Аналіз та дослідження системи автомобіль-зовнішнє середовище на основі взаємодії з дорожніми знаками

Abstract

Метою даної магістерської роботи є розробка та моделювання системи взаємодії автомобіль-дорожній знак із застосуванням технологій V2X.[1] Для забезпечення надійної та ефективної передачі даних між транспортними засобами і дорожньою інфраструктурою використані протоколи IEEE 802.11p та LTE-V2X.[2] Це дає змогу інтегрувати сучасні технології у транспортну інфраструктуру, покращуючи безпеку та оптимізацію транспортних потоків. У першому розділі проаналізовані існуючі технології V2X, їхні ключові протоколи зв’язку та можливості інтеграції у реальні дорожні системи. Також проведено порівняльний аналіз протоколів IEEE 802.11p і LTE-V2X, їхні переваги, обмеження та потенційні сфери застосування.[3] Другий розділ присвячений опису проблеми складності дорожнього руху та необхідності підвищення безпеки через впровадження інтерактивних дорожніх знаків. Представлено основні вимоги до системи, функціональність та її структурну схему. У третьому розділі описано методи і засоби розробки, включаючи використання симуляційного середовища Veins, що об'єднує платформи OMNeT++ та SUMO.[4] Детально розглянуто алгоритми передачі та обробки даних, а також методологію моделювання взаємодії між компонентами системи. Четвертий розділ зосереджений на реалізації моделі у середовищі Veins, включаючи тестування сценаріїв передачі даних у різних дорожніх умовах. Визначено ключові показники ефективності: стабільність зв’язку, затримка передачі та точність реакції автомобіля на сигнали. П’ятий розділ – економічна частина, де наведений розрахунок витрат на виконання даної роботи. 5 У висновках узагальнено результати моделювання, підтверджено відповідність розробленої системи поставленим цілям та окреслено перспективи впровадження інтерактивних дорожніх знаків у реальну транспортну інфраструктуру. Об’єкт дослідження - Інтелектуальні транспортні системи для забезпечення безпеки та оптимізації дорожнього руху. Предмет дослідження - Методи передачі даних між автомобілями та дорожньою інфраструктурою із застосуванням протоколів IEEE 802.11p і LTE-V2X. Мета дослідження - Розробка та моделювання інтерактивної системи взаємодії автомобіль-дорожній знак для підвищення безпеки дорожнього руху. У результаті досліджень було розроблено і протестовано симуляційну модель системи взаємодії автомобіль-дорожній знак на основі технологій V2X. Проведено аналіз стабільності зв’язку, швидкості передачі даних та точності реакції автомобілів на інформацію від дорожніх знаків. Комбінація протоколів IEEE 802.11p та LTE-V2X забезпечила баланс між швидкістю передачі критичних даних і загальною надійністю системи. Моделювання включало різні дорожні сценарії, такі як висока щільність трафіку, обмеження видимості та перешкоди. Алгоритми передачі даних і реакції автомобіля продемонстрували ефективність, забезпечуючи точне виконання дій, наприклад, обмеження швидкості чи зупинку перед перешкодами. Протокол IEEE 802.11p виявився ефективнішим у міських умовах, тоді як LTE-V2X забезпечив стабільність на магістралях. Отримані результати підтверджують здатність системи адаптуватися до різних умов, що відкриває перспективи її впровадження у транспортну інфраструктуру. Це дозволить підвищити безпеку дорожнього руху та оптимізувати транспортні потоки.OMNET++, інтелектуальні транспортні системи, симуляційне моделювання. 6The objective of this master's thesis is the development and modeling of a vehicle-to-road sign interaction system using V2X technologies. [1] To ensure reliable and efficient data transmission between vehicles and road infrastructure, IEEE 802.11p and LTE-V2X protocols were employed. [2] This enables the integration of modern technologies into transportation infrastructure, improving safety and optimizing traffic flow. The first chapter analyzes existing V2X technologies, their key communication protocols, and integration possibilities into real road systems. A comparative analysis of the IEEE 802.11p and LTE-V2X protocols is also conducted, highlighting their advantages, limitations, and potential application areas. [3] The second chapter addresses the problem of traffic complexity and the need to enhance safety through the implementation of interactive road signs. The chapter outlines the main system requirements, its functionality, and a structural diagram. The third chapter describes the methods and tools used in the development process, including the Veins simulation environment, which integrates OMNeT++ and SUMO platforms. [4] The chapter provides a detailed examination of data transmission and processing algorithms as well as the methodology for modeling interaction between system components. The fourth chapter focuses on the implementation of the model in the Veins environment, including testing data transmission scenarios under various road conditions. Key performance indicators are identified, such as connection stability, transmission delay, and the accuracy of vehicle responses to signals. The fifth chapter is the economic section, presenting the cost estimation for the execution of this work. 8 The conclusions summarize the modeling results, confirm the compliance of the developed system with the stated objectives, and outline prospects for implementing interactive road signs in real transportation infrastructure. Study object - Intelligent transportation systems for ensuring safety and optimizing traffic flow. Scope of research - Methods of data transmission between vehicles and road infrastructure using IEEE 802.11p and LTE-V2X protocols. Goal of research - Development and modeling of an interactive vehicle-to-road sign interaction system to enhance road traffic safety. As a result of the research, a simulation model of the vehicle-to-road sign interaction system based on V2X technologies was developed and tested. An analysis of connection stability, data transmission speed, and vehicle response accuracy to information from road signs was conducted. The combination of IEEE 802.11p and LTE-V2X protocols provided a balance between the speed of critical data transmission and overall system reliability. The modeling included various road scenarios, such as high traffic density, limited visibility, and obstacles. The data transmission and vehicle response algorithms demonstrated efficiency, ensuring accurate execution of actions such as speed limitations or stopping before obstacles. The IEEE 802.11p protocol proved to be more effective in urban environments, while LTE-V2X ensured stability on highways. The results confirm the system's ability to adapt to different conditions, highlighting its potential for implementation in transportation infrastructure. This would enhance road traffic safety and optimize traffic flows.