус, пешеходы и водители такси. Участникам задавались вопросы о безопасности переходов, видимости пешеходов и необходимости дополнительных предупреждающих знаков.

Результаты опроса. Всего было опрошено 47 человек (Приложение, Рисунок 1.3.1). 45 человек (96%) считают, что установка дополнительного опознавательного знака поможет улучшить дорожную ситуацию и повысить безопасность. 2 человека (4%) считают идею интересной, но не уверены, что она существенно изменит ситуацию. Ответов против проекта не было.

Что говорили водители. Водители отметили, что чем больше предупреждающих знаков на дороге, тем безопаснее движение. Особенно важными дополнительные обозначения являются в тёмное время суток. Также многие водители подчеркнули, что камеры не всегда помогают предотвратить опасные ситуации, если пешеход плохо заметен.

Что говорили пешеходы. Пешеходы рассказали, что некоторые переходы находятся сразу после поворотов, поэтому водители замечают людей слишком поздно. Кроме того, обзору часто мешают кусты и другие элементы инфраструктуры.

Мнение Администрации федеральной территории «Сириус». Представители администрации федеральной территории Сириус отметили, что вопросы безопасности дорожного движения и повышения внимания водителей к пешеходным переходам являются актуальными для территории. По их мнению, дополнительные визуальные элементы и предупреждающие конструкции могут способствовать повышению безопасности пешеходов, особенно в местах с ограниченной видимостью.

Вывод. Исследование показало, что жители Сириус поддерживают идею проекта «Пешеходный дозор». Большинство опрошенных считают, что дополнительные опознавательные элементы на переходах помогут повысить безопасность пешеходов и привлечь внимание водителей.

1. 4. Особенности дорог федеральной территории «Сириус»

Федеральная территория Сириус обладает уникальной транспортной инфраструктурой, сочетающей в себе как современные автомобильные дороги, так и перспективные проекты.

Развитая сеть автомобильных дорог. Территория имеет удобную транспортную доступность благодаря близости к Олимпийскому парку Сочи и развитой сети автобусных маршрутов.

Перспективный проект канатной дороги. В настоящее время ведутся предпроектные работы по строительству канатной дороги протяженностью от 2 до 3 км с начальной станцией на набережной и конечной — в Сочинском национальном парке. Это позволит улучшить туристическую привлекательность региона и снизить нагрузку на автомобильный трафик.

Платные зоны. С марта 2026 года администрация ФТ «Сириус» получила полномочия вводить платные участки на дорогах общего пользования без обеспечения альтернативного проезда. Это может повлиять на логистику и организацию движения для жителей и гостей.

Особое внимание безопасности пешеходов. ФТ «Сириус» активно развивается: строится новая инфраструктура (канатная дорога), увеличивается поток туристов и учащихся Образовательного центра. Все это ведет к тому, что количество пешеходов будет только расти. Учитывая особенности дорог (множество поворотов) и высокую плотность пешеходов, особенно важно обеспечить их безопасность именно сейчас. Нерегулируемые переходы за поворотами с ограниченной видимостью становятся критически опасными участками, требующими инновационных решений. Такие участки мы обозначили на карте ФТ «Сириус» (Приложение, Рисунок 1.4.1).

Глава 2 Разработка и создание инновационного решения — устройства роботизированного устройства «Пешеходный дозор»

2.1 Варианты решения проблемы. Выбор инновационного решения

В рамках нашего проекта мы изучили существующие технологии и системы, которые применяются для повышения безопасности пешеходных переходов (Рисунок 2.1.1 Приложения). Особое внимание было уделено современным роботизированным решениям.

Роботы-сигнализаторы — это устройства с датчиками движения и алгоритмами искусственного интеллекта. Они автоматически обнаруживают появление человека в зоне перехода (обычно на расстоянии 30–50 метров) и активируют визуальные или звуковые сигналы для привлечения внимания водителей. Такие системы работают автономно и особенно эффективны там, где видимость ограничена из-за рельефа местности или освещения.

Примером подобной технологии является российская система «Аврора-V». Она использует радар и лидар для сканирования пространства перед переходом. Блок управления анализирует намерение пешехода перейти дорогу и скорость приближающегося транспорта. При высокой вероятности пересечения дороги система мгновенно включает мигающие огни на знаке, светодиодную подсветку разметки («зебры») или проекционные лазерные лучи. Это позволяет предупредить водителя об опасности задолго до того, как он увидит пешехода визуально.

На основе этого анализа мы пришли к выводу, что современные сигнализационные системы обладают рядом преимуществ, но имеют ограничения при работе на нерегулируемых перекрестках с ограниченной видимостью после поворотов. Именно поэтому мы решили разработать собственное инновационное решение, сочетающее механическую защиту и активную сигнализацию.

Далее мы провели мозговой штурм и определили несколько решений проблемы в нашем случае:

1. Шлагбаум: механическое перекрытие дороги для обеспечения безопасности пешеходов. Однако требует сложного обслуживания и может создавать пробки.

2. Человечек-робот (сигнализатор): роботизированная установка, привлекающая внимание водителей к наличию пешехода за поворотом с помощью визуальных сигналов. Не блокирует движение транспорта.

3. Зеркала: классические средства повышения видимости. Недорогие, но не всегда эффективны из-за бликов или загрязнения.

В качестве оригинального инновационного решения было выбрано роботизированного устройства «Пешеходный дозор». Это комбинированное решение, объединяющее сигнализацию и физическое ограничение движения.

Пешеходный дозор — это инновационное устройство, предназначенное для повышения безопасности на перекрёстках и поворотах с затруднённой видимостью. Его работа основана на шатунном механизме, который синхронизирует движение сигнальных элементов и робота-человека.

1. Механизм активации

При приближении пешеходов к зоне поворота срабатывает датчик движения. Это запускает шатунный механизм, который приводит в действие робота-человека и он сигнализирует водителю о пешеходе за поворотом.

Шлагбаумы стоят на пешеходном переходе и не дают пешеходам возможности выйти на проезжую часть даже случайно.

2. Сигнализация для водителей

Для водителей, приближающихся к повороту, загорается красный сигнал светофора. Одновременно с этим опускается шлагбаум, физически блокируя проезд. Это исключает возможность проезда вслепую и предотвращает столкновение с пешеходами, которые могут находиться вне зоны прямой видимости.

2.2 Конструкция: задачи, выбор механизмов

Мы реализовали свою идею на базе конструктора LegoWedo 2.0. Проект «Пешеходный дозор – роботизированное устройство в помощь участникам дорожного движения на пешеходных переходах» включает следующие модели (Рисунок 2.2.1 Приложения):

Для реализации проекта «Пешеходный дозор» перед нами стояли следующие конструктивные задачи:

Задача 1: создать механический сигнализатор, который будет привлекать внимание водителя к пешеходному переходу за поворотом. Выбор механизма: для этого мы использовали кривошипно-шатунный механизм с приводом от мотора 1 (Рисунок 2.2.2 Приложения). Этот механизм позволил создать динамичное движение робота-сигнализатора (человечка), которое эффективно привлекает внимание водителей даже при ограниченной видимости. Робот-сигнализатор активируется датчиком движения, который срабатывает, когда пешеход приближается к пешеходному переходу.

Задача 2: обеспечить физическое ограничение движения пешеходов на нерегулируемом переходе для предотвращения случайного выхода в опасную зону. Выбор механизма: мы разработали систему шлагбаумов с автоматическим управлением. Первый шлагбаум опускается от мотора 2 через ременную понижающую передачу и червячную передачу, далее движение передается на рядную многоступенчатую зубчатую передачу, которая поворачивает светофор с зеленого на красный (Рисунок 2.2.3 Приложения). Это позволило добиться плавности хода и надежности фиксации шлагбаумов. Второй шлагбаум опускается от мотора 3 через ременную понижающую передачу и червячную передачу. Также в проекте есть колесо обозрения СочиПарка, оно запускается через червячную передачу от мотора 4.

Задача 3: синхронизировать работу светофора и шлагбаумов с движением пешехода. Решение: светофор управляется датчиком наклона. При нажатии датчик запускает цикл работы светофора и открывает шлагбаумы. Система работает автономно по таймеру (6 секунд на переход).

В конструкции устройства мы объединили два ключевых элемента безопасности: активную визуальную сигнализацию и физическую защиту перехода. Выбор конкретных механических передач был обусловлен необходимостью обеспечить надежность, плавность движений. Благодаря шатунному механизму, червячным передачам, рядной многоступенчатой зубчатой передаче, рычагам, ременным передачам все элементы системы (светофор, шлагбаум,) работают стабильно.

2.3 Программа

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

Работа программы делится на две основные части, каждая из которых запускается с отдельного ноутбука.

Первая часть отвечает за управление системой шлагбаумов и светофором. Она активируется датчиком наклона (кнопкой), имитирующей нажатие пешехода для перехода. При активации программа поворачивает светофор в положение «зеленый» для пешеходов и одновременно поднимает шлагбаумы через моторы № 2 и № 3. Через заданный интервал времени (6 секунд) система автоматически возвращает светофор в режим «красного», а шлагбаумы опускаются, блокируя переход до следующего цикла. Параллельно также запускается колесо обозрения.

Вторая часть программы отвечает за работу робота-сигнализатора. Эта часть управляется отдельным датчиком движения. Когда датчик фиксирует появление человека в зоне пешеходного перехода, он передает сигнал на мотор №1, который приводит в движение кривошипно-шатунный механизм. Робот начинает динамично двигаться, привлекая внимание водителя к наличию пешехода за поворотом. После завершения установленного интервала (также около 6 секунд) мотор отключается, и робот возвращается в исходное состояние.

2.4 Демонстрация проекта

Для демонстрации работы «Пешеходного дозора» мы создали макет участка дороги в районе Образовательного центра Сириуса. Макет включает:

• Модели: автомобильная дорога, перекресток, автомобиль, светофор, карусели Сочи-парка, Образовательный Центр.

• Робот-сигнализатор с кривошипно-шатунным механизмом.

• Шлагбаумы со сложной системой передач: ременной понижающей, червячной и зубчатой.

Презентация проекта:

1. Человек подходит к светофору и нажимает кнопку (датчик наклона).

2. Светофор переключается на зеленый для пешеходов.

3. Шлагбаумы автоматически поднимаются, открывая переход. Это физически блокирует возможность случайного выхода пешехода в опасную зону до включения зеленого сигнала.

4. Пешеход переходит дорогу за отведенные 6 секунд.

5. По истечении времени шлагбаумы опускаются, а светофор возвращается в режим красного сигнала для пешеходов.

Если во время перехода с другой стороны дороги появляется водитель, который не видит пешехода из-за поворота:

1. Датчик движения у «Пешеходного дозора» фиксирует движение человека.

2. Запускается робот-сигнализатор: он начинает двигаться благодаря кривошипно-шатунному механизму, активно привлекая внимание водителя.

3. Через 6 секунд мотор сигнализатора отключается, но шлагбаумы остаются опущенными, обеспечивая безопасность следующего цикла.

Таким образом, «Пешеходный дозор» комплексно решает проблему ограниченной видимости на поворотах, объединяя механические и оптические средства для защиты всех участников движения.

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

Заключение

Мы успешно выполнили все поставленные задачи. В ходе работы мы проанализировали особенности дорожного движения в федеральной территории «Сириус» и выявили проблемные нерегулируемые пешеходные переходы за поворотами, где для водителей ограничена видимость.

Мы изучили существующие способы повышения безопасности на дорогах. Это включало анализ как традиционных решений (зеркала, подсветка), так и современных систем с использованием искусственного интеллекта. Мы выяснили их преимущества и ограничения.

На основе этого анализа мы разработали концепцию инновационного роботизированного устройства — «Пешеходный дозор». Это комбинированное решение сочетает механический сигнализатор (движущийся робот) и систему шлагбаумов со светофором. Робот-сигнализатор привлекает внимание водителя к наличию пешехода на переходе с ограниченной видимостью, а система шлагбаумов физически предотвращает выход пешеходов на проезжую часть до включения разрешающего сигнала.

Мы создали рабочую модель устройства, которая прошла тестирование на макете участка дороги. Тестирование подтвердило работоспособность предложенного решения: устройство эффективно обнаруживает появление человека у перехода, запускает визуальный сигнал робота‑сигнализатора и блокирует доступ на дорогу до безопасного момента.

Таким образом, нами достигнута цель проекта — создание эффективного технического решения для обеспечения безопасности пешеходов на участках дорог с ограниченной видимостью.

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. kuban24.tv/item/v-siriuse-do-2029-goda-planiruyut-postroit-kanatnuyu-dorogu

4. sochi1.ru/text/transport/2026/02/28/76288191/

5. ast-group.ru/products/avrorav

6. autonews.ru/articles/innovations/smart-traffic-light

7. tass.ru/obschestvo/13911183

Приложение