НИР «Приоритетный проезд»

НИР по теме: «Разработка экспериментального образца аппаратно-программной платформы предоставления приоритетного проезда регулируемых перекрестков для общественного, грузового и специального транспорта» (шифр «Приоритетный проезд»).

Выполнение научно-исследовательской работы по государственному контракту № П33-1-26/9 от «15» июня 2020 г., заключенного с Россвязью (Минцифры России) в рамках национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации».

Научный руководитель: Владыко А.Г., к.т.н.

Этапы выполнения НИР:

• Этап № 1: с 15.06.2020 по 30.09.2020;
• Этап № 2: с 01.10.2020 по 15.12.2020;
• Этап № 3: с 01.01.2021 по 14.12.2021;
• Этап № 4: с 01.01.2022 по 12.12.2022.

На Этапе № 1 «Выбор направлений исследований» в период с 15.06.2020 по 30.09.2020 выполнялись следующие работы:

   1.1. Исследование перспективных технологий цифровизации городского хозяйства для формирования экосистемы "Умного города" в части аппаратно-программной платформы предоставления приоритетного проезда транспорта.

   1.2. Патентные исследования по оценке научно-технического уровня платформенных решений предоставления приоритетного проезда транспорта.

   1.3. Исследование вариантов системотехнических решений кооперативных технологий высокоточной навигации и связи транспортных средств. 

В ходе выполнения Этапа № 1 проекта получены следующие основные результаты:

По результатам исследования перспективных технологий выявлена необходимость проработки и регламентации технологии V2X в части приоритетного проезда транспорта, что отражается на сущности гармонизации нормативно-правовых актов Российской Федерации и дополнительном вкладе в Исследовательской комиссии МСЭ-Т по применению протоколов V2X.

По результатам патентных исследований подтверждено отнесение системотехнических решений кооперативных технологий высокоточной навигации и связи транспортных средств к наиболее перспективному направлению интеллектуальных транспортных систем, а также получена всесторонняя оценка технического уровня существующих объектов интеллектуальной собственности и выявлены целесообразные направления по возможным системотехническим решениям в соответствии с требованиями Технического задания, с дальнейшим проведением патентных исследований на последующих этапах НИР.

По результатам рассмотрения и исследования вариантов системотехнических решений кооперативных технологий высокоточной навигации и связи транспортных средств выявлены наиболее рациональные к применению решения по требованиям Технического задания.

Публикации по результатам выполнения первого этапа:

1) Владыко А.Г., Мутханна А.С., Кучерявый А.Е. Метод выгрузки трафика в V2X/5G сетях на основе системы граничных вычислений // Электросвязь. 2020. № 8. С. 24-30 (перечень ВАК).

2) Elagin V., Spirkina A., Buinevich M., Vladyko A. Technological Aspects of Blockchain Application for Vehicle-to-Network // Information (Switzerland), 2020, 11, 10 (WoS, Scopus).

На Этапе № 2 «Теоретические и экспериментальные исследования системотехнических решений» в период с 01.10.2020 по 15.12.2020 выполнялись следующие работы:

   2.1. Исследование вариантов системотехнических решений по построению аппаратно-программной платформы предоставления приоритетного проезда транспорта на основе технологий кооперативной связи и высокоточной навигации.

   2.2. Выбор и обоснование базового варианта построения аппаратно-программной платформы предоставления приоритетного проезда транспорта.

В ходе выполнения Этапа № 2 проекта получены следующие основные результаты:

По результатам исследований вариантов системотехнических решений построения аппаратно-программной платформы (АПП) выявлены основные преимущества и противоречия существующих решений для адаптивных систем управления в части используемых моделей прогнозирования и оптимизации, а также стоимостных и эксплуатационных показателей. Определено перспективное системотехническое решение применимое для V2X-технологии в части виртуализации инфраструктуры, а также оптимизации режимов работы и обеспечение безопасности дорожного движения. Разработаны модели и проведены имитационные исследования распространения радиоволн кооперативной связи АПП в условиях реальной городской застройки и оценка точности позиционирования транспортных средств (ТС) при маневрах на перекрестке. Результаты имитационного моделирования подтверждают возможность проведения натурных испытаний в условиях плотной городской застройки. Выявлено соответствие системотехнических решений требованиям технического задания по условиям эксплуатации, в части кооперативных технологий связи и высокоточной навигации транспортных средств, а также в части сценариев кластеризации и элементов системы помощи водителю.

В результате выбора и обоснование базового варианта построения АПП определены требования к базовому варианту с учетом вида транспорта, количества ТС под приоритетом, взаимодействия с участниками движения, а также дополнительных сервисов. Выявлены наиболее рациональные к применению решения по требованиям технического задания. Разработаны частные решения базового варианта АПП по сценарию работы, коммуникационной V2X-модели и модулю вычисления местоположения. Выбраны инфраструктурные решения, требуемые для построения базового варианта АПП и управляющие алгоритмы при его реализации. Уточнена структура и требуемое программно-аппаратное обеспечение базового варианта АПП. Обоснован состав закупаемых комплектующих изделий для построения базового варианта АПП.

По результатам 2 этапа выявлена необходимость дальнейших работ по разработке конструкторско-технологических и программно-алгоритмических решений по созданию экспериментального образца аппаратно-программной платформы предоставления приоритетного проезда транспорта на основе технологий кооперативной связи и высокоточной навигации.

Публикации по результатам выполнения второго этапа:

1) Lytaev M., Borisov E., Vladyko A. V2I Propagation Loss Predictions in Simplified Urban Environment: A Two-Way Parabolic Equation Approach // Electronics, 2020, 9, 12, 2011 (WoS Q2, Scopus Q2).

2) Shestakov A.V., Pletnev Y.A., Frolova K.A. Data Updating Models for Priority Vehicles // 12th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT), 2020, pp. 325-330 (WoS, Scopus).

3) Фокин Г.А., Владыко А.Г. Позиционирование транспортных средств в сверхплотных сетях радиодоступа V2X/5G с использованием расширенного фильтра Калмана // Труды учебных заведений связи. 2020. Т. 6. № 4. С. 43‒57 (перечень ВАК).

Этап 3. «Теоретические и экспериментальные исследования конструкторско-технологических и программных решений» в период с 01.01.2021 по 14.12.2021 выполнялись следующие работы:

3.1. Разработка системотехнических решений по построению экспериментального образца аппаратно-программной платформы предоставления приоритетного проезда транспорта и проведению экспериментальных исследований.

3.2. Разработка конструкторско-технологических решений по созданию экспериментального образца аппаратно-программной платформы предоставления приоритетного проезда транспорта на основе технологий кооперативной связи и высокоточной навигации.

3.3.Разработка программно-алгоритмических решений по аппаратно-программной платформе предоставления приоритетного проезда транспорта.

3.4. Разработка программно-методического обеспечения экспериментальных исследований экспериментального образца аппаратно-программной платформы предоставления приоритетного проезда транспорта.

В ходе выполнения Этапа № 3 проекта получены следующие основные результаты:

В результате разработки системотехнических решений выявлено соответствие разработанных решений требованиям технического задания по условиям эксплуатации, в части кооперативных технологий связи и высокоточной навигации транспортных средств.

В результате разработки конструкторско-технологических решений выпущена эскизная конструкторская документация и изготовлен экспериментальный образец, соответствующий требованиям технического задания.

В результате разработки программно-алгоритмических решений выпущена документация на программное обеспечение экспериментального образца, протестирована работоспособность аппаратно-программной платформы.

В результате разработки программно- методического обеспечения выпущена программа и методика экспериментальных исследований, соответствующая требованиям технического задания в части проверки функциональных и эксплуатационных характеристик экспериментального образца. По результатам выполнения этапа выявлена необходимость дальнейших работ по постановке и проведению экспериментальных исследований экспериментального образца аппаратно-программной платформы.

Публикации по результатам выполнения третьего этапа:

1) Владыко А. Г., Хакимов А. А., Мутханна А. С., Кучерявый А. Е. Исследование мультисервисных приложений V2X-сети // Электросвязь. – 2021. – № 7. – С. 17–22.

2) Fokin G., Vladyko A. Vehicles Tracking in 5G-V2X UDN using Range, Bearing and Inertial Measurements // 13th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT) – 2021. P. 137-142.

3) Фокин Г. А., Владыко А. Г. Позиционирование транспортных средств с комплексированием дальномерных, угломерных и инерциальных измерений в расширенном фильтре Калмана // Труды учебных заведений связи. – 2021. – Т. 7. – № 2. С. 51‒67.

4) Buinevich M., Spirkina A., Elagin V., Tarakanov S., Vladyko A. V2X-based Intersection Priority Management // 2021 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications – 2021. P. 1–7.

Этап 4. «Экспериментальные исследования разработанных решений. Обобщение и оценка результатов исследований» в период с 01.01.2022 по 12.12.2022 выполнялись следующие работы:

4.1. Проведение экспериментальных исследований экспериментального образца аппаратно-программной платформы предоставления приоритетного проезда транспорта.

4.2. Корректировка конструкторско-технологических и программно-алгоритмических решений по созданию экспериментального образца аппаратно-программной платформы предоставления приоритетного проезда транспорта.

4.3. Разработка и отправка заявительных документов для регистрации программного обеспечения аппаратно-программной платформы предоставления приоритетного проезда транспорта.

4.4. Разработка технических предложений по разработке аппаратно-программной платформы предоставления приоритетного проезда транспорта на основе технологий кооперативной связи и высокоточной навигации.

4.5. Разработка технических предложений по подготовке вклада к рассмотрению в Исследовательской комиссии МСЭ-Т по применению протоколов V2X.

В ходе выполнения Этапа № 4 проекта получены следующие основные результаты:

В результате проведения экспериментальных исследований доказана функциональность экспериментального образца, его соответствие техническим требованиям технического задания.

По результатам экспериментальных исследований выполнены все необходимые доработки ЭО АПП, произведена корректировка технической и программной документации.

По результатам выполнения НИР, на основе технических предложений, выявлена необходимость дальнейших работ по постановке и проведению ОКР по разработке аппаратно-программной платформы предоставления приоритетного проезда транспорта.

Результаты интеллектуальной деятельности полученные в ходе выполнения НИР:

1. Фокин Г.А., Владыко А.Г. Программный модуль для позиционирования подвижного объекта с комплексированием дальномерных и угломерных измерений в расширенном фильтре Калмана. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2022611524. 2022.

2. Фокин Г.А., Владыко А.Г. Программный модуль для позиционирования транспортных средств с комплексированием дальномерных, угломерных и бортовых инерциальных измерений в расширенном фильтре Калмана. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2022611525. – 2022.

3. Владыко А.Г., Тараканов С.А., Абубакиров И.Э., Елагин В.С. Программный модуль управления V2Х-сети для систем приоритетного проезда. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2023612129. – 2023.

Перечень вкладов, поданных в Исследовательскую комиссию №16 МСЭ-Т для международной стандартизации

1. Borodin A., Vladyko A., Muthanna A., Volkov A., Elagin V. ITU-T F.DVMSF-Edge. Distributed vehicular multimedia services framework for V2X based edge computing. ITU-T SG 16 Contribution 147. ITU. 2022. URL: https://www.itu.int/md/T22-SG16-C-0147/en

Публикации по результатам выполнения четвертого этапа:

1. Плотников П.В., Владыко А.Г. Минимизация задержек при взаимодействии граничных устройств с использованием кластеризации в сетях VANETs // Труды учебных заведений связи. 2022. Т. 8. № 2. С. 6–13 (ВАКК1).

2. Vladyko A., Muthanna A., etc. Seamless Handover Scheme for MEC/SDN-Based Vehicular Networks // Journal of Sensor and Actuator Networks, 2022, 11, 9 (WoS, Scopus Q1).

3. Vladyko A., Elagin V., Spirkina A. Muthanna A. Distributed Edge Computing with Blockchain Technology to Enable Ultra-Reliable Low-Latency V2X Communications // Electronics, 2022, 11, 173 (WoS Q3, Scopus Q2).

4. Pomogalova A.V., Donskov E.A., Elagin V.S., Vladyko A.G. Blockchain Technologies for Validation of Priority Vehicles in ITS // Intelligent technologies and electronic devices in vehicle and road transport complex (TIRVED-2022), 2022 (Scopus).

5. Pomogalova A. V., Donskov E. A., Elagin V. S., Vladyko A. G. Methods for Evaluating Network Characteristics on Blockchain-V2X System Nodes // Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications, 2022 (Scopus).