Разработка системы телеуправления для безэкипажного катера

Во введении отражена актуальность задачи и описаны основные требования к проекту. В первом разделе диссертации представлен обзор предметной области, обзор и анализ существующих разработок использующих систему телеуправления. Во втором разделе описаны требования, выдвигаемые к системе, решена задача многокритериального выбора для микрокомпьютера, описаны инструменты и методы решения поставленной задачи. Третий раздел посвящен описанию существующей архитектуры взаимодействия между устройствами, выполнено внедрение системы телеуправление, в действующую систему и описано программное обеспечение разработанное специально для оператора безэкипажного катера.

Введение ………………………………………………………………………………………………. 14
Глава 1. Обзор предметной области …………………………………………………….. 16
1.1 Описание предметной области ………………………………………….. 16

1.2 Обзор и анализ существующих разработок использующих
системы телеуправления …………………………………………………………………. 17

Глава 2. Проектирование системы телеуправления для безэкипажного
катера ……………………………………………………………………………………………….. 25
2.1Требования к проектируемой системе …………………………………. 25

2.2 Решение задачи многокритериального выбора
микрокомпьютера для установки в безэкипажный катер. ………………….. 26

2.3 Описание инструментов и решения ……………………………………. 33

2.4 Выводы по разделу проектирование системы телеуправления 42

Раздел 3. Реализация системы телеуправления для безэкипажного катера 43
3.1 Построение архитектуры работы системы телеуправления
безэкипажного катера……………………………………………………………………… 43

3.2 Программная реализация сервера и клиента на компьютере
оператора ………………………………………………………………………………………. 45

Раздел 4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение …………………………………………………………………………….. 52
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности
проведения научных исследований с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения …………………………………………………………………………. 52

4.2 Планирование проектных работ …………………………………….. 59

4.3 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования
……………………………………………………………………………………………………… 70

Раздел 5. Социальная ответственность ………………………………………………… 73
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности ………………………………………………………………………………….. 73

5.2 Производственная безопасность ………………………………………… 75

5.3 Экологическая безопасность ……………………………………………… 86

5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………… 87

Заключение …………………………………………………………………………………………… 90
Список публикаций ……………………………………………………………………………….. 93
Список литературы ……………………………………………………………………………….. 94
Приложение А ………………………………………………………………………………………. 97

В первом разделе был произведен обзор предметной области,
рассмотрены различные каналы связи, используемые в телеуправлении, дано
описание системам телеуправления. Также был произведен обзор и анализ
существующих разработок использующих системы телеуправления. В
результате выполнения данного раздела, были сделаны выводы о том, что все
системы имеют свои недостатки и принято решение о разработке своей
собственной системы телеуправления, с учетом недостатков уже имеющихся
и специфики разработки.
Во втором разделе проектирования системы телеуправления для
безэкипажного катера были выдвинуты требования к проектируемой
системе, также к аппаратному обеспечению и программному обеспечению.
Была решена задача многокритериального выбора микрокомпьютера для
установки в безэкипажный катер, итогом стал выбор микрокомпьютера
Raspberry Pi 3. Были описаны инструменты и решения в рамках проекта,
описание характеристик микрокомпьютера Raspberry Pi 3, также было
приведено описание точки доступа и еѐ характеристик, выбранна
видеокамера GoPro Hero 4, для передачи видеосигнала на компьютер
оператора. Был выбран язык программирования С# для разработки
программного обеспечения и интегрированная среда разработки Visual Studio
Code.
В третьем разделе была произведена модернизация действующей
архитектуры системы управления и интегрирована система телеуправления.
следует отметить, что детально проработанная архитектура системы и
реализация программного обеспечения, отвечает всем требованиям. В состав
программного обеспечения системы, входит клиентское приложение и
серверное. Благодаря реализации данной системы телеуправления, оператор
может получать информацию о работе всех систем катера, в режиме
реального времени. С помощью данной информации оператор может носить
коррективы в работу разных систем, посылая управляющие воздействия на
катер, а также перейти в полностью ручной режим управления катером.
Система также осуществляет потоковую передачу видеосигнала, чтобы
оператор имел представление о препятствиях, потенциально опасных
объектах и мог своевременно предпринять действия во избежание
чрезвычайных ситуаций
В четвертом разделе был определен целевой рынок проекта,
построена карта сегментирования. В рамках анализа определена
трудоемкость данного проекта, она равна 103 дням. На основании
трудоемкости была построена диаграмма Ганта. Так же были рассчитаны
величины затрат научно-исследовательских работ. В результате проведенных
расчетов, бюджет затрат НТИ составил 166013,3. После проведенных
сравнений и расчетов мы можем сделать вывод, что разработка данной
системы телеуправления для безэкипажного катера является перспективной ,
а также привлекательной для инвесторов.
В пятом разделе социальная ответственность, был произведен анализ
помещения, где располагалось рабочее место, были рассмотрены нормативы
микроклимата, освещения, шума, электробезопасности помещения, и по
фактическим данным этого помещения оно соответствовало требованиям
законодательства РФ. Также был произведен анализ вредных и опасных
факторов и методы минимизации их воздействия на человеческое здоровье.
В данной главе были рассмотрены аспекты экологической, производственной
безопасности, а также безопасности в чрезвычайных ситуациях (на примере
пожароопасности).
В ходе выполнения ВКР были решены следующие следующих задачи:
 Проведен обзор и анализ существующих решений;
 изучены технические спецификации для написания прошивки на
микрокомпьютер выбранный с помощью решения задачи
многокритериального выбора, для передачи видеосигнала посредством Wi-
Fi;
 Выполнен обзор инструментария для написания программного
обеспечения на микрокомпьютер и компьютер оператора;
 Разработан алгоритм работы программного обеспечения для
микрокомпьютера и компьютера оператора;
 Создано программное обеспечение для микрокомпьютера и
компьютера оператора;
 Проведено тестирование созданной системы телеуправления на
тестовом образце в лабораторных условиях.
Список публикаций
1. Панкратов М. И., Насонов А. К., Чурсин Ю. А., Разработка
многофункционального безэкипажного катера промежуточного класса / А. К.
Насонов; научный руководитель Ю. А. Чурсин // «Перспективные системы и
задачи управления»: сборник материалов XIII Всероссийской научно-
практической конференции и IX молодежной школы-семинара «Управление
и обработка информации в технических системах», Ростов-на-Дону, 2018 г. –
Ростов-на-Дону: ЮФУ, 2018 г. Режим доступа: http://rirpc.ru/wp-
content/uploads/2016/12/Сборник-трудов-XIII-ВНПК-ПСиЗУ-2018.pdf
2. Панкратов М. И., Насонов А. К., Чурсин Ю. А., Разработка
многофункционального безэкипажного катера промежуточного класса для
работы с объектами различных типов / А. К. Насонов; научный руководитель
Ю. А. Чурсин // «Молодежь и современные информационные технологии»:
сборник трудов XVI Международной научно-практической конференции
студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 3-7 декабря 2018 г. –
Томск: НИ ТПУ, 2019 г. Режим доступа:
http://msit.tpu.ru/assets/digestArticles/msit_2018.zip
3. Панкратов М.И., Насонов А.К., Чурсин Ю.А., Разработка
нейронной сети и алгоритма определения расстояния до объектов для
установки в блок полезной нагрузки безэкипажного катера промежуточного
класса / А. К. Насонов: научный руководитель Ю. А. Чурсин // «Молодежь и
современные информационные технологии»: сборник трудов XVI
Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и
молодых ученых, Томск, 3-7 декабря 2018 г. – Томск: НИ ТПУ, 2019 г.
Режим доступа: http://msit.tpu.ru/assets/digestArticles/msit_2018.zip
4. Панкратов М.И., Насонов А.К., Нурмухаметов Р.А., Павличев В.В.,
Чурсин Ю.А., Второе место во всероссийских соревнованиях «Аквароботех
2018», в составе научно-исследовательской команды АНПА «Платформа»,
Владивосток, 20-28 августа 2018 г. – Владивосток: ФПИ 2018. Режим
доступа:https://old.fpi.gov.ru/activities/konkurs/old/sorevnovaniya_po_morskoy_r
obototehnike_akvaroboteh_2018

1.Пинский А.С.. Е-навигация и безэкипажное судовождение //
Транспорт Российской Федерации. – СПб.: Т-Пресса, 2016. – Вып. № 65. – С.
50-54.
2.Круглеевский В.Н., Денисов В.И. Особенности развития, задачи и
состав комплекса «Безэкипажный роботизированный катер» // Судостроение.
– СПб.: Центр технологии судостроения и судоремонта, 2013. – Вып. № 810.
– С. 23-25.
3.Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Чурсин Ю.А. Телеконтроль и
телеуправление//учебноепособие–Томск:Изд-воТомского
политехнического университета, 2010. –130с
4.Гном ПРО: Документация [Электронный ресурс]: сайт. – Режим
доступа:https://gnomrov.ru/products/super-gnom-pro(Датаобращения:
03.03.2019)
5.Комплексавтономногонеобитаемогоподводногоаппарата
«Платформа: Руководство по эксплуатации //ИПМТ ДВО РАН –
Владивосток: ИМПТ, 2016. – С. 10-15.
6.Raspberry Pi 3: Documentation [Электронный ресурс]: сайт. –
Режим доступа: https://www.raspberrypi.org/documentation/ (Дата обращения:
20.07.2018)
7.Ubiquiti NanoStation Loco M2: Документация [Электронный
ресурс]: сайт. – Режим доступа: http://www.ubnt.su/ubiquiti/nanostation-loco-
m2.htm (Дата обращения: 10.03.2019)
8.Руководство по языку C#: Документация [Электронный ресурс]:
сайт. – Режим доступа: https://docs.microsoft.com/ru-ru/dotnet/csharp/tour-of-
csharp/ (Дата обращения: 10.04.2019)
9.Metanit: TCP-сервер. Класс TcpListener [Электронный ресурс]:
сайт – Режим доступа: https://metanit.com/sharp/net/4.2.php (Дата обращения:
15.06.2018)
10. Microsoft Docs: Xamarin.Forms [Электронный ресурс]: сайт –
Режим доступа: https://docs.microsoft.com/ru-ru/xamarin/xamarin-forms/ (Дата
обращения: 20.06.2018)
11. РуководствопопрограммированиюдляXamarinForms
[Электронныйресурс]:электронныйучебник.–Режимдоступа:
https://metanit.com/sharp/xamarin/(Дата обращения: 15.06.2018)
12. Финансовыйменеджмент,ресурсоэффективностьи
ресурсосбережение: учебно-методическоепособие /Криницына З.В., Видяев
И.Г.; Томский политехнический университет. − Томск: Изд-во Том-ского
политехнического университета, 2014. –73с.
13. Социальнаяответственность:Методическиеуказанияпо
разработкераздела«Социальнаяответственность»выпускной
квалификационнойработымагистра,специалистаибакалавравсех
направлений (специальностей) и форм обучения ТПУ/[Электронный ресурс]
Сост.Е.Н.Пашков,И.Л.Мезенцева.–Томск:Изд-воТомского
политехнического университета, 2019. – 24 с.
14. Трудовой кодекс Российской Федерации от 30.12.2001 N 197-ФЗ
(ред. от 01.04.2019)
15. Закон Томской области от 9 июля 2003 года №83-ОЗ «Об охране
труда в Томской области» (с изменениями на 4 июля 2014 года).
16. ГОСТ 12.2.032-78 ССБТ. Рабочее место при выполнении работ
сидя. Общие эргономические требования.
17. ГОСТ 12.2.061-81 ССБТ.Оборудованиепроизводственное.
Общие требования безопасности к рабочим местам.
18. ГОСТ12.0.003-2015ССБТ.Опасныеивредные
производственные факторы. Классификация.
19. ГОСТ12.1.005-88ССБТ.Общиесанитарно-гигиенические
требования к воздуху рабочей зоны.
20. СанПиН 2.2.4.548–96. Гигиенические требования к микроклимату
производственных помещений.
21. СП 52.13330.2016 Естественное и искусственное освещение.
Актуализированная редакция СНиП 23-05-95
22. СанПиН2.2.1/2.1.1.1278–03.Гигиеническиетребованияк
естественному, искусственному и совмещѐнному освещению жилых и
общественных зданий.
23. ГОСТ12.1.003-2014ССБТ.Шум.Общиетребования
безопасности.
24. СанПиН2.2.4.1340-03«Гигиеническиетребованияк
персональнымэлектронно-вычислительныммашинамиорганизации
работы».
25. СанПиН2.2.4.3359-16″Санитарно-эпидемиологические
требования к физическим факторам на рабочих местах”
26. ГОСТ 12.1.006-84 ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот.
Общие требования безопасности.
27. ГОСТ 12.0.002-2014 Система стандартов безопасности труда
(ССБТ). Термины и определения
28. ГОСТ12.4.011-89ССБТ«Средствазащитыработающих.
Классификация»
29. ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ «Опасные и вредные производственные
факторы. Классификация
30. ГОСТ Р 57740-2017 Ресурсосбережение. Обращение с отходами.
Требования к приему, сортировке и упаковыванию опасных твердых
коммунальных отходов
31. ГОСТ Р 51768-2001. Ресурсосбережение. Обращение с отходами.
Методика определения ртути в ртутьсодержащих отходах.