IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Автоматическая многоуровневая парковка в жилых районах города Тюмени

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Размазин Р.О. 1Чистяков М.А. 1Цаур С.Е. 1Богданова С.М. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейн"

Попова Е.Е. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейн"

Работа в формате PDF

4.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Зачастую задача припарковать машину около дома в крупном российском городе превращается в настоящий квест. Тут и ссоры с соседями из-за свободного места, и мелкие ДТП, и претензии из-за парковки под окнами, на газоне или на детской площадке. Мест рядом с домом, особенно когда речь идет про многоквартирный и многоподъездный дом, катастрофически не хватает. Установка шлагбаума во дворе с целью ограничить въезд для не проживающих в доме тоже зачастую не решает проблему, а только усугубляет ее, так как за шлагбаум платят все жильцы, но мест во дворе все равно не хватает на всех. Получается, с проблемой поиска парковочного места рано или поздно сталкивается каждый житель большого города.

Цель проекта: оптимизировать парковочные места в уже построенных кварталах города Тюмени.

Задачи проекта:

­ изучить проблему парковочных мест в России;

­ рассмотреть способы решения этой проблемы в Тюмени, в России и в мире;

­ изучить возможности создания многоуровневых парковок в городе Тюмени: подземных и наземных;

­ определить свободные зоны для парковки в существующих жилых кварталах;

­ спроектировать многоэтажную автоматическую парковку между двумя домами;

­ создать и запустить проект на базе конструктора Lego Mindstorms EV3;

­ узнать мнение эксперта по нашему проекту;

­ провести демонстрацию проекта «Автоматическая многоуровневая парковка».

В качестве источников информации мы, в основном, использовали информационные сайты:soilatlas.ru, www.geonovation.ru, www.car72.ru, www.drom.ru, сайт администрации города Тюмени www.tyumen-city.ru, сайт ЖК «Ожогино» ozhogino-eco.ru. Способы создания интересных и прочных конструкций мы увидели в книге идей LEGO MINDSTORMS EV3. [1], При разработке механизмов мы рассмотрели виды зубчатых передач в статье «Благодаря механическим передачам Lego-конструкции оживают» [2], при создании программ мы использовали информацию из книги по соревновательной робототехнике по программированию в среде EV3. [3]

Глава 1. Актуальность проблемы нехватки парковочных мест

Эксперты аналитического агентства «АВТОСТАТ» подсчитали, что за последние 10 лет парк транспортных средств в нашей стране вырос на 33% (Приложение, Рисунок 1.1). Если на начало 2009 года его объем составлял 43,2 млн единиц, то на 1 января 2019 года достиг 57,5 млн штук. Отметим, что здесь, помимо легковых и грузовых автомобилей, LCV и автобусов, учитываются еще мотоциклы и прицепы (вместе с полуприцепами). [4]

Парковки в крупных городах России давно стали больной темой не только для автомобилистов, но и для чиновников разного уровня. Автомобилей становится все больше не только в мегаполисах, но и в небольших городах страны, а мест для парковки больше не становится – темпы решения проблемы в несколько раз отстают от скорости прироста транспорта у горожан. (Приложение, Рисунок 1.2). Правительство и районные администрации продолжают поиск универсального решения, обращаясь к европейскому опыту и собственным разработкам, но пока ситуация только усугубляется. Нехватка парковочных мест влечет за собой множество других проблем:

искусственное сужение проезжей части из-за многометровых рядов припаркованных автомобилей;

ухудшение экологической обстановки, порча газонов и многое другое (Приложение, Рисунок 1.1.3);

мелкие ДТП;

длительный поиск места для парковки;

негативные эмоции, бытовые конфликты.

Глава 2. Способы решения проблемы нехватки парковочных мест

2.1 Решения проблемы в мире и России

Если проблема качества дорог знакома только российским автомобилистам (Приложение, Рисунок 2.1.1), то от нехватки парковочных мест страдают и европейцы. Многие страны научились решать этот вопрос, порой, довольно кардинально.

Вот некоторые решения этой проблемы по всему миру:

строительство подземных паркингов;

строительство многоярусных паркингов;

строительство перехватывающих парковок на въезде в город или его центральную часть;

запрет или ограничение въезда в центр города на личном транспорте (кроме жителей центральных районов);

увеличение штрафов за нарушение правил парковки;

экологические парковки – благоустройство городских газонов под открытые автостоянки (Приложение, Рисунок 2.1.2); [5]

создание платных парковок в проблемных местах;

сarshering;

сокращение числа автомобилей у населения с помощью гос.программ.

2.2 Решения проблемы в Тюмени

Тюмень стабильно входит в десятку городов России по числу автотранспорта. В 2008 году Тюмень занимала 4-ое место по количеству автомобилей в России (374 автомобиля на 1 тыс. человек) [6]. По данным исследования 2017 года Института территориального планирования "Град" у 72% тюменских семей есть автомобиль. 70% горожан владеют одним авто, 26% - двумя машинами, 4% - тремя, четыре и более транспортных средства тюменцы не заводят. Количество автомобилей в Тюмени за семь лет увеличилось в полтора раза: 82% автомобилистов пользуются легковым автомобилем, 9% - грузовыми машинами. [7]

Для решения проблемы парковочных мест в Тюмени приняты различные меры. Во-первых, в центре города власти сделали ставку на платные парковки, запустив проект единого парковочного пространства «Тюменский паркинг» (Приложение, Рисунок 2.2.1). Во-вторых, ведется контроль за соблюдением нормы парковочных мест при согласовании проектов застройки, особенно жилых массивов. В–третьих, изменен режим действия запрещающих знаков. В-четвертых, повышается эффективность использования потенциального парковочного пространства отдельными застройщиками, в том числе за счет подземных и многоуровневых паркингов.

Глава 3. Виды и особенности парковок

Что же придумал мировой разум для оптимизации хранения автомобиля? Решений масса — от относительно простых и доступных до самых прогрессивных и дорогих. [8] Хотя цель у любой парковочной конструкции одна — максимально эффективно распределить парковочное пространство.

С этой целью одноуровневые парковки целесообразней сделать подземными, также, эффективно экономят парковочную площадь многоуровневые парковки как наземные, так и подземные (Приложение, Рисунок 3.1).

Компактные механизированные паркинги появляются на парковках с высокими потолками. Такой механизм поднимает автомобиль вверх на «второй этаж» парковочного места (Приложение, Рисунок 3.2). Еще одно решение — роторные парковки, которые, раскинувшись на трех обычных парковочных местах, они способны разместить в воздухе больше десятка автомобилей (Приложение, Рисунок 3.3).

Такие виды парковок можно встретить и в новых жилых комплексах Тюмени: роторная парковка расположена на пересечении улиц Республики и Тульской. Это индивидуальная парковка жителей дома. Вариант двухуровневой парковки есть в НОВИН КВАРТАЛе. Существуют и многоуровневые паркинги в торговых центрах. Например, ТРЦ «Солнечный» располагает бесплатной 4х-уровневой парковкой.

Глава 4. Условия строительства парковок в городе Тюмень

Тюмень расположена в южной зоне Западно-Сибирской низменности, территория местами заболочена. Эта зона характеризуется избыточным увлажнением грунтов и чрезвычайно сильной заболоченностью водораздельных пространств. Тюмень находиться на берегу реки Тура. Почвы преимущественно песчаные и суглинистые, торфяно-болотные (Приложение, Рисунок 4.1). [9]

Всё это, накладывает ограничения на возможности по возведению различных сооружений, в том числе высотных зданий и парковок.

Преобладание мягких неустойчивых почв, не позволяет возводить очень высокие здания из-за осадки сооружения, а сложные гидрогеологические условия влияют на подтопление подземных сооружений и делают невозможным сильное заглубление.

Другим немаловажным фактором при выборе типа возводимой парковки являются особенности застройки города.

На схеме генерального плана строительства города (Приложение, Рисунок 4.2) видно, что плотность жилой застройки очень высока, особенно это касается старых районов города, поэтому в таких районах особенно актуально стоит вопрос дефицита земли под застройку и её рационального использования. [10] Выбор должен отдаваться сооружениям, позволяющим на минимальной площади разместить максимальное количество машин. Но здесь важно учесть и существующие правила землепользования, градостроительства, нормы инсоляции (солнечного освещения). Все эти нормы содержатся в специальных документах СНиП (Строительные нормы и правила) по градостроительству, где подробно описаны требования к возведению различных сооружений, как жилого, так и общественного назначения.

Например, в СНиП 2.07.01-89* «Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений» [11] есть целый раздел, посвященный сооружениям и устройствам для хранения и обслуживания транспортных средств. В нем прописано минимально возможное расстояние от жилого здания до парковки, правила расположения въездов, нормативы по количеству машиномест.

Все это учитывается в данный момент на этапе согласования проекта при выдаче разрешения на строительство зданий, и застройщик сам выбирает наиболее подходящий вариант парковки в зависимости от проекта. А вот если район уже застроен и свободное место ограничено, здесь уже открытые паркинги неэффективны из-за малой вместимости, а наземный паркинг необходимо продумать с учетом минимально занимаемой площади и максимальной загрузки, а также с учетом ограничений грунта по высотности.

Как раз в таких условиях подойдут надземные многоуровневые парковки с автоматической системой подачи автомобилей. Мы предлагаем их разместить между уже построенными жилыми зданиями, тем самым будет рационально использованы земельные ресурсы, кроме того стены жилых зданий возьмут на себя часть нагрузки, что немаловажно в условиях нестабильных грунтов. А за счет лифта для автоматической парковки можно опять же выиграть драгоценное место, ведь не потребуется дополнительные площади для учета маневрирования автомобиля при заезде/выезде.

Глава 5. Экскурсия в жилой комплекс комфорт класса «Ожогино», г.Тюмень

Изучив особенности строительства парковок в нашем городе, мы посетили новый жилой комплекс «Ожогино», для того, чтобы посмотреть, как современные застройщики решают проблему с парковочными местами в своих проектах. Мы выбрали именно этот комплекс, так как «Ожогино» — первый тюменский проект, прошедший процедуру аккредитации по стандарту GREEN ZOOM. Это гарантия того, что жилой комплекс станет образцом применения современных ресурсосберегающих технологий и зеленого строительства. [12] Подробно о рациональном использовании парковочных мест и о системе безопасности в подземном паркинге рассказал ведущий специалист отдела продаж Галеев Дмитрий Анатольевич (Приложение, Рисунок 5.1).

Проблема парковочных мест в комплексе решена при помощи закрытого теплого подземного паркинга (Приложение, Рисунок 5.2). При этом, застройщик смог умело распорядиться имеющимся пространством, ведь для паркинга использовано место под домами и сама территория закрытого двора. На крыше паркинга построены детские площадки и высажено озеленение. У каждого дома своя закрытая территория, попасть в паркинг можно при помощи специальных въездов. А после того как машина припаркована, можно подняться на лифте или по лестнице уже непосредственно в квартиру (Приложение, Рисунок 5.3).

Паркинг отапливаемый, так что он идеально подходит для стоянки зимой, машины не требуется прогревать, обметать от снега. Система терморегуляции поддерживает стабильную температуру даже в самые лютые морозы.

Кроме удобства здесь все продуманно и для безопасности.

Подземная парковка оборудована системой анализа уровня CO (Приложение, Рисунок 5.4), пожаротушения, системой приточно-вытяжной вентиляции.

Датчики уровня CO круглосуточно следят за состоянием воздуха в паркинге. А приточно-вытяжная вентиляция отвечает за подачу в помещение стоянки свежего воздуха извне и удаления воздуха загрязненного. Т.е. в случае пожара, одна из вентиляционных шахт будет подавать свежий воздух с улицы, а вторая вытягивать воздух вместе с дымом из помещения обратно на улицу, тем самым заполняя парковку чистым воздухом.

На случай открытого огня на потолке паркинга расположены специальные трубы с распылителями воды, они призваны быстро устранить возгорания.

Охрана в комплексе и на подземных парковках осуществляется с помощью камер видеонаблюдения. На въездной группе установлены специальные шлагбаумы и автоматические ворота, управляемые специальным ключом.

При покупке квартиры одно машиноместо включено в стоимость квартиры, а если в семье несколько автомобилей, то можно докупить еще. При чем, есть так называемые, семейные расширенные места. Они могут разместить 2 машины сразу. Единственное их неудобство, что такие места требуют поочередный заезд/выезд авто.

Подземный паркинг в ЖК «Ожогино» - это отличный пример решения проблем с парковочными местами на этапе планирования застройки.

Глава 6. Создание и демонстрация проекта «Многоуровневая парковка в жилых районах города Тюмени»

У застройщиков есть все возможности для планирования паркинга таким образом, чтобы можно было разместить много машин и при этом сэкономить место. Что же делать автомобилистам в старых районах города.

6.1 Поиск места возведения парковки в жилых районах города Тюмени

Именно с целью экономии пространств мы начали разрабатывать наш проект. В качестве места возведения парковки мы рассматривали пустующее пространство между жилыми домами (Приложение, Рисунок 6.1.1). Эта идея решает несколько задач: экономит пространство, позволяет на небольшой площади земельного участка разместить достаточно большое число автомобилей, парковка расположена рядом с жильем, что удобно для владельцев транспортных средств, наличие такой парковки, по нашему мнению, исключает загромождение машинами городского ландшафта и придомовой территории.

6.2 Разработка 3D модели

Для того, чтобы можно было наглядно увидеть придуманную нами парковку, мы решили создать её 3D модель. Сначала создали набросок проектируемой парковки, схематично нарисовав его в обычном редакторе (Приложение, Рисунок 6.2.1).

Затем, в более сложной программе для 3D моделирования начали прорисовку зданий. После этого приступили непосредственно к возведению парковки: подобрали необходимые размеры для шахты лифта, прорисовали подъемный механизм, затенили стену шахты для имитации открытой двери на нужном этаже. И хотя на первый взгляд модель довольна простая, процесс настройки, состыковки, текстурирования деталей был достаточно трудоёмкий и занял много времени. В завершение мы проработали освещение и подобрали несколько картинок, подходящих на роль паркуемого автомобиля и разместили их на площадке лифта и нескольких этажах для наглядности (Приложение, Рисунок 6.2.2).

Дополнительно был создан красивый рисунок модели парковки в реальных условиях (Приложение, Рисунок 6.2.3).

6.3 Задачи нашего проекта при полной реализации

Многоуровневая парковка будет работать в абсолютно автономном режиме и выполнять две главные задачи: постановка машины на парковку и выдача автомобиля из паркинга. Эти задачи имеют свою последовательность действий.

Постановка машины на парковку

Приём припаркованного на передвижной платформе автомобиля;

Поиск свободного места на паркинге;

Доставка автомобиля до лифта;

Загрузка автомобиля на платформу лифта;

Подъём на нужный этаж;

Выгрузка автомобиля на выбранное системой свободное место;

Выдача жетона в соответствии с местом парковки автомобиля.

Выдача автомобиля из паркинга:

Забор жетона у клиента;

Поиск данных места и этажа на которые зарегистрирован жетон;

Подъем лифта к выбранному этажу;

Загрузка автомобиля на платформу лифта;

Спуск лифта вниз;

Выгрузка автомобиля на платформу, выдача клиенту.

6.4 Создание макета участка жилого квартала со встроенной многоуровневой парковкой

Для демонстрации нашего проекта, мы собрали макеты двух домов из досок ДСП, приклеили окна из бумаги. Каждый дом получился высотой в 4 этажа. На пространство между домами мы собрали макет многоуровневой парковки из того же материала. Высоту каждого этажа парковки мы сделали меньше, чем высота этажа в доме, так как пространства по вертикали для хранения автомобиля требуется меньше. В центре парковки мы выпилили шахту для лифта.

В готовый макет парковки мы установили лифт, на крыше парковки разместили механизм подъема лифта – червячная передача и лебедка, запускаемые средним мотором, подключенным к блоку EV3. Для определения цвета жетона для выдачи автомобиля мы протянули датчик цвета и прикрепили его на 1 этаже (Приложение, Рисунок 6.4.1).

6.5 Программа идемонстрация проекта

Программа для управления подъёмным механизмом лифта парковки была разработана нами в среде программирования Lego Mindstorms EV3 (Приложение, Рисунок 6.5.1). Алгоритм программы:

1. По умолчанию программа находится в режиме ожидания;

2. Инициация программы происходит при нажатии на центральную кнопку модуля;

3. Активируется датчик цвета и анализирует цвет приложенного жетона, который отвечает за этаж, где есть свободное парковочное место;

5. В зависимости от цвета программа переходит к нужному блоку, в котором прописаны параметры для работы мотора подъемника, а именно, мощность мотора, градусы, на которые будет повернут привод подъёмника для подъема на нужный этаж;

6. Выполняя все прописанные команды, исполнительный механизм поднимает лифт на нужный этаж;

7. Затем идет переход к блоку ожидания для выгрузки автомобиля;

8. После этого программа переходит к блоку команд для спуска лифта в начальное положение. Параметры для работы мотора совпадают с параметрами при подъеме за исключением направления вращения мотора;

9. После завершения спуска лифта система переходит в начальное состояние.

Мы успешно продемонстрировали наш проект «Многоуровневая парковка в жилых районах города Тюмени» на нескольких соревнованиях:

20 декабря 2019 мы стали призерами на конкурсе научных проектов Международной компании Шлюмберже (Приложение, Рисунок 6.5.2);

23 января 2020 состоялся Региональный робототехнический фестиваль «Робофест Тюмень-2020» и наша команда заняла 1 место (Приложение, Рисунок 6.5.3);

13-15 февраля 2020 мы стали участниками Всероссийского чемпионата First Russa Robotics Chempionship в г. Красноярск(Приложение, Рисунок 6.5.4).

Глава 7. Мнение экспертов

После того, как проект был завершен, нам было важно услышать мнение экспертов, которые смогли бы профессионально оценить нашу работу, выявить сильные и слабые стороны, дать советы по дальнейшим шагам в разработке.

Поэтому мы обратились к специалистам, работающим в области строительства и проектирования.

Для того, чтобы узнать возможно ли возводить конструкцию многоуровневой парковки между домами, которые эксплуатируются уже более 20 лет, мы пригласили эксперта из проектного института ОАО «Тюменьгипротрубопровод», главного специалиста Матигорова Михаила Владимировича (Приложение, Рисунок 7.1). Он высоко оценил наш проект и видит перспективу его реализации как коммерческого проекта с взиманием платы за стоянку. Он отметил, что размещать такой паркинг необходимо в крупных торговых и бизнес центрах.

Относительно конструктивных особенностей парковки он также сделал уточнение, что парковка все же не будет опираться только на стены домов, между которых она будет находиться, у паркинга должен быть свой фундамент.

Затем мы обратились к Андрею Николаевичу Чистякову - заместителю начальника главного управления строительства Тюменской области (Приложение, Рисунок 7.2).

Андрей Николаевич сказал нам, что идея представленного проекта является актуальной для города Тюмени в виду активного роста жилой застройки и постоянного роста количества личного транспорта. Представленное решение позволяет повысить эффективность использования земли для целей парковки. Идея имеет высокий потенциал дальнейшего развития в направлении применения искусственного интеллекта, совмещения с каршерингом и другими формами общественно-личного владения.

Для более детальной проработки проекта и возможности его применения в реальной жизни эксперты посоветовали нам:

Проработать обоснование проекта, в том числе:

• целесообразность применения автоматизированной парковки вместо традиционных многоуровневых и подземных (экономическая и экологическая эффективность);

• выбор способа расстановки автомобиля на парковочном пространстве (парковка револьверного типа, палетная парковка и т. п.);

• количество парковочных мест на этаже, количество подъемных платформ и количество автомобилей на платформе.

Изучить возможность реализации такой парковки с учетом действующих нормативов;

Продумать меры безопасности для человека и автомобилей;

Определить условия, для которых применение парковки такого типа будет оптимальным.

Выслушав мнения экспертов, мы поняли, что проблема, решаемая нами в настоящее время, действительно актуальна и наше решение может быть востребовано. Мы продолжим разработку проекта, следуя рекомендациям экспертов.

Заключение

В процессе нашей работы мы изучили проблему парковочных мест в России и рассмотрели способы ее решения. Особое внимание уделили изучению этой проблемы в нашем родном городе Тюмени. Кроме того, рассмотрели вариант создания наземной многоуровневой парковки в жилых кварталах нашего города и создали 3D модель многоуровневой парковки между двумя жилыми домами.

Наш проект «Автоматическая многоуровневая парковка» позволяет принимать и перемещать автомобили в специальном боксе, что гарантирует их сохранность. Выдача автомобиля проводится по специальному жетону. Для реализации этого проекта в реальной жизни необходимо исследовать почву и пространство под предполагаемое место строительства многоуровневой парковки между домами, определиться с выбором способа расстановки автомобилей на парковочном пространстве, количеством парковочных мест на каждом этаже, числом подъемных платформ и автомобилей на платформе. Кроме того, важно предусмотреть и меры безопасности для человека и автомобилей. В результате консультации с экспертами и с учетом действующих нормативов, реализация этого проекта возможна как вариант коммерческой постройки с последующей оплатой парковки пользователями. Кроме того, при строительстве такой паркинг будет иметь свой фундамент, чтобы исключить опору на соседние дома.

С помощью досок ДСП и механизмов и моторов конструктора LegoMindstormsEV3 мы с командой создали модель шестиэтажной автоматической парковки. Провели успешную демонстрацию. В завершение своей научно-исследовательской работы мы можем сделать вывод, что наш проект не только решает проблему нехватки парковочных мест в жилых кварталах нашего города, но и бережет автомобили в холодное время.

Список используемой литературы:

Йошохито Йocoгава, Книга идей LEGO MINDSTORMS EV3: 181 удивительный механизм и устройство; [пер. с англ. О.В.Обручева]. – Москва, Издательство «Э», 2017. - 232 с.;

Богданова С.М, Попова Е.Е. Благодаря механическим передачам Lego- конструкции оживают / С.М. Богданова, Е.Е. Попова// «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании»: материалы VII Международной научно-технической конф. 2017 С. 160-163. Режим доступа- https://elibrary.ru/item.asp?id=30700400;

Вязов С.М., Калягина О.Ю., Слезин К.А. Соревновательная робототехника: приемы программирования в среде EV3: учебно-практическое пособие. – Москва: Издательство «Перо», 2014. – 132 с.;

Интернет источники:

https://m.autostat.ru/news/37990/;

https://www.geonovation.ru/articles/reshenie_nehvatki_parkovochnyh_mest/;

https://www.car72.ru/news/autonews/view-634;

https://t-l.ru/227312.html;

https://www.drom.ru/info/misc/50304.html;

https://soilatlas.ru/node/255;

http://www.tyumen-city.ru/vlast/administration/struktura-administracii-goroda-tumeni/departaments/dzr/napravlenie-deitelynosti/departamentgradostroitelynoipolitiki/genplan/http://www.tyumen-city.ru/vlast/administration/struktura-administracii-goroda-tumeni/departaments/dzr/napravlenie-deitelynosti/departamentgradostroitelynoipolitiki/genplan/;

http://docs.cntd.ru/document/5200163;

https://ozhogino-eco.ru/o-proekte.

Приложение