CZ287496B6

CZ287496B6 - Postup k určování polohy vozidla

Info

Publication number: CZ287496B6
Application number: CZ19971362A
Authority: CZ
Inventors: Wilhelm Grabow
Original assignee: Kapsch Aktiengesellschaft
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1995-10-13
Publication date: 2000-12-13
Also published as: CZ136297A3

Abstract

Při postupu vozidlo provádí přenos dat v oblasti krátkého dosahu s alespoň jedním rádiovým majákem. Přenosem dat s přinejmenším dvěma nebo třemi rádiovými majáky je stanoveno přiřazení přenosu dat a polohy vozidla uvnitř komunikační zóny. Ze signálů přenosu dat, vysílaných z vozidla a přijímaných rádiovými majáky, se vždy na rádiových majácích určí relativní rychlosti vozidla. Z poměru rychlostí nebo z více poměrů rychlostí se určí jízdní pruh nebo poloha vozidla, vysílajícího data. Přednostní použití je předvídáno při přeúčtování poplatků za použití silnice nebo při přezkušování oprávnění jízdy.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález vychází z postupu k určování polohy vozidla, které se nachází na silnici ve vysílacím/přijímacím poli krátkého dosahu prvního rádiového majáku a provádí svým přístrojem vozidla přenos dat podle typu hlavního nároku. V oblasti obsáhlého managementu dopravy bude v budoucnu mnoho nových služeb, při kterých musí být určena poloha takového vozidla, se kterým právě probíhá přenos dat. Obzvláště u povinně placených služeb, např. při automatickém vybírání poplatků za používání silnic nebo při přezkušování oprávnění používat určitých jízdních pruhů, musí být bezpečně určeno, že také pro případy, kdy se ve vysílací/přijímací oblasti jednoho rádiového majáku nachází více vozidel, je okamžitý směrovaný přenos dat přiřazen jen jednomu jedinému vozidlu.

Dosavadní stav techniky

Z publikace „Microstrip array antenna for automatic road pricing systém“, European Microwave Conference 1993, Madrid, str. 351 až 353 je již známo vytvoření tak úzkých komunikačních zón na jednom jízdním pruhu pomocí více antén, že se uvnitř komunikační zóny může nacházet vždy jen jedno jediné vozidlo. Zde je opatřeno např. více pevně vyrovnaných antén na jeden jízdní pruh pro vytvoření více úzkých komunikačních zón. Podle DE-OS 42 22 014 je na rádiovém majáku vytvořeno uspořádání antén, které vytváří elektronickou cestou sledování, směrový diagram k určitému vozidlu takovým způsobem, že na příslušné vozidlo je směrován hlavní přijímací lalok a vždy ve směru jiného sousedního objektu je tlumení příjmu oproti hlavnímu přijímacímu laloku vysoké.

Technické náklady tohoto řešení jsou poměrně velké. Další problém je dán tím, že větší komunikační zóny, ve kterých se může nacházet více vozidel, nejsou možné. Na druhé straně je však žádoucí předávat určité bezplatné informace a výstražné služby na pokud možno mnoho vozidel, když např. při nehodě hrozí dopravní zácpa, nebojsou vpředu poruchy, způsobené počasím. Tím je dále ve velké komunikační zóně k dispozici více času pro přenos dat, takže mohou být jistě dosaženy také velmi rychle jedoucí vozidla.

Podstata vynálezu

Postup k určování polohy vozidla podle vynálezu s charakteristickými příznaky hlavního nároku má naproti tomu výhodu, že navržené řešení představuje jednoduchý postup pro jednoznačné přiřazení polohy vozidla a přenosu dat pomocí měření rychlosti. Zvláště výhodné je, že postup nežádá žádné zvláštní nároky nebo změny, týkající se nosné frekvence, šířka pásma, modulace nebo přenosu speciálních datových sekvencí. Je proto v podstatě slučitelný s budoucím standardem přenosu dat krátkého dosahu při 5,8 GHz pro použití v dopravě.

Podle provedených opatření, uvedených v závislých nárocích, jsou možná výhodná další provedení a zlepšení postupu, uvedeného v hlavním nároku. Současným měřením rychlosti pomocí obou rádiových majáků se výhodným způsobem dosáhne toho, že se může vytvořením poměru ke každému přenosu dat z vozidla do rádiového majáku vypočítat poloha vozidla, které má k oběma rádiovým majákům určitý směr.

Dále je výhodné, že začátek měření rychlosti, např. pomocí indukční smyčky, založené do silnice, nebo infračervené skříňky, může být spouštěn, protože tato zařízení jsou nezávislá na vlivu počasí a mohou být snadno namontována v povrchu jízdní dráhy nebo nad jízdním pruhem.

-1 CZ 287496 B6

Je-li naproti tomu potřebné přesné učení polohy, potom se může pomocí třetího rádiového majáku měřit třetí rychlost a pomocí srovnávacího výpočtu se může určit přesná poloha vozidla, protože je určena prostorová vzdálenost ke třem rádiovým majákům.

Pro praxi se jeví zvlášť výhodné uspořádání vpravo a vlevo od jízdní dráhy, případně silnice, a nad silnicí, protože toto uspořádání může být vyrovnáno na stejnou komunikační zónu.

Pro účely kontroly může být přitom měření rychlosti výhodně opakováno v předem daných časových intervalech.

Pomocí určení polohy může být přenos dat, přijímaný rádiovým majákem, přiřazen jednotlivému vozidlu také, když se v komunikační zóně nacházejí další vozidla. To je zvlášť důležité pro povinně placené služby, jako např. pro přeúčtování poplatků za použití silnice nebo pro přezkušování oprávnění jízdy. Na druhé straně mohou být jednoduchým způsobem vyměněny bezplatné 15 informace se všemi vozidly.

Kdyby se mělo poznat zneužití nebo porušení, týkající se služeb, potom se může provést jednoduchým způsobem pořízení důkazu, např. fotografováním vozidla.

Přehled obrázků na výkresech

Na výkresu jsou znázorněny dva příklady provedení vynálezu a v dalším popisu jsou blíže vysvětleny. Obr. 1 uvádí první příklad provedení, obr. 2 uvádí diagram křivek, obr. 3 uvádí druhý 25 příklad provedení a obr. 4 uvádí příklad poloh vozidla.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 uvádí výřez silnice 10 se dvěma jízdními pruhy, přičemž vozidlo 4 se pohybuje v pravém jízdním pruhu ve směru k rádiovému majáku J, případně 2. Vozidlo 4 jede rychlostí v a má přístroj vozidla (OBU, On-Board-Unit), pomocí kterého se provádí přenos dat mezi rádiovými majáky J, 2 v mikrovlnné frekvenční oblasti, s výhodou při 5,8 GHz, např. postupem rádiového převáděče. Rádiové majáky J, 2 mají odpovídající vysílače s jednou nebo dvěma anténami, které 35 ozařují část silnice 10 jako komunikační zónu. Jejich vysílací frekvence mohou být přitom nastaveny podle DE-OS 42 13 880. Takové vysílací/přijímací zařízení je známé např. z DE 41 07 803 Al a nemusí být proto blíže vysvětlováno. Podle volby je elektromagnetický nebo optický snímač 7 vložen např. jako indukční smyčka do povrchu jízdní dráhy, nebo je uspořádán jako infračervená skříňka nad jízdní dráhou nebo na okraji jízdní dráhy, který předává rádiovému majáku J a 2 signál k zahájení přenosu dat nebo měření lychlosti, když je spuštěn vozidlem.

Rádiové majáky J, 2 jsou s výhodou uspořádány vpravo a vlevo od silnice JO a tvoří pro určitou polohu vozidla s vozidlem úhel a, případně β. Protože rádiové majáky J, 2 jsou uspořádány souměrně ke středu silnice, je relativní rychlost k rádiovému majáku J dána vztahem vj = v^xcos α a k rádiovému majáku 2 vztahem v2 = v^xcos β. Rádiové majáky j_, 2 předávají oba signály 45 rychlostí ν]; v? vyhodnocovací jednotce 5, která z nich určí polohu vozidla 6.

Pomocí obr. 2 je blíže vysvětleno určení polohy. Na obr. 2 jsou vyneseny čáry stejného poměru rychlostí vj/v₂ (profily rychlostí). Rádiové majáky J, 2 jsou jako na obr. 1 postaveny vpravo a vlevo a souměrně ke středu jízdní dráhy silnice JO. Mají vzdálenost a, takže mají vždy ke středu 50 silnice vzdálenost a/2. Kdyby nyní vozidlo jelo po střední čáře silnice JO, potom by v každém okamžiku byla rychlost, měřená rádiovými majáky J,2, stejná, to znamená, že poměr V|/v₂ = 1. Jestliže naproti tomu, jako na obr. 1, jede vozidlo více na pravé straně silnice JO, potom je relativní rychlost k rádiovému majáku J menší než k rádiovému majáku 2. To je vyjádřeno křivkami a, b a c. U příkladů se zjednodušeně předpokládá, že výšky rádiových majáků 55 a přístroje vozidla nad silnicí jsou stejné. Pro křivku a je poměr rychlostí vj/v₂ = 0,25, pro křivku

-2CZ 287496 B6 b je poměr V]/v₂ = 0,5 a pro křivku c je poměr vj/v₂ = 0,75. Jestliže se naproti tomu vozidlo přibližuje k rádiovému majáku 1 v levém jízdním pruhu, je potom rychlost, měřená rádiovým majákem 1, větší než rychlost, měřená rádiovým majákem 2 protože rádiový maják 2 je od vozidla více vzdálen než rádiový maják j. Odpovídajícím způsobem je poměr rychlosti pro 5 křivku e roven vi/v₂ = 1,3, pro křivku f je poměr vi/v₂ = 2 a pro křivku g je poměr vj/v₂ = 4.

Pro křivku d střední čáiy je poměr V]/v₂ = 1.

Přesné určení polohy vozidla dvěma rádiovými majáky není možné. Poměrem ío vi cos a v₂ cos β se mohou určit křivky pro libovolnou možnou polohu vozidla.

Určí-li se taková poloha vozidla, potom se může tento poměr rychlostí přiřadit k rozpoznávacímu kód, který se kombinuje s přenosem dat mezi rádiovým majákem a vozidlem, např. k směrovanému přenosu povinně placených služeb, přeúčtování poplatků za užití silnice, přezkušování oprávnění příjezdu atd. Pomocí rozpoznávacího kódu je osloveno jen jediné vozidlo, protože 20 každé jiné vozidlo v komunikační zóně má jiný poměr rychlostí a také obdrží jiný rozpoznávací kód. Měření rychlostí může být pro kontrolu opakováno, např. může být provedeno při každém přenosu dat. Protože poměry rychlostí probíhají přibližně rovnoběžně se směrem jízdy vozidla, čímž blíže přijíždí vozidlo do oblasti rádiového majáku, je tím dán bezpečnější rozpoznávací kód pro určité vozidlo. Zvláště je také dán zřetelně rozdílný poměr rychlostí mezi dvěma paralelně 25 jedoucími vozidly nebo setkávajícími se vozidly ve dvou sousedních pruzích, protože poměr rychlostí v pravém pruhuje menší než 1 a v levém pruhuje větší než 1.

Přesné určení místa je podle obr. 3 možné podle druhého příkladu provedení, ve kterém se používá tří rádiových majáků 2, 3. Uspořádání rádiových majáků 1, 3 vychází z prvního 30 příkladu provedení podle obr. 1. Třetí rádiový maják může být uspořádán nad silnicí, např. nad střední čárou silnice 10. Podle obr. 3 vytváří vozidlo ke každému rádiovému majáku jízdní úhel a, β, χ. Poměr rychlostí mezi prvním a druhým rádiovým majákem J, 2 je určen následující rovnicí

35	V]	cos a	(rovnice 1)
	v₂	cos β

Mezi rádiovým majákem 2 a 3 je poměr rychlostí v₂ cos β

- =----- (rovnice 2) v₃ cos χ

Pro y

COS Oř = __

Zl = 7 y² + (a + x)²

-3CZ 287496 B6 se určí

COS Ct (rovnice 3) (a + x)²

Odpovídajícím způsobem platí y

cos β = __

Z2

+ X²

Odtud se dostane

COS β (rovnice 4)

+ x² a pro cos

y

-/ y² + (b - x)² se dostane cos 36 (rovnice 5)

♦ (b - x)² z_b Z2, z₃ jsou okamžité vzdálenosti mezi vozidlem a rádiovými majáky 1 2, 3. Z pěti rovnic s pěti neznámými α, β, χ, x, y a známých veličin y_b V2, V3, a, b, je možné vypočítat podle obr. 3 25 souřadnice polohy vozidla x, y.

Jednotlivé parametry a, b, x, y, z_b Z2, Z3, α, β, χ se dají vzít z obr. 3. Vyhodnocovací jednotka 5 může být např. mikropočítač s odpovídajícím programem, jehož pomocí se vypočítá z předem daných rovnic poloha vozidla x, y v poloze 6.

Obr. 4 uvádí k objasnění těchto vztahů různé oblasti silnice 10 s rádiovými majáky J, 2, 3 as rychlostmi v_b V2, V3, měřenými rádiovými majáky. Nachází-li se např. vozidlo v pruhu 11, potom je měřená rychlost Vj v rádiovému majáku J. větší než rychlost v? k rádiovému majáku 2. Nachází-li se vozidlo naproti tomu v pruhu 12, potom je rychlost vozidla v? k rádiovému majáku 35 2 větší než rychlost yi k rádiovému majáku L Obdobné vztahy platí pro pruhy 13 a 14, když se vozidlo blíží k rádiovým majákům 2 a 3. V pruhu 13 je rychlost k rádiovému majáku 2 větší než k rádiovému majáku 3 a odpovídajícím způsobem v pruhu 14 je rychlost k rádiovému majáku 3 větší než k rádiovému majáku 2. Tak dále je rychlost V3 v pruzích 13, 14 k rádiovému majáku 3 větší než rychlost v_t k rádiovému majáku L Na druhé straně je v pruzích 11, 12 rychlost v_I40 k rádiovému majáku J větší než rychlost V3 k rádiovému majáku 3. To vyplývá z podmínek souměrnosti na obr. 4. Pomocí tohoto znázornění se mohou také určit oblasti poloh vozidla bez

-4CZ 287496 B6 výpočtu z měřených hodnot rychlostí. Jestliže komunikuje přístroj vozidla s více než třemi rádiovými majáky, může se přesnost určení polohy zlepšit, případně se mohou kompenzovat chyby měření.

Pomocí tohoto určování polohy mohou být při přenosu dat s rádiovými majáky nebo s jedním přednostním rádiovým majákem přezkušovány a střeženy např. povinně placené služby, jako je přeúčtování poplatků za používání silnice, nebo oprávnění příjezdu pro určité jízdní pruhy, které jsou např. rezervovány pro linkové autobusy, policii nebo hasiče. Je-li např. zjištěno porušení pořádku, potom může být např. napojeným fotografickým zařízením vozidlo automaticky vyfotografováno.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Postup k určování polohy vozidla, které se pohybuje na silnici v komunikační zóně vysílacího/přijímacího pole krátkého dosahu prvního rádiového majáku a které provádí svým přístrojem vozidla (OBU) přenos dat alespoň k jednomu rádiovému majáku a přitom se určuje z přenášeného datového signálu první rychlost (vj) vozidla relativně k prvnímu rádiovému majáku, vyznačující se tím,

- že je uspořádán alespoň druhý rádiový maják (2), prostorově oddělený od prvního rádiového majáku (1) v oblasti silnice (10), ve které se nachází vozidlo (4), přičemž obě komunikační zóny se překrývají,

- že alespoň druhý rádiový maják (2) určí z přenášeného datového signálu druhou rychlost vozidla (v₂) relativně k němu,

- že z poměru rychlostí (vQ, (v₂) se určí poloha vozidla (4) na silnici (10), ve které se dá provádět směrovaný přenos dat k tomuto vozidlu.
2. Postup podle nároku (1), vyznačující se tím, že vozidlo (4) spustí začátek měření rychlostí (vi), (v₂) rádiovými majáky (1), (2) s výhodou ve stejném časovém okamžiku.
3. Postup podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že při každém přenosu dat z vozidla (4) k rádiovým majákům (1), (2) probíhá měření rychlostí oběma rádiovými majáky (1), (2)·
4. Postup podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že začátek měření rychlostí (vi), (v₂) je spuštěn elektromagnetickým nebo optickým snímačem (7).
5. Postup podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se použije k měření rychlosti (v₃) třetí rádiový maják (3), který je od prvního a druhého rádiového majáku (1), (2) uspořádán prostorově odděleně takovým způsobem, že mezi vozidlem (4) a rádiovými majáky (1), (2), (3) probíhá přenos dat současně nebo během krátkého časového intervalu.
6. Postup podle nároku 5, vyznačující se tím, že tři rádiové majáky (1), (2), (3) jsou směrovány na jeden jízdní pruh a jsou s výhodou uspořádány vpravo, vlevo a nad jízdním pruhem, s výhodou souměrně ke středu jízdní dráhy.
7. Postup podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že měření rychlostí (vi), (v₂), (v₃) se provádějí opakovaně v předem daném časovém intervalu.

-5CZ 287496 B6
8. Postup podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že přenosy dat mezi přednostním vozidlem (4) a alespoň jedním nebo více rádiovými majáky (1), (2), (3) se provádí v závislosti na určeném profilu rychlostí.

5
9. Postup podle nároku 8, vyznačující se tím, že přenosy dat se používají pro předem dané služby, zvláště pro přeúčtování poplatků nebo přezkušování oprávnění jízdy.
10. Postup podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že při porušení předpisů služeb se provádějí opatření ke zjištění důkazu, s výhodou fotografováním vozidla.