Магистерская работа: Исследование и разработка модели сбора данных о дорожном покрытии в промышленном интернете вещей

Для того чтобы показать каким образом данные о местоположении устройства будут отображаться на карте с в виде меток, необходимо данные сначала отправить на платформу.

Так как в данной выпускной квалификационной работе аппаратная разработка не рассматривается, а значит нельзя собрать данные с реального устройства автомобиля, то необходимо приложение, которое будет определять срабатывание системы курсовой устойчивости и осуществлять дальнейшую отправку данных.

В данном разделе разрабатывается такое приложение, которое будет эмитировать срабатывание системы ESP и затем по срабатыванию отправлять данные через мобильную сеть телефона на платформу для моделирования. Данное приложение разрабатывается на языке Java, в среде Android Studio.

Разрабатываемое простое приложение должно иметь следующие возможности:

- Отображать активность GPS.

- Отображать отправляемую на сервер геолокацию.

- Отправлять текущую геолокацию, где находится на данный момент устройство.

- Отправлять тестовые данные с разной геолокацией для демонстрации остальных возможностей.

На рисунке 15 представлен макет разрабатываемого эмулятора ESP.

Рис. 15. Макет эмулятора ESP

При переводе переключателя ESP во включенное положение («ESP is on»), которое является эмуляцией срабатывания реальной системы ESP, данные местоположения отправляются на платформу ThingsBoard, и, на карте отображается метка. В верхней части макета отображено состояние GPS на телефоне: true - включен, false - выключен. Если на телефоне GPS отключен, то при заходе в приложение произойдет автоматическое перенаправление на экран настроек включения этой функции (Рис. 16). Под индикатором состояния GPS отображается широта и долгота в формате JSON, и, в таком виде данные отправляются на платформу.

По умолчанию при переключении ESP во включенное состояние, на платформу отправляется текущее местоположение. Если поставить флаг «Тестовые данные», то на платформу будут отправляться разные тестовые данные о местоположении.

Рис. 16. Экран настроек включения GPS

В приложении Б представлен код разрабатываемого эмулятора ESP.

5.3 Экспериментальная проверка

В данном разделе описывается проведение эксперимента с разработанной моделью сбора данных о дорожном покрытии. Основной целью проводимого эксперимента является подтверждение работоспособности разработанной модели. В качестве системы курсовой устойчивости автомобиля в эксперименте используется приложение - эмулятор, которое эмулирует срабатывание системы.

Цель эксперимента: организовать срабатывание системы контроля устойчивости (ESP) с помощью разработанного приложения - эмулятора и передать на платформу ThingsBoard данные о текущем местоположении устройства, а также разные тестовые данные о местоположении для имитации срабатывания ESP c нескольких устройств, отображение меток на google картах созданной панели мониторинга на платформе ThingsBoard.

Требования:

ѕ отправление текущего местоположения на брокер - ThingsBoard;

ѕ отправление тестовых данных на брокер - ThingsBoard;

ѕ отображение последних полученных данных на созданной панели мониторинга (история);

ѕ отображение меток (одной или нескольких) на google картах созданной панели мониторинга;

ѕ отображение количества установленных меток на местности при масштабировании карты.

5.3.1 Отправление и получение текущего местоположения

Данный тест покрывает сценарии отправления текущего местоположения на платформе ThingsBoard, отображение истории полученных платформой данных, отображение метки на карте панели мониторинга.

Предусловия:

1. На телефоне включен GPS.

2. Открыто приложение «Emulator ESP»

3. Флаг «Тестовые данные» не установлен.

4. Переключатель «ESP» в выключенном состоянии.

Описание: происходит имитация срабатывания ESP на одном автомобиле и передача геоданных о срабатывании на платформу ThingsBoard c дальнейшим отображением на панели мониторинга. Необходимо проверить, что:

ѕ на экране отображается, что GPS включен - «GPS Enabled: true»;

ѕ при имитации срабатывания системы ESP появляется всплывающее сообщение «ESP is on»;

ѕ в состоянии переключателя «ESP is on» отправляемое сообщение отображается на экране в формате json;

ѕ сформированное сообщение с текущим местоположением устройства отправлено на брокер и правильно отображается в истории полученных данных на панели мониторинга;

ѕ полученные данные о текущем местоположении отображаются на карте панели мониторинга.

ѕ при переводе переключателя в исходное состояние появляется всплывающее сообщение «ESP is off».

Тест:

Сначала нажать на переключатель «ESP» для имитации срабатывания системы контроля устойчивости (Рис. 17).

Рис. 17. Имитация срабатывания системы контроля устойчивости

Далее необходимо перейти на платформу ThingsBoard в раздел «Дашборды», выбрать созданную ранее панель мониторинга «ESP» и проверить, что геоданные получены брокером, отображается история с последними полученными данными (Рис. 18) и метка о текущем местоположении срабатывания системы установлена на Google картах панели мониторинга (Рис. 19). Общая картина панели мониторинга представлена на рисунке 20.

Рис. 18. Последние полученные геоданные

Рис. 19. Последние полученные геоданные на карте

Рис. 20. Панель мониторинга для модели сбора данных о дорожном покрытии на платформе ThingsBoard

Для перевода переключателя в исходное состояние необходимо в мобильном приложении «Emulator ESP» повторно нажать на переключатель «ESP». На экране появилось всплывающее сообщение «ESP is off» (Рис. 21).

Рис. 21. Переключатель «ESP» в исходном состоянии

Вывод: тест пройден успешно, все требования соблюдены, имитировано срабатывание системы контроля устойчивости от одного автомобиля, на платформу переданы данные о текущем местоположении, переданные данные получены и отображаются верно на карте и в истории, переключатель «ESP» переведен в исходное состояние до начала теста.

5.3.2 Отправление и получение тестовых данных

Данный тест покрывает сценарии отображения данных о местоположении с нескольких устройств на платформе ThingsBoard, а также отображения числа установленных меток на карте при масштабировании.

Предусловия:

1. На телефоне включен GPS.

2. Открыто приложение «Emulator ESP»

3. Флаг «Тестовые данные» установлен.

4. Переключатель «ESP» в выключенном состоянии.

Описание: происходит имитация срабатывания ESP на нескольких автомобилях и передача геоданных о срабатывании на платформу ThingsBoard c дальнейшим отображением на панели мониторинга. Необходимо проверить, что:

ѕ на карте панели мониторинга отображаются метки от всех устройств, на которых сработала ESP;

ѕ при масштабировании карты отображается число установленных меток на местности и отображается верно.

Тестовые данные: тестовые данные с широтой и долготой представлены в таблице 14.

Таблица 14

Тест: Сначала необходимо передать на платформу все данные из набор тестовых данных, приведенных выше и проверить, что на карте панели мониторинга отображаются метки от нескольких устройств, а не только от одного.

Далее на рисунке 22 представлено отображение всех меток переданных на платформу из набора тестовых данных.

Рис. 22. Имитация срабатывания ESP на нескольких автомобилях

Далее для проверки отображения числа установленных меток на местности карта будет отмасштабирована таким образом, что на ней будут видны города. Отмасштабированная карта с числом меток представлена на рисунке 23. На данном рисунке видно, что было установлено 10 меток и текущего теста включая одну метку из предыдущего, получилось всего установлено 11 меток.

Рис. 23. Отображение числа установленных меток на местности

Вывод: тест пройден успешно, все требования соблюдены, имитировано срабатывание системы контроля устойчивости от нескольких автомобилей, на платформу переданы все тестовые геоданные, переданные данные получены и отображаются верно на карте, при масштабировании карты отображается число установленных меток на местности.

5.3.3 Проведение эксперимента на автомобиле

Целью данного эксперимента является подтверждение возможности снятия показаний с датчиков в автомобиле и отправки данных местоположения автомобиля на платформу ThingsBoard. В данном эксперименте снимались показания с акселерометра, который имитировал датчик поперечного ускорения.

В действительности датчик поперечного ускорения располагается в области ног под сидением водителя [29]. Акселерометр установлен на телефоне и, соответственно, телефон располагался примерно там же, где и датчик поперечного ускорения.

Для того чтобы система курсовой устойчивости вмешалась в работу на управлением автомобиля, необходимы данные с нескольких датчиков, но для простоты эксперимента, данные снимались только с одного.

При резком повороте автомобиля появляется угловое ускорение, которое должно быть компенсировано системой курсовой устойчивости.

Для проведения эксперимента был предоставлен автомобиль Skoda Rapid с мощностью двигателя 110 л.с.

Эксперимент проводился в городских условиях в дождливую погоду, когда на улице шел дождь, на дорогах было много луж. На автомобиле проводился следующий манёвр - резкий разворот в последующей остановкой. На рисунке 24 показаны данные снятые с акселерометра.

На данном рисунке красным графиком по оси Х показано поперечное ускорение. Можно заметить, что при развороте немного была сброшена скорость. Это показывает красный график, находящийся в отрицательной плоскости.

Далее было легкое смещение задней оси автомобиля вправо - легкий занос и затем выравнивание траектории движения с набором скорости, о чем говорит расположение красного графика уже в положительной плоскости.

Рис. 24. Показания с акселерометра

Рис. 25. Метка на карте по проведенному эксперименту

Затем была произведена остановка автомобиля, что показывают уменьшение колебаний в данных. В то время, когда у автомобиля был легкий занос, данные о местоположении были отправлены на платформу ThingsBoard (Рис. 25).

Вывод по 5 главе

был проведен эксперимент по имитации снятия показаний с датчика поперечного ускорения, обязательно входящего в систему курсовой устойчивости. В ходе эксперимента был выполнен разворот на автомобиле с последующей остановкой. В результате при развороте автомобиля были сняты показания с акселерометра, который имитировал датчик поперечного ускорения. Цель эксперимента - показать возможность снятия показаний с датчика и дальнейшей отправкой местоположения на платформу ThingsBoard была достигнута. Таким же образом для повышения точности дальнейших экспериментов можно имитировать снятие показаний одновременно с большего количества датчиков.

Заключение

В ходе выпускной квалификационной работы были исследованы методы сбора данных о дорожном покрытии и разработана модель сбора данных о дорожном покрытии в промышленном Интернете вещей. Были решены следующие поставленные задачи:

1. Проведен обор и анализ методов сбора данных о дорожном покрытии.

2. Проведен сравнительный анализ и выбор платформы для моделирования.

3. Проведен сравнительный анализ и выбор протокола передачи данных.

4. Разработана модель сбора данных о дорожном покрытии.

5. Проведена экспериментальная проверка разработанной модели.

Теоретическая и практическая значимости заключаются в разработке модели сбора данных о дорожном покрытии в промышленном Интернете вещей для повышения безопасности на дорогах путем предупреждения участников дорожного движения. Разработанная модель сбора данных позволяет:

ѕ имитировать срабатывание системы контроля устойчивости от одного автомобиля;

ѕ имитировать срабатывание системы контроля устойчивости от нескольких автомобилей;