Усреднение GPS-координат движения поезда МЦК. Опыт участия в хакатоне | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 16 ноября, печатный экземпляр отправим 20 ноября.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: , ,

Рубрика: Информационные технологии

Опубликовано в Молодой учёный №5 (452) февраль 2023 г.

Дата публикации: 04.02.2023

Статья просмотрена: 178 раз

Библиографическое описание:

Порхун, Д. Д. Усреднение GPS-координат движения поезда МЦК. Опыт участия в хакатоне / Д. Д. Порхун, И. Д. Соколов, В. М. Панаргин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2023. — № 5 (452). — С. 12-15. — URL: https://moluch.ru/archive/452/99780/ (дата обращения: 08.11.2024).



В статье описан опыт участия команды студентовРоссийском университете транспорта РУТ(МИИТ) в открытом хакатоне, целью которого было разработать программное обеспечение, предназначенное для усреднения набора GPS координат, полученных в результате движения группы поездов.

Ключевые слова: GPS-координаты, CSV, координата, маршрут, поезд, усреднение, хакатон, команда

Введение

В современном мире обработка огромного потока полученных данных является одним из важнейших вопросов. Необработанные данные содержат зашумленную информацию, которую необходимо подвергнуть обработке перед использованием для решения задач, например, в сфере железнодорожного транспорта. На грузовых, дальних и пассажирских поездах и на пути установлены GPS -датчики, измеряющие скорость поезда, его координаты, состояние поездов и другое [1,2]. Данные координаты поездов на маршруте в необработанном виде представляют собой лишь набор точек на графике и не могут дать необходимую информацию, так как у датчиков не присутствует погрешность при считывании местоположения, и данных может быть избыточно много. Однако, если произвести расчеты и усреднить полученную информацию с учетом погрешности, а также систематизировать информацию, то возможно получить требуемые данные.

Постановка задачи

Авторы решали задачу определения направления движения поездов в рамках хакатора, который проводился в декабре 2022 г. в Российском университете транспорта РУТ(МИИТ). Для определения направления движения авторы решили использовать расстояния до начальной и конечной станции, координаты которых точно известны. Например, если поезд отдалился от начальной станции и приблизился к конечной, значит он движется по часовой стрелке. После этого осуществляется перенос усредненных координат на график и сохранение координат в CSV файл.

На рисунке 1 представлены визуализированные данные, полученные в рамках хакатона. Для обработки координат авторам были предоставлены данные с нескольких поездов. Таким образом, можно представить путь поезда как вектор от начальной точки до конечной [3], тем самым осуществить перенос физического объекта в систему координат и описать объект в виде математического вектора.

Отображение входных данных на графике

Рис. 1. Отображение входных данных на графике

Получение среднего можно представить в виде формулы (1).

(1)

,

В рамках хакатона участникам были предоставлены данные в виде файла формата CSV , которые представляют собой набор точек, включая: GPS координаты в формате ( x;y ), время (в секундах по Unix ). Информация была собрана с множества маршрутов, движущихся по часовой и против часовой стрелки по кольцевому маршруту. Также была предоставлена информация (координаты) о станциях на отрезке МЦК, а именно: «Локомотив», «Измайлово», «Соколиная Гора», «Шоссе Энтузиастов». Перед авторами были поставлены следующие задачи:

  1. Разработать функцию для определения направления перемещения поезда по кольцу (по часовой/против часовой стрелки).
  2. Получить модели траекторий обоих путей путём усреднения имеющегося массива данных.
  3. Разработать функцию уточнения текущих координат, поступающих с GPS приёмника с использованием разработанной в пункте 2 модели.

Технологии и методы реализации

За время хакатона (24 часа) авторами была реализовано программное обеспечение (ПО) на высокоуровневом языке программирования Python 3.10 с использованием библиотеки matplotlib , которая предоставляет удобные решения для вывода графиков любого вида; numpy — мощная библиотека для математических вычислений [4,5,6].

Фрагмент реализованного ПО

Рис. 2. Фрагмент реализованного ПО

В начале работы авторы определили формат и содержимое входных данных: данные со множества маршрутов поезда МЦК, при этом каждая синяя точка на данном графике –координата поезда в некоторый момент времени (см. рисунок 3).

Полученные не аппроксимированные данные

Рис. 3. Полученные не аппроксимированные данные

Далее необходимо кластеризовать все поезда на две группы: движущиеся по часовой или против часовой стрелки. После решения данного вопроса авторы приступили к решению главной задачи усреднения с помощью формулы 1. Весь маршрут движения поездов был поделен на отрезки ширины , в каждом из которых и находилась средняя точка. На рисунке 4 представлены результаты работы реализованного ПО. В левой части рисунка представлены координаты маршрута движения поезда, в правой части рисунка представлен визуализированный маршрут движения, очищенный от шумов и избыточных данных.

Результат работы реализованного ПО

Рис. 4. Результат работы реализованного ПО

Выводы

Авторами разработано ПО, позволяющее обрабатывать массив данных GPS координат, полученных с датчиков поездов. Разработан принцип, позволяющий систематизировать данные по времени и координатам, разделять данные на маршруты каждого поезда. С помощью реализованного принципа ПО способно определять вектор движения поезда, избавляться от избыточных данных и уточнять координаты поезда.

Литература:

  1. «ГЛОНАСС/GPS мониторинг железнодорожного транспорта»: [сайт]. — URL: https://www.glonass-expert.ru/products/monitoring-transporta/solutions/kontrol-zh-d-transporta (дата обращения 05.12.2022). — Текст: электронный.
  2. «Система управления движением локомотивов с использованием ГЛОНАСС GPS»: [сайт]. — URL: https://www.fastwel.ru/solutions/sistema-upravleniya-dvizheniem-lokomotivov-s-ispolzovaniem-glonass-gps/ (дата обращения 15.12.2022). — Текст: электронный.
  3. Вектор (математика) // wikipedia: сайт. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Вектор_(математика) (дата обращения 15.12.2022). — Текст: электронный.
  4. Логинова, Л. Н. Применение технологии Jupyter Notebook / Jupyter Hub для эффективного обучения в вузах / Л. Н. Логинова, М. А. Кулагин // Ректор ВУЗа. — 2021. — № 4. — С. 32–37. — EDN FXIILL.
  5. Matplotlib: сайт. — URL: https://matplotlib.org/stable/index.html (дата обращения 25.12.2022). — Текст: электронный.
  6. NumPy: сайт. — URL: https://pyprog.pro/reference_manual.html (дата обращения 25.12.2022). — Текст: электронный.
Основные термины (генерируются автоматически): GPS, CSV, данные, часова стрелка, координата, автор, автор были, координата поезда, программное обеспечение, результат работы.


Ключевые слова

команда, координата, маршрут, поезд, GPS-координаты, CSV, усреднение, хакатон

Похожие статьи

О методах внедрения цифровых водяных знаков в потоковое видео

В данной статье дан обзор наиболее распространенных методов внедрения цифровых водяных знаков в потоковое видео, применяемые российскими и зарубежными специалистами. Рассмотрены такие алгоритмы, как дискретное косинусное преобразование, вейвлет-преоб...

Применение матричных методов при разработке товарной политики промышленного предприятия

В статье рассмотрен вариант методики разработки товарной политики на примере ОАО «Точмаш». При ее формировании использовались матрицы ADL-LC, БКГ, Мак-Кинзи. Предварительно был проведен PEST и SWOT-анализы. В заключении сформулированы рекомендации.

Разработка стратегии развития музейно-выставочного комплекса «Янтарный замок»

В статье представлены основные этапы разработки стратегии развития музей-но-выставочного комплекса «Янтарный замок». В процессе разработки применены ме-тоды количественной оценки ключевых факторов успеха и «Дерева целей», проведен SWOT-анализ деятель...

Инвалидация кэш-данных с использованием нормального распределения Гаусса в авиационных программных продуктах

В статье рассматриваются технологические особенности электронной коммерции авиакомпаний. Приводится пример проблемы, связанный с финансовыми затратами на совершение транзакций в хостовую систему авиакомпании и предлагается вариант ее решения с помощь...

Выбор оптимального маршрута грузоперевозок автомобильным транспортом с использованием искусственных нейронных сетей

Планирование маршрута грузоперевозок является ключевой задачей логистов любой транспортной компании. Использование нейронных сетей для этого позволяет учитывать неопределенность и неполноту исходной информации. В работе описывается процедура выбора о...

Оценка качества передачи речи в IP-телефонии

В статье рассматриваются методы оценки качества передачи речи в сетях IP-телефонии, с целью минимизировать затраты на повторную оценку, при изменении факторов влияния. Обоснован выбор метода оценки качества. Составлена сравнительная характеристика ра...

Разработка рекомендаций для управления запасами торгового предприятия

В статье приведены результаты анализа движения товарных запасов ООО «Ни-ке-Балт Импорт». В исследовании применены методы экспертных оценок и АВС-анализа, с помощью которых выявляются важнейшие проблемы предприятия и проводится анализ показателей обор...

Исследование и разработка прототипа диспетчерского управления теплопунктом с использованием SCADA-системы

В статье рассмотрена возможность разработки прототипа диспетчерского управления с использованием SCADA-системы. С помощью SCADA возможна реализация системы управления индивидуальным тепловым пунктом жилых домов, административных и офисных зданий. Рас...

Программный комплекс моделирования транспортных и пешеходных потоков на регулируемом перекрестке

В статье изложен способ повышения эффективности управления транспортными и пешеходными потоками на регулируемом перекрестке. Реализованы валидация, проектирование и верификация. Разработан программный комплекс моделирования регулируемого перекрестка...

Использование 3D-моделирования на уроках окружающего мира в начальной школе

В статье рассматриваются 3D-технологии, а также их возможности использования в начальной школе. Автор дает определение понятиям «3D-моделирование», «3D-принтер», «3D-ручка»; раскрывается сущность использования данных устройств в образовательных орган...

Похожие статьи

О методах внедрения цифровых водяных знаков в потоковое видео

В данной статье дан обзор наиболее распространенных методов внедрения цифровых водяных знаков в потоковое видео, применяемые российскими и зарубежными специалистами. Рассмотрены такие алгоритмы, как дискретное косинусное преобразование, вейвлет-преоб...

Применение матричных методов при разработке товарной политики промышленного предприятия

В статье рассмотрен вариант методики разработки товарной политики на примере ОАО «Точмаш». При ее формировании использовались матрицы ADL-LC, БКГ, Мак-Кинзи. Предварительно был проведен PEST и SWOT-анализы. В заключении сформулированы рекомендации.

Разработка стратегии развития музейно-выставочного комплекса «Янтарный замок»

В статье представлены основные этапы разработки стратегии развития музей-но-выставочного комплекса «Янтарный замок». В процессе разработки применены ме-тоды количественной оценки ключевых факторов успеха и «Дерева целей», проведен SWOT-анализ деятель...

Инвалидация кэш-данных с использованием нормального распределения Гаусса в авиационных программных продуктах

В статье рассматриваются технологические особенности электронной коммерции авиакомпаний. Приводится пример проблемы, связанный с финансовыми затратами на совершение транзакций в хостовую систему авиакомпании и предлагается вариант ее решения с помощь...

Выбор оптимального маршрута грузоперевозок автомобильным транспортом с использованием искусственных нейронных сетей

Планирование маршрута грузоперевозок является ключевой задачей логистов любой транспортной компании. Использование нейронных сетей для этого позволяет учитывать неопределенность и неполноту исходной информации. В работе описывается процедура выбора о...

Оценка качества передачи речи в IP-телефонии

В статье рассматриваются методы оценки качества передачи речи в сетях IP-телефонии, с целью минимизировать затраты на повторную оценку, при изменении факторов влияния. Обоснован выбор метода оценки качества. Составлена сравнительная характеристика ра...

Разработка рекомендаций для управления запасами торгового предприятия

В статье приведены результаты анализа движения товарных запасов ООО «Ни-ке-Балт Импорт». В исследовании применены методы экспертных оценок и АВС-анализа, с помощью которых выявляются важнейшие проблемы предприятия и проводится анализ показателей обор...

Исследование и разработка прототипа диспетчерского управления теплопунктом с использованием SCADA-системы

В статье рассмотрена возможность разработки прототипа диспетчерского управления с использованием SCADA-системы. С помощью SCADA возможна реализация системы управления индивидуальным тепловым пунктом жилых домов, административных и офисных зданий. Рас...

Программный комплекс моделирования транспортных и пешеходных потоков на регулируемом перекрестке

В статье изложен способ повышения эффективности управления транспортными и пешеходными потоками на регулируемом перекрестке. Реализованы валидация, проектирование и верификация. Разработан программный комплекс моделирования регулируемого перекрестка...

Использование 3D-моделирования на уроках окружающего мира в начальной школе

В статье рассматриваются 3D-технологии, а также их возможности использования в начальной школе. Автор дает определение понятиям «3D-моделирование», «3D-принтер», «3D-ручка»; раскрывается сущность использования данных устройств в образовательных орган...

Задать вопрос