CC BY
16педагогически науки
Полякова Ольга Михайловна, Прентсель Альфред Августович, Ройтбург Юрий Семенович АРХИТЕКТУРА АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ...
UDC 378.162.33
АРХИТЕКТУРА АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИИ И ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА МОЛОДЕЖИ ПО НАПРАВЛЕНИЮ НАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНИЦИАТИВЫ «АВТОНЕТ»
© 2017
Полякова Ольга Михайловна, кандидат биологических наук, доцент, заведующий кафедрой «Дизайн» Архитектурно-строительного института Тольяттинский государственный университет (445020, Россия, Тольятти, ул. Ушакова, 59; e-mail: [email protected]) Прентсель Альфред Августович, ведущий конструктор ООО Научный консультационно-технологический центр «Пролог» (445020, Россия, Тольятти, ул. Белорусская, 14-б; e-mail: [email protected]) Ройтбург Юрий Семенович, кандидат технических наук, профессор, директор - научный руководитель Научно-образовательного центра «Интеллектуальные системы контроля и управления» Тольяттинский государственный университет (445020, Россия, Тольятти, ул. Белорусская, 14-б; e-mail: [email protected])
Аннотация. Подготовка кадров, ориентированных на творческую проектную деятельность, выявление и поддержка одаренной молодежи - актуальные задачи, решение которых во многом определяет развитие экономики. Одно из направлений стратегии перспективного развития России - Национальной технологической инициативы (НТИ), которому прогнозируется наибольший глобальный рынок: «Автонет», беспилотные автомобили, интеллектуальные транспортные системы. В «дорожной карте» направления, в числе приоритетов, указано: создание системы подготовки профессиональных кадров, центров детского развития. Для обеспечения решения поставленных задач разработаны проектные решения демонстрационно-испытательного мини полигона Автонет - учебно-технической базы ресурсных центров, действующих в составе Центров молодежного инновационного творчества (ЦМИТ) России, детских технопарков «Кванториум», учреждений образования. Проект соответствует дорожной карте НТИ «Кружковое движение», в которой, в разделе «Направления реализации плана мероприятий», указано: создание сети мероприятий, направленных на решение технологических задач НТИ; разработка технологических решений для «внутреннего рынка» Кружкового движения; интеграция технологических вызовов НТИ в систему образования. Основное функциональное назначение мини полигона: демонстратор беспилотного перемещения автомобиля; тренажер оператора беспилотного автомобиля; тренажер системного интегратора специального программного обеспечения; АРМ программиста; испытательный комплекс для отработки имитаторов внешней среды и беспилотных транспортных средств.
Ключевые слова: национальная технологическая инициатива, профессиональная ориентация, подготовка кадров, техническое творчество, архитектурное макетирование, демонстрационно-тренажерный стенд, мини полигон, Автонет, Кружковое движение.
THE ARCHITECTURE OF HARDWARE AND SOFTWARE FOR VOCATIONAL GUIDANCE AND TECHNICAL CREATIVITY OF YOUTH IN THE DIRECTION OF THE NATIONAL TECHNOLOGY INITIATIVE "AVTONET»
© 2017
Polyakova Olga Mikhailovna, candidate of biological sciences, associate professor Head of the department «Design» Architectural-construction institute Togliatti State University (445020, Russia, Togliatti, Ushakov str., 59; e-mail: [email protected]) Prentzel Alfred Avgustovich, a leading designer LLC Scientific consulting and technological center «Prolog» (445020, Russia, Togliatti, Belorusskaya str., 14-b; e-mail: [email protected]) Roytburg Yuri Semenovich, candidate of technical sciences, professor Director - scientific director of the Scientific and educational center «Intelligent control and management systems» Togliatti State University (445020, Russia, Togliatti, Samara region, Belorusskaya str.,14-b; e-mail: [email protected])
Abstract. Training of personnel focused on creative project activities, identification and support of talented young people are urgent tasks, the solution of which largely determines the development of the economy. One of the directions of the strategy of long - term development of Russia is the National technology initiative (NTI), which predicts the largest global market: "AutoNet", unmanned vehicles, intelligent transport systems. The "road map" directions, among the priorities, indicated: the creation of a system of training of professional personnel, child development centers. To ensure that the tasks developed by the project decision demonstration and test mini polygon Autonet - educational-technical base of resource centers operating within the youth innovation creativity Centres (YlCC) of Russia, children's parks "Kvantorium", educational institutions. The project corresponds to the road map of NTI "Circle movement", in which, in the section "Directions of implementation of the action plan", it is specified: creation of a network of activities aimed at solving technological problems of NTI; development of technological solutions for the" internal market " of the Circle movement; integration of technological challenges in the STI education system. The main functional purpose of a mini site: a demonstrator of an unmanned moving vehicle; the simulator of the operator of the unmanned vehicle; trainer system integrator software; arm programmer; testing facility for testing simulators of the external environment and unmanned vehicles.
Keywords: national technological initiative, professional orientation, training, technical creativity, architectural modeling, demonstration and training stand, mini polygon, Autonet, Circle movement.
Аппаратно-программный демонстрационно-испытательный комплекс «Мини полигон Автонет» (МПАН) - учебно-исследовательский набор технических средств и методических материалов, предназначен для: профессиональной ориентации детей и молодежи на тематику
Автонет, для практико-ориентированной подготовки кадров по направлению НТИ, профильного технического творчества молодежи, соответствует «дорожным картам» НТИ [1-8].
Функциональное назначение комплекса соответству-
Polyakova Olga Mikhailovna, Prentzel Alfred Avgustovich, Roytburg Yuri Semenovich
THE ARCHITECTURE OF HARDWARE AND SOFTWARE FOR VOCATIONAL GUIDANCE ..
pedagogical sciences
ет задачам Автонет [9-11]; МПАН:
- демонстратор беспилотного перемещения макета -имитатора автомобиля по заданным маршрутам;
- тренажер оператора макета беспилотного автомобиля, действующего в городской среде;
- тренажер системного интегратора специального программного обеспечения (СПО) - компоновка подпрограмм для управления движением по заданным маршрутам;
- АРМ постановщика задач и программиста СПО МПАН - развитие технологий, аппаратных и программных средств мини полигона;
- испытательный комплекс для отработки аппаратных и программных средств имитаторов внешней среды и беспилотных транспортных средств (ТРС).
1. Технические средства мини полигона
Базовый компонент мини полигона - имитатор фрагмента городской среды разрабатывается при выполнении проекта как развиваемый динамический архитектурный макет (ДАРМ).
Рисунок 1 - базовый вариант рабочего поля, габариты которого, ориентировочно: 280х180 см. Задачи, этапы, особенности создания ДАРМ подробно рассмотрены в работах: [12-14].
Основные режимы применения мини полигона Автонет:
- дистанционное управление макетом автомобиля -имитатором ТРС (ИМ-ТРС), формирование, сохранение в Банке данных МПАН набора типовых траекторий перемещения (ТП-ТРС);
- формирование маршрута движения беспилотного ТРС из исходного положения «старт» в конечное «финиш», с применением набора ТП-ТРС;
- беспилотное движение ИМ-ТРС на мини полигоне по заданному маршруту;
- беспилотное движение ИМ-ТРС на мини полигоне, с адаптацией маршрута при выявлении помех (нештатных ситуаций);
- беспилотное движение на мини полигоне по заданному маршруту, с поиском свободного места на площадках парковки.
Для применения в качестве макета беспилотного автомобиля, при выполнении проекта разрабатывается, проходит испытания роботизированная платформа - имитатор транспортного средства (ИМ-ТРС); габариты, ориентировочно (X, Y, 2): 120х80х100мм.
Пространственная ориентация ИМ-ТРС на мини полигоне обеспечивается с применением различных технических средств, базовый вариант - набор лазерных датчиков расстояния, устанавливаемых на имитаторе, рисунок 2.
Определение позиции ИМ-ТРС производится по расстояниям от контрольных объектов: стены макетов зданий, боковые панели мини полигона.
При размещении на фрагментах архитектурного макета дополнительных геометрических компонентов, распознаваемых при движении имитатора ТРС, идентифицируется номер магистрали или проезда.
Указанная комбинированная идентификация позволяет определять координаты имитатора ТРС на мини полигоне, обеспечивать контроль перемещения по заданному маршруту в пространстве и времени.
Развитие структуры ИМ-ТРС для расширения набора решаемых на мини полигоне задач производится, в частности, с применением ультразвуковых датчиков расстояния.
Ультразвуковые датчики, в отличие от определяющих расстояние до контрольной точки, отражающей видимый луч лазера, определяют наличие отражающей поверхности в угловом диапазоне контроля, ориентировочно, ±15°.
С применением ультразвуковых датчиков расстояний переднего и заднего обзора, а также лазерных, ре-
шаются различные задачи, определяются, уточняются траектории движения, связанные с объездом препятствий, с корректировкой положения имитатора ТРС при парковке.
Макеты зданий с адресами Транспортные магистрали МЫ Места парковки автотранспорта
\ / \ мз *— 1 т \
3.1 3.2 I 3.3 г г
п2 <-
2.1 пгп 22 2.3 П.4
м.1 <— 1
г" I.J и N 1.2 / 1 м2 ■ ■ JL •-j ¡.j :.j Я I
пз \ — V \ п4 -
Фрагмент мини полигона - архитектурные макеты Фрагмент - стоянка
здании и двора с парковочными местами
автотранспорта
Газоны, детские площадки
Места парковки, занятые ' макетами ТРС
Имитатор беспилотного автомобиля на стоянке
Проезды
- па
Макет ТРС
на проезде
Рисунок 1 - Динамический архитектурный макет городской среды, вариант 1, базовый
Рисунок 2 - Пространственная ориентация имитатора беспилотного ТРС на мини полигоне
2. Основные системные и учебно-тренировочные задачи
В режиме «Дистанционное управление автомобилем» оператором на мини полигоне решаются задачи:
- учебно-тренировочные и демонстрационные перемещения имитатора ТРС в городской среде;
- формирование, сохранение в Банке данных МПАН набора типовых траекторий перемещения, в том числе:
выезд с парковочного места (по вариантам), въезд на парковочное место;
выезд на магистрали (двухстороннее движение) и проезды (одностороннее движение),
съезд с магистралей и проездов, движение по магистралям и проездам;
корректировка положения автомобиля: смещение направо, налево, вперед или назад;
старт-стопные перемещения автомобиля с учетом сигналов светофоров;
- контрольно-испытательные перемещения по сохраненным траекториям.
В режиме «Формирование маршрута движения» системным интегратором СПО управления ИМ-ТРС, с применением АРМ мини полигона, в частности, решаются задачи:
- формирование базового маршрута движения ИМ-ТРС, с применением набора ТП-ТРС из Банка данных
педагогически науки
Полякова Ольга Михайловна, Прентсель Альфред Августович, Ройтбург Юрий Семенович АРХИТЕКТУРА АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ...
МПАН, с учетом заданных положений ИМ-ТРС - исходного и конечного;
- формирование вариантов маршрута движения имитатора, с учетом загруженности стоянок, наличия на парковочных местах макетов ТРС;
- формирование вариантов маршрута движения имитатора при загруженности магистралей, проездов;
- выбор, формирование условий выбора маршрутов движения ИМ-ТРС, с учетом загруженности стоянок, магистралей, проездов;
- формирование заданий на расширение набора ТП-ТРС в Банке данных МПАН.
В режиме «Беспилотное движение по маршруту» оператором мини полигона решаются типовые задачи:
- расстановка макетов ТРС для имитации условий окружающей среды;
- запуск движения ИМ-ТРС по маршрутам, с заданными исходными данными:
базовый маршрут, вариантные маршруты, с учетом условий окружающей среды;
- контроль, протоколирование результатов реализации движения имитатора ТРС по заданным маршрутам, контрольным позициям (при необходимости, в старт-стопном режиме).
Исходное состояние (старт) автомобиля и городской среды задается параметрами:
- координаты, условный адрес парковочного места, на которое установлен ИМ-ТРС;
- координаты, условные адреса парковочных мест, на которые установлены макеты ТРС (места заняты);
- координаты, адреса мест размещения на магистралях и проездах, стоянках, макетов ТРС (помехи движению).
Конечное состояние (финиш) автомобиля и городской среды задается параметрами:
- координаты, адрес основной стоянки, на которую должен прибыть имитатор ТРС;
- координаты, адрес парковочного места на основной стоянке, на которое должен прибыть ИМ-ТРС;
- координаты, условные адреса альтернативных стоянок, на одну из которых должен прибыть имитатор ТРС, с учетом полной занятости парковочных мест на основной стоянке.
3. Корректировка траекторий движения транспортного средства
Корректировка беспилотного движения автомобиля по маршруту, с применением набора ТП-ТРС из Банка данных МПАН, производится при выявлении ситуаций:
- смещение имитатора на магистрали или проезде более, чем пороговую величину;
- поворот имитатора при движении по маршруту более, чем пороговую величину, с применением методов локальной ориентации - контроля положения имитатора, на мини полигоне:
- задержка или опережение прибытия ИМ-ТРС на контрольную позицию, с учетом результатов измерения расстояний до стен зданий с заданными адресами (методы выявления ошибок, сбоев в системе управления);
- выявление наличия помех на исполняемой траектории движения ИМ-ТРС (установленные макеты ТРС);
- учет состояния светофоров на маршруте движения.
4. Перспективное развитие технических средств мини полигона
Развитие структуры ИМ-ТРС для расширения набора решаемых на мини полигоне задач производится, в частности, с применением ультразвуковых датчиков расстояния.
Ультразвуковые датчики, в отличие от лазерных, определяющих расстояние до контрольной точки, отражающей видимый луч лазера, определяют наличие отражающей поверхности в угловом диапазоне контроля, ориентировочно, ±15°.
С применением ультразвуковых датчиков расстоя-
ний переднего и заднего обзора, а также лазерных, более эффективно решаются различные задачи управления движением, определяются, уточняются траектории движения, связанные с объездом препятствий, с корректировкой положения имитатора ТРС при парковке.
Для решения расширенного комплекса задач управления ИМ-ТРС на мини полигоне, выполняются:
- анализ данных, поступающих от лазерных и ультразвуковых датчиков в различных экспериментальных ситуациях движения ИМ-ТРС и окружающей среды;
- разработка методов, алгоритмов формирования траекторий объезда препятствий в различных условиях городской среды;
- экспериментальная отработка СПО реализации алгоритмов формирования траекторий.
5. Применение результатов работ по проекту
Функции оператора и системного интегратора при решении задач обучения технологиям Автонет и развития информационно-управляющей подсистемы, технических средств мини полигона, выполняются тьюторами объекта с привлекаемыми молодежными группами.
Для расширенного применения мини полигона Автонет, в частности, в сети ЦМИТ России будут обеспечиваться варианты кооперации:
- передача технической и методической документации, в согласованном объеме;
- изготовление, поставка конструктивов, модулей или комплектного изделия;
- обучение представителей ЦМИТ, проведение тематических семинаров;
- совместное развитие технических и программных средств мини полигона;
- совместное выполнение комплексных проектов по тематике Автонет.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. План мероприятий («дорожная карта») Национальной технологической инициативы «Кружковое движение», утвержден 18.07.2017 г. URL: http://www.nti2035.ru/documents/docs/DK_kruzhko-voye_dvizheniye.pdf
2. Петерайтис С.Х. Полякова О.М., Ройтбург Ю.С. Организационное и техническое обеспечение подготовки кадров для направлений Национальной технологической инициативы России // Карельский научный журнал. 2017. Т. 6. № 4(21), с. 60-64.
3. Жданов Э.Р., Яфизова Р.А., Измаилов Р.Н., Галиев А.Ф. Мобильный центр инженерно-технического творчества как реализация модели организации дополнительного образования детей и молодежи в области технического творчества //Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2016. Т. 5. № 4 (17). С. 134-135.
4. Коваленко О.Г., Курилова А.А. Оценка научно-технического и экономического потенциала Самарской области // Карельский научный журнал. 2016. Т. 5. № 4 (17). С. 132-134.
5. Вострокнутов Е.В. Организационно-педагогические условия формирования профессионально-творческих компетенций студентов технического вуза в научно-исследовательской деятельности // Балтийский гуманитарный журнал. 2016. Т. 5. № 3 (16). С. 102-107.
6. Ляхно Н.И. Научно-методические подходы и оценка влияния научно-технологических процессов (НТП) на социально-экономическое развитие //Азимут научных исследований: экономика и управление. 2014. № 1 (6). С. 66-69.
7. Павлова Е.С. Математическое моделирование технических объектов //Карельский научный журнал. 2014. № 4 (9). С. 176-178.
8. Бахарев Н.П. Формирование компетентности творчества у студентов техических университетов // Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2016. Т. 5. № 2 (15). С. 18-21.
9. Автопилот. Беспилотный автомобиль (обзор) [электронный ресурс] / URL: http://www.tadviser.ru/index.php/Статья:Автопилот_ (беспилотный_автомобиль)
10. Система автоматического управления автомобилем (обзор) [электронный ресурс] / URL: http://systemsauto.ru/another/automat-ic_driving.html
11. Юзаева А.Г. Кукарцев В.В. Беспилотные автомобили: опасности и перспективы развития. Актуальные проблемы авиации и космонавтики, 2016, том 2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/bespilot-nye-avtomobili-opasnosti-i-perspektivy-razvitiya
12. Полякова О.М., Гринев Р.В. Новые технологии архитектурного макетирования в профессиональной ориентации и подготовке кадров. Экология и безопасность жизнедеятельности промышлен-но-транспортных комплексов. Сборник трудов пятого международного экологического конгресса, 2015. Самарский научный центр РАН (Самара)// URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=25335480
13. Архитектурные макеты и их роль в проектировании [электронный ресурс] / URL: http://onlyforemont.ru/arxitekturnye-makety-i-ix-rol-v-proektirovanii.html
Polyakova Olga Mikhailovna, Prentzel Alfred Avgustovich, Roytburg Yuri Semenovich pedagogical
THE ARCHITECTURE OF HARDWARE AND SOFTWARE FOR VOCATIONAL GUIDANCE ... sciences
14. Поэтапная разработка архитектурно-дизайнерского решения. Стили архитектуры и технологии строительства [электронный ресурс] / URL: http://www.arhplan.ru/
