XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Глава 1. Общие сведения

1. 1. Пешеходные переходы: виды, особенности

Пешеходный переход — это специально обозначенный участок проезжей части, предназначенный для перехода пешеходов на другую сторону дороги (Рисунок 1.1.1, Приложение).

По способу расположения относительно проезжей части переходы делятся на три основных типа:

• Наземные пешеходные переходы — располагаются непосредственно на уровне проезжей части и обозначаются дорожной разметкой «зебра».

• Подземные пешеходные переходы — проходят под землей в виде тоннеля, полностью исключают контакт пешехода с транспортом.

• Надземные пешеходные переходы — представляют собой мосты над проезжей частью.

По способу регулирования переходы делятся на:

• Регулируемые — оборудованы светофором, работающим по расписанию или по требованию (кнопка вызова).

• Нерегулируемые — не имеют светофора, водитель обязан уступить дорогу пешеходу по Правилам дорожного движения.

Наиболее распространенными в Тюменской области являются наземные пешеходные переходы. Именно они чаще всего становятся местами дорожно-транспортных происшествий (Рисунок 1.1.2, Приложение).

1. 2. Проблемы безопасности на пешеходных переходах

Представьте: человек просто переходит дорогу по «зебре», а его может сбить машина, и так происходит слишком часто. Особенно остро проблема безопасности на пешеходных переходах стоит в Тюмени. На регулируемых переходах водители иногда едут на красный свет. На нерегулируемых переходах — не успевают заметить пешехода (Рисунок 1.2.1, Приложение).

Основные проблемы безопасности:

На нерегулируемых переходах:

• Водители часто не снижают скорость перед переходом.

• В темное время суток и в плохую погоду пешеход становится плохо видимым.

• Отсутствует дополнительная сигнализация о присутствии пешехода.

• Пешеходы переходят дорогу, не убедившись в безопасности.

На регулируемых переходах:

• Водители проезжают на желтый или только что загоревшийся красный сигнал светофора.

• Пешеходы начинают переход на мигающий зеленый или даже на красный сигнал.

• Отключение светофоров в ночное время на некоторых переходах.

По данным ГИБДД, значительная часть ДТП с участием пешеходов происходит именно на пешеходных переходах. Основные причины — превышение скорости, недостаточная видимость и низкая дисциплина участников движения.

1. 2. Способы повышения безопасности на пешеходных переходах

Для решения перечисленных проблем применяются различные технические решения (Рисунок 1.3.1, Приложение):

Традиционные способы:

1. Установка искусственных неровностей («лежачих полицейских») перед переходом.

2. Дополнительное освещение зоны перехода в темное время суток.

3. Использование световозвращающих элементов на дорожных знаках и разметке.

Современные интеллектуальные системы:

1. «Мигающая зебра» — яркие светодиодные панели, вмонтированные в асфальт, которые включаются при приближении пешехода.

2. «Умная арка» — конструкция над переходом с датчиками движения и предупреждающими табличками для водителей.

3. Адаптивные светофоры — изменяют режим работы в зависимости от плотности пешеходного потока.

4. Звуковые сигналы — для слабовидящих пешеходов.

Для решения проблемы у нас было несколько вариантов (например, «мигающая зебра» и «звуковой сигнал»). Но вместе мы остановились на одном надёжном и умном решении. Мы предлагаем систему «Безопасный переход», которая защищает пешеходов по-разному: на нерегулируемых переходах — умная арка, на регулируемых — динамическая платформа.

Глава 2. Экскурсии и изучение опыта

В рамках работы над проектом «Безопасный переход» были организованы две экскурсии для изучения практического опыта.

2. 1. Экскурсия на автодром автошколы «Главная дорога» (г. Тюмень)

Первая экскурсия состоялась на автодром автошколы «Главная дорога» в городе Тюмени. Целью экскурсии было изучение поведения водителя и пешехода на пешеходных переходах. Экскурсию проводил инструктор автошколы.

В ходе экскурсии каждый член нашей команды смог попробовать себя в роли водителя. Нам рассказали об основах управления автомобилем: как водитель видит дорогу, как сложно вовремя заметить пешехода, особенно в условиях плохой видимости. Мы сами посидели за рулём и увидели, как сложно водителю вовремя заметить пешехода (Рисунок 2.2, Приложение).

Инструктор показал нам, как меняется тормозной путь автомобиля в зависимости от скорости и погодных условий. Оказалось, что даже при скорости 40 км/ч автомобиль не может остановиться мгновенно, и если пешеход внезапно вышел на дорогу, аварии не избежать.

Также нам продемонстрировали, как работает светофор на регулируемом переходе и как важно соблюдать сигналы светофора и пешеходам, и водителям.

Эта экскурсия помогла нам лучше понять проблему безопасности на пешеходных переходах и подтвердила необходимость создания дополнительных систем предупреждения.

2. 2. Экскурсия на кафедру автомобильных дорог ТИУ (г. Тюмень)

Вторая экскурсия была организована на кафедру автомобильных дорог и аэродромов Тюменского индустриального университета (ТИУ). Экскурсию провел заведующий кафедрой (Рисунок 2.3, Приложение).

В ходе экскурсии мы узнали:

• Как сегодня строят умные и безопасные дороги.

• Какие современные технологии используются для защиты пешеходов на переходах.

• Какие требования предъявляются к обустройству пешеходных переходов в Тюменской области.

Сотрудники кафедры рассказали нам об экспериментальных проектах «умных» пешеходных переходов, которые уже тестируются в разных городах России. Нам показали макеты таких переходов с подсветкой «зебры» и датчиками движения.

Мы также посетили музей ТИУ, где узнали об истории развития университета и дорожного строительства в Тюменской области.

Полученные знания мы использовали при создании нашего проекта «Безопасный переход».

Глава 3. Модель проекта «Безопасный переход» на базе конструктора LEGO WeDo 2.0

3.1. Конструкция, функционал и механические передачи проекта

После ознакомления с общей информацией и посещения экскурсий мы с командой перешли к созданию проекта. Мы назвали наш проект «Безопасный переход».

В нашем проекте представлены: обязательные базовые модели — светофор и автомобиль, дорога с двумя пешеходными переходами (регулируемым и нерегулируемым), а также объекты дорожной инфраструктуры (Рисунок 3.1.1, Приложение).

Функционал модели:

Система защищает пешеходов по-разному:

На нерегулируемом переходе работает умная арка — когда пешеход подходит, она предупреждает водителей с помощью подвижных цветных табличек.

На регулируемом переходе работает динамическая платформа, которая преграждает путь автомобилям на красный свет и поднимает пешеходов, делая их заметнее.

Конструкция умной арки (нерегулируемый переход):

Арка установлена над нерегулируемым пешеходным переходом. На арке закреплен датчик движения, который обнаруживает приближающихся пешеходов. Внутри арки расположены подвижные цветные таблички (предупреждающие знаки), которые выдвигаются при приближении пешехода (Рисунок 3.1.2, Приложение).

Конструкция динамической платформы (регулируемый переход):

Платформа установлена на регулируемом пешеходном переходе. Она поднимается при красном сигнале светофора, делая пешеходов более заметными для водителей, и опускается после того, как пешеходы перешли дорогу (Рисунок 3.1.3, Приложение).

Механические передачи проекта:

В нашем проекте используются следующие механизмы (Таблица 1):

Таблица 1 — Описание механических передач

Конструктивные модели	Механизмы	Описание
Умная арка (нерегулируемый переход)	Ременная передача, повышающая зубчатая передача, реечная передача (Рисунок 3.1.4, Приложение)	Обеспечивают выдвижение цветных предупреждающих табличек при приближении пешехода. Реечная передача преобразует вращательное движение в поступательное для выдвижения табличек.
Светофор (регулируемый переход)	Зубчатая понижающая передача, коническая передача под углом 90 градусов (Рисунок 3.1.5, Приложение)	Обеспечивают поворот светофора. Коническая передача меняет направление вращения на 90 градусов.
Динамическая платформа	Реечная передача, коническая передача, червячная передача (Рисунок 3.1.6, Приложение)	Поднимают и опускают платформу. Червячная передача обеспечивает самоторможение (платформа не опускается сама по себе).
Автомобиль	Механизм лебедка (Рисунок 3.1.7, Приложение)	Обеспечивает движение автомобиля по дороге.

Наш проект автоматизирован и запрограммирован в среде LEGO WeDo 2.0. В проекте используются 4 мотора, 3 смарт-хаба, датчик наклона и датчик движения (расстояния).

3.2. Управление моделью при помощи программного обеспечения LEGO WeDo 2.0

После завершения строительства нашего проекта мы приступили к созданию программы в приложении LEGO WeDo 2.0 (Рисунок 3.2.1, Приложение). Наш проект полностью автоматизирован. Программы запускаются друг за другом благодаря блокам «передать письмо» и «получить письмо».

Таблица 2 — Программы для управления моделями проекта

Название программы	Описание программы
Движение автомобиля	Программа запускается нажатием клавиши «цифра 1». Мотор автомобиля включается со средней мощностью. Автомобиль движется вперед до тех пор, пока датчик движения не заметит пешехода.
Умная арка (нерегулируемый переход)	Программа запускается одновременно с первой программой нажатием клавиши «цифра 1». Когда датчик движения замечает пешехода, мотор включается на 1 секунду в одну сторону (выдвижение цветных табличек). Затем программа ждет, когда датчик не будет реагировать на пешеходов (пешеходы прошли). После этого мотор включается в обратную сторону на 1 секунду (таблички убираются). После этого программа передает сразу три письма с помощью блока «передать письмо» для запуска программ 3, 4 и 5.
Светофор (регулируемый переход)	Программа запускается после получения письма 1 от программы 2. Мотор светофора включается со средней мощностью на 0,5 секунды в одну сторону (поворот светофора на красный сигнал).
Движение автомобиля (продолжение)	Программа запускается после получения письма 2 от программы 2. Мотор автомобиля снова включается со средней мощностью. Автомобиль движется в течение 5 секунд (проезжает переходы), затем останавливается.
Динамическая платформа	Программа запускается после получения письма 3 от программы 2. Когда датчик наклона, встроенный в светофор, принимает любое положение (светофор повернулся), запускается мотор на 1 секунду в одну сторону — платформа поднимается. Затем блок ожидания на 4 секунды (пешеходы переходят дорогу). После этого мотор включается в другую сторону на 1 секунду — платформа опускается. После этого программа отправляет письма к программам 4 и 6 (для завершения работы).
Светофор (завершение работы)	Программа запускается после получения письма от программы 5. Мотор светофора включается в обратную сторону на 0,5 секунды (светофор возвращается в исходное положение — зеленый сигнал).

После сборки и программирования мы протестировали наш проект. Все механизмы и программы работали корректно:

1. Автомобиль начинал движение и останавливался перед переходом при обнаружении пешехода.

2. Умная арка выдвигала предупреждающие таблички, когда пешеход приближался, и убирала их после того, как пешеход прошел.

3. Светофор поворачивался на красный сигнал.

4. Динамическая платформа поднималась на 4 секунды, а затем опускалась.

5. Автомобиль продолжал движение и благополучно проезжал переходы.

Таким образом, наш проект «Безопасный переход» решает ключевую проблему безопасности на переходах в Тюменской области сразу на двух типах перекрёстков. Умная арка защищает пешеходов на нерегулируемых переходах, а динамическая платформа усиливает безопасность на регулируемых.

Заключение

В результате нашей работы над проектом мы успешно выполнили следующие задачи:

1. Изучили виды пешеходных переходов и их особенности.

2. Выяснили основные проблемы безопасности на регулируемых и нерегулируемых переходах.

3. Узнали о современных способах повышения безопасности.

4. Посетили две экскурсии: на автодром автошколы «Главная дорога» (увидели, как сложно водителю заметить пешехода) и в ТИУ (узнали, как строят умные дороги).

5. Создали проект «Безопасный переход» на базе конструктора LEGO WeDo 2.0.

6. Разработали программу для автоматизации работы системы.

В нашей работе были использованы следующие механизмы: ось, ременная передача, зубчатая передача (повышающая и понижающая), реечная передача, коническая передача (под углом 90 градусов), червячная передача, механизм лебедки.

Если ставить такие системы на реальные дороги, можно предотвратить множество аварий и спасти жизни.

Список используемой литературы и интернет-источники

1. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;

2. 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;

3. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. — СПб.: Наука, 2013. — 319 с.;

4. Правила дорожного движения Российской Федерации (с изменениями на 2025 год). — М.: Эксмо, 2025.

Интернет-источники:

5. Автошкола «Главная дорога» (г. Тюмень). — Официальный сайт: https://glavdor.pro/;

6. Тюменский индустриальный университет (ТИУ), кафедра автомобильных дорог и аэродромов. — Официальный сайт: https://tyuiu.ru;

7. Официальныйсайт LEGO Education WeDo 2.0: https://education.lego.com/ru-ru/product/wedo-2;

8. Статистика ДТП на пешеходных переходах в Тюменской области. — Сайт ГИБДД МВД России по Тюменской области: https://гибдд.рф.