XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Надземный автоматизированный пешеходный переход для маломобильных граждан на базе конструктора LEGO WEDO 2.0

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Егоров П.Д. 1Долгов М.А. 1Скочин М.Р. 1Левченко А.А. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"

Тарасенко А.Н. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"

Работа в формате PDF

1.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Каждый день мы ходим в школу, в магазин или в гости и переходим дороги. Но задумывались ли вы, как перейти широкую улицу людям, которым трудно ходить? Это могут быть пожилые люди, мамы с тяжелыми колясками или люди на инвалидных креслах. Спускаться в подземный переход или подниматься по лестнице надземного моста для них — настоящая проблема, потому что не везде есть пандусы и лифты.

Мы считаем, что город должен быть удобным и безопасным абсолютно для всех, даже для тех, кто передвигается медленно. Поэтому мы решили придумать и собрать модель специального надземного перехода, который помогает маломобильным людям. В нашем проекте платформа перехода определяет, когда нужно остановиться и поднять человека, чтобы безопасно пересечь дорогу.

Для создания своей модели мы использовали конструктор LEGO WeDo 2.0. Он позволяет собирать движущиеся механизмы и программировать их.

Цель: Создать из конструкторского набора LEGO WeDo 2.0 роботизированную модель автоматизированного пешеходного перехода для маломобильных граждан.

Основные задачи нашего исследования включают:

1. Охарактеризовать пешеходные переходы города Тюмени.

2. Проанализировать обеспечение безопасности пешеходов на переходах, выделив преимущества надземных сооружений.

3. Исследовать доступность надземных пешеходных переходов для маломобильных групп населения города Тюмени.

4. Создать подъёмно-конвейерную систему для маломобильных граждан на базе LEGO WeDo 2.0 ;

5. Разработка программы для надземного пешеходного перехода;

Гипотеза: Если создать автоматизированную подъёмно-конвейерную систему, то она сможет обеспечить безопасный и доступный переход для маломобильных групп населения там, где обычные надземные переходы этой возможности не дают.

Глава 1. Пешеходные переходы города Тюмени: безопасность и доступность

1.1 Пешеходные переходы в городе Тюмень

Пешеходные переходы являются важной частью городской инфраструктуры Тюмени. Они обеспечивают безопасность людей при пересечении дорог. С развитием города и увеличением количества автомобилей роль переходов становится всё более значимой.

В Тюмени существуют три основных вида пешеходных переходов: наземные, подземные и надземные.

Самыми распространёнными являются наземные переходы, или так называемые «зебры». Они расположены прямо на проезжей части и обозначаются дорожной разметкой и знаками. Такие переходы можно увидеть на многих улицах города, например, на улице Володарского (Рисунок 1.1.1, Приложение), где насчитывается около 19 переходов. Это связано с тем, что улица является оживлённой и имеет большое количество учебных заведений и жилых домов.

Также много переходов находится на улице Комсомольской (Рисунок 1.1.2, Приложение) и улице Тургенева (Рисунок 1.1.3, Приложение).

С развитием технологий в Тюмени начали появляться современные переходы с подсветкой. Например, на улицах Советская и Луначарского установлены проекционные переходы, которые хорошо видны в тёмное время суток. (Рисунок 1.1.4, Приложение) Это помогает снизить количество дорожно-транспортных происшествий.

Подземные переходы используются на самых загруженных участках дорог. Один из примеров — район улицы Мельникайте (Рисунок 1.1.5, Приложение). Ранее там был наземный переход, но из-за большого количества машин его заменили на подземный. Это позволило повысить безопасность и уменьшить пробки [7].

Надземные переходы представляют собой мосты над дорогой. Они чаще всего строятся на трассах и объездных дорогах. В Тюмени такие переходы появляются по мере роста города и увеличения транспортного потока.

История развития пешеходных переходов в Тюмени делится на несколько этапов. В прошлом переходов практически не было, так как движение было слабым. В XX веке начали появляться первые «зебры» и светофоры. В 2000-х годах переходы стали активно развиваться, а в наше время внедряются современные технологии [4].

Несмотря на развитие, остаются проблемы: плохая видимость, аварийность и перегруженность дорог. Для их решения устанавливают подсветку, переносят переходы и строят новые [2][6].

Таким образом, пешеходные переходы в Тюмени постоянно совершенствуются и играют важную роль в обеспечении безопасности жителей города.

1.2 Обеспечение безопасности пешеходов на переходах города Тюмени: преимущества надземных сооружений

Безопасность пешеходов на улично-дорожной сети является одним из ключевых показателей качества городской среды. В крупных городах, каким является Тюмень, проблема наездов на пешеходов в зоне переходов сохраняет свою остроту, особенно на участках с интенсивным и высокоскоростным транспортным потоком [1] [7]. Традиционные наземные нерегулируемые переходы, а в ряде случаев и регулируемые («зебры» со светофорами), не всегда обеспечивают достаточный уровень защиты, поскольку сохраняется физический контакт пешехода с проезжей частью, а человеческий фактор (нарушение ПДД водителями или пешеходами) остается ведущей причиной ДТП.

В этой задачи надземные пешеходные переходы обладают рядом принципиальных преимуществ с точки зрения безопасности:

1. Полное разделение транспортных и пешеходных потоков. Пешеход физически не пересекает проезжую часть, что исключает риск наезда автомобиля. Это особенно важно на магистралях с высокой разрешённой скоростью (например, на улицах 50 лет ВЛКСМ, Мельникайте, Пермякова).

2. Отсутствие задержек транспорта и «ловушек видимости». В отличие от наземных переходов, где водитель может не заметить пешехода из-за погодных условий, стоящего рядом автомобиля или архитектурных элементов, надземный переход полностью выводит пешехода из поля зрения водителя до момента его безопасного подъёма на пролётное строение.

3. Снижение числа конфликтных точек. Надземный переход ликвидирует такие опасные явления, как выход пешехода на запрещающий сигнал светофора (экономия времени), выезд автомобиля на стоп-линию или «проскакивание» на жёлтый сигнал [4].

4. Защита от погодно-климатических факторов. В условиях тюменской зимы с гололёдом и снегопадами наземные переходы становятся зонами повышенного риска (увеличение тормозного пути автомобиля, падения пешеходов на скользкой «зебре»). Надземные переходы, оборудованные закрытыми галереями или остеклёнными лестничными сходами, снижают эти риски [1].

5. Организация безопасного движения без остановки транспортного потока. Надземные переходы особенно эффективны на многополосных дорогах, где частота переключения светофоров на наземных переходах провоцирует образование заторов и, как следствие, агрессивное поведение водителей (резкие старты и торможения, риск цепных столкновений)[6].

Однако, признавая высокий уровень безопасности надземных переходов для среднего пешехода, необходимо подчеркнуть, что эта безопасность не является универсальной. Основной недостаток данных сооружений — необходимость подъёма на высоту (преодоление лестничных маршей или пандусов), что создаёт барьеры для маломобильных групп населения. Таким образом, выбор между наземным и надземным переходом в городском планировании Тюмени — это не только инженерная, но и социальная дилемма: высокая безопасность движения вступает в противоречие с принципами доступной среды.

Тем не менее, в местах, где главное – полностью исключить риск наезда на пешехода (например, на скоростных магистралях, вылетных дорогах, в промышленных зонах), надземные переходы остаются самым надёжным и безопасным решением. В следующей части (параграф 1.3) мы рассмотрели, насколько удобны и доступны существующие надземные переходы Тюмени для всех людей, в том числе для тех, кому трудно подниматься по лестницам.

1.3 Анализ доступности надземных пешеходных переходов для маломобильных групп населения города Тюмени

Хочется обратить внимание на такой объект дорожной инфраструктуры как надземные пешеходные переходы (нпп) и на то как они приспособлены для маломобильных граждан города Тюмень. Для примера мной были взяты 3 участка города:

1) Локация- центр города, район «Галерея Вояж», район мост «Стрела». Огромная транспортная развязка, но не для маломобильных граждан. На данном отрезке пути есть подземный пешеходный переход, а также надземные пешеходные переходы (Рисунок 1.3.1). Как видно по фото данный участок не приспособлен для перехода маломобильных граждан [4,5]

2) Локация ул.Федюнинского (Рисунок 1.3.2).

Переместимся на улицу Федюнинского. Тут тоже стоит переход, практически ровесник своего собрата со Стрелы. Подняться по нему с коляской или с велосипедом тоже проблематично. Видимо, городские службы, отвечающие за этот переход, понимают это, поэтому везде поставили таблички, предупреждающие об опасности падения. Видать, решить причину падения невозможно. Лифта здесь тоже нет.

3) Локация Ново-Патрушево - мкр «Видный»

Район Ново-Патрушево с ЖК «Видный» связан только надземными переходами. (Рисунок 1.3.3.) Их наличие — настоящее спасение для тех, кому тяжело подниматься по лестницам.

Есть плавные подъемы для колесного транспорта, поэтому этим переходам стоит поставить только плюс. Но хотя бы можно пройти и проехать, в отличие от того, что через ж/д пути.

Наш город Тюмень, очень активно строится, развивается. Появляются новые пешеходные переходы, надземные, подземные. Они оснащаются вертикальными подъёмными платформами. Примером служит улица Мельникайте: Надземный пешеходный переход в районе ЖК «Москва» и ул. Плеханова. Мельникайте-30 Лет Победы(лифты) [5]. Мельникайте - Валерии Гнаровской (лифты)[5].

В нашем городе действует программа «Доступная среда», в её рамках на старых НПП устанавливаются вертикальные подъёмные платформы, тёплые тамбура лифтов, а ещё все будущие сооружения проектируются с учётом потребностей маломобильных граждан. Но нередко экономят на эксплуатации уже установленного оборудования, из-за чего платформы простаивают в нерабочем состоянии.

Анализ доступности надземных переходов Тюмени показал, что старые объекты (центр, ул. Федюнинского) недоступны для маломобильных граждан, а новые (Мельникайте) хотя и оснащены подъёмниками, но часто требуют вмешательства персонала. Выходом из ситуации может стать создание автоматизированного надземного пешеходного перехода с подъёмниками, работающими от датчиков.

Глава 2. Создание универсального надземного пешеходного перехода

2.1 Конструкция проекта и его функционал

В условиях постоянно растущей интенсивности дорожного движения проблема безопасности пешеходов становится одной из ключевых в развитии городской среды. Особенно остро она стоит для людей с ограниченными возможностями здоровья (ОВЗ), для которых стандартные наземные переходы часто оказываются непреодолимым препятствием. Именно для решения этой проблемы нашей командой был разработан инновационный проект — «Надземный автоматизированный пешеходный переход для маломобильных граждан на базе конструктора LEGO WEDO 2.0.» Мы использовали образовательный конструктор LEGO WEDO 2.0. Он позволил в миниатюре собрать настоящие инженерные механизмы: червячные и зубчатые передачи, программируемые смартхабы, датчики и т.д.

Наша основная задача – обеспечить быстрый и надежный переход через проезжую часть, минимизируя любые риски. Благодаря передовым технологиям дистанционного управления и анализу данных, наша система способна эффективно и безопасно доставлять пешеходов в пункт назначения, даже в условиях сложной городской среды. (Рисунок 2.1.1, Приложения).

В собранном и запущенном виде модель демонстрирует следующий полный цикл работы. Пешеход подходит к одному из подъёмников. Датчик движения фиксирует его присутствие и подаёт команду: конвейерная лента перехода начинает движение, а противоположный подъёмник останавливается в верхнем положении. Тот подъёмник, у которого стоит человек, получает команду на подъём. (Рисунок 2.1.2, Приложения) Платформа плавно поднимает пешехода на уровень надземного перехода. Как только достигнута нужная высота, человек переходит на движущуюся конвейерную ленту, которая без усилий перемещает его через дорогу (Рисунок 2.1.3, Приложения). На противоположной стороне его встречает второй подъёмник, который (управляемый датчиком наклона) начинает опускание (Рисунок 2.1.3, Приложения). После того как пешеход покидает подъёмник на уровне земли, система возвращается в исходное состояние, готовая к следующему циклу.

Все движения происходят мягко, без рывков и с постоянной скоростью. Отсутствие необходимости крутить педали, толкать коляску или спускаться по лестнице делает этот переход по-настоящему доступным для людей с любыми физическими возможностями — от родителей с детскими колясками до пожилых граждан и колясочников.

В нашем проекте надземного пешеходного перехода на базе конструктора LEGO WEDO 2.0, используется: 3 смартхаба, 3 мотора, 2 датчика (датчик наклона и датчик расстояния)

Таблица 2.1. – Механизмы:

Таблица 2.2. - Технические характеристики модели:

В нашем проекте используется два типа датчиков, каждый из которых отвечает за свою группу исполнительных механизмов. Этим мы наглядно показываем, что наши подъёмные лифты могут функционировать как от классического датчика движения (реагируя на присутствие человека), так и от датчика наклона (например, в режиме ручного управления или для специальных сценариев). Такая гибкость подчёркивает универсальность разработанной системы: она может быть адаптирована под любые условия эксплуатации и любые типы пультов управления.

Автоматизированный надземный переход создан для того, чтобы сделать передвижение маломобильных граждан более быстрым, безопасным и комфортным. Если такие переходы построят в реальных городах, то Тюмень и другие города станут по-настоящему доступными для всех — и для здоровых людей, и для маломобильных граждан.

2.2 Описание программы для надземного пешеходного перехода

Программа пешеходного перехода для малобильных граждан создана в среде LEGO WeDo 2.0. Программа начинает работать с кнопки Play (рисунок 2.2.1, приложение) и запускает первый подъёмник, который вращается по часовой стрелке. После того как датчик движения распознаёт, что кабина подъёмника с пешеходом встала на уровне конвейерной ленты, подъёмник останавливается и отправляет письмо для работы механизма конвейера. Алгоритм первой программы:

1. Запуск программы;

2. Мощность мотора (скорость 8);

3. Мотор против часовой стрелки;

4. Ожидание датчика движения (объект изменяет своё направление);

5. Мотор задаёт время 1 секунды;

6. Остановка мотора;

7. Отправка сообщения (конвейер);

После того как программа получила письмо «конвейер», запускается работа самого нашего надземного перехода, который работает как конвейерная лента:

1. Получение письма (конвейер);

2. Мощность мотора (скорость 4);

3. Мотор против часовой стрелки;

4. Мотор задаёт время 5 секунды;

Третья программа управляет вторым подъёмником для спуска и подъёма. В качестве пульта управления используется датчик наклона: наклон вперёд запускает вращение по часовые стрелке (движение вправо), наклон назад — против часовой стрелки (влево), для остановки подъёмника - положение (0) останавливает мотор. Описание третьей программы:

1. Запуск программы;

2. Цикл с отправкой письма (датчик наклона расположен горизонтально);

3. Получение письма с показателем (3): мотор крутиться по часовой стрелке;

4. Получение письма с показателем (9): мотор крутиться против часовой стрелки;

5. Получение письма с показателем (0): остановка мотора.

Разработанная в среде LEGO WeDo 2.0 программа обеспечивает полный цикл перемещения малобильных граждан: подъём на уровень конвейера, автоматическое движение ленты и управляемый спуск со второго подъёмника с помощью датчика наклона. Алгоритм включает три взаимодействующие программы, работающие по принципу передачи сигналов («писем»), что подтверждает возможность создания прототипа инклюзивного пешеходного перехода.

Заключение

В ходе работы над проектом нам удалось достичь поставленной цели: из конструкторского набора LEGO WeDo 2.0 создана работающая модель автоматизированного надземного пешеходного перехода для маломобильных граждан.

Почему это важно? Надземные переходы — самые безопасные, так как исключают контакт с проезжей частью. Но именно они наименее доступны для маломобильных граждан: пожилых, родителей с колясками, инвалидов-колясочников. Старые переходы в центре и на улице Федюнинского не имеют ни пандусов, ни лифтов. Новые (например, на Мельникайте) оснащены подъёмными платформами, но они часто ломаются или требуют вызова персонала. Парадокс: самый безопасный переход становится непреодолимым препятствием.

Мы предложили решение. Наша модель демонстрирует принципиально иной подход — полностью автоматизированную подъёмно-конвейерную систему. Пешеход заходит в кабину первого подъёмника. Датчик движения автоматически определяет, когда кабина достигла уровня конвейерной ленты, и останавливает механизм. Затем конвейерная лента перемещает пешехода над проезжей частью. После этого пользователь самостоятельно управляет спуском с помощью простого датчика наклона — наклонил вперёд и поехал вниз, наклонил назад — поехал обратно, вернул в горизонтальное положение — остановился. Никакого вызова персонала, никаких кнопок — просто и интуитивно понятно.

Гипотеза полностью подтвердилась. Созданная автоматизированная система действительно способна обеспечить безопасный и доступный переход там, где обычные надземные переходы этой возможности не дают. Модель доказывает, что технология уже существует, она не требует сложных и дорогих решений — достаточно грамотно скомбинировать подъёмные механизмы, конвейерную ленту и простые датчики.

Практическая ценность проекта заключается в том, что разработанный алгоритм может быть масштабирован и использован при проектировании реальных надземных переходов в Тюмени и других городах. Это не фантастика — это инженерное решение, собранное из детских конструкторов, но работающее по взрослым принципам. Если такую систему можно собрать из LEGO, значит, её можно построить и в реальности. А значит, городская среда действительно может стать доступной для всех.

Список использованных источников

1. АиФ – Тюмень. В Тюменской области стало меньше ДТП на пешеходных переходах [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://tmn.aif.ru/society/v-tyumenskoy-oblasti-stalo-menshe-dtp-na-peshehodnyh-perehodah 

2. Единая Россия. Предварительное голосование: Тюменский железнодорожный вокзал изменился благодаря Народной программе [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://pg.er.ru/candidate/12841/events/671 

3. BiCoTender. Тендер: Выполнение работ по техническому обслуживанию вертикальной подъемной платформы для инвалидов по адресу: г. Тюмень, ул. Мельникайте, д. 74 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.bicotender.ru 

4. Портал СМИ Тюменской области. Решение лежало на поверхности [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://tyumedia.ru/289732.html 

5. МегаТюмень. Жителям Мелиораторов станет удобнее перемещаться по району [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://megatyumen.ru/obshestvo/zhitelyam-meliartorov-stanet-udobnee-peremeshatsya-po-rajonu/ 

6. Тюменская линия. Новый пешеходный переход открыли на Московском тракте Тюмени [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://t-l.ru/379717.html 

7. АиФ – Тюмень. Госавтоинспекция взяла под контроль опасные пешеходные переходы [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://tmn.aif.ru/society/gosavtoinspekciya-vzyala-pod-kontrol-opasnye-peshehodnye-perehody 

ПРИЛОЖЕНИЯ