АННОТАЦИЯ 2
Введение 6
1. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И РЕШЕНИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ
КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ человека 8
1.1 Анализ состояния и проблем в велосипедной инфраструктуре 8
1.1.1 Зарубежный опыт в развитии велосипедного движения 8
1.1.2 Российский опыт 12
1.1.3 Проблемы и пути повышения привлекательности велотранспорта .... 13
1.2 Существующие решения в области аналитических систем для
велосипедиста 15
1.2.1 Велокомпьютеры 17
1.2.2 Мотор-колесо 19
1.3 Функциональные требования, предъявляемые к системе 20
1.4 Обоснование необходимости разработки и внедрения системы 21
1.5 Выводы. Цель и задачи работы 24
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ 26
2.1 Концептуальная модель взаимодействия модулей 26
2.2 Функциональное моделирование предметной области с
использованием методологии IDEF 27
2.3 Проектирование Базы Данных 30
2.3.1 Создание логической модели данных 30
2.3.2 Создание физической модели данных 31
2.3.3 Выбор системы управления базой данных 33
2.3.4 Аппаратное и программное обеспечение 34
2.3.5 Данные и процедуры 35
2.3.6 Обоснование выбора СУБД Access 36
2.3.7 Реализация базы данных 37
2.4 Построение структуры нейронной сети WTA 38
2.5 Процесс обучения нейронной сети WTA 39
2.6 Описание модели разрабатываемой информационной системы с
использованием методологии UML 42
2.7 Выводы по главе 45
3. РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ 46
3.1 Структура информационной системы 46
3.2 Описание программных модулей системы 47
3.3 Создание первоначальной выборки 51
3.4 Расчет первоначальных весов 53
3.5 Описание интерфейса программы 54
3.6 Выводы по разделу 57
4. ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ 58
4.1 Виды информационных рисков и методы защиты от них 58
4.1.1 Этапы процесса управления рисками 59
4.1.2 Организация защиты информации 61
4.2 Расчет уровня уязвимости системы контроля усталости водителя и
вероятности возникновения информационных угроз 62
4.2.1 Идентификация угроз 62
4.2.2 Идентификация уязвимостей 62
4.2.3 Расчет уровня уязвимости системы 63
4.3 Выводы по главе 65
5. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ 66
5.1 Расчет экономической эффективности системы 66
5.2 Прогноз социально-экономического эффекта для г.Набережные
Челны и государства 67
5.3 Прогноз экологической эффективности 69
5.4 Прогноз улучшения здоровья людей 72
Лучше всего для этих целей подходят виды спорта, тренирующие выносливость, например, езда на велосипеде 72
5.5 Выводы по главе 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 74
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 75
Выпускная квалификационная работа посвящена разработке интеллектуальной системы управления смарт-велосипедом.
Следствием динамичного роста автомобильной отрасли, приводящего к росту автомобилизации, является множество проблем, связанных с воздействием на окружающую среду и на человека. Многие транспортные сети не справляются с потоком автотранспорта, оказывающего негативное воздействие на окружающую среду, в городах появляется смог, негативно сказывающийся на здоровье жителей. Кроме того, использование личного автомобиля приводит к снижению физической активности людей, вызывая рост сердечно-сосудистых и ряда других заболеваний. Для решения этих проблем необходим переход к более эффективным способам перемещений с точки зрения использования дорожного пространства и воздействия на окружающую среду. Во многих странах для решения обозначенных проблем создают инфраструктуру для пешеходов и велосипедистов. Государствами предпринимаются меры для популяризации пешей ходьбы и велотранспорта. Для этого необходимо сделать велосипед доступный для людей различных возрастов, телосложения и физических возможностей.
Цель работы - проектирование «умного» велосипеда, управление которым осуществляется с помощью интеллектуальной системы в зависимости от состояния велосипедиста и внешних условий.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
• Анализ проблем в области использования велотранспорта;
• Анализ способов определения состояния человека в различных условиях, в том числе при езде на велосипеде;
• Изучение особенностей получения данных с датчиков о состоянии человека;
• Изучение особенностей поведения мотора-колеса;
• Разработка алгоритма отклика системы на данные, получаемые с датчиков.
Научная новизна заключается в:
• Разработке метода оценивания состояния велосипедиста во время движения;
• Выявление связи между изменениями состояния велосипедиста, состоянием окружающей среды и дороги;
• Разработке метода предотвращения аварийных ситуаций на дороге связанных с велосипедом.
Анализ существующих решений показал, что имеющиеся системы контроля усталости велосипедиста не могут адекватно оценивать состояние водителя и внешней среды и правильно реагировать на его действия и изменения показателей. Это связано с тем, что не существует систем использующих множество показателей и при этом подключенных к мотор- колесу. В связи с этим, на данный момент является актуальным разработка интеллектуальной системы управления смарт-велосипедом, которая сможет отслеживать, собирать данные, анализировать их и адекватно реагировать на изменение показателей велосипедиста и его состояние, а также на внешние показатели.
В выпускной квалификационной работе разработаны алгоритмы работы системы контроля усталости велосипедиста с применением технологии нейронных обучаемых сетей. Создана база данных для хранения в ней эталонных и текущих показателей. Разработано приложение для смартфонов под управлением операционной системы Android.
В рамках работы были решены следующие задачи:
1. Выполнен анализ существующих решений
2. Произведено функциональное моделирование предметной области с использованием методологии IDEF и UML диаграмм
3. Разработана база данных интеллектуальной системы управления смарт-велосипедом, где хранятся показателя велосипедиста и внешней среды.
4. Проведен анализ информационной безопасности
5. Рассчитана эффективность системы.
1. Глобальный доклад о населенных пунктах 2011 года. Города и изменения стратегии. Программа ООН по населенным пунктам. 2011. - 67с.
2. Экологичные и здоровьесберегающие рабочие места на транспорте: новое партнёрство в рамках Общеевропейской программы. 2011. - 12с.
3. Preparation of the Fourth High-level Meeting on Transport, Health and Environment. Concept note prepared by Transport, Health and Environment Pan-European Programme secretariat.2014. - 10с.
4. Global status report on road safety 2013: supporting a decade of action. URL:www.who.int/violence_injury_prevention. Дата обращения: 01.05.2016. 2013. - 318с.
5. C.R. Abbis, P.B. Laursen. Models to Explain Fatigue during Prolonged Endurance Cycling. 2005. 865-898с.
6. ETSC. Urban Mobility. URL: http://etsc.eu/tag/urban-mobility/ (23.01.2017);
7. State of the world's cities 2012/2013. Prosperity of Cities. 2013. - 207с.
8. «ЗЕЛЕНЫЙ» ТРАНСПОРТ (из Ежегодного доклада ЮНЕП за 2009 г.)URL: http: //www.unepcom.ru/energenv/101. html. Дата обращения: 01.06.2016.
9. Global Report on Human Settlements. UN:-HABITAT.2013. - 348с..
10. Rodrigue, J.-P., Comtois, C., Slack, B. (2017). The Geography of Transport Systems. Routledge, 440 p. URL: https://people.hofstra.edu/geotrans/index.html (23.01.2017);
11. Международный семинар «Устойчивое развитие городских транспортных систем: вызовы и возможности» (сборник материалов семинара» - М.: НТБ «ЭНЕРГИЯ», 2013. - 460с.
12. Elliot G. Sander, Allison L. C. de Cerreno, Federal-Aid Highway Program
Funding for Pedestrian and Bicycle Facilities and Programs [Электронный ресурс] // United States Department of Transportation - Federal Highway Administration/ FHWA Fiscal Management Information System. - Текст. дан. (1 файл). - New York, 2006. - URL:
http: //www. fhwa. dot. gov/environment/bikeped/bipedfund.htm (дата
обращения:12.02.2017).
13. А.В. Финогенов. Городское развитие. Основные тренды. Видение Экспо. 2010. - 28с.
14. Роль велосипедов в изменении системы городского транспорта. Российский и зарубежный опыт - М.: «Фонд имени Фридриха Эберта», 2014. - 108с.
15. А. Амин, Б. Арима, К.Д. Баррет, М. Халфани, И. Йенсен, М.К. Киньянью,
У. Мбече, Э.Л. Морено, Р.О. Отиено, Э.А. Йемеру. Планирование и обеспечение устойчивого городского движения: установочные
рекомендации. - США: «Раутледж». 2013. - 80с.
16. Планирование устойчивых городов: направления стратегии. 2009. - 136с.
17. The role of ICT in the proposed urban sustainable development goal and the new urban agenda. 2015. - 12с.
18. Кудишин И.В., Федосеев С.Л. Энциклопедия «Техника». - М.: Росмен. - 120с.
19. Аппаратное и программное обеспечение. URL:
http://studopedia.ru/7_172590_apparatnoe-obespechenie.html. Дата обращения 13.05.2016
20. Williamson A., Lombard D.A., Folkard S., Stutts J., Courtney T.K., Connor J. L. The link between fatigue and safety. Accid. Anal. Prev. 2011. 43: 498-515.
21. Promoting Non-Motorized Transport in Asian Cities: Policymakers' Toolbox. 2013. - 70с.
22. The Copenhagen Wheel
URL:http://senseable.mit.edu/copenhagenwheel/index.html. Дата обращения 03.05.2016
23. ТехноРидус: Электровелосипеды что это? Тест-драйв Eltreco Turo. URL:http://www.ridus.ru/news/78957. Дата обращения 20.05.2016
24. Национальная концепция устойчивых городских транспортных систем - М.: «Алекс», 2013. - 192с.
25. С.В. Герус, В.В. Дементиенко, В.М. Шахнарович. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2009. №8. С.46-52.
26. Appenzeller, M.: Cycling - past, present and future. In: Changing Urban Traffic and the Role of Bicycles: Russian and International Experiences, pp. 11 - 18. Friedrich-Ebert-Stiftung, Moscow (2014);
27. International Guidelines on Urban and Territorial Planning. 2015. - 40с.
28. Heinen, E., Wee, B., Maat, K.: Commuting by bicycle: an overview of the literature. Transp. Rev. 30, 59-96 (2010);
29. Boyko A., Makarova I., Shubenkova K., Pashkevich A. Smart-Bike as One of the Ways to Ensure Sustainable Mobility in Smart Cities// 7th International Conference, S-Cube 2016 Sophia Antipolis, Nice, France, 2017 187-198;
30. Boyko A., Makarova I., Shubenkova K., Mavrin V. Development of Sustainable Transport in Smart Cities// RTSI 2017 - IEEE 3rd International Forum on Research and Technologies for Society and Industry, Conference Proceedings, Modena, Italy, 2017;
31. Аппаратное и программное обеспечение. URL:
http://studopedia.ru/7_172590_apparatnoe-obespechenie.html. Дата обращения 13.05.2016
32. Bicycle History (& Human Powered Vehicle History)
URL: http: //www.ibike.org/library/history-timeline. htm. Дата обращения
17.05.2016
33. Системы с базами данных. URL: http://life-prog.ru/1_22996_baza-
dannih.html. Дата обращения 06.05.2016
34. Amin, B. Arimah, K.J. Barrett, M. Halfani, I. Jensen, M.K. Kinyanjui, U. Mbeche, E.L. Moreno, R.O. Otieno, E.A. Yemeru. Planning and design for sustainable urban mobility. 2013. - 348с.
35. Iliukhin, A.N. Improvement of 'winner takes all' neural network training for the purpose of diesel engine fault clustering/Iliukhin, A.N., Gibadullin, R.A.//2016 2nd International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2016 - Proceedings 7911587;
36. UML. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/UML. Дата обращения 03.05.2016
37. Boyko A., Makarova I., Shubenkova K., Mavrin V.Ways to increase sustainibility of the transportation system//Journal of Applied Engineering Science, Beograd, Serbia, 89-98;
38. Chris R. Abbiss, Paul B. Laursen. Models to Explain Fatigue during Prolonged Endurance Cycling. Sports Med. 2005. 35: 865-898.
39. Fatigue - Web text Project co-financed by the European Commission,
Directorate General Transport and Energy 16/10/2009.
http://ec.europa.eu/transport/road_safety/specialist/knowledge/pdf/fatigue.pdf
40. Fatigue. URL: http://think.direct.gov.uk/fatigue.html. Дата обращения
07.05.2016
41. Парадигма информационных рисков. URL: http://fa-
kit.ru/main_dsp.php?top_id=591. Дата обращения 18.05.2016
42. Анализ рисков и управление информационными рисками. URL: http://itsec.by/analiz-riskov-i-upravlenie-informacionnymi-riskami/ Дата обращения 09.05.2016
43. Larsen, J., Patterson, Z., El-Geneidy, A.: Build it. But where? The use of geographic information systems in identifying locations for new cycling infrastructure. Int. J. Sustain. Transp. 7, 299-317 (2013)
44. Rutter H. Health economic assessment tool for cycling (HEAT for cycling).
Copenhagen: WHO Regional Office for Europe, 2011. - URL:
http://www.thepep.org/ClearingHouse/docfiles/HEAT.pdf. Дата обращения: 22.05.2017;
45. Трофименко Ю.В., Евгеньев Г.И. Экология: Транспортное сооружение и
окружающая среда: /пособие для студ. высш. учеб. Заведений/ - М.:
Издательский центр «Академия», 2006;
46. Расчетная инструкция (методика) по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных средств на территории крупнейших городов / В.В. Донченко, Ю.И. Кунин [и др.]. - М.: Автополис- плюс, 2008. - 80 с., табл.
47. F.R. Whitt and D.G. Wilson, Bicycling science, 2nd ed. Cambridge, MA: The MIT Press, 2004, p. 364.;
48. World Health Organization (2015). Global status report on road safety 2015,
16. Avalable at:
http://apps.who.int/iris/bitstream/10665/189242/1/9789241565066_eng.pdf?ua=1 (23.01.2017)
49. Разработка концепции и программы мероприятий по развитию велосипедного движения в Санкт-Петербурге, в том числе по созданию и обустройству велодорожек для государственных нужд Санкт-Петербурга: отчет о НИР (заключительный): / ОАО «НИИАТ»; рук. Донченко В. В.; исполн. Кунин Ю. И., Шелмаков С. В., [и др.]. - М.: НИИАТ, 2011. - 196 с. - Государственный контракт Санкт-Петербурга № 77 от 21 ноября 2011 г.
50. Rutter, H. Health economic assessment tool for cycling (HEAT for cycling) / H. Rutter. - Copenha-gen: WHO Regional Office for Europe, 2011. - 46 p.