RU214647U1 - Устройство мониторинга состояния транспортного средства и водителя - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам дистанционного мониторинга, диагностики и обеспечения безопасности управления транспортными средствами и может быть использована для сбора и передачи диспетчерскому центру информации о местоположении, состоянии транспортного средства и водителя, угрожающих безопасности движения. Решение может быть использовано для повышения безопасности работы диспетчеров, водителей автотранспортных средств, машинистов электропоездов и в других областях, где требуется постоянное внимание персонала к изменениям транспортной ситуации. Техническим результатом, достигаемым при использовании предложенной полезной модели, является расширение функциональных возможностей устройства, повышение безопасности движения за счет обеспечения возможности в реальном времени надежно определять состояние транспортного средства и водителя с формированием сигналов, обеспечивающие принятие своевременных мер по предотвращению аварийной ситуации, позволяет в реальном времени отличать естественные для бодрствующего человека движения от характерных признаков снижения внимания и сонливости, исключая ложные срабатывания. Заявленный технический результат достигается за счет использования устройства телематики и контроля состояния водителя транспортного средства, характеризующегося тем, что выполнено в виде металлического корпуса с прорезями для крепления платы вычислителя с установленным в разъеме вычислителем и платы питания и интерфейсов, соединенных промышленным разъемом, плата питания и интерфейсов содержит источник бесперебойного питания, в корпусе также расположена плата радиомодуля, соединенная с платой вычислителя, на передней крышке корпуса размещена плата инфракрасного модуля и сенсорного управления, на которой расположены инфракрасные светодиоды, индикаторные светодиоды, сенсорные кнопки, антенны Wi-Fi и Bluetooth, а также инфракрасная камера, на задней крышке корпуса установлены два SMA-разъема для подключения внешних антенн GSM и GPS, и предусмотрены гермовводы для двух шлейфов, плата инфракрасного модуля и сенсорного управления выполнена с возможностью подключения к плате вычислителя, также в корпусе размещены датчик ускорения по трем осям и модуль определения местоположения по спутникам (GLONASS или GPS).

Description

Полезная модель относится к устройствам дистанционного мониторинга, диагностики, выявления инцидентов и обеспечения безопасности управления транспортными средствами и может быть использована для сбора и передачи диспетчерскому центру информации о местоположении, состоянии транспортного средства и водителя, угрожающих безопасности движения. Решение может быть использовано для повышения безопасности работы водителей автотранспортных средств, машинистов электропоездов, диспетчеров и в других областях, где требуется постоянное внимание персонала к изменениям окружающей ситуации.

В настоящее время известны различные устройства для контроля состояния транспортного средства и водителя.

Так, известен блок автомобильной телематической системы, который представляет собой единый блок и содержит корпус с установленными в нем микроконтроллером и связанными с ним GPS/GLONASS-модулем, GSM-модулем, BLUETOOTH-модулем, трансивером, флеш-памятью, трехосевым акселерометром, драйверами цифровых шин, схемой питания. Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства, что достигается за счет возможности выполнения устройством широкого спектра функций автомобильной телематической системы, а также наличия флеш-памяти, что обеспечивает энергонезависимое хранение телематических данных, схемы питания для осуществления бесперебойного электропитания блока автомобильной телематической системы, при сохранении компактности устройства и простоты в эксплуатации, снижении трудоемкости при установке, а также расширение арсенала технических средств (патент РФ №190789, опубликован 12.07.2019).

Также известно множество устройств мониторинга состояния водителя.

Однако, известные устройства контроля состояния усталости и контроля бдительности, основанные на алгоритмах машинного зрения и анализа изображения, способны успешно выявлять инциденты, связанные с потерей бдительности оператора системы или водителя ТС, а также, выявлять факты отвлечения, курения, питания на рабочем месте. Подобные алгоритмы хорошо зарекомендовали себя за счет автоматизации процесса выявления таких инцидентов. Но точность подобных методов, может снижаться в связи с особенностями поведения человека, а также существует сложность выявления степени внимания и концентрации. В подобных ситуациях необходимо применять технологию получения обратной связи, для обеспечения повышенного внимания к окружающей обстановке. В патентуемом устройстве применятся технология двузонного сенсорного управления. На передней панели под ИК стеклом расположены сенсоры, позволяющие реагировать на прикосновение пальцем. Таким образом, в случае детектирования спорных инцидентов, где частота появления данного инцидента превышает допустимый порог, оператору предлагается совершить действия, подтверждающие достаточный уровень внимания.

Наиболее близким аналогом к предложенному решению является устройство мониторинга состояния водителя, содержащее размещаемые в транспортном средстве напротив головы водителя в корпусе инфракрасную видеокамеру, вычислительный блок, связанный с упомянутой камерой, блок передачи данных во внешнюю среду, а также светодиоды для подсветки пространства в зоне головы водителя, выполненный с возможностью излучения на длине волны 940 нм. Корпус состоит из двух секций. Первая секция выполнена в виде закрываемого сверху крышкой коробчатой формы металлического лотка с реализацией функции теплоотвода для размещенных друг над другом и закрепленных в нем плат, оснащенных вычислительным блоком, блоками геолокации и передачи данных во внешнюю среду, модулем аудио и блоком питания. Вторая секция выполнена в виде отдельного модуля, прикрепляемого через теплоизолирующий элемент из АБС-пластика к первой секции, в котором последовательно размещены плата с инфракрасной видеокамерой и плата со светодиодами, линии светового излучения которых расположены по бокам от линии приема оптической информации инфракрасной видеокамерой. В плате со светодиодами выполнен сквозной проем напротив расположения оптического элемента указанной видеокамеры. На лицевой стороне второй секции выполнены сквозные проемы, каждое из которых закрыто стеклом из светофильтрующего материала с пропусканием излучения на длине волны выше 940 нм. Одно стекло расположено в центральной зоне лицевой стороны второй секции на линии приема оптической информации инфракрасной видеокамерой, а другие стекла расположены по бокам от первого напротив линии светового излучения каждого светодиода. А плата инфракрасной видеокамеры размещена с воздушными зазорами между корпусом, платой с вычислительным блоком и платой со светодиодами (патент РФ №211713, опубликован 20.06.2022).

Недостатками известных решений является отсутствие возможности совмещения в одном устройстве функций мониторинга состояния водителя и сбора телематики, а также отсутствие бесперебойного питания, отсутствие возможности определения инцидентов, связанных с неосторожным вождением, недостаточная эффективность системы теплоизоляции камеры.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение безопасности за счет отслеживания состояния и транспортного средства и водителя.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предложенной полезной модели, является расширение функциональных возможностей устройства, повышение безопасности движения за счет обеспечения возможности в реальном времени надежно определять состояние транспортного средства и водителя с формированием сигналов, обеспечивающих принятие своевременных мер по предотвращению аварийной ситуации, позволяет в реальном времени отличать естественные для бодрствующего человека движения от характерных признаков снижения внимания и сонливости, исключая ложные срабатывания.

Заявленный технический результат достигается за счет использования устройства телематики и контроля состояния водителя транспортного средства, выполненного в виде металлического корпуса с прорезями для крепления платы вычислителя и платы питания и интерфейсов, соединенных промышленным разъемом, плата питания и интерфейсов содержит источник бесперебойного питания, в корпусе также расположена плата радиомодуля, соединенная с платой вычислителя, на передней крышке корпуса размещена плата инфракрасного модуля и сенсорного управления, на которой расположены инфракрасные светодиоды, индикаторные светодиоды, сенсорные кнопки, антенны Wi-Fi и Bluetooth, а также инфракрасная камера, на задней крышке корпуса установлены два SMA-разъема для подключения внешних антенн GSM и GPS, и предусмотрены гермовводы для двух шлейфов, плата инфракрасного модуля и сенсорного управления выполнена с возможностью подключения к плате вычислителя, также в корпусе размещены датчик ускорения по трем осям и модуль определения местоположения по спутникам (GLONASS или GPS).

Источник бесперебойного питания, расположенный на плате питания и интерфейсов, выполнен в виде контроллера питания с подключенными к нему аккумуляторными батареями, установленными под платой, режимы переключения на бесперебойное питание и заряда задаются микроконтроллером. За счет применения системы бесперебойного питания повышается надежность устройства, а также улучшаются эксплуатационные характеристики системы мониторинга водителя и транспортного средства, так как в случае пропадания внешнего питания в результате инцидента, или попытки саботажа, устройство успеет передать данные, связанные с инцидентом, такие как местоположение, телеметрию состояния транспортного средства, а также изображение с камеры, направленной на оператора или водителя. Данное техническое решение в совокупности с системой контроля бдительности, делает устройство более защищенным и эффективным, поскольку при отсутствии источника бесперебойного питания исключено получение информации последних секунд перед происшествием, что сильно затрудняет последующий разбор причин инцидента.

По сравнению с другими устройствами в устройстве установлена система и датчики, позволяющие осуществлять мониторинг качества вождения. Технология основана на использовании датчика ускорения по трем осям, и разработанных математических алгоритмах обработки данных, непрерывно поступающих с датчика. Анализ данных о движении транспортного средства, в совокупности с системой контроля бдительности, позволяет выявлять более точно такие инциденты, как отвлечение от дороги, резкие перестроения, проезд препятствий на повышенной скорости.

Система контроля качества вождения в момент включения устройства производит автоматическую калибровку, которая позволяет произвести определение вектора вертикальной оси, а в начале движения устройство определяет вектор движения. Благодаря тому, что устройство определяет свою позицию в пространстве, применив разработанную на основе математических моделей, методику обработки данных, поступающих с датчика ускорения, можно выделить события инцидентов, связанных с неосторожным вождением, наездом на препятствия на большой скорости, сделать выводы о резких торможениях, перестроениях и других настраиваемых событиях, характеристики которых могут быть заложены в программу вычислителя.

Разделение устройства на функциональные блоки, в которые входят пять плат, придает устройству такие качества, как универсальность и взаимозаменяемость, что, в свою очередь, улучшает ремонтопригодность устройства и позволяет производить его модернизацию, не меняя конструкцию корпуса и других компонентов.

Например, в случае необходимости замены вычислителя будет разработана новая версия платы вычислителя. Это позволит перейти на более мощный процессор и добавить новые возможности обработки данных или расширить набор доступных интерфейсов. В случае потребности применения новейших технологий в области позиционирования и связи потребуется замена только лишь платы радиомодуля. В условиях реального применения, модульная конструкция устройства позволяет повысить эффективность с экономической точки зрения, так как модернизация парка устройств, потребует значительно меньше затрат.

Кроме этого, для исключения возможности принудительного отключения питания устройства недобросовестным водителем либо в случае пропадания питания в результате аварийной ситуации в устройстве предусмотрена система бесперебойного питания. При пропадании питания система мониторинга будет способна продолжить отслеживание ситуации, передавать информацию на центральный сервер, и записывать телеметрию на встроенный носитель. Система бесперебойного питания автоматически переключается на бесперебойный источник в случае пропадания внешнего питания. Даже учитывая тот факт, что устройство будет полностью отключено от питания, центральный сервер продолжит получать видеоизображение с камеры, и информацию с внутренних датчиков, которые позволяют определить факт вскрытия корпуса, или выявить сильные удары по корпусу, записывая видеопоток, и передавая его на центральный сервер в момент появления инцидента. Емкость батареи выбирается в зависимости от необходимого времени работы.

Устройство собрано в компактном корпусе и в нем установлен мощный процессор. Сильный нагрев отдельных модулей или плат может привести к негативному воздействию на другие модули. Так камера и полупроводниковые ИК-диоды подвержены самому сильному негативному воздействию в условиях повышенной температуры. Повышение температуры приводит к повышению уровня шумов на изображении, полученном с матрицы камеры. Это может привести к ложным срабатываниям или, наоборот, может понизить чувствительность работы системы определения инцидентов. Проблема связана со строением и принципом работы сенсора видеокамеры. Для обеспечения стабилизации температурного режима и теплоизоляции камера содержит теплоизоляцию в виде подложки из пластика АБС, состоящей из двух контуров, внешнего и внутреннего, между которыми есть воздушное пространство, за счет чего обеспечивается дополнительная теплоизоляция за счет минимизации тепловых мостиков. Такая конструкция заметно снижает нагрев внутренней части, где производится крепление камеры. Данная технология позволяет исключить резкие перепады температуры на камере, при высоких требованиях по выделяемой мощности устройства, что также позволит повысить надежность работы и, соответственно, безопасность.

Далее решение поясняется ссылками на фигуры:

На фигуре 1 показан общий вид устройства.

На фигуре 2 - задняя крышка устройства.

Устройство содержит следующие элементы:

1 - корпус

2 - верхняя крышка

3 - передняя крышка

4 - задняя крышка

5 - плата питания и интерфейсов

6 - плата вычислителя

7 - плата радиомодуля

8 - плата ИК подсветки и сенсорного управления

9 - вычислитель

10 - крепеж для установки

11 - держатель для системной микро SD-карты

12 - держатель для клиентской микро SD-карты

13 - держатель микро-сим карты (на радиомодуле)

14 - камера

15 - система теплоотделения камеры.

Для взаимодействия устройства с внешним миром предусмотрены интерфейсы:

- GSM (связь по сетям 3g/4g)

- GPS/Глонасс

- WiFi

- Bluetooth (BLE)

- CAN

- K-Line

- RS-485

- 2 логических входа

- 4 логические входы/выходы 5-26В 4 шт

- Аналоговые входы (АЦП) 4 шт

- Камера контроля водителя (За ИК стеклом)

- USB

- LAN.

Для взаимодействия устройства с пользователем предусмотрены:

- 2 сенсорные кнопки на ИК стекле с противоположных его сторон;

- за ИК стеклом на передней панели устройства размещены:

- видеокамера;

- 2 светодиодных индикатора с противоположных сторон панели;

- 4 светодиодные лампы (по 2 с двух сторон видеокамеры) для подсветки лица;

- звуковой динамик для оповещения и взаимодействия с пользователем;

- микрофон для взаимодействия и общения пользователя.

В частности, металлический корпус может быть выполнен антивандальным алюминиевым и обеспечивает защиту от внешнего воздействия и выполняет функцию отвода тепла от вычислительных модулей. Степень защиты соответствует стандарту IP65.

Крепеж, выполненный в виде кронштейна, позволяет регулировать наклон устройства в диапазоне 60° по вертикали и 180° по горизонтали. Кронштейн монтируется на слой липкой ленты. Также в монтажной площадке может быть предусмотрено два отверстия для винтового крепления.

Прибор размещается на приборной панели автомобиля таким образом, чтобы обеспечить обзор водителя встроенной камерой.

В основной части корпуса имеются специализированные прорези, куда вставляются плата вычислителя и плата питания и интерфейсов, это позволяет прочно зафиксировать компоненты друг относительно друга, упрощает сборку и разборку устройства, а также повышает вибростойкость устройства. Платы соединяются промышленными штыревыми разъемами, выдерживающими удары и сильную вибрацию. Вычислитель устанавливается в разъем на плате вычислителя, и фиксируется втулками. Процессор вычислителя прижимается к корпусу при помощи специальной теплопроводящей прокладки, которая передает тепло на корпус, выступающий в роли пассивного радиатора. В горизонтальном направлении платы зажимаются между передней и задней крышками.

Плата радиомодуля соединяется с платой вычислителя с помощью двух разъемов и надежно закрепляется с помощью винтов. Разъемы антенн подключаются напрямую к радиомодулю с помощью высокочастотных разъемов, на плате радиомодуля расположено 3 разъема для подключения Wifi, Глонасс и GSM антенн.

В специальном углублении в передней металлической (в частности, алюминиевой) крышке монтируется плата ИК модуля и сенсорного управления, на которой расположены ИК-светодиоды, индикаторные светодиоды, сенсорные кнопки, антенны Wi-Fi и Bluetooth, а также ИК камера. На плате установлены штыревые разъемы, которые обеспечивают подключение к плате вычислителя. Передняя крышка крепится к основной части корпуса винтами, в результате чего соединение разъемов надежно фиксируется. Электронные компоненты, расположенные на плате ИК модуля и сенсорного управления закрываются ИК стеклом. Для предотвращения несанкционированного доступа доступ к элементам устройства, снятие стекла или передней крышки отслеживается датчиком.

На задней металлической (в частности, алюминиевой) крышке установлены два SMA-разъема для подключения внешних антенн GSM 16 и GPS 17, а также предусмотрены гермовводы 18 и 19 для двух шлейфов. С помощью первого шлейфа на устройство подается питание, а также производится подключение к транспортному средству посредством шин CAN, K-Line, RS-485. Второй шлейф обеспечивает подключение к аналоговым входам/выходам, а также к линиям АЦП для управления или считывания состояния различных сигналов. Крышка крепится винтами к основной части корпуса, в результате чего плата вычислителя и плата питания и интерфейсов надежно фиксируются.

Все стыки и соединения корпуса оборудованы специальными резиновыми вставками, которые обеспечивают пыле- и влагостойкость по стандарту IP54, а также создают термобарьер передней крышки, где установлена ИК-камера.

Устройство работает следующим образом. На плату питания и интерфейсов [5] подается внешнее питание. В результате запускаются источники и система бесперебойного питания, включающая LiPo аккумуляторные батареи [15]. При этом производится тестирование аккумуляторов, после чего, при необходимости, на них подается ток заряда. После питание подается на микроконтроллер, установленный на плате [5], который устанавливает режимы работы системы питания и ИК-подсветки платы [8]. Если все условия позволяют, подается питание на плату вычислителя [6] и включается вычислитель [9]. После подачи питания на вычислитель происходит загрузка операционной системы устройства с карты памяти, установленной в держатель SD-карты [11], и инициализация платы радиомодуля [7]. Устройство осуществляет попытки подключиться к центральной системе при помощи GSM, а также производит попытки определить свое местоположение, используя спутники Глонасс/GPS. После проведения процедуры инициализации, независимо от результатов, запускается система видеофиксации, которая осуществляет запись видеоизображения на карту памяти, установленную в держатель SD-карты [12], включается подсветка ИК, система контроля бдительности оператора или водителя, начинается опрос состояния транспортного средства, при помощи интерфейсов RS-485, CAN, K-Line, проходящих через шлейф подключения к транспортному средству.

Данные полученные в ходе работы устройства передаются на сервер диспетчерской службы. Диспетчер получает информационные сообщения об инцидентах с указанием типа инцидента и местоположения транспортного средства. В случае выявления факта потери бдительности или появления признаков аварийной ситуации, устройство оповещает оператора или водителя об этом при помощи звукового сигнала или при помощи вибромотора, установленного в сидении.

Таким образом, принципиальным отличием устройства дистанционного мониторинга, диагностики, выявления инцидентов и обеспечения безопасности при управлении транспортными средствами является возможность интерактивного взаимодействия с водителем, предупреждая его об опасных ситуациях в режиме реального времени, и диспетчера, а также устройство позволяет взаимодействовать диспетчеру с водителем.

При использовании патентуемого устройства обеспечивается:

Контроль бдительности водителя. Устройство отслеживает состояние глаз, мимику и направление взгляда. Когда система фиксирует состояние потери бдительности во время движения автомобиля (напр. взгляд направлен в сторону или глаза закрыты), раздается звуковой сигнал или (вспомогательно) вибросигнал. Информация о зафиксированном инциденте передается в диспетчерский центр.

Идентификация водителя. Устройство распознает лицо водителя и фиксирует начало рабочей смены и перерывы в работе (покидание кабины). Информация передается в диспетчерский центр для ведения учета рабочего времени. Система информирует об отклонениях в режиме труда и отдыха: опозданиях, переработках и др.

Интеллектуальная система анализа качества вождения. Система анализирует фактическую скорость автомобиля и данные от датчиков ускорения (интенсивность разгонов и торможений, а также резкие перестроения). При выявлении опасной манеры вождения система направляет предупреждение в диспетчерский центр с указанием временных меток.

Определение местоположения и направления движения. Информация о геолокации и направлении движения автомобиля передается в диспетчерский центр для контроля отклонений от заданного маршрута. При выявлении отклонений от маршрута уведомление направляется диспетчеру и водителю.

Контроль топлива. Сбор информации о фактическом уровне топлива (расход, заправки). Выявление случаев слива топлива.

Контроль температуры и влажности. Передача данных о температурном режиме и уровне влажности в рефрижераторе и кабине. Ведение истории изменений, представление параметров на графике.

Мониторинг работы внешнего оборудования. Устройство собирает информацию о перемещении оборудования специальной техники: движениях стрелы крана, подъеме ковша, положении отвала, работе щетки, поднятии кузова и др. Устройство ведет учет работы оборудования и передает данные на сервер.

Функция видеорегистратора. Возможность записи (непрерывная или событийная), привязка видеозаписей к геолокации или событиям, детектированным различными системами или датчиками (например, фиксация процесса опасного вождения).

Отслеживание неисправностей и сервисных интервалов. Анализ телеметрии и показаний датчиков автомобиля позволяет заранее предупредить о технических проблемах, начиная от падения напряжения бортовой сети, до анализа показателей потребления топлива, падения мощности двигателя.

Claims (2)

1. Устройство мониторинга состояния транспортного средства и водителя, характеризующееся тем, что выполнено в виде металлического корпуса с прорезями для крепления платы вычислителя с установленным в разъеме вычислителем и платы питания и интерфейсов, соединенных промышленным разъемом, плата питания и интерфейсов содержит источник бесперебойного питания, в корпусе также расположена плата радиомодуля, соединенная с платой вычислителя, на передней крышке корпуса размещена плата инфракрасного модуля и сенсорного управления, на которой расположены инфракрасные светодиоды, индикаторные светодиоды, сенсорные кнопки, антенны Wi-Fi и Bluetooth, а также инфракрасная камера, на задней крышке корпуса установлены два SMA-разъема для подключения внешних антенн GSM и GPS, и предусмотрены гермовводы для двух шлейфов, плата инфракрасного модуля и сенсорного управления выполнена с возможностью подключения к плате вычислителя, также в корпусе размещены датчик ускорения по трем осям и модуль определения местоположения по спутникам.

2. Устройство мониторинга состояния транспортного средства и водителя по п.1, характеризующееся тем, что камера содержит теплоизоляцию в виде подложки из пластика АБС, состоящая из двух контуров, внешнего и внутреннего, между которыми есть воздушное пространство.

Images