Информационные технологии на транспорте

Водный транспорт

Первые человеческие поселения располагались на берегах рек, озер и морей, а водные пути стали первыми транспортными магистралями. При плавании по рекам можно было обходиться без средств навигации, ориентируясь по берегам. Но как только судно оказывалось в открытом море или большом озере, требовались средства ориентации для определения местоположения корабля, направления и скорости его движения, глубины морского дна и др.

Единственным морским навигационным прибором в древности был ручной лот, позволявший измерять глубину морского дна под днищем корабля. Он представлял собой размеченный трос с привязанным к нему грузом.

Но с его помощью можно было измерять глубину не более 50 метров, а в океане глубина дна достигает нескольких тысяч метров. В середине XIX века были изобретены механический и гидростатический лоты, позволявшие измерять глубину до 1,5-2 тысяч метров. А в начале XX века был изобретен эхолот, дающий возможность измерять любую глубину океанского дна. Эхолот - прибор, замеряющий время между излучением звукового сигнала и приемом эха и таким образом определяющий расстояние до дна. На основе принципа звуковой локации французский физик П. Ланжевен и русский инженер К.В. Шиловский создали первый гидролокатор, позволяющий определить местоположение и скорость подводных объектов относительно дна.

В древности мореплаватели ориентировались по Солнцу и звездам. Полярная звезда всегда показывает направление на север. Но звезды видны только в ночное время, а Солнце - только при ясном небе. Самым значительным изобретением в истории мореплавания стал магнитный компас, показывающий направление географического или магнитного меридиана в любое время суток и при любой погоде. Его использовали в древнем Китае. Кусок железной руды - магнитного железняка, плавающий в воде, служил магнитной стрелкой.

В XII-XIII веках арабские мореплаватели завезли его в Европу. В 1902 году итальянец Флавий Джой сконструировал компасную картушку. Он соединил диск из немагнитного материала с равномерно нанесенными делениями - картушку - с магнитной стрелкой. Известный русский кораблестроитель академик А.Н. Крылов считал, что без магнитного компаса Колумб не смог бы открыть Америку.

Для измерения скорости корабля в 1577 году Г. Коль создал лаг. Он представлял собой трос с плавучим якорем - брезентовым мешком на конце. Трос был размечен узлами, вплетенными в него через равные промежутки. Этот мешок на тросе опускали с борта идущего корабля. В воде он останавливался и тянул за собой трос. Для измерения скорости нужно было подсчитать число узлов на тросе, опускавшихся в воду за 30 секунд. Это позволяло измерить скорость корабля в милях в час - в "узлах".

Самый распространённый лаг представляет собой вертушку, вращающуюся под напором воды. Число оборотов вертушки за единицу времени определяется с помощью электронного или механического устройства. Обычно вертушка лага закрепляется на корпусе судна, но на небольших судах используют портативный вариант лага, в котором вертушка выбрасывается за корму на тросе, а измерительный механизм находится в руках у матроса.

В XX веке были созданы гидродинамический и индукционный лаги.

Координаты корабля (его географическую долготу и широту) определяли с помощью секстанта и хронометра (точных механических часов). При помощи секстанта - угломерного прибора, изобретенного в начале XVIII века, - измеряют угловые высоты солнца и звезд и по ним рассчитывают широту местонахождения корабля.

Время на корабле в древности также определяли по Солнцу и звездам. Но в дальнейшем значительное расширение морских торговых связей требовало более точных методов навигации. Для более точного определения времени потребовалось создать механические часы.

У механических часов были многочисленные предшественники. Наиболее древние из них - солнечные часы. Они состоят из циферблата и стержня, тень от которого, перемещаясь по циферблату вследствие движения Солнца по небу, показывает истинное солнечное время.

В своем первоначальном виде они имели форму обелиска. Во втором тысячелетии до н. э. появились водяные часы. Существовали и песочные часы. Но все они не обеспечивали достаточной точности измерения времени.

Основанные на колебаниях маятника современные механические часы были созданы Х. Гюйгенсом в 1657 году.

А первые точные механические часы - пружинный хронометр, способный работать в корабельных условиях, сконструировал Дж. Гаррисон в 1735 году. Точность пружинного хронометра достигалась благодаря анкерному механизму, изобретенному Гаррисоном.

Для навигации есть еще важнейший ориентир: береговые или стоящие на якоре плавучие маяки - высокие башни с мощным источником света, который виден на расстоянии не менее 19-20 км. Легендарный маяк на острове Фарос вблизи города Александрия высотой более 100 метров был построен в 323-283 гг. до н.э. Он был разрушен в XIV веке. Первый маяк в России был построен по приказу Петра I в 1702 году. Он представлял собой деревянную вышку, на вершине которой разжигали костер.

И, наконец, необходимы навигационные морские карты, по которым штурман ведет корабль. В конце 16-го века фламандский картограф Г. Кремер (Меркатор) создал цилиндрическую равноугольную проекцию (названную в его честь меркаторской), по которой с тех пор до настоящего времени составляются бумажные морские карты. Таковы традиционные морские навигационные средства.

Изобретение радио, успехи радиоэлектроники, вычислительной и космической техники позволили в XX веке коренным образом усовершенствовать методы и средства морской навигации и связи.

На смену морским механическим хронометрам пришли электронные часы, действие которых основано на колебаниях кристалла кварца - кварцевого генератора. Они обеспечивают точность на несколько порядков выше, чем у механических часов.

А.С. Попов изобрел радиотелеграф в 1895 году и весной 1897 года начал практические опыты по использованию радиосвязи в Кронштадской гавани. Уже в 1898 году он применил первые две приемно-передающие станции, с помощью которых была установлена связь между учебным судном "Россия" и крейсером "Африка". Эти опыты доказали возможность беспроволочной связи при любых метеорологических условиях - даже в тумане, когда сигналы световой сигнализации недоступны для приема.

К лету 1897 года на средства Морского министерства были изготовлены еще три приемно-передающие станции и установлены на броненосцах черноморской эскадры "Георгий Победоносец" и "Три Святителя". Они позволили достигнуть дальности радиотелеграфной связи в 5 километров.

При этом Попов обнаружил явление отражения радиоволн от предметов на пути их распространения, в том числе и от кораблей. Позднее это явление привело к созданию радиолокации.

В 1900 г. А.С. Попов осуществил радиотелеграфную связь в Балтийском море на расстоянии свыше 45 км между островами Гогланд и Кутсало, недалеко от города Котка. Эта первая в мире практическая линия беспроволочной связи обслуживала спасательную экспедицию по снятию с камней броненосца "Генерал-адмирал Апраксин", севшего на мель у южного берега Гогланда.

Первая радиограмма, переданная А.С. Поповым на остров Гогланд 6 февраля 1900 года, содержала приказ ледоколу "Ермак" выйти на помощь рыбакам, которых унесло на льдине в море. "Ермак" выполнил приказ, и 27 рыбаков были спасены. Эти успешные работы по спасению людей доказали несомненные преимущества беспроволочной телеграфной связи и заставили Морское министерство ввести радиотелеграфную связь на боевых кораблях российского военного флота.

Таким образом, становление радиосвязи с самого начала связано с морским флотом.

Затем были созданы средства радионавигации: радиокомпасы, радиопеленгаторы, береговые и спутниковые радионавигационные системы, радиолокационная техника.

С помощью радиолокаторов было обеспечено безопасное плавание кораблей в тумане. Если бы радиолокация была изобретена не в 1940-1950-х годах, а в начале 20-го века, трагедии с "Титаником", наскочившим в тумане на айсберг, можно было бы избежать. Радиолокатор позволяет видеть в темноте и в тумане, что находится вокруг корабля. Вращающаяся антенна локатора на мачте посылает импульсы ультракоротких радиоволн. Встречающиеся на пути корабля предметы, например, другие корабли или айсберги, отражают радиоволны, которые улавливает чувствительный приемник радиолокатора. На экране кругового обзора радиолокатора в этом направлении появляются яркие вспышки.

Для атомных подводных лодок и ледоколов, плавающих в околополярных широтах, где непригоден магнитный компас, были созданы инерциальные навигационные системы. Гироскопический компас представляет собой тяжелый волчок, вращаемый мотором с частотой в 1700-3000 об./мин. Волчок обладает свойством сохранять в пространстве заданное положение оси, например, меридиональное направление с севера на юг. Это и дает возможность использовать его в качестве гирокомпаса.

Однако при приближении к полюсам гирокомпас дает менее точные показания. Поэтому на кораблях используют оба вида компасов - магнитный и гироскопический. На основе чувствительного гирокомпаса создана и система автоматического управления движением корабля - авторулевой. Современные средства цифровой вычислительной техники позволили разработать автоматизированные системы управления кораблями, дающие возможность проложить оптимальный маршрут с учетом погодных условий и морских течений на пути плавания.

Успехи космонавтики позволили создать в конце XX века системы спутниковой навигации.

В 1965 году в СССР был запущен первый спутник связи "Молния-1". Позднее была создана система дальней космической связи "Орбита". Она состоит из сети наземных станций и искусственных спутников Земли "Молния", "Радуга", "Горизонт". На территории России размещено около 100 таких станций.

В конце XX века были созданы международная спутниковая система для спасения экипажей терпящих бедствие судов и самолетов КОСПАС-САПСАТ, международная космическая система "Инмарсат" для обеспечения телеграфной и телефонной связи между кораблями, плавающими в любых точках Земли.

За последние годы созданы электронные навигационные карты. На экране монитора отображается район плавания корабля с сушей, гаванями и другими объектами.

Спутниковая навигация позволяет определить координаты (с точностью до 100 м) и скорость движения корабля (с точностью до 0,3 м/с) во всех районах земного шара.

Железнодорожный транспорт

По сравнению с водным транспортом, насчитывающим тысячелетия, железнодорожный транспорт - относительно молодой. Первую железную дорогу Джордж Стефенсон создал в 1825-1830 годах.

Движение на железных дорогах в первое время после постройки происходило с незначительной скоростью. При начале движения паровоз не подавал сигнала. Однако уже на открытии линии Ливерпуль-Манчестер произошел несчастный случай. Один из членов парламента, сторонник сооружения железной дороги, подошел к поезду и решил обменяться рукопожатием с герцогом Веллингтоном, уже сидевшим в вагоне. Но поезд тронулся, и человек попал под колесо. Этот случай заставил Джорджа Стефенсона задуматься над необходимостью применения каких-либо сигналов для обеспечения безопасности железнодорожного движения. По указанию Стефенсона были введены сигналы, которые подавали сторожа: днем - флажками, ночью - ручными фонарями. Машинистам выдали рожки, которые в 1835 г. были заменены паровым свистком. С 1834 г. на линии Ливерпуль-Манчестер были введена сигнализация с помощью поворачивающихся деревянных столбов. В 1841 году англичанин Грегори изобрел семафор - мачту с подвижным крылом. Сигналом в нем служит положение крыла относительно ма чты. Использование семафора позволило перейти от движения поездов с разграничением по времени к разграничению в пространстве. Средствами связи при движении поездов служили телеграф, а позднее телефон.

Затем для обеспечения безопасности движения поездов была введена блокировка, с помощью которой путевые семафоры запирались на время, пока на соответствующем участке пути находился поезд. Первой практически удовлетворительной системой блокировки была система Тейера, появившаяся в 1852 году в Англии и примененная в 1868 году в России.

Дистанционное управление стрелками (т. е. централизация стрелок) появилось впервые в Англии и затем в Германии (1860-1867 гг.). Введение на русских железных дорогах систем централизации стрелок и сигналов относится к 1900-1905 гг. Сначала появилась гидравлическая система, а в 1909 г. была построена первая в России электрическая централизация системы Всеобщей компании электричества.

Первая попытка устройства автоматической блокировки была произведена во Франции в 1859 г. на железной дороге Париж-Сен-Жермен.

Затем появился более совершенный и в то же время более простой метод связи поезда с путем - рельсовая цепь. В 1867 г. Вильям Робинзон предложил использовать ходовые рельсы в качестве проводников электрического тока и создал специальную конструкцию путевого приемника. В 1869 г. он разработал модель первой автоблокировки, которая демонстрировалась на выставке в Нью-Йорке. При наезде поезда рельсовая цепь замыкается его скатами. Такая рельсовая цепь, получившая название нормально разомкнутой, имела ряд недостатков, основным из которых было отсутствие контроля целостности и исправности цепи. После дополнительной проработки Робинзон в 1872 г. предложил более совершенную нормально замкнутую рельсовую цепь. Она сразу получила признание, так как недостатки предшествующей цепи в ней были устранены.

Одним из самых опасных элементов, входивших в общую систему железнодорожной сигнализации, являлся человек, обслуживающий сигнализацию или пользующийся ею, со свойственными его природе недостатками.

Это обстоятельство привело к необходимости в 80-х годах прошлого столетия введения в эксплуатацию автостопов - приборов, останавливающих поезд при проходе его мимо или при приближении к закрытому семафору. Для этой цели от воздухопровода пневматического тормоза делался отвод на крышу паровоза.

На конце отвода имелась стеклянная запаянная трубка или поворотный кран. С семафорным крылом или приводом был соединен рычаг, который при открытом семафоре располагался вдоль мачты, при закрытом - становился на пути трубки, которая разбивалась и соединяла воздухопровод с атмосферой. Происходило торможение.

При больших скоростях движения поездов такое примитивное решение оказалось непрактичным, ибо резкая остановка пассажирского поезда могла вызвать беспокойство среди пассажиров, а у грузового состава - повлечь за собой сход с рельсов. Были созданы авторегулировочные системы, при которых скорость поезда автоматически понижалась в определенных местах. Поезд останавливался, как правило, лишь после предварительного снижения скорости.

Современный железнодорожный транспорт представляет собой сложную динамическую систему, в которую входят пути, станции, парк грузовых, пассажирских вагонов, локомотивов и обслуживающий персонал.

Для обеспечения надежной и безаварийной работы всего этого большого хозяйства используются системы сигнализации, связи и управления.

С развитием сети железных дорог и увеличением скорости движения поездов потребовались более совершенные средства связи и управления, такие как автоматическая блокировка и автоматическая локомотивная сигнализация. Затем стала применяться радиотелефонная связь, а в конце XX и начале XXI века в управлении ж.-д. транспортом широкое применение нашли телевидение, компьютер и Оптоволоконные линии связи.

Основной причиной большинства аварий и катастроф на транспорте является человеческий фактор: прежде всего, ошибки водителей и диспетчеров. Но совершить ошибку на разных видах транспорта человек может по-разному. Например, на железнодорожном рельсовом транспорте отсутствует такое средство управления, как руль, следовательно, машинист физически не может ошибиться, вращая его, а такая ошибка очень часто допускается водителями автомобилей.

Наибольшие возможности в автоматизации процесса принятия решений предоставляют, естественно, различные виды рельсового транспорта.

В СССР первая автономная система автоведения поезда (так называемый "автомашинист") была создана еще в 1957 году. Но полная автоматизация управления поездом впервые была внедрена на рубеже 1980-х и 1990-х годов во Франции, в метрополитене города Лилль. Ведь поезд метро полностью изолирован от влияния погоды, от возможного желания водителя изменить направление движения, от риска столкновения со встречным или желающим совершить обгон транспортным средством и т.д. Система автоведения поездов лилльского метро управляет всем процессом движения - от пуска до полной остановки.

Различают автономные и централизованные системы автоведения поездов, причем первые управляют только одним поездом, а вторые - всеми поездами на линии метрополитена или железнодорожном направлении. Централизованные системы автоведения поездов используются в первую очередь на пригородных и городских железных дорогах. Примером может служить система "ВАРТ", применяемая в США.

Метрополитен в Пекине стал первой китайской подземкой, где машиниста в поездах заменяет "автопилот". Впервые такая система будет внедрена на линии метро, которая свяжет пекинский аэропорт с районами на востоке китайской столицы. Общая протяженность ветки с четырьмя станциями составит больше 27 километров. Поездка по ней займет всего 16 минут. Она принята в эксплуатацию накануне пекинской Олимпиады-2008. Применение новейших технологий позволит экспрессам на этой линии стать малошумными и при этом развивать скорость до 110 километров в час, что на 30 км/ч больше, чем у обычных метропоездов. Пекинский метрополитен перевозит ежедневно более 5 миллионов пассажиров.

Автомобильный транспорт

Первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания создали Г. Даймлер и К. Бенц в 1885-1886 гг. Он представлял собой открытую коляску с ручкой управления и тормозом. Ездил он с очень малой скоростью - не более 10-12 км/ч. Никаких приборов не имел. Первую модель своего автомобиля ("модель III") К. Бенц выпустил для продажи в 1886 году. Всего с 1886 по 1894 гг. было продано 25 экземпляров. Интересовали они в основном спортсменов-любителей. На движение по дорогам в первые годы автомобиль не влиял. Развитие автомобильной промышленности началось лишь в XX веке. Возросла мощность двигателей - от 2-3 кВт в начале века она увеличилась в конце века до 200 кВт. Значительно повысилась скорость - она быстро достигла 100 и более км/ч. Такая скорость потребовала создания более удобных и комфортабельных машин с закрытым кузовом, оснащенных целым рядом приборов - измерителей скорости, количества бензина, масла и т.д. Их расположили на приборной доске перед водителем. Автомобили оснастили осветительными фарами , габаритными, поворотными и тормозными сигналами, зеркалами заднего вида.

Сильнейший толчок развитию автомобильной промышленности дал метод поточной (конвейерной) технологии сборки автомобилей, впервые в мире примененный в 1913 году Генри Фордом на своем заводе. Это позволило всего за один год поднять производительность труда на 40-60% и достигнуть при этом стандартизации и взаимозаменяемости деталей.

С 1910 по 2000 гг. в мире было выпущено 1,3 миллиарда автомобилей. За это время автомобиль стал главным индивидуальным транспортным средством. Еще 1,3 миллиарда машин произведено в 2010 году.

Появление автомобильного транспорта потребовало строительства дорог с твердым покрытием. В Европе и Америке начали строить широкие асфальтированные дороги. С увеличением интенсивности движения жизнь потребовала строительства скоростных автомагистралей.

В настоящее время в мире насчитывается 15 млн. км благоустроенных дорог, в том числе в Российской Федерации - до 1 млн. км. В результате появления автомобилей территория промышленно развитых стран покрылась густой сетью автомобильных дорог - главных транспортных артерий XX и начала XXI веков.

Все нарастающая интенсивность и скорость движения заставила выработать необходимое информационное обеспечение автомобильного транспорта. Дорога, транспорт, человек, - это три основных составляющих дорожного движения. Были выработаны правила дорожного движения (ПДД) и сигнализация, необходимые для обеспечения безопасности водителей, пассажиров и пешеходов.

Эти правила регламентируют обязанности водителей транспортных средств и пешеходов, а также технические требования, предъявляемые к транспортным средствам для обеспечения безопасности дорожного движения.

В первое время ПДД в разных странах отличались друг от друга.

В 1909 году в Париже на международной конференции были приняты единые правила, общие для всех стран Европы. В 1940 году в СССР были утверждены первые типовые правила движения, на базе которых стали создаваться единообразные правила на местах. Правила дорожного движения Российской Федерации были приняты в 1993 году.

Первый трехцветный (красный, желтый, зеленый) автоматический светофор был установлен в Нью-Йорке в 1918 году, а в Москве и Ленинграде такие светофоры появились в 1930 году.

С увеличением скорости движения автомобилей возникла необходимость информировать водителя о состоянии дороги впереди, о том, насколько она безопасна для движения. Так появились требования располагать дорожные знаки на определенном расстоянии от препятствия. Существуют знаки для указания направления движения, запретительные знаки (например, знаки железнодорожного переезда), знаки подачи звукового сигнала, знаки для пешеходов. В систему дорожных знаков входит и дорожная разметка - горизонтальная и вертикальная.

Горизонтальная разметка (линии, стрелы, надписи и другие обозначения на проезжей части) устанавливает определенные режимы и порядок движения. Вертикальная разметка в виде сочетания черных и белых полос на дорожных сооружениях и элементах оборудования дорог показывает их габариты и служит средством зрительного ориентирования.

Изобретение компьютера и развитие цифровых информационных технологий позволило коренным образом усовершенствовать информационное обеспечение автомобилей.

В современных автомобилях все системы и агрегаты - двигатель и трансмиссия, тормоза, система рулевого управления, подвески, система безопасности, система поддержания определенной температуры и влажности в салоне, - контролируются и управляются бортовыми компьютерами. Во многих современных автомобилях имеются проигрыватель компакт-дисков, автомат их смены, кассетная стереодека, один или несколько встроенных сотовых телефонов и навигационный компьютер, содержащий приемник спутниковой системы навигации (GPS). В нем применяются электронные карты местности для определения точного местоположения автомобиля на местности и прокладывания маршрута следования. Такой радионавигатор снижает утомляемость за рулем и позволяет экономить время и деньги на объездах и поисках.

Изменился вид приборной доски. Вместо набора стрелочных приборов используется единый жидкокристаллический монитор, на котором информация о скорости, расходе топлива и пробеге либо дается водителю в цифровой форме, либо имитируется в виде стрелочных приборов. Применяются сенсорные дисплеи, чувствительные к прикосновению, и электронное табло спидометра с проектором скорости на лобовое стекло.

Для автомобилей разработаны видео/аудиоцентры и системы навигации. В него входит 5-дюймовый монитор на жидких кристаллах, радио (ЧМ и СВ), проигрыватель CD- и DVD-дисков, видео, телевизионный тюнер, система навигации и акустическая система.

В Москве уже работает опытное цифровое телерадиовещание. Прием мобильного пакета будет вестись на мобильные телевизионные приемники, оборудованные жидкокристаллическим дисплеем.

Когда-то путешественники ориентировались по звездам. Сегодня навигация осуществляется по сигналам искусственных спутников. При подключении системы навигации трехмерные карты на мониторе и аудиогид помогают водителю благополучно доехать до пункта назначения. Как только водитель вводит в систему навигации пункт, до которого ему нужно добраться, система сразу же ищет наилучший маршрут (например, кратчайший путь). По желанию можно задать до 4 пунктов, через которые вы хотите проехать до конечного пункта. Затем система указывает маршрут при помощи стрелки на карте и голоса. Трехмерная карта позволяет видеть объекты впереди и трехмерные увеличенные изображения перекрестков. Голосовой гид системы навигации предупреждает о приближении к перекрестку, например, так: "Через 600 метров сделайте левый поворот"

В салоне автомобиля можно легко разместить самые разные мобильные устройства - ноутбук или палмтоп, принтер, сканер, факс. Ведущие мировые производители (BMW, DaimlerCrysler, Ford, Fiat, General Motors, Honda, Renaut, Volkswagen) стремятся объединить все электронные приборы и устройства автомобиля в единую сеть - своеобразный передвижной офис.

К электронному оснащению современного автомобиля относятся и приспособления hands free ("свободные руки"). Особенно актуальным становится их использование после того, как в России с апреля 2001 года было введено правило, запрещающее водителям разговаривать во время езды по мобильному телефону. Ведь при этом приходится держать его одной рукой, а другой управлять автомобилем, что нарушает безопасность движения. "Cвободные руки" (наушник с микрофоном) позволяют держать руки на рулевом колесе.

Наиболее простыми приспособлениями hands free могут служить "пешеходные" гарнитуры. В их состав входят наушник, микрофон и специальная клипса, с помощью которой микрофон закрепляется поближе ко рту.

В более дорогие устройства "свободные руки" для автомобиля входит чувствительный микрофон, позволяющий говорить в машине, не напрягая голоса, и выносная антенна, улучшающая прием.

Однако после внедрения приспособлений "свободные руки" аварийность на дорогах не уменьшилась: водители, болтая по телефону во время движения, теряют контроль над автомобилем и поздно реагируют на внезапно возникающую опасность. Реакция водителя, разговаривающего по телефону, замедляется в два раза. Поэтому пользоваться приспособлениями "свободные руки" категорически не рекомендуется водителям во время движения автомобиля.

Технология Blue Eyes регистрирует движения глаза водителя и частоту моргания. Инфракрасная камера следит за положением глаз, и если система не находит глазного яблока, считается, что водитель во время движения автомобиля заснул. Тогда раздается сигнал тревоги, который разбудит водителя и тем самым предотвратит одну из самых опасных аварийных ситуаций.

Другие применения технологии Blue Eyes - регистрация водителя по индивидуальному рисунку радужной оболочки глаза, анализ мимики его лица. Когда он садится за руль, система автоматически настраивает положение зеркал и сиденья. Если водитель нахмурится, система автоматически включит веселую музыку.

Для обеспечения дополнительной безопасности при выполнении заднего хода выпускается комплект из видеокамеры и ЖК-дисплея. Камера закрепляется рядом с задним номерным знаком автомобиля и передает изображение по беспроводному соединению на экран с диагональю 2,5 дюйма, который монтируется на приборной доске.

Для обеспечения безопасности при движении задним ходом применяется парковочный радар. Принцип его действия основан на современной технологии измерения расстояния до препятствия с помощью ультразвукового сигнала. Датчики, установленные около заднего бампера, и система индикации расстояния до препятствия облегчат парковку и маневрирование в ограниченном пространстве, а также в темное время суток. Помимо датчиков, система комплектуется звуковым и/или световым индикатором расстояния. Они устанавливаются на приборной панели и дают водителю мгновенную информацию о расстоянии до приближающегося препятствия.

Когда автомобиль движется задним ходом, водитель видит не все. Паркуя автомобиль во дворе или окрестности детской площадки, можно не заметить рядом с задним бампером автомобиля ребенка 2-4 лет. Это особенно опасно.

Столбики, высокие бордюры, крупные предметы, лежащие на земле, - все это находится вне поля зрения водителя. Как результат - повреждения бампера, случайные царапины, вмятины и расходы на ремонт. Парковочный радар способен своевременно предупредить водителя о приближении не только к крупным препятствиям, но и к малогабаритным объектам и объектам небольшой высоты, что особенно полезно в темное время суток.

Адаптивный круиз-контроль (АСС) умеет не только поддерживать заданную скорость движения, но и может автоматически поддерживать заданное расстояние до впереди идущего автомобиля. Радар, установленный на решетке радиатора, способен распознавать движущиеся впереди (тем же курсом) автомобили. Если полоса свободна, система поддерживает заданную вами скорость. Если же радар распознает автомобиль, движущийся перед вами на более низкой скорости, система автоматически уменьшает подачу топлива в цилиндры двигателя, а при необходимости даже притормаживает машину, используя рабочую тормозную систему.

Спутниковая система навигации

Успехи трех технологий – радиотехники, компьютерной техники и космонавтики позволили создать современную систему навигации – спутниковую.

Спутниковая система навигации позволяет в любом месте Земли определить местоположение и скорость объектов. Эта система NAVSTAR (англ. Navigation Satellite Time and Ranging, Global Positioning System (GPS) — измерение дальности и времени по навигационному спутнику, глобальная система позиционирования) разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США.

Основой системы являются навигационные спутники, движущихся вокруг Земли по 6 круговым орбитальным траекториям (по 4 спутника в каждой), на высоте 20180 км. Спутники излучают радиосигналы в нескольких диапазонах. Навигационная информация может быть принята антенной и обработана при помощи GPS-приёмника. Информация, передаваемая с помощью одного из диапазонов, распространяется свободно, бесплатно, без ограничений на использование. 24 спутника обеспечивают 100%-ную работоспособность системы в любой точке земного шара, но не всегда могут обеспечить уверенный приём радиосигналов и точный расчёт позиции. Поэтому, для увеличения точности позиционирования и резерва на случай сбоев, общее число спутников на орбите поддерживается в большем количестве (29 на 2006 год). Максимальное возможное число одновременно работающих спутников в системе NAVSTAR ограничено 31.

Существует еще и отечественная система ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система), официально принятая в эксплуатацию в 1993 году, но еще не вышедшая на проектную мощность.

В систему кроме навигационных спутников входит наземный комплекс управления, содержащий спутниковые часы (они синхронизируются с находящимися на Земле специальными атомными часами), отслеживающий с высокой точностью реальное местоположение спутников, и GPS-приемники.

Объект, находящийся на Земле, при помощи GPS-приемника ловит радиосигналы с трех - четырех спутников системы, синхронизирует с ним свои часы, измеряет время прохождения радиосигнала со спутника и вычисляет расстояние до него. Сопоставляя эти расстояния для трех или четырех видимых спутников с помощью тригонометрических построений, прибор вычисляет свои географические координаты с точностью до нескольких метров.

GPS-приёмник — радиоприёмное устройство для определения географических координат текущего местоположения антенны приёмника. Работает на основе данных о временных задержках прихода радиосигналов излучаемых спутниками группы NAVSTAR. Максимальная точность измерения составляет 3-5 метров, а при наличии корректирующего сигнала от наземной станции – еще точнее. Точность коммерческих GPS-навигаторов составляет от 150 до 3 метров.

При использовании GPS-приставки информация выводится на КПК, сотовый телефон или компьютер, к которому подключена эта приставка с помощью навигационного программного обеспечения – навигационных карт.

Навигационная карта – это программа, позволяющая проложить маршрут до какого-нибудь объекта или адреса с учетом правил дорожного движения. Делается это с помощью нескольких нажатий на сенсорный экран GPS-навигатора. Некоторые программы при прокладке маршрута учитывают тип транспортного средства – легковой или грузовой автомобиль. В соответствии с типом транспорта выбирают оптимальный маршрут движения. Для пеших прогулок карта покажет вам путь через парки, улицы и переулки, а не по автомагистралям и шоссе. Есть карты максимально детализированные – вплоть до номеров домов.

При поездках на автомобиле навигационная программа предупреждает вас о предстоящих маневрах голосом, например: "Через 100 метров поверните направо". При поездках в незнакомый город карта поможет вам найти ближайшую гостиницу, поликлинику, кафе, почту или кинотеатр.

Современные карты получают через Интернет информацию о пробках и заторах на дорогах и в соответствии с ней составляют новый маршрут движения, позволяющий избегать долгого стояния на месте из-за пробок.

Спутниковая навигация применяется в самых различных видах современного транспорта – морском, авиационном, автомобильном и даже при пеших прогулках по лесу.

Авиация

Самый "молодой" вид транспорта - авиационный. Ему чуть больше 100 лет. Первый пилотируемый полет самолета с двигателем внутреннего сгорания, работающим на керосине, братья Уилбер и Орвилл Райт совершили 17 декабря 1903 года. За 59 секунд полета первый пилот преодолел расстояние 250 метров со скоростью около 50 км/ч. Фюзеляж заменяла ферма, а кабины не было - летчик помещался внутри фермы и управлял рулями самолета с помощью веревочных тяг. Никаких приборов самолет не имел. Но уже в 1911-1912 годах конструктор Игорь Сикорский построил первый многомоторный самолет "Русский витязь", а затем "Илья Муромец". У этого самого большого тогда в мире самолета была полностью закрытая застекленная кабина для двух летчиков и пассажиров. На самолете "Илья Муромец" был осуществлен (правда, с несколькими промежуточными посадками) перелет из Петербурга в Киев.

Дальность и скорость полетов возрастала с каждым годом, и потребовалось оснастить самолеты целым рядом приборов для навигации сначала при дневных, а затем и при "слепых" полетах - ночных, в тумане и при сплошной облачности. Эти приборы разместили в кабине на приборном щитке пилота и штурмана.

Бортовые приборы помогают пилоту вести самолет. В зависимости от назначения они делятся на пилотажно-навигационные, приборы контроля работы авиадвигателей и сигнализационные устройства. Навигационные системы и автоматы (прежде всего, автопилот) освобождают пилота от необходимости непрерывно следить за показаниями приборов.

В группу пилотажно-навигационных приборов входят указатели скорости, высотомеры, вариометры, авиагоризонты, компасы, указатели положений самолета и др. К приборам, контролирующим работу авиадвигателей, относятся тахометры, манометры, термометры, топливомеры и др.

Пилотажно-навигационные приборы позволяют пилоту следить за положением самолета в воздушном пространстве и осуществлять необходимые воздействия на управляющие органы - рули, элероны и др. К таким приборам относятся указатели высоты, горизонтального положения, воздушной скорости, вертикальной скорости и высотомер.

Указатель пространственного положения - авиагоризонт - представляет собой гироскопический прибор. На нем имеется линия искусственного горизонта и символ самолета, меняющий положение относительно этой линии в зависимости от того, как сам самолет меняет положение относительно реального горизонта.

Высотомер определяет высоту над уровнем моря по зависимости атмосферного давления от высоты. Это барометр, проградуированный не в единицах давления, а в метрах.

При полете над горами используется радиовысотомер - прибор на базе радиолокатора.

Вариометр необходим для поддержания постоянной скорости подъема или снижения. Как и высотомер, вариометр представляет собой барометр. Он показывает скорость изменения высоты, измеряя статическое давление. Применяются также электронные вариометры. Вертикальная скорость самолета указывается в метрах в минуту.

Местонахождение самолета при полете в облаках, за облаками и ночью определяется с помощью панорамного радиолокатора кругового обзора.

Задачи навигации: нахождение оптимального маршрута (траектории), определение местоположения, направления и значения скорости и других параметров полета самолета. В аэронавигации используют астрономические, радиотехнические, геотехнические и светотехнические методы. Применяются астрономические, гироскопические компасы, радиокомпасы, радиопеленгаторы, авиасекстанты.

Вот как описывает приборную доску и навигационное оборудование самолета АНТ-25 (РД - рекорд дальности) Г.Ф. Байдуков ("Первые перелеты через Ледовитый океан: Из воспоминаний летчика"):

Знакомя будущего командира экипажа Валерия Павловича Чкалова с самолетом АНТ-25, Георгий Федорович Байдуков и штурман Александр Васильевич Беляков рассказывают: "по простому магнитному компасу в Центральной Арктике летать нельзя. Вот для этой цели мы делаем основным методом навигации не компасную, а астрономическую, а на территории США - радионавигацию... - пояснил Беляков.

И тут же показал солнечный указатель курса (СУК) конструкции инженера Сергеева. Затем открыл футляр с секстантом и с гордостью подержал в руке большой морской хронометр, без которого нельзя определить точное время в полете, что так необходимо в штурманских расчетах.

Беляков показал Валерию Павловичу бортовую радиостанцию самолета, способную держать связь на дальности до шести тысяч километров, и свое штурманское место, сиденье которого находилось на запасном бачке резервной воды, необходимой для дополнительного питания системы охлаждения двигателя.

Наконец, я усадил нашего друга на сиденье пилота, и он стал детально рассматривать приборную доску летчика: часы, указатель скорости, высотомер, вариометр, указатель поворота и скольжения, авиагоризонт, магнитный компас, гирополукомпас, указатель радиокомпаса, тахометр, альфометр, термометр масла, термометр воды в системах маслопитания и охлаждения двигателя, указатели давления масла и бензина, тумблеры навигационных огней, подкрыльных осветительных ракет на случай посадки ночью и другие приборы и указатели, а также различные рычаги управления".

Для облегчения работы пилота при длительных полетах на современных самолетах устанавливают автопилот, который точно выдерживает заданный курс, скорость, высоту и горизонтальное положение самолета без вмешательства человека.

Автопилота на самолете АНТ-25 еще не было, и В.П. Чкалов и Г.Ф. Байдуков пилотировали его по 12 часов подряд, по очереди сменяя друг друга, все 64 часа полета через Северный полюс в Америку.

Идея и схема автопилота на основе гироскопа были предложены К.Э. Циолковским в 1898 году. Разработал первый автопилот американский изобретатель Элмер Сперри. Наибольшую известность Сперри принесли его работы по применению гироскопа для решения навигационных задач. В 1910 году Сперри организовал компанию "Сперри джайроскоуп" и возглавлял ее до 1929 года. Он изобрел гирокомпас, который во многих применениях вытеснил магнитный компас. Разработал гиростабилизаторы с электроприводом, уменьшающие бортовую качку судна и удерживающие летящий самолет в горизонтальном положении. Сконструировал гироуправляемые торпеды, автопилоты для автоматического управления судами и приборы для обнаружения подводных лодок.

Впервые полет самолета, автоматически управляемого автопилотом фирмы Сперри (США), был продемонстрирован на Всемирной выставке в Париже в 1914 году. Отечественный автопилот с пневматической исполнительной системой (АВП-1) был создан в 1932 году. Широко применяться автопилоты начали во время и после окончания второй мировой войны как в военной, так и в гражданской авиации, сначала на самолетах, а затем и на вертолетах.

Многие годы приборная доска самолета состояла из очень большого числа стрелочных приборов, следить за показаниями которых было для пилота и штурмана сложно и утомительно. Успехи электроники и компьютерной техники позволили достичь большей интеграции в конструкции приборной доски кабины экипажа и в авиационной электронике.

В современных бортовых приборах все больше информации выносится на общий монитор. Такой комбинированный (многофункциональный) индикатор дает возможность пилоту одним взглядом охватывать все объединенные в нем индикаторы. Полностью интегрированные цифровые системы управления полетом и жидкокристаллические индикаторы дают пилоту лучшее представление о пространственном положении и местоположении самолета, чем это было возможно ранее.

Новый тип комбинированной индикации - проекционный - дает пилоту возможность проецировать показания приборов на лобовое стекло самолета, тем самым совмещая их с панорамой внешнего вида. Такая система индикации применяется не только на военных, но и на некоторых гражданских самолетах.

Во время первой мировой войны был изобретен звукоулавливатель. Он применялся для обнаружения самолетов противника по шуму их моторов, наводки прожекторов, обеспечения стрельбы зенитной артиллерии и действий истребительной авиации. Но скорость самолетов быстро росла, и с помощью такого звукоулавливателя стало невозможным своевременно обнаружить самолеты противника. В конце 1930-х гг. на смену звукоулавливателю пришла радиолокация: метод обнаружения и определения местонахождения объектов посредством радиоволн. Эти волны излучаются радиолокационной станцией, отражаются от объекта и возвращаются на станцию, которая анализирует их, чтобы точно определить место, где находится объект.

Первым применением радиолокации были поиск и дальнее обнаружение бомбардировщиков противника. Перед Второй мировой войной Великобритания построила сеть радиолокационных станций дальнего обнаружения для защиты от внезапных воздушных налетов со стороны Ла-Манша. Сегодня более совершенные радиолокационные сети защищают от внезапного нападения авиации или ракет. Корабли и самолеты также оснащаются радиолокаторами. Это сделало возможным наведение истребителей на вражеские бомбардировщики с наземных радиолокаторов слежения или с корабельных радиолокаторов перехвата; можно также применять бортовые самолетные радиолокаторы для обнаружения, слежения и уничтожения техники противника. Бортовые радиолокаторы используются для поиска объектов над сушей или морем и для оказания помощи в навигации или при слепом бомбометании.

Ракеты с радиолокационным наведением оснащаются для выполнения боевых задач специальными автономными устройствами. Для распознавания местности на самонаводящейся ракете имеется бортовой радиолокатор, который сканирует земную поверхность и соответствующим образом корректирует траекторию полета. Радиолокатор, расположенный поблизости от противоракетной установки, может непрерывно отслеживать полет межконтинентальной ракеты.

На современных истребителях и бомбардировщиках применяется электронная система распознавания "свой/чужой". Эта кодовая система распознавания является одним из важнейших военных секретов государства.

На гражданских самолетах радиолокаторы используют для решения ряда задач, в том числе для определения высоты полета относительно земли. В аэропортах один радиолокатор служит для управления воздушным движением, а другой - для управления заходом на посадку. Он помогает пилотам посадить самолет в условиях плохой видимости.

Первые самолеты использовали для взлета и посадки любую ровную площадку - так невелика была их взлетная и посадочная скорость. У современных самолетов взлетная и посадочная скорость - 200-300 км/ч, а разбег при взлете и пробег после посадки составляет несколько сотен метров. Поэтому длина взлетно-посадочной полосы (ВПП) - около 3000 м. Для обеспечения посадки ночью и в плохую погоду на расстоянии около 1000 м от начала ВПП с обеих сторон устанавливают посадочные огни приближения - цепочку прожекторов по осевой линии полосы. Перпендикулярно огням приближения располагают 5-6 световых горизонтов - огней красного цвета. Они помогают пилоту осуществлять посадку под нужным углом к полосе. Кроме того, пилот при посадке ориентируется по радиомаякам: курсовой маяк указывает направление на осевую линию полосы, а глиссандный - задает траекторию снижения.

Аэродромный радиолокатор кругового обзора показывает на экране воздушную обстановку в зоне аэродрома: где, на каких высотах и с какой скоростью летят самолеты. С помощью такого локатора авиадиспетчер управляет движением и обеспечивает безопасное расстояние самолетов друг от друга. Управление движением самолетов осуществляется с высокой застекленной башни на аэродроме - командно-диспетчерского пункта.

Управление воздушным движением самолета (УВД) от взлета до посадки обеспечивает порядок и безопасность полетов в диспетчерском воздушном пространстве и обмен информацией между авиадиспетчерами и экипажами самолетов с использованием компьютеров и радионавигационных средств. Система УВД имеет сеть пунктов управления, в которую включены центры УВД на воздушных трассах, аэропортовые контрольно-диспетчерские пункты (КДП), центры авиадиспетчерской службы, радиолокационные станции дальнего действия и диспетчерские РЛС, радионавигационные станции и системы автоматизированного управления посадкой.

Самолет управляется в соответствии с правилами визуального полета (ПВП) или правилами полетов по приборам (ППП). Согласно ПВП, летчики, выполняя полет, обязаны следить за другими самолетами, не допуская столкновений, и не должны входить в зоны с низкой облачностью и плохой видимостью. ППП применяются летчиками, управляющими самолетом по приборам в соответствии с указаниями авиадиспетчера. Летчик может руководствоваться теми или иными правилами полета в зависимости от погодных условий, но при любых обстоятельствах он должен следить за показаниями приборов и выполнять государственные и международные авиационные правила. В целях безопасности гражданские воздушные лайнеры обычно используют ППП. Воздушное пространство делят на диспетчерское и неконтролируемое. Службы УВД осуществляют контроль в диспетчерском воздушном пространстве, в которое включают низкие и высотные воздушные трассы, диспетчерские зоны аэропортов и диспетчерские районы.

Воздушная трасса представляет собой коридор, границы которого отстоят на 6,5 км от осевой линии. Внутри этого коридора гарантируется безопасность полета самолета по приборам.

Диспетчерская зона - это воздушное пространство около аэропорта, ограниченное полусферой радиусом 8 км. В диспетчерских зонах крупных аэропортов обеспечивается безопасность полета самолетов в условиях плохой видимости.

Диспетчерский район аэропорта - это обслуживаемая диспетчерской службой часть воздушного пространства, выходящая за пределы воздушных трасс и диспетчерских зон. Диспетчерский район позволяет отделить летчиков, работающих по ПВП, от летчиков, использующих ППП.