УЛУЧШЕНИЕ УСЛОВИЙ ТРУДА МЕХАНИЗАТОРОВ ПУТЕМ УСТАНОВКИ ВИДИОСИСТЕМ НА ТРАКТОРАХ

Гальянов И. В.¹, Рубцов О. В.²

¹Доктор  технических наук, профессор, Орловский государственный аграрный университет; ² аспирант, Орловский государственный университет

УЛУЧШЕНИЕ УСЛОВИЙ ТРУДА МЕХАНИЗАТОРОВ ПУТЕМ УСТАНОВКИ ВИДИОСИСТЕМ НА ТРАКТОРАХ

Аннотация

В статье рассматриваются способы улучшения обзорности с места механизатора из кабины трактора путем применения видеосистем различного типа.

Ключевые слова: обзорность, рабочее место,  сектор обзора, видеокамеры.

Galianov IV¹, Rubcov OV²

¹Doctor of technical sciences, professor. Orel State Agrarian University; ²The postgraduate student, Orel State University

IMPROVEMENT OF WORKING CONDITIONS MACHINE BY INSTALLING A VIDEO ON THE TRACTORS

The article considers the ways of improvement of visibility from the place of mechanization experts from the tractor cab through the use of video of different types.

Keywords: visibility, the place of work, sector review, camcorder.

К основным профессиональным заболеваниям механизатора приводит не удобная поза при выполнении технологических операций.  Поза механизатора (повернувшись назад), в которой он вынужден находиться значительное время работы (40% на некоторых видах работ, например, кормоуборочные работы, междурядная обработка и др.) делает организм менее выносливым к вибрации и резким толчкам и ударам, а так же уменьшает быстроту реакции при управлении трактором.

Как следствие уровень заболеваемости периферической нервной и костно-мышечной систем, опорно-двигательного аппарата среди механизаторов в три раза превышают средний уровень по стране. Конструкция кабины и обзорные качества зеркал заднего вида, снижающие обзорность с рабочего места, усугубляют и без того неудобную позу, но еще и ухудшают качество работы. Учитывая сложившуюся обстановку, вопрос улучшения условий труда механизаторов представляет собой важную народнохозяйственную проблему, требующую научно-технического подхода к ее разрешению.

Важнейшим фактором, улучшающим условия труда,  является обзорность с места механизатора.

Под обзорностью транспортного средства понимают его конструктивное свойство, определяющее объективную возможность для водителя сельскохозяйственной машины беспрепятственно видеть путь движения и объекты, которые могут помешать безопасному движению. Обзорность же ограничивается конструктивными особенностями кабины.

 Она определяется в первую очередь такими факторами, как размеры окон и размещение тракториста относительно их, ширина и расположение стоек кабины, размеры зон очищаемых стеклоочистителями, конструкция омывателей, система обогрева и обдува стекол, а также расположением, числом и размером зеркал заднего обзора. Максимальная высота верхней кромки переднего окна ограничивает верхний предел обзорности. Переднее окно не должно быть слишком высоким, так как в противном случае водитель будет страдать от избытка яркого света и тепловых лучей, что наблюдается при верхнем угле обзорности свыше 30°.  Обзорность непосредственно перед трактором, т.е. нижний угол обзорности, определяется длиной и высотой капота, а также нижней кромкой переднего окна. Кроме того, она зависит от расположения глаз человека над дорогой [1].

Параметры, характеризующие обзорность кабины в горизонтальной плоскости, определяются углами видимости с места водителя, ограниченными в поле зрения соответственно правой и левой стойками кабины трактора. При управлении трактором стойка может оказаться, или постоянно находиться в поле зрения, что при определенных условиях приводит к значительному ухудшению восприятия трактористом объектов и областей окружающего пространства. Контуры, ограничивающие целесообразные величины максимальных углов видимости в горизонтальной плоскости, определяются соответствующими частями резервной рабочей зоны в поле зрения механизатора. Оптимальное расположение - когда образуемая стойкой «слепая зона» совпадает с началом нерабочей зоны поля зрения. Такое расположение обеспечивает для механизатора уверенное восприятие максимально возможной по величине области окружающего пространства. Удовлетворительное расположение определяет границы допустимого отклонения углового положения стойки от оптимального, величина которого не приводила бы к значительному ухудшению условий видимости с рабочего места. Для стойки кабины удовлетворительным можно считать такое расположение, когда образуемая «слепая зона» пространственно располагается в пределах вспомогательной рабочей зоны поля зрения. Иногда, при выполнении производственного задания, водитель вынужден разместиться в кабине так, что вынужденное положение стойки кабины может значительно ухудшить условия видимости с места механизатора [2].

Примером специальных технических средств, которые способны обеспечить наилучшую обзорность с рабочего места, является установка автомобильных видеосистем состоящих из нескольких камер и монитора, размещенного в наиболее оптимальном месте приборной панели трактора.

Камера заднего вида обеспечивает визуальную доступность всей зоны позади машинотракторного агрегата, что упрощает парковку и движение задним ходом даже для неопытных водителей. Камера заднего вида приводиться в действие автоматически совместно с включением задней передачи. Камера должна быть установлена в определенном месте, где она будет  защищена от повреждения и попадания на ее объектив различных загрязнений. Кроме того, необходимо расположить ее так, чтобы обеспечивался максимальный обзор зоны позади машины.

Информационный сигнал с камеры поступает либо на LCD-монитор, встроенный в зеркало заднего вида, причем при выключенной камере зеркало выполняет свои основные функции отображения ситуации на дороге, либо на монитор, установленный в кабине. Камера заднего вида дает детальное изображение зоны позади машинотракторного агрегата, что позволяет механизатору быстро сориентироваться. Камера заднего вида, имеющая широкий угол обзора (до 180 градусов по горизонтали), выдает качественное цифровое изображение благодаря наличию CCD матрицы. CCD-камеры, в отличие от камер с CMOS матрицей,  работают в ночное время и имеют более высокую светочувствительность и разрешение. CCD-матрица - это кремниевый чип, покрытый множеством маленьких электродов. Электроды выстроены в виде решетки, и каждый из них соответствует одному пикселю на полученном снимке. Количество электродов соответствует разрешению изображения - изображение будет состоять из стольких пикселей, сколько электродов содержит матрица. В качестве чувствительных ячеек в таких матрицах используются конденсаторы, которые накапливают заряд пропорционально продолжительности и интенсивности падающего на них света.

В CMOS-матрицах преобразование фотонов света в электрический заряд происходит так же, как и в CCD-матрицах. CMOS (КМОП – комплиментарная структура металл-оксид-полупроводник). Отличие состоит в том, что преобразование заряда в напряжение осуществляется прямо внутри светочувствительного элемента CMOS-матрицы. Однако шумы CMOS-матрицы не могут обеспечить изображение достаточного качества, которое наблюдается у камер с ССD-матрицами.

Видеокамеры имеет ряд параметров, по которым выбираются наиболее оптимальные решения при выборе видеосистем.

Матрица. Матрица определяет качество изображение. В видеокамерах применяются матрицы (видеосенсоры), трех физических размеров 1/2 дюйма, 1/3 дюйма и 1/4 дюйма. Соответственно, с уменьшением размера площадь сенсора на каждую ступень уменьшается примерно в два раза. Чем меньше площадь пикселя сенсора, тем меньше света на него попадает, тем хуже его работа в темноте, меньше сигнала – больше шума. 

Чувствительность - определяет качество работы камеры при низкой освещенности. Чаще всего под чувствительностью понимают минимальную освещенность на объекте, при которой можно различить переход от черного к белому, но иногда подразумевают минимальную освещенность на матрице. Единица измерения чувствительности - люкс.

Минимальное значение фокусного расстояния объектива видеокамеры. Фокусное расстояние - это расстояние от оптического центра объектива камеры до его фокальной плоскости. Фокусное расстояние определяет угол обзора камеры: чем оно меньше, тем больше угол обзора.

Чем меньше фокусное расстояние, тем больше поле зрения камеры ("степень удаления" картинки), и наоборот: с увеличением фокусного расстояния увеличивается "степень приближения" картинки.

Относительное отверстие объектива  (F) - указывает, какая часть лучей пройдет через объектив и достигнет светочувствительных элементов матрицы. Например, маркировка относительного отверстия F 2.0 указывает, что через такой объектив пройдет меньше лучей, чем с относительным отверстием F1.4. Например, если указано, что минимальная освещенность на матрице равна 0,01 люкс, то это значит, что при объективе F1.4 минимальная освещенность объекта - 0,1 люкс, а это - среднее значение для современной камеры. По сравнению с человеческим глазом чувствительность монохромных видеокамер существенно сдвинута в инфракрасную область. Это позволяет при недостаточной освещенности использовать специальные инфракрасные прожекторы. Инфракрасное излучение не видно человеческому глазу, но хорошо фиксируется видеокамерами на CCD матрицах. Для цветных видеокамер характерны значительно меньшая чувствительность по сравнению с монохромными и отсутствие чувствительности в инфракрасной области спектра.

Чувствительность большинства современных монохромных видеокамер - порядка 0.01 - 1 люкс (при F1.2). Наиболее чувствительные камеры могут использоваться для ночных наблюдений без инфракрасной подсветки.

Отношение сигнал/шум. Эта величина измеряется в децибелах (видеосигнал/шум). Например, сигнал/шум, равный 60 дБ, означает, что амплитуда сигнала в 1000 раз больше шума. При параметрах сигнал/шум 50 дБ и более на мониторе будет видна чистая картинка без видимых признаков шума.  При 40 дБ иногда заметны мелькающие точки, а при 30 дБ - "снег" по всему экрану, 20 дБ - изображение практически неприемлемо, хотя крупные контрастные объекты через сплошную "снежную" пелену разглядеть еще можно.

Видеокамера заднего вида, установленная в задней части транспортного средства, передает  изображение на автомобильный монитор, покрывая углом своего обзора все мертвые зоны обычных зеркал. Например, видеокамеры фирм challenger или  prology позволяют производить контроль происходящее не только по ширине до 80 градусов, но и по высоте до 70 градусов. Многие модели таких устройств оборудованы инфракрасной подсветкой, благодаря чему видеокамера заднего хода предупреждает о препятствии не только ниже угла обзора обычных зеркал, но и в полной темноте [3].

Разработан монитор, совмещающий в себе функции салонного зеркала заднего вида и располагающийся на его месте. Использование такого монитора-зеркала позволяет водителю контролировать происходящее сзади трактора привычным способом, бросая взгляд в зеркало.

Не менее актуальны камеры переднего вида. Поскольку большинство тракторов имеют капотную компоновку, то при выезде, из-за какого либо строения велика вероятность наезда на препятствие, какой либо объект или на пешехода. Камеры переднего вида используются при плохой видимости в передней зоне (при высоком либо крупногабаритном капоте), а также при тесной парковке. Отличие камер переднего вида от камер заднего вида состоит в отображении картинки. Камера переднего вида отображает окружающий мир без разворота, т.е. сохраняется прямое отображение и расположение сторон (камеры заднего вида разворачивают картинку на 180 градусов).

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что видеосистемы переднего и заднего вида повышают обзорность и уровень безопасности сельскохозяйственной техники, а так же существенно снижает нагрузку на механизатора.