Исследователи Томского политеха совместно с российскими коллегами разработали систему, которая позволяет с помощью сейсмических датчиков взвешивать транспортные средства, движущиеся со скоростью до 70 километров в час. При этом система способна различать колебания от измеряемого объекта и отделять их от помех, создаваемых работающей дорожной техникой или другими автомобилями, движущимися по соседней или встречной полосе. Эффективность предложенного подхода доказана результатами полевых испытаний.
Результаты работы ученых опубликованы в журнале Mathematics. Проект призван выявить преднамеренно или непреднамеренно перегруженные транспортные средства для их остановки, прекращения движения и принуждения водителей переместить часть груза в другое транспортное средство. Это необходимо для обеспечения целостности и безопасности автомобильных дорог, в соответствии с многочисленными стандартами, а также для достижения безопасности дорожного движения.
Для решения задачи ученые ТПУ предложили использовать сейсмические датчики. Политехники провели полевые испытания, во время которых на одну из полос автомобильного шоссе были нанесены искусственные полосы со встроенными в них сейсмодатчиками. Они фиксировали реальные сигналы с семи грузовых автомобилей. На основе анализа их спектральных, временных и амплитудных характеристик ученые получили оценки скоростей, массы и числа осей.
«Разработанная нами система сочетает в себе физическое моделирование, экспериментальную проверку и строгую математическую обработку, включающую спектральный анализ, методы оптимизации, обработку сигналов и решение обратных задач», — рассказывает руководитель проекта, доцент Инженерной школы информационных технологий и робототехники Никита Мартюшев.
Одним из важных преимуществ пассивной сейсмической системы является ее независимость от видимости и погодных условий. В отличие от видеокамер или лидаров, точность которых ухудшается при недостатке света, тумане, дожде или загораживаниях обзора крупными транспортными средствами, сейсмические датчики обнаруживают колебания грунта, не зависящие от освещенности или прозрачности атмосферы. Кроме того, радиолокационные системы, хотя и могут работать в любых погодных условиях, также подвержены помехам из-за осадков и посторонних предметов и требуют излучения сигнала.
«Высокая чувствительность сейсмических датчиков означает, что они улавливают не только сигналы от автомобилей, но и посторонние колебания грунта. В нашей системе эта проблема решается за счет использования искусственных неровностей (полос): при проезде по ним колес они генерируют высокоамплитудные сейсмические импульсы, которые существенно выделяются на фоне шума», — отмечает Никита Мартюшев.
В зимний период система сохраняет работоспособность благодаря продуманному сочетанию технических и программных инструментов, которые помогают справиться с негативным воздействием снега и льда. Для адаптации расчетов учитывается снижение амплитуды сигнала из-за снега на искусственных неровностях, усиливаются алгоритмы обработки сигналов для компенсации дополнительных шумов, вызванных снегом.
«Еще одно преимущество нашей системы в том, что для ее установки, обслуживания и донастройки не требуется вмешательства в дорожную инфраструктуру», — отмечает Никита Мартюшев.
В исследованиях приняли участие сотрудники Инженерной школы информационных технологий и робототехники, Инженерной школы новых производственных технологий, Юргинского технологического института (филиал ТПУ) и Новосибирского государственного технического университета.