CZ2020447A3

CZ2020447A3 - Zařízení, systém a způsob včasného varování před přibližujícím se dopravním prostředkem

Info

Publication number: CZ2020447A3
Application number: CZ2020-447A
Authority: CZ
Inventors: Lukáš Rajsner
Original assignee: SAFE PUBLIC TRANSPORT a.s.
Priority date: 2020-08-06
Filing date: 2020-08-06
Publication date: 2022-02-16

Abstract

Zařízení (1) pro vysílání signálu o aktuální poloze dopravního prostředku je umístěno v dopravním prostředku a zahrnuje napájecí konektor (2) s USB rozhraním (3), prvek (4) ochrany před napěťovými špičkami, lineární stabilizátor (5) napětí, převodník (6) USB/UART rozhraní, alespoň jeden pohybový snímač (7) a první komunikační modul (8) s integrovaným mikroprocesorem (9), signálovým zesilovačem (10) a první anténou (11). Napájecí konektor (2) je připojitelný na externí zdroj napájení a dále je propojen s prvním komunikačním modulem (8). USB rozhraní (3) je přes převodník (6) USB/UART rozhraní propojeno s mikroprocesorem (9) prvního komunikačního modulu (8) a každý pohybový snímač (7) je propojen s mikroprocesorem (9). Mikroprocesor (9) je přes signálový zesilovač (10) propojen dále s první anténou (11). První komunikační modul (8) je operativní na frekvencích ultra krátkých rádiových vln a je aktivovatelný pohybovým snímačem (7) detekujícím pohyb dopravního prostředku. Systém zahrnuje zařízení (1) pro vysílání signálu a zařízení (12) pro příjem signálu a rovněž i způsob včasného varování před přibližujícím se dopravním prostředkem implementovaný uvedeným systémem.

Description

Zařízení, systém a způsob včasného varování před přibližujícím se dopravním prostředkem

Oblast techniky

Tento vynález se týká zařízení, systémů a způsobů snižování rizika kolize s dopravním prostředkem, zejména s drážním vozidlem, prostředkem městské hromadné dopravy, osobním, čí nákladním automobilem.

Dosavadní stav techniky

V roce 2019 zemřelo v České republice na drahách 247 lidí, což je meziroční nárůst o osm procent. Nejvíce obětí si vyžádaly srážky vlaku s člověkem, kterých bylo celkem 252 a zemřelo při nich 194 lidí. Právě kolize vlaku s člověkem má každý rok dle statistických výstupů Drážní inspekce na svědomí nejvyšší počet obětí. Za rok 2019 vzrostl počet smrtelných srážek člověka s vlakem o víc než 10 %, přičemž celkový počet nehod, v nichž figurovala osoba a vlak, vzrostl o 12 %. Z celkového počtu srážek s vlakem jich více než tři čtvrtiny končí smrtí. V případě zraněných Drážní inspekce eviduje nárůst ve srovnání s rokem 2018 ještě vyšší, konkrétně 22 %, v absolutních číslech 962 lidí. Neutěšený počet nehod s vlaky mají tradičně na svědomí řidiči kamionů, jelikož srážka s nákladním vozem mívá horší následky i pro cestující ve vlacích, které následkem nárazu často vykolejí. Celkové škody při nehodách na dráhách byly za rok 2019 vyčísleny na téměř 600 mil. Kč. Smutnou statistiku doplňují i nehody mezi tramvají a chodcem, kterých bylo v České republice v roce 2019 celkem 87, přičemž došlo ke 3 úmrtím a 4 případům těžkých zranění.

V současném stavu techniky tedy existuje potřeba poskytnout systémy, které takovým kolizím budou předcházet a účastníky provozu včas varovat, což platí zejména u chodců používajících elektronická zařízení při chůzi a u řidičů na železničních přejezdech.

Podstata vynálezu

Cílem tohoto vynálezu je poskytnout zařízení, systém a způsob včasného varování účastníků provozu, zejména chodců a řidičů, před přibližujícím se dopravním prostředkem.

Prvním aspektem tohoto vynálezu dosahujícím uvedeného cíle je zařízení pro vysílání signálu o aktuální poloze dopravního prostředku, které je umístěno v dopravním prostředku a které zahrnuje napájecí konektor s USB rozhraním (např. mikro USB), prvek ochrany před napěťovými špičkami, lineární stabilizátor napětí, převodník USB/UART rozhraní, alespoň jeden pohybový snímač a první komunikační modul s integrovaným mikroprocesorem, signálovým zesilovačem a první anténou.

Napájecí konektor lze připojit na externí zdroj napájení (např. zásuvku drážního vozidla nebo baterii v automobilu), a dále přes prvek ochrany před napěťovými špičkami a lineární stabilizátor napětí k prvnímu komunikačnímu modulu. USB rozhraní napájecího konektoru je přes převodník USB/UART rozhraní propojeno s mikroprocesorem prvního komunikačního modulu a každý pohybový snímač je rovněž propojen s mikroprocesorem prvního komunikačního modulu. Mikroprocesor je přes signálový zesilovač propojen dále s první anténou, která je uzpůsobena pro vysílání signálu o aktuální poloze dopravního prostředku. První komunikační modul je operativní na frekvencích ultra krátkých rádiových vln, zejména v rozmezí 2,402 až 2,480 GHz (na základě technologie Bluetooth) a je aktivovatelný pohybovým snímačem detekujícím pohyb dopravního prostředku.

-1 CZ 2020 - 447 A3

Ve výhodném provedení může prvkem ochrany před napěťovými špičkami být transil (TVS = „transient voltage suppression diode“), což je polovodičový prvek ochrany před napěťovými špičkami z přechodových jevů, které mohou vznikat na napájecím kabelu.

Ve výhodném provedení může pohybovým snímačem být integrovaný tříosý MEMS akcelerometr (MEMS = „microelectronic mechanical systém“), např. typu LIS3DH s rozlišením ±2g až ±16g a nízkou spotřebou. Akcelerometr pomocí kontinuálního měření lineárního zrychlení ve třech osách detekuje pohyb nebo stání vozidla.

Ve výhodném provedení může signálovým zesilovačem být výkonový a nízkošumový signálový zesilovač (PA/LNA = „pre-amplifier/low-noise amplifier“), s výhodou pro zesílení vysílaného signálu až na +10dBm a pro zvýšení citlivosti přijímače na -95dBm.

Dále, lineární stabilizátor napětí disponuje nízkým úbytkem a nízkou vlastní spotřebou pro napájení prvního komunikačního modulu. UART rozhraní se používá pro prvotní naprogramování prvního komunikačního modulu, pro nastavení parametrů zařízení a případně pro diagnostiku.

První komunikační modul může být tvořen Bluetooth modulem s podporou technologie BR/EDR („basic rate/enhanced data rate“) a BLE („Bluetooth low energy“ neboli „Bluetooth smart“).

Druhým aspektem tohoto vynálezu dosahujícím uvedeného cíle je systém včasného varování před přibližujícím se dopravním prostředkem, zahrnující výše popsané zařízení pro vysílání signálu o aktuální poloze pohybujícího se dopravního prostředku a zařízení pro příjem signálu o aktuální poloze pohybujícího se dopravního prostředku. Zařízení pro příjem signálu zahrnuje řídicí jednotku, ke které je připojen druhý komunikační modul s druhou anténou, který je operativní na frekvencích ultra krátkých rádiových vln, zejména v rozmezí 2,402 až 2,480 GHz (na základě technologie Bluetooth), a dále varovný prostředek pro vytvoření varovného signálu na základě příjmu signálu o aktuální poloze pohybujícího se dopravního prostředku. Varovný prostředek zahrnuje kterýkoliv prostředek z množiny zahrnující zvukové, vizuální nebo haptické prostředky nebo jejich kombinace, např. zvuk alarmu, zobrazení varovného symbolu na displeji, blikání, vibrování apod. Zařízení pro vysílání signálu a zařízení pro příjem signálu jsou přitom bezdrátově propojitelné, např. pomocí technologie Bluetooth. Přenášená data můžou být zašifrována.

Ve výhodném provedení může zařízením pro příjem signálu být stacionární zařízení dopravní infrastruktury (např. chytré přechody a přejezdy s výstražní signalizací, závorou nebo signalizací s funkcí „stůj“) a/nebo přenosné telekomunikační zařízení uživatele, zejména mobilní telefon, tablet, chytré hodinky, elektronická čtečka knih, pager (např. pro bezpečnost zaměstnanců pohybujících se v kolejišti) či palubní jednotka (např. pro použití v osobních a nákladních vozidlech). Napájení stacionárních zařízení dopravní infrastruktury nabízí zelené možnosti, např. pomocí solárních panelů.

Ve výhodném provedení může k řídicí jednotce zařízení pro příjem signálu být připojen GNSS modul.

Třetím aspektem tohoto vynálezu dosahujícím uvedeného cíle je způsob včasného varování před přibližujícím se dopravním prostředkem, uskutečněný výše popsaným systémem, přičemž tento způsob zahrnuje kroky:

a. opatření dopravního prostředku zařízením pro vysílání signálu o jeho aktuální poloze;

b. detekce pohybu dopravního prostředku pohybovým snímačem a aktivace prvního komunikačního modulu;

- 2 CZ 2020 - 447 A3

c. vysílání signálu o aktuální poloze dopravního prostředku první anténou prvního komunikačního modulu na frekvencích v rozmezí 2,402 až 2,480 GHz, přičemž tento signál je zesílen signálovým zesilovačem;

d. spárování zařízení pro vysílání signálu a zařízení pro příjem signálu, při kterém je uskutečněn příjem signálu o aktuální poloze dopravního prostředku druhou anténou druhého komunikačního modulu v zařízení pro příjem signálu; a

e. aktivace varovného prostředku v zařízení pro příjem signálu pro varování před přibližujícím se dopravním prostředkem.

Tento systém snižuje riziko nehody na dráhách, ve všech místech, kde dochází ke kontaktu železniční nebo tramvajové tratě s pozemní komunikací a volně se pohybujícími osobami. Frekvence vysílání signálu o aktuální poloze dopravního prostředku z kroku c. může být ve frekvenci 80 až 120 ms, např. v režimu „High Duty Non-Connectable Advertising“.

Ve výhodném provedení může při absenci detekce pohybu dopravního prostředku pohybovým snímačem být po předem zadané klidové prodlevě (např. 5 minut) první komunikační modul přepnut do klidového režimu, ve kterém nedochází k vysílání signálu o aktuální poloze dopravního prostředku. Po opětovné detekci pohybuje první komunikační modul znovu přepnut do aktivního režimu.

Ve výhodném provedení může aktivace varovného prostředku v zařízení pro příjem signálu v kroku e. být uskutečněna za podmínky, že GNSS modul detekuje ve vzdálenosti maximálně 350 metrů železniční přejezd nebo křížení trati.

V případě přenosného telekomunikačního zařízení uživatele může být aktivace varovného prostředku v zařízení pro příjem signálu v kroku e. uskutečněna za podmínky, že samotné přenosné telekomunikační zařízení je právě používáno. Aktivace varovného prostředku v přenosném telekomunikačním zařízení může být ve formě vizuální, zvukové nebo vibrační notifikace ze spuštěné mobilní aplikace. Mobilní aplikace může disponovat funkcí dětského zámku pro zabezpečení nepřetržitého fungování.

Výhody tohoto vynálezu spočívají v níže uvedených bodech:

• zvýšení bezpečnosti v silniční a železniční dopravě • přenos dat technologií Bluetooth je zdarma a nejsou s ním spojené žádné provozní náklady • technologie Bluetooth operativní na frekvencích v rozmezí 2,402 až 2,480 GHz neruší svým signálem žádné radiové ani jiné komunikační systémy a zabezpečuje 100% dostupnost signálu i při špatných klimatických a povětrnostních podmínkách, v zastavěných lokalitách (město), při zastínění nebo překážce v trase signálu (tunel, roh ulic) • zařízení je umístěno v pohybujícím se vozidle a při přiblížení k uživateli spustí varování • zařízení není závislé na GNSS poloze či lokalizaci GNSS signálu • zařízení je schopno přijímat varovný signál i bez předchozího párování s uživatelem aplikace na přenosném telekomunikačním zařízení • zařízení upozorní uživatele varovným signálem i pokud je mimo signál mobilních operátorů a rovněž i v mobilním telefonu, který nemá SIM kartu, a není připojen na data v mobilním zařízení (tj. je pouze zapnutý)

-3CZ 2020 - 447 A3 • vysoká bezpečnost přenosu dat - šifrování unikátním klíčem

Ve srovnání s jinými systémy na základě GNSS a GSM sítí má technologie Bluetooth nižší spotřebu energie baterie, žádné náklady na přenos dat, a to ani se stoupajícím počtem uživatelů, kdy u GNSS a GSM sítí hrozí přetížení kapacity, nižší pořizovací náklady na jak zařízení, tak na provoz zařízení (SIM karta s kreditem nebo daty) a lepší dostupnost signálu v odlehlejších lokalitách.

Ve srovnání s jinými systémy na základě radiového signálu má technologie Bluetooth nižší dosah signálů (v EU definován standard maximálně 350 m) umožňující efektivní varování a dostupnost signálu i při špatných klimatických a povětrnostních podmínkách, v zastavěných lokalitách (město), při zastínění nebo překážce v trase signálu (tunel, roh ulic).

Objasnění výkresů

Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, kde:

Obr. 1 znázorňuje schematické bezdrátové propojení zařízení pro vysílání signálu a zařízení pro příjem signálu;

Obr. 2 znázorňuje schematické zapojení zařízení pro vysílání signálu; a

Obr. 3 znázorňuje schematické zapojení zařízení pro příjem signálu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Uvedená uskutečnění znázorňují příkladné varianty provedení vynálezu, která však nemají z hlediska rozsahu ochrany žádný omezující vliv.

Na obr. 1 je znázorněno schematické bezdrátové propojení zařízení 1 pro vysílání signálu a zařízení 12 pro příjem signálu pomocí technologie Bluetooth, tj. na frekvencích ultra krátkých rádiových vln, zejména v rozmezí 2,402 až 2,480 GHz. K tomuto spojení není nutné žádné předchozí párování. Tato dvě zařízení j_, 12 spolu tvoří systém včasného varování před přibližujícím se dopravním prostředkem a tento systém implementuje výše popsaný způsob včasného varování před přibližujícím se dopravním prostředkem.

Na obr. 2 je znázorněno schematické zapojení zařízení 1 pro vysílání signálu, které zahrnuje napájecí konektor 2 s USB rozhraním 3 ve formě mikro USB, prvek 4 ochrany před napěťovými špičkami ve formě transilu, lineární stabilizátor 5 napětí, převodník 6 USB/UART rozhraní, alespoň jeden pohybový snímač 7 ve formě integrovaného tříosého MEMS akcelerometru a první komunikační modul 8 s integrovaným mikroprocesorem 9, výkonovým a nízkošumovým signálovým zesilovačem 10 a první anténou 11. Napájecí konektor 2 je připojitelný na externí zdroj napájení v formě baterie nebo zásuvky, a dále je přes prvek 4 ochrany před napěťovými špičkami a lineární stabilizátor 5 napětí propojen s prvním komunikačním modulem 8. USB rozhraní 3 napájecího konektoru 2 je přes převodník 6 USB/UART rozhraní propojeno s mikroprocesorem 9 prvního komunikačního modulu 8 a každý pohybový snímač 7 je rovněž propojen s mikroprocesorem 9 prvního komunikačního modulu 8. Mikroprocesor 9 je přes signálový zesilovač 10 propojen dále s první anténou 11, která je uzpůsobena pro vysílání signálu o aktuální poloze dopravního prostředku. První komunikační modul 8 pracuje na frekvencích ultra krátkých rádiových vln, zejména v rozmezí 2,402 až 2,480 GHz (technologie Bluetooth) a je aktivovatelný pohybovým snímačem 7 detekujícím pohyb dopravního prostředku.

-4CZ 2020 - 447 A3

Na obr. 3 je znázorněno schematické zapojení zařízení 12 pro příjem signálu, které zahrnuje řídicí jednotku 13. ke které je připojen druhý komunikační modul 14 s druhou anténou 15. který je operativní na frekvencích ultra krátkých rádiových vln, zejména v rozmezí 2,402 až 2,480 GHz (technologie Bluetooth), a dále varovný prostředek 16 pro vytvoření varovného signálu na základě 5 příjmu signálu o aktuální poloze pohybujícího se dopravního prostředku a volitelně rovněž GNSS modul 17. Varovný prostředek 16 zahrnuje kterýkoliv prostředek z množiny zahrnující zvukové, vizuální nebo haptické prostředky nebo jejich kombinace. Zařízením 12 pro příjem signálu je stacionární zařízení dopravní infrastruktury a/nebo přenosné telekomunikační zařízení uživatele, zejména mobilní telefon, tablet, chytré hodinky, elektronická čtečka knih, pager či palubní ίο jednotka.

Průmyslová využitelnost

Výše popsané zařízení a způsob lze využít v drážních vozidlech, prostředcích městské hromadné dopravy, osobních a nákladních automobilech. Uvedený systém může být implementován pomocí tohoto zařízení a komunikačního zařízení uživatele s nainstalovaným softwarem.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení (1) včasného varování před přibližujícím se dopravním prostředkem pro vysílání signálu o aktuální poloze dopravního prostředku, které je umístěno v dopravním prostředku, vyznačující se tím, že zařízení (1) pro vysílání signálu zahrnuje napájecí konektor (2) s USB rozhraním (3), prvek (4) ochrany před napěťovými špičkami, lineární stabilizátor (5) napětí, převodník (6) USB/UART rozhraní, alespoň jeden pohybový snímač (7) a první komunikační modul (8) s integrovaným mikroprocesorem (9), signálovým zesilovačem (10) a první anténou (Π), přičemž napájecí konektor (2) je připojitelný na externí zdroj napájení a dále je přes prvek (4) ochrany před napěťovými špičkami a lineární stabilizátor (5) napětí propojen s prvním komunikačním modulem (8), přičemž USB rozhraní (3) napájecího konektoru (2) je přes převodník (6) USB/UART rozhraní propojeno s mikroprocesorem (9) prvního komunikačního modulu (8) a každý pohybový snímač (7) je rovněž propojen s mikroprocesorem (9) prvního komunikačního modulu (8), kde mikroprocesor (9) je přes signálový zesilovač (10) propojen dále s první anténou (11), která je uzpůsobena pro vysílání signálu o aktuální poloze dopravního prostředku, přičemž první komunikační modul (8) je operativní na frekvencích ultra krátkých rádiových vln, zejména v rozmezí 2,402 až 2,480 GHz a je aktivovatelný pohybovým snímačem (7) detekujícím pohyb dopravního prostředku.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že prvkem (4) ochrany před napěťovými špičkami je transil.
3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že pohybovým snímačem (7) je integrovaný tříosý MEMS akcelerometr.
4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že signálovým zesilovačem (10) je výkonový a nízkošumový signálový zesilovač.
5. Systém včasného varování před přibližujícím se dopravním prostředkem, zahrnující zařízení (1) pro vysílání signálu o aktuální poloze pohybujícího se dopravního prostředku podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 4 a zařízení

-6CZ 2020 - 447 A3 (12 ) pro příjem signálu o aktuální poloze pohybujícího se dopravního prostředku, vyznačující se tím, že zařízení (12) pro příjem signálu zahrnuje řídicí jednotku (13), ke které je připojen druhý komunikační modul (14) s druhou anténou (15), který je operativní na frekvencích ultra krátkých rádiových vln, zejména v rozmezí 2,402 až 2,480 GHz, a dále varovný prostředek (16) pro vytvoření varovného signálu na základě příjmu signálu o aktuální poloze pohybujícího se dopravního prostředku, přičemž varovný prostředek (16) zahrnuje kterýkoliv prostředek z množiny zahrnující zvukové, vizuální nebo haptické prostředky nebo jejich kombinace, přičemž zařízení (1) pro vysílání signálu a zařízení (12) pro příjem signálu jsou bezdrátově propoj itelné.
6. Systém podle nároku 5, vyznačující se tím, že zařízením (12) pro příjem signálu je stacionární zařízení dopravní infrastruktury a/nebo přenosné telekomunikační zařízení uživatele, zejména mobilní telefon, tablet, chytré hodinky, elektronická čtečka knih, pager či palubní jednotka.
7. Systém podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že k řídicí jednotce (13) zařízení (12) pro příjem signálu je připojen GNSS modul (17).
8. Způsob včasného varování před přibližujícím se dopravním prostředkem, uskutečněný systémem podle kteréhokoliv z nároků 5 až 7, vyznačující se tím, že zahrnuje kroky:

a. opatření dopravního prostředku zařízením (1) pro vysílání signálu o jeho aktuální poloze;

b. detekce pohybu dopravního prostředku pohybovým snímačem (7) a aktivace prvního komunikačního modulu (8);

c. vysílání signálu o aktuální poloze dopravního prostředku první anténou (11) prvního komunikačního modulu (8) na frekvencích v rozmezí 2,402 až 2,480 GHz, přičemž tento signál je zesílen signálovým zesilovačem (10);

d. spárování zařízení (1) pro vysílání signálu a zařízení (12) pro příjem signálu, při kterém je uskutečněn příjem signálu o aktuální poloze dopravního prostředku druhou anténou (15) druhého komunikačního modulu (14) v zařízení (12) pro příjem signálu; a

e. aktivace varovného prostředku (16) v zařízení (12) pro příjem signálu pro varování před přibližujícím se dopravním prostředkem.
9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že při absenci detekce pohybu dopravního prostředku pohybovým snímačem (7) je po předem zadané klidové prodlevě první komunikační modul (8) přepnut do klidového režimu, ve kterém nedochází k vysílání signálu o aktuální poloze dopravního prostředku.
10. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že aktivace varovného prostředku (16) v zařízení (12) pro příjem signálu v kroku e. je uskutečněna za podmínky, že GNSS modul (17) detekuje ve vzdálenosti maximálně 350 metrů železniční přejezd nebo křížení trati.