На правах рукописи

Короткова Юлия Александровна

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ПОДБОРА ВОДИТЕЛЕЙ

НА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОМ ПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ

05.22.08 – Управление процессами перевозок

05.22.10 – Эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2012

Работа выполнена в Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) на кафедре «Организация и безопасность движения».

кандидат технических наук,

Научный руководитель:

доцент Романов Александр Николаевич доктор технических наук,

Официальные оппоненты:

профессор кафедры «Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервиса»

Максимов Виктор Александрович кандидат технических наук зав. научно-исследовательским отделом «Проблемы подготовки водителей автотранспортных средств»

Чебышев Алексей Евгеньевич ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государст

Ведущая организация:

венный архитектурно - строительный университет»

Защита диссертации состоится 31 мая 2012 года в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д.212.126.06 ВАК РФ при Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) по адресу: 125319, ГСП-47, Москва, Ленинградский проспект, 64, ауд.

42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в диссертационный совет университета и по электронной почте:

[email protected]

Автореферат разослан 27 апреля 2012 г.

Телефон для справок (499) 155-93-

Ученый секретарь диссертационного совета ДМ.212.126. кандидат технических наук, доцент Ефименко Д.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Рост жилищного строительства в городах привел к значительному увеличению доли специализированных грузовых автомобилей. Перевозка крупногабаритных тяжеловесных грузов (КТГ) автомобильным транспортом – неотъемлемая часть технологического процесса строительства. Отличительной особенностью перевозок КТГ является то, что их осуществляют на транспортных средствах, длина которых превышает 12м (одиночные автомобили) и 20м (автопоезда). Процесс управления таким подвижным составом предъявляет к водителям особые требования, связанные со значительным напряжением в работе, четкой регламентацией действий, высокой профессиональной подготовкой и личностными качествами водителя. Специфика профессиональной деятельности водителей специализированного транспорта, перевозящего КТГ, заключается в том, что это не только непосредственно процесс управления автопоездом, но также и выполнение ряда технологических операций, связанных с погрузкой/выгрузкой груза.

В настоящее время трудовой кодекс (статья 328 ТК РФ) предписывает прохождение профессионального отбора и профессиональную подготовку водителей при приеме на работу, непосредственно связанную с движением транспортных средств. Однако отсутствуют требования по осуществлению профессионального подбора водителей, перевозящие различные виды грузов, в том числе и КТГ. Тем не менее, в соответствии с «Положением об обеспечении БДД в предприятиях, учреждениях, организациях, осуществляющих перевозки пассажиров и грузов автомобильным транспортом» от 09.03.1995г., первоочередной задачей является обеспечение профессиональной надежности водительского состава.

Осуществление профессионального подбора в автотранспортных предприятиях, на основе индивидуальных психофизиологических качеств водителя, актуально для максимальной безопасности перевозочного процесса.

Цель исследования - повышение эффективности и безопасности дорожного движения путем разработки научно обоснованного метода профессионального подбора и практических рекомендаций для водителей, управляющих специализированным подвижным составом (СПС).

Задачи исследования:

анализ существующих методов обеспечения безопасности дорожного движения в автотранспортных предприятиях;

проведение теоретического исследования безопасной работы водителей на специализированном грузовом транспорте при перевозке КТГ;

исследование влияния индивидуальных психофизиологических качеств водителей на работоспособность водителей;

разработка методики профессионального подбора водителей СПС при перевозке КТГ.

Объект исследования – динамика работоспособности водителя в течение рабочего дня.

Предмет исследования – индивидуальные психофизиологические качества водителя.

Методами исследования были выбраны статистические методы корреляционного и регрессионного анализа, метод топологического моделирования данных, табличные и графические методы представления результатов исследования.

Для обработки исходной информации были использованы пакеты прикладных программ Microsoft Excel, Scientifiс WorkPlace 6.5.

Научная новизна работы:

обоснованы наиболее важные факторы, оказывающие влияние на снижение работоспособности водителя СПС в течение рабочего дня;

разработана математическая модель с целью выяснения степени влияния факторов, характеризующих систему ВАД по времени совершения дорожно-транспортного происшествия (ДТП);

применено топологическое моделирование с позиции теории «катастроф» для описания изменения работоспособности человека в динамических условиях системы ВАД;

теоретически установлена и экспериментально подтверждена закономерность изменения работоспособности водителя в течение рабочего дня;

разработан и применен программно-методический комплекс по исследованию психофизиологических качеств водителя;

разработана и применена методика профессионального подбора водителей.

Практическая ценность работы состоит в том, что выявлены наиболее важные факторы, оказывающие влияние на снижение работоспособности водителей, перевозящих КТГ, на каждом часу управления СПС;

предложены мероприятий по снижению влияния тех факторов, значения которых носят отрицательный характер влияния на надежность системы ВАД.

В ходе исследования динамики работоспособности водителей при перевозке КТГ была использована теория «катастроф» Арнольда В.И. с целью описания развития процессов, имеющих пороговые характеристики. Показана возможность применения топологического подхода для описания процесса работоспособности человека в динамических условиях системы ВАД.

Определено пороговое значение функции работоспособности F(Jp), ниже которого F(Jp) принимает неустойчивые значения.

На основе проведенного исследования выявлены значимые психофизиологические качества водителя – время реакции, внимание, память, мышление. На базе диссертационного исследования разработан и применен в ОАО «Первый автокомбинат» им.Г.Л.Краузе (Комбинат) программнометодический комплекс, оценивающий индивидуальные психофизиологические качества водителя. Разработана и применена методика профессионального подбора водителей на СПС. Методика может быть применена и в других АТП.

Реализация работы.

Результаты исследования внедрены в практическую деятельность комбината при осуществлении приема на работу и проведении профессионального подбора водительского состава.

Результаты исследования используются в учебном процессе МАДИ кафедрой «Организация и безопасность движения» при проведении лекционных занятий и лабораторных работ по курсу «Инженерная психология».

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы обсуждены на 4-ой ежегодной научной конференции факультета «Управление» МАДИ ( г.) и заседаниях кафедры «Организация и безопасность движения» МАДИ (2008 – 2010 г.г.).

На защиту выносятся:

разработанная математическая модель факторов, влияющих на снижение работоспособности водителя СПС в течение рабочего дня, характеризующих систему ВАД по времени совершения ДТП;

результаты исследования особенностей психофизиологических качеств водителя с позиции теории «катастроф», что позволит спрогнозировать динамику работоспособности;

выявленные закономерности влияния индивидуальных психофизиологических качеств водителя на параметры изменения работоспособности в течение дня;

разработанная методика профессионального отбора водителей при приеме на работу и методика профессионального подбора водителей в зависимости от сложности перевозочного процесса.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе в трех изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, изложена на 156 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунок, таблицу, 3 приложения и библиографический список из 115 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показаны актуальность и определена цель диссертационного исследования, раскрываются научная новизна и практическая ценность работы, дается общая характеристика исследования, сведения о результатах ее апробации, внедрении и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена анализу специфики создания материального потока при транспортировке КТГ. Были проведена оценка существующих методов по обеспечению безопасности дорожного движения в грузовых автотранспортных предприятиях. Установлено, что в логистической системе «груз» - «получатель» отсутствует такое мероприятие, как профессиональный подбор водителей. Управление крупногабаритным и тяжеловесным транспортным средством требует высокой умственной и физической концентрации. При высокоинтенсивном характере дорожного движения в таких мегаполисах, как г.Москва, безаварийное управление предъявляет высокие требования к психофизиологическим качествам водителя.

Анализ аварийности на примере Комбината выявил зависимость количества ДТП от продолжительности управления ТС. В 47% всех ДТП столкновения происходили на перегонах вследствие несоблюдения бокового интервала, что объясняется невнимательностью водителя из-за развившегося утомления. В ходе исследования работ отечественных ученых В.Ф.Бабкова, А.Б.Дьякова, Н.А.Игнатова, В.И.Коноплянко, В.М.Мишурина, А.Н.Романова, В.В.Шульца установлено, что надежность водителя определена довольно сложным комплексом взаимосвязанных факторов (рис.1). Наиболее значимые среди них знания, навыки, умения и работоспособность, которые зависят от индивидуальных особенностей водителя.

Рис.1. Факторы, определяющие надежность водителя В ходе анализа работ А.Н.Романова, В.В.Шульца было установлено, что описанием изменения работоспособности водителя в течение рабочего дня является параболическая кривая (рис.2):

Рис.2. Кривая изменения работоспособности водителя в течение рабочего дня Проведенные оценки существующих методов по обеспечению безопасности дорожного движения в грузовых автотранспортных предприятиях позволили сформулировать цель следующего этапа исследования, которая заключается в повышении надежности подсистемы «водитель» и системы «водитель – автомобиль – дорога» (ВАД) при перевозке КГТ, путем осуществления профессионального подбора водителей на СПС.

В рамках сформулированной цели дальнейшего исследования были поставлены задачи:

исследовать особенности процесса управления специализированным подвижным составом при перевозке КТГ;

исследовать влияния факторов системы ВАД на изменение работоспособности водителя в течение рабочего дня;

разработать методику экспериментального исследования работоспособности водителя;

разработать и апробировать методику профессионального подбора Вторая глава посвящена исследованиям изменения работоспособности водителя, работающим на СПС. Выявлены наиболее значимые факторы, оказывающие влияние на снижение работоспособности водителя СПС в течение рабочего дня. Анализ данных по ДТП за последние 5 лет на Комбинате позволил создать группу параметров, характеризующих комплекс «водитель-автомобиль-дорога-среда» (ВАДС) на момент совершения ДТП. В данную группу вошли 6 показателей: X1 – время совершения происшествия; X2 – количество полос движения в одном направлении; X3 – возраст; X – водительский стаж; X5 – длина автопоезда; Y –время работы на линии.

Показатель X1 характеризует время суток на момент совершения дорожного происшествия.

Показатель X2 характеризует дорожную обстановку – это число полос на дороге в попутном направлении. На автомобилях с большой грузоподъемностью и длиной автопоезда более 15 м при совершении маневров водитель вынужден из-за габаритов транспортного средства отступать от требований дорожной разметки. При осуществлении поворотов ширина полосы не всегда позволяет выполнить маневр в соответствии с правилами дорожного движения, вынуждая водителя их нарушать.

Показатели X3 и X4 характеризуют подсистему «водитель». Рассматриваемые показатели дают косвенное представление об уровне мастерства водителя. Опытный водитель может избежать аварийных ситуаций с большей вероятностью, чем неопытный водитель. По статистике отдела безопасности в Комбинате 67% всех ДТП за последние 5 лет совершаются водителями со стажем работы на предприятии менее 2-х лет.

Показатель Х5 характеризует длину автопоезда, который позволяет учесть степень сложности управления крупногабаритным и тяжеловесным транспортным средством.

Показатель Y характеризует количество времени, проводимого водителем на линии. Этот фактор является одним из главных в обеспечении безопасности дорожного движения.

Продолжительность управления СПС на Комбинате варьируется в диапазоне от 8 до 10 часов в зависимости от задания. Для определения существования стохастической связи между факторами была исследована их корреляционную связь. Для этого из базы данных по ДТП на Комбинате был проведен сбор статистической информации по каждому часу. На основании полученных данных, применив методы регрессионного анализа, получены 10 уравнений, описывающих влияние рассматриваемых факторов на динамику работоспособности водителя на конкретном часу управления(1)Х1 + 3,74Х2 - 2,28Х3 + 1,87Х4 + 4,17Х5 = 1 (1) 15,37 – 0,25Х1 – 3,04Х2 – 0,4Х3 – 0,32Х4 – 0,56Х5 = 2 (2) -75,3 + 2,56Х1 – 15,2Х2 + 0,41Х3 – 0,06Х4 + 5,97Х5 = 3 (3) -16,15 + 0,08Х1 + 4,13Х2 + 0,04Х3 + 0,12Х4 – 0,08Х5 = 4 (4) 58,75 – 6,81Х1 + 7,93Х2 + 0,21Х3 – 0,25Х4 + 0,29Х5 = 5 (5) -188,5 + 2,78Х1 + 10,51Х2 – 0,07Х3 + 0,04Х4 + 7,26Х5 = 6 (6) -63,72 – 0,18Х1 + 21,12Х2 + 4,25Х3 – 4,55Х4 – 4,08Х5 = 7 (7) 17,76 – 0,76Х1 + 1,78Х2 – 0,08Х3 + 0,002Х4 – 0,02Х5 = 8 (8) 83,24 – 1,37Х1 + 3,24Х2 + 0,21Х3 – 0,43Х4 – 3,38Х5 = 9 (9) -169,9 + 69,87Х1 – 10,29Х2 + 0,71Х3 – 0,504Х4 – 3,56Х5 = 10 (10) Для практического использования моделей регрессии большое значение имеет их адекватность, т.е. соответствие теоретических данных статистическим. Уравнение на 10-ом часу, оказалось неадекватно описывающим статистические данные, так как Fвыч.> Fтабл. Данное уравнение не может быть использовано для прогнозов. В дальнейшем исследовании рассматривались 9 уравнений (11-19). Для получения математической модели, адекватно описывающей полученные данные, была определена значимость коэффициентов регрессии посредством t - критерия Стьюдента. Незначимые коэффициенты были исключены, так как соответствующие им факторы не имеют функциональной связи со временем совершения ДТП.

Уравнения без учета незначимых коэффициентов приобретает следующий вид (11)-(19):

где 1… 10 – диапазон времени работы до совершения ДТП;

Х1, Х2, Х3, Х4, Х5 – рассматриваемые факторы.

Была проведена оценка значимости полученной модели из 9 уравнений. В результате вычислений расчетные значения критерия Фишера меньше табличного. Модель адекватно отражает функционирование системы ВАД и может быть использована для прогнозирования времени возникновения ДТП по ранее заданным факторам. Математическая модель позволяет повышать безопасность дорожного движения путем регулирования факторов, влияющих на изменение работоспособности водителя.

Проведение корреляционного анализа и определение значимых коэффициентов корреляции показало, что рассматриваемые факторы начинают оказывать существенное влияние на вероятность совершения ошибки водителем, приводящей к происшествиям, начиная со 2-го часа работы (рис.3).

Рис.3. Влияние исследуемых факторов на аварийность в течение рабочего Оценка степени влияния фактора на выходной параметр производится следующим образом. Величина коэффициента корреляции определяет силу влияния фактора, а знак – характер влияния. Поскольку уменьшение числа аварий свидетельствует об улучшении функционировании комплекса ВАДС, то необходимо больше уделять внимания тем факторам, значения которых отрицательны. Отрицательный знак при коэффициенте регрессии свидетельствует об обратном характере влияния фактора на аварийность, т.е. при увеличении отрицательного значения корреляционной связи снижается вероятность возникновения ДТП. На 2-ом часу работы проявляется значительная степень связи параметра Х5, учитывающего влияние габаритов автомобиля (R2 = - 0,53). Для повышения надежности системы ВАД необходимо осуществлять обследование маршрутов и фиксировать данные дороги (ширина полосы, количество полос в попутном направлении и т.п.), сопоставлять существующие радиусы поворотов и фактические, необходимые для осуществления маневров специализированного подвижного состава.

Существенные отрицательные значения коэффициентов регрессии на 8-ом (R8 = - 0,47) и 9-ом (R9 = - 0,50) часах работы водителя свидетельствуют о влиянии возраста и стажа водителей. Для повышения безопасности дорожного движения в длительные поездки следует назначать более опытных водителей со стажем работы на предприятии более 2-х лет.

На четвертом и шестом часах непрерывного управления СПС значительное влияние на развитие утомления оказывает количество полос в попутном направлении, что подтверждается существенной корреляционной связью (R4=0,43, R6=0,45).

Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать вывод о необходимости учета степени сложности работы, зависящие от габаритов автомобиля, продолжительности управления СПС. При разработке рекомендаций по повышению надежности функционирования подсистемы «водитель», необходимо учитывать индивидуальные качества водителя и проводить профессиональный подбор при перевозке КТГ.

В третьей главе рассматривается возможность анализа процесса развития утомления и накапливания ошибочных действий в динамической системе ВАД с позиции теории «катастроф». При создании современных сложных систем таких, как транспортные средства в настоящее время широко применяется стохастический системный анализ устойчивости к авариям. При решении вероятностных задач возникают вопросы, связанные с неопределенностью исходной информации, а также большой размерностью и сложным характером зависимых величин.

Определенный прогресс в решении задач вероятностного типа может быть достигнут при использовании новых математических методов, к числу которых следует отнести теорию «катастроф».

Теория катастроф применяется в судостроении, медицине, экономике и во многих других областях науки. Научная концепция, возникшая на стыке двух базовых математических дисциплин, — топологии и математического анализа, представляет методы изучения качественных изменений в системах, скачкообразных переходов систем из одного состояния в другое при плавном изменении параметров, от которых они зависят. Характерной особенностью теории «катастроф» является применение достаточно абстрактных методов теории бифуркаций к решению конкретных прикладных задач.

Были проанализированы существующие методы применения данной теории к описанию динамических процессов. В работе В.В. Зырянова дана идея о возможности применения теории «катастроф» к исследованию и прогнозированию возникновения ДТП. В данном диссертационном исследовании автор применяет теорию «катастроф» с целью изучения динамики работоспособности водителя в системе ВАД.

Система ВАД характеризуется динамически неравновесными условиями. С ростом утомления наблюдаются качественные изменения в поведении водителя. Сложность прогнозирования действий водителя связана с особенностями его психофизиологических характеристик. С увеличением потока информации растет вероятность совершения водителем ошибочных действий, что может стать причиной ДТП.

В рамках данного подхода подсистема «водитель» в динамических условиях рассматривается как самостоятельная система. Все скачкообразные изменения состояний подсистемы «водитель», вызываемые изменяющимися внешними воздействиями, описываются при помощи канонических моделей – катастроф.

В соответствии с теоремой Р.Тома семейство потенциальных функций F(x1…xn;с1…ck), где k5, описывается уравнением вида где Cat(l,k)- функция катастрофы;

CG(l)- росток катастрофы;

Pert(l,k)- возмущение катастрофы;

l – переменные состояния;

k – управляющие параметры.

Локальные типы функции (20) описывают критические точки функции, которые во многом определяют поведение системы.

Проанализировав 7 моделей, применяемых в теории «катастроф», для диссертационного исследования была выбрана катастрофа «складка», как наиболее близкая к описанию процессов, связанных с изменением работоспособности водителя.

Потеря устойчивости системы выражается в появлении максимума и минимума функции. В соответствии с теорией катастрофы «складка» критические точки с течением времени под действием управляющего параметра сливаются в одну и динамическая система приобретает устойчивое состояние. Процесс изменения работоспособности водителя в течение дня характеризуется наличием устойчивого и неустойчивого рабочего процесса.

Таким образом, выбранная модель наиболее близка к описанию динамической системы «водитель».

Катастрофа «складка» F(x,a)= x 3 + ax где F(x,a)- функция катастрофы;

х - переменный параметр;

а - управляющий параметр.

Так как теория катастроф дает метод моделирования некоторых нарушений непрерывности развития процессов различного вида, целесообразно возможные формы изменения работоспособности интерпретировать как катастрофы.

Рассмотрим применение теории катастроф на примере зависимости количества ошибок водителя Nбезош./ Nобщ. от времени работы (рис. 4).

Динамика кривой А характеризуется наличием точек отклонения от среднего (точки 1 и 2 на рис.4).

Рис. 4. Изменение количества ошибок при исследовании сложных сенсомоторных реакций в течение рабочего дня Кривой характерны S-изломы. С позиции теории «катастроф» точки излома кривой соответствуют бифуркационным (двойственным) значениям параметра, при котором скачкообразно («катастрофически») изменяется число ошибок. Таким управляющим параметром является Tp – время реакции водителя. Переменной состояния является отношение безошибочных действий к общему количеству Nбезош./ Nобщ. Анализируемая кривая представляет собой поперечное сечение модели «складка» и изображается поверхностью в трехмерном пространстве (рис. 5).

Рис. 5. Схематическое представление зависимости количества ошибок от времени реакции Tp (модель «складка»):

1, 2 – линии складок; 3 – поперечные сечения модели; В – точка сборки; 4 – бифуркационная кривая; В1 – точка бифуркации Свойством данной модели является наличие двух линий складок начинающихся в точке В и образующих на плоскости бифуркационную кривую – параболу с острием в точке В1. Можно предположить, что эти точки, расположенные на бифуркационной кривой, соответствуют критическому значению времени реакции, при достижении которого начинают возникать нарушения в течение процесса совершения ошибок водителем. Безаварийные режимы геометрически отвечают точкам поверхности многообразия катастрофы «складка», лежащим на верхнем и нижнем листах снаружи кривой складок, а аварийные режимы – точкам на среднем листе внутри кривой складок.

Качественное разнообразие поведения системы «водитель» определяется различными комбинациями управляющих параметров. В рассматриваемом случае параметр времени реакции Tp называется расщепляющим, поскольку поверхность расщепляется на два листа, т.е. его изменение регламентирует возникновение скачков. Если выполняется условие Tp > Tpкр., то достигается край сборки, что приводит к скачку от безаварийного в аварийный режим. Линии складок соответствуют именно тем значениям управляющих параметров, которые инициируют скачкообразные изменения состояния. Такое представление, объединяя на одной схеме все возможные варианты, согласуется с известными наблюдениями и экспериментальными данными и дает информацию о качественных изменениях в процессе совершения количества ошибок Nбезош./Nобщ. водителем в течение рабочего дня.

Так как при быстром перемещении объектов восприятие затруднено и происходит более медленно, время реакции возрастает при увеличении скорости, что приводит к совершению ошибочных действий.

Функция изменения количества ошибок характеризуется наличием отклонений от среднего значения (точки 1 и 2 на рис.4). С увеличением времени работы точка 1 и точка 2 сближаются и график приобретает менее экстремальный характер. Исходя из модели поверхности можно предположить, что существует некоторое значение Tp=Tpкр., при котором точки сливаются в точку складки В и В1 (рис. 5), разделяющие функции аварийного и безаварийного режимов. Таким образом, осуществлен переход к двухмерному изображению процессов изменения психофизиологических качеств водителя с учетом особенностей теории «складка» (новые оси координат N/ и t).

Функция изменения количества ошибок во времени характеризует изменение надежности системы, следовательно, и работоспособности человека в течение рабочего дня. Рост ошибочных действий свидетельствует о развывшемся утомлении и, как следствие, увеличении времени реакции водителя. Время реакции водителя является характеристикой работоспособности и выражается обратной зависимостью:

где F(tp) – функция изменения времени реакции водителя;

tp – время реакции водителя;

F(Jp) – функция изменения работоспособности водителя;

Jp – работоспособность водителя.

Для анализа динамики работоспособности водителя по изложенным выше позициям была взята кривая, описанная в работах Романова А.Н. В течение дня в процессе изменения работоспособности происходят скачки, фиксируемые как рост аварийности. Приведенные в литературе данные свидетельствуют о существовании кривых, экстремальная форма которых воспроизводит геометрию простейшей катастрофы «складка».

Объяснение изменения хода кривой работоспособности человека связано с особенностями психофизиологических качеств и характеризуется фазностью в течение рабочего дня. Первая фаза - период нарастающей работоспособности, период врабатываемости. Длительность данного периода может колебаться в широких пределах, в зависимости от индивидуальных качеств водителя. Вторая фаза характеризуется устойчивой работоспособностью. Третьей фазе характерно снижение работоспособности в виду развившегося утомления. После перерыва следуют те же 3 фазы. Продолжительность первых духе фаз уменьшается, а длительность третьей увеличивается.

Рис. 6. Кривая изменения работоспособности Jp от времени t в течение рабочего дня По статистике Комбината, рост ДТП отмечают к концу рабочего дня.

Это объясняется закономерным развитием утомления, снижающим надежность водителя. Для исследования наиболее интересен период, выделенный как опасная зона (рис. 6). Начало опасной зоны характеризуется снижением устойчивой работоспособности – это начало закономерного снижения психофизиологических параметров водителя. Для каждого водителя начало и продолжительность этой зоны индивидуальны и зависят от психофизиологических качеств человека. С учетом статистических данных по аварийности, опасным представляется промежуток времени после трех часов непрерывного управления транспортным средством (ДТП в первые три часа управления автомобилем носят случайный характер).

Рис. 7. Трансформация кривой изменения работоспособности Jp в течение рабочего дня (модель «складка»)1 – линия складки; 2 – поперечные сечения модели; С – точка складки Кривая изменения работоспособности характеризуется S-образностью (рис. 7). В рассматриваемом случае предлагается в качестве переменной, характеризующей состояние системы, принять Jp - работоспособность водителя. В качестве параметра, влияющего на функционирование системы, следует принять степень сложности работы, характеризуемой изменением времени реакции водителя. При фиксированных значениях Тр кривая представляет собой поперечное сечение модели. Линия складки, начинающаяся в точке сборки С, образует на плоскости управляющего параметра Тр часть бифуркационной кривой, ограничивающей аварийную область. Точки, расположенные на кривой, соответствуют критическому значению Тркр., при достижении которого начинает наблюдаться изменение работоспособности водителя, отражаемое в кривых статистики аварийности.

Устойчивые безаварийные режимы геометрически отвечают точкам поверхности многообразия катастрофы «складка», лежащим вне области, ограниченной бифуркационной кривой. Трансформация кривой отображает особенности изменения Jp как функции времени при разных значениях t.

Кривая имеет максимум и минимум. По мере роста управляющего параметра Тр эти точки сближаются и при некоторых значениях Тр = Тркр. сливаются в одну точку. Линии складок соответствуют именно тем сочетаниям управляющих параметров, которые инициируют скачкообразные изменения состояния. Следовательно, изображенная часть параболы (1 на рис. 7) ограничивает область неустойчивой работоспособности. Соответствие между теоретической и модельной кривой выражается не только в отмеченном внешнем сходстве характера зависимостей, но и в логическом обобщении.

Таким образом, исследование особенностей психофизиологических качеств водителя с позиции теории «катастроф» позволили на примере зависимости изменения работоспособности Jp от времени реакции Тр в течение рабочего дня применить топологический подход для анализа ситуаций, имеющих пороговый характер.

Четвертая глава посвящена результатам экспериментальных исследований. В соответствии с целью и задачами общая методика проведения эксперимента включает 4 этапа исследования полученных данных.

Ранее была выявлена зависимость изменения работоспособности Jp от времени реакции Тр (22). Использование времени реакции в качестве обобщенного показателя для описания психофизиологических качеств водителя возможно, поскольку Тр является интегральной характеристикой памяти, внимания и мышления человека. Для получения полных данных при исследовании был применен программно-методический комплекс, состоящий из 6 тестов: Тест «простая реакция»; Тест «сложная реакция»; Тест «сложная реакция в навязанном темпе»; Тест «красно-черная таблица Шульте-Платонова»; Тест «реакция на движущийся объект»; Тест «установление закономерностей».

При управлении ТС изменение времени реакции водителя характеризует степень утомления и является значимым показателем надежности.

Большое значение для безопасности дорожного движения имеет умение водителя правильно и точно, а главное, своевременно выполнять управляющие действия в условиях дорожного движения. В предлагаемой методике реакция водителя исследуется тестами «простая реакция», «сложная реакция», «сложная реакция в навязанном темпе».

Внимание является важным фактором, обеспечивающим надежность водителя. Это характеристика, на которой базируются память (необходимые знания, навыки и умения по управлению ТС), мышление (возможность прогнозирования поведения участников дорожного движения) и в конечном итоге реакция, как интегральный показатель этих факторов.

Для оценки внимания были применены тесты «красно-черная таблица Шульте-Платонова», «установление закономерностей» и «реакция на движущийся объект», к тому же «реакция на движущийся объект» позволяет оценивать умение водителя определять скорость перемещения объектов на дороге с помощью динамического глазомера.

На Комбинате была протестирована группа водителей до выхода на линию (область 1), в обеденный перерыв (область 2) и после возвращения на базу (область 3). Результаты показаны на рис. 8.

Целью первого этапа экспериментального исследования данных стало практическое подтверждение установленных ранее закономерностей изменения работоспособности водителя в течение рабочего дня. Аппроксимированные значения полученных данных изменения работоспособности водителей СПС в течение рабочего дня описываются формулой (рис.8):

при R = 0, Из графика видно, что к концу рабочего дня работоспособность водителя снижается в 4 раза.

Рис.8. Изменение работоспособности водителя грузового специализированного автотранспорта в течение рабочего дня Рассмотрим полученную закономерность с позиции теории «катастроф». В данном случае управляющим параметром являются индивидуальные психофизиологические качества водителя. В соответствии с теорией «катастроф» при переходе от максимального значения к минимальному, в системе происходит резкий скачок – «катастрофа» (рис. 9). Скачкообразные переходы свидетельствуют об ухудшении функционирования системы.

Рис.9. График изменения работоспособности водителя Jp Уравнение (23) является частным случаем функции уравнений Интегральные функции f1(x) и f2(x) описывают более общее течение процесса изменения работоспособности водителя.

Полученные функции являются частными случаями катастрофы «складка» (21) при следующих значениях параметров при а=1; С при а=1; с0; b=0; С2=0, где С1 и bx + С 2 - возмущения функции F(x,a)= x 3 + ax.

Уравнение полученной кривой описывается функцией f2(x).

f2(x)= F ( x )dx = ( 0,105x 2 1,459 x + 3,32)dx = -0,04x3-0,73x2+3,32x+C (28) где -0,73x2+C1 – возмущение.

Функция катастрофы «складка»:

На основании полученной закономерности катастрофы «складка» (29) построим график.

Рис. 10. График зависимости работоспособности водителя от времени Из графика видно, что при х=± 5,2 происходит переход системы от максимального значения к минимальному через неустойчивую область, ограниченную полукубической бифуркационной кривой. Значения функции при х=± 5,2 соответственно равны F(Jp)=±11,5. Для определения пороговых значений времени управления СПС, при которых происходят скачкообразные изменения в динамике работоспособности водителя, подставим значение функции F(Jp)=± 11,5 в формулу (23). Существование функции (23) возможно, только при F(Jp)=- 11,5. Поскольку к исследованию принимаются только неотрицательные значения Х, Х=6,8. Таким образом, можно сделать вывод, что к концу шестого часа управления СПС происходит резкое снижение работоспособности водителя, что подтверждается графиком на рис. 8. Для повышения надежности системы ВАД рекомендуемая продолжительность управления СПС не должна превышать семи часов.

Второй этап исследования полученных экспериментальных данных включал в себя определение оптимальных методик для осуществления профессионального подбора водителей, осуществляющих перевозку КТГ.

Главным требование является не внешнее сходство методики с профессиональной деятельностью, а предъявление в процессе такого моделирования высоких требований к психофизиологическим качествам водителя, которые определяют высокую продуктивность и надежность профессиональной деятельности (реакция, внимание, память, мышление).

Для определения объема выборки, необходимой для оценивания параметров с заданной точностью tст = 1,96 был использован метод оценки по результатам моделирования среднего значения случайной величины при среднем квадратическом отклонении в 2 балла и предельной ошибкой, не превышающей 0,5 баллов.

где tст – критерий Стьюдента (tст = 1,96 при уровне вероятности 95%);

–средне квадратическое отклонение;

– предельная ошибка выборки.

Необходимая численность выборки составила 62 испытуемых. По факту психофизиологическое тестирование по 6 тестам прошло 64 водителей.

После корреляционной обработки данных было получено уравнение регрессии (31) и определена степень влияния исследуемых факторов на изменение работоспособности (рис.11).

=2,86+0,71y1 + 0,77y2 +1,26y3 + 0,8y4 +1,41y5 + 0,6y6 (31) где y1 - простая реакция; y2 - сложная реакция; y3 - сложная реакция в навязанном темпе; y4 - таблица «Шульте – Платонова»; y5 - реакция на движущийся объект; y6 - установление закономерностей.

Рис.11. Влияние исследуемых факторов на изменение Все исследуемые факторы имеют существенное значение, но на основании полученных парных коэффициентов корреляции следует, что из рассматриваемых факторов наиболее значимыми в оценке работоспособности для данного предприятия являются Х2 - сложная реакция; Х3 - сложная реакция в навязанном темпе и Х6 - установление закономерностей, что позволит в дальнейших исследованиях отказаться от шестифакторного анализа психофизиологических параметров водителя и перейти к менее трудоемкому трех-факторному анализу.

Третьим этапом исследования данных была проверка полученных при тестировании набранных баллов с позиции определения вида распределения. С целью проверки гипотезы нормального распределения набранных баллов были определены коэффициенты асимметрии и эксцесса.

В рассматриваемом ряде данных выполняются условия значимости коэффициентов эксцесса и ассиметрии:

Следовательно, наблюдаемое распределение можно считать нормальным. Для проверки выполненных действий необходимо удостовериться в точности проведенных мероприятий. Проверим полученный вывод при помощи критерия согласия Пирсона.

0,95табл2 =11, Так как найденное по выборке расч2< 0,95табл2, то критерий Пирсона позволяет наблюдаемое распределение считать нормальным, т.е полученные баллы при оценке психофизиологических характеристик водителей подчиняются закону нормального распределения. Для достоверности полученных данных необходимо определить ошибку проведения эксперимента.

На основании нормального закона распределения становится возможным рассчитать вероятность отказа системы, надежность полученной оценки. Определим погрешность при 95% уровне доверительной вероятности.

Рассчитаем математическое ожидание, среднеквадратическое отклонение и, определим относительную ошибку проведения эксперимента.

Абсолютная ошибка была вычислена по формуле (24).

где S – среднеквадратическое отклонение;

t – коэффициент Стьюдента (t=2 при f=64-1 и р=0,05).

По данным обработки S=16,51.

Отношение абсолютной ошибки к истинному значению измеряемой величины М называется относительной ошибкой. Ошибка проведения эксперимента =/М=8,7%.

Итогом третьего этапа диссертационного исследования экспериментальных данных стала вычисленная достоверность проведенных экспериментальных исследований, которая составила 91, 3%, что свидетельствует о высокой степени надежности полученных результатов.

В ходе исследования, тестирование проходили водители со стажем работы на предприятии менее одного года. При анализе ДТП было выявлено, что 60% водителей, набравших менее 20 баллов, совершили аварии за первый месяц работы на предприятии.

Анализ ДТП в Комбинате показал, что за 2009 год из 64 протестированных водителей 45%, набравшие более 50 баллов, не совершили ни одного ДТП; 26% водителей, набравшие от 30 до 50 баллов, совершили по одному ДТП, оставшиеся 29%, набравшие менее 30 баллов, совершили два и более ДТП.

На основании проработки полученных результатов четвертым этапом экспериментального исследования данных стала разработка методики по осуществлению профессионального подбора водителей на Комбинате (рис.12 и 13).

Рис.12. Система профессионального подбора водителей на СПС, где Jp – работоспособность водителя в баллах; 1, 2 и 3–практические кривые изменения работоспособности водителя 1 группы, 2 группы и 3 группы Рис.13. Методика профессионального подбора водителей на СПС При получении менее 20 баллов водителя не рекомендуется принимать на работу, поскольку функция F(Jp) принимает неустойчивые значения.

Остальные водители распределяются по 3-м группам в зависимости от степени сложности работы, характеризующейся продолжительностью управления СПС и нервно-эмоциональной напряженностью условий работы.

При наборе от 21 до 30 баллов (включительно) – водитель соответствует третьей группе методики профессионального подбора, рабочий день не рекомендуется превышать более 7 часов, на транспортных средствах без прицепов (таких как самосвалы). Безопасная деятельность водителя 3 группы характеризуется управлением СПС не более 5 часов, что подтверждается неустойчивыми значениями функция F(Jp) при наборе водителями менее баллов. Так как основное рабочее время водителя специализированного подвижного состава состоит из времени непрерывного управления; времени простоя под погрузкой/разгрузкой; времени, затрачиваемого на получение/сдачу путевых листов; времени прохождения медицинских осмотров, то при перевозке строительных материалов необходимо практиковать такие маршруты, на которых длительность непрерывного управления не превышает 2-х часов – большую часть рабочего времени занимает процесс погрузки/разгрузки. При управлении СПС более 5 часов кривая работоспособности водителя попадает в зону неустойчивости, поэтому водителей третьей группы рекомендуется распределять на ближние объекты.

Второй группе методики соответствует уровень от 31 до 50 баллов (включительно). Безопасная деятельность водителя 2 группы характеризуется непрерывным управлением СПС не более 8 часов (с учетом обеденного перерыва), что подтверждается резким спадом уровня работоспособности (рис.8). Такие водители могут осуществлять перевозки не только на самосвалах, но и на бортовых полуприцепах. Водителям в данном случае рекомендуется работать не более 8 часов на линии, поскольку управление таким видом подвижного состава требует от водителя больших психофизиологических затрат. Водитель второй группы имеет запас надежности по безаварийному управлению автомобилем после 8-часового рабочего дня в течение 1,5-2 часов. Поэтому, учитывая сложную дорожно-транспортную ситуацию в виде заторов, таких водителей можно ставить на длительные маршруты.

Водители, набравшие более 50 баллов, характеризуются высокой надежностью, способностью быстро и качественно реагировать на изменения дорожной обстановки в течение рабочего времени. Такие водители могут осуществлять перевозку грузов с наименьшим риском совершения ДТП, т.е.

могут осуществлять перевозку до 10 часов на полуприцепах и панелевозах.

Применение на Комбинате разработанной методики позволило снизить уровень аварийности на 18% за 2009 год по сравнению с аналогичным периодом 2008 года, что подтверждается актом о внедрении.

Предлагаемые рекомендации позволяют осуществить профессиональный подбор в АТП с целью повышения безопасности на дорогах. Однако использование разработанной методики не исключает проведение периодичных мероприятий и операций по обеспечению безопасности дорожного движения, а является дополнительным инструментом для прогнозирования поведения водителя с целью снижения уровня аварийности.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. С помощью разработанной методики решена актуальная научнопрактическая задача повышения эффективности и безопасности перевозок на основе проведения профессионального подбора водителей на СПС.

2. Ранжированы факторы (время совершения ДТП, количество полос в попутном направлении, возраст и стаж водителя, длина автопоезда и продолжительность управления специализированным транспортным средством), характеризующие влияние на снижение работоспособности водителя специализированного подвижного состава в течение рабочего дня.

3. Разработана математическая модель с целью выяснения степени влияния факторов, характеризующих систему ВАД по времени совершения ДТП.

4. Проведено исследование особенностей психофизиологических качеств водителя с позиции теории «катастроф». На конкретных примерах показана возможность применения топологического подхода теории «катастроф» для анализа ситуаций, имеющих пороговый характер, что позволит прогнозировать изменение психофизиологических качеств водителя.

Родственный характер изменения кривых работоспособности F(Jp), времени реакции F(Тр) свидетельствует об их взаимосвязи с учетом выявленной обратной зависимости.

5. Разработан аппаратно-программный комплекс для исследования психофизиологических качеств водителя.

6. Выявлены наиболее значимые тесты в программно-аппаратном комплексе при оценке работоспособности водителя для данного вида перевозок:

• сложная реакция;

• сложная реакция в навязанном темпе;

• установление закономерностей.

7. Установлено, что экспериментальные данные подчиняются нормальному закону распределения. Вероятность отказа системы составила 8,7% при 95% уровне достоверности.

8. Теоретически установлены и практически подтверждены закономерности изменения работоспособности водителя грузового специализированного автотранспорта в течение рабочего дня.

9. Разработана и проверена в реальных условиях инженерная методика профессионального подбора водителей для работы СПС.

10. Результаты диссертационной работы в части разработанной инженерной методики используются на Комбинате при приеме на работу водителей, а также при осуществлении профессионального подбора водительского состава. Эффектом методики стало снижение уровня аварийности на предприятии на 18% за 2009 год по сравнению с аналогичным периодом 2008 года, что подтверждается актом о внедрении и справкой УВД ГИБДД по СЗАО г. Москвы.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

Шахова, Ю.А. Применение топологических моделей для исследования психофизиологических качеств водителя/ Ю.А. Шахова, А.Н. Романов // Вестник МАДИ (ГТУ). – 2010 - №3.- С. 114-117.

Шахова, Ю.А. Методика профессионального подбора водителей в АТП для работы на специализированном грузовом транспорте/ Ю.А. Шахова, А.Н. Романов, М.М. Бороха // Автотранспортное предприятие. – 2010 С. 18 – 21.

Шахова, Ю.А. Топологическое моделирование работоспособности водителя с позиций теории катастроф/ Ю.А. Шахова, А.Н. Романов // Наука и техника в дорожной отрасли. – 2009 - №4.- С. 3-5.

В прочих изданиях:

Шахова, Ю.А. Профессиональный подбор водителей грузового транспорта в условиях мегаполиса как инструмент повышения безопасности дорожного движения/ Ю.А. Шахова // Сборник научных трудов студентов и аспирантов факультета «Управление»: Модернизация технологий управления в автотранспортных системах. – 2010. – С. 296-303.

5. Shakhova, J.А.Working capacity of the driver from positions of the theory of accidents/ J.А. Shakhova, A. N. Romanov. // Science journal of transportation.

Especial issue. – 2010 - №2. – P. 161-166.