CZ36577U1 - Systém pro vyhodnocení retroreflexe svislého dopravního značení - Google Patents

Description

Oblast techniky

Předkládané technické řešení je zaměřeno na systém pro vyhodnocení retroreflexe svislého dopravního značení, který je schopen vyhodnocovat retroreflexi bezkontaktně z jedoucího vozidla.

Dosavadní stav techniky

V současné době je jedním z hlavních znaků sloužících ke zjišťování a hodnocení aktuální světelné odrazivosti fólií svislého dopravního značení, základní vlastnosti rozhodující o viditelnosti dopravního značení za zhoršených světelných podmínek, součinitel retroreflexe. Součinitel retroreflexe je definovaný jako jas plochy vzorku dělený osvětlením, které tento jas vyvolalo. Vyhodnocení retroreflexe slouží ku příkladu správcům pozemní komunikace pro přejímací řízení nově instalovaného dopravního značení, zjišťování parametrů na konci záruční doby, plánování údržby, Policii ČR při zjišťování příčin dopravních nehod atd.

Dle optické účinnosti se retroreflexní materiál dělí na třídy: třída 1 (RA1), třída 2 (RA2) a třída 3 (RA3). Kvalitativní parametry, které musí svislé dopravní značení dle předpisů splňovat, jsou ovlivněny například působením slunečního světla (zvláště ultrafialového záření), stavem značení, úrovní znečištění či poškození svislého dopravního značení, natočením svislého dopravního značení apod.

Pro měření součinitele retroreflexe se obvykle používá retroreflektometr. Jedná se o ruční přístroj o hmotnosti 1-2 kg včetně akumulátoru, který se obvykle ovládá přes dotykový displej. Přístroj může být dále vybaven integrovanou navigační jednotkou a snímačem pro měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu. Měření se provádí přiložením čelní desky přístroje v celé své ploše přímo na povrch svislého dopravního značení a stisknutím spouště pro měření. Měření na svislých dopravních značkách se provádí na třech namátkově zvolených měřících bodech téže barevné plochy, ze kterých je získána průměrná hodnota. Poloha svislé dopravní značky je zaznačena do mapy nebo zaznamenána prostřednictvím polohových souřadnic. Měření je prováděno v souladu s normou ČSN EN 12899-1: Svislé dopravní značení - Část 1: Stálé dopravní značky vydanou v říjnu 2008.

Bližší informace o této metodice jsou popsány v dokumentu Metodika zjišťování optických vlastností dopravního značení v optické laboratoři dostupném na webových stránkách Ministerstva dopravy ČR. (zdroj: https ://www.mdcr. cz/getattachment/Dokumenty/Veda-avvzkum/Certifikovane-metodikv/Silnicni-metodikv/Metodika-ziistovani-optickvch-vlastnostidopravnih/Metodika-zjistovani-optickych-vlastnosti-dopravniho-znaceni-v-optickelaboratori.pdf. aspx)

Na měření je potřeba přímého kontaktu přístroje s čistým povrchem dopravního značení, tudíž je obvykle potřeba dopravní značení před měřením očistit. Nutnost kontaktu dále činí problém v terénu, kvůli umístění svislého dopravního značení, a je často zapotřebí použít skládací schůdky, žebřík či teleskopickou tyč. S těmito problémy se pojí i časová náročnost měření, zejména pak v situacích, kdy je potřeba změřit velké množství dopravních značení. Dalšími omezujícími faktory jsou požadavky stanovené normou CSN EN 12899-1, která mimo jiné uvádí, že zkoušky je nutno provádět při teplotě 23 ± 3 °C a relativní vlhkosti 50 ± 5 %, pokud není stanoveno jinak. Tento požadavek dále omezuje dobu, po kterou lze měření během roku realizovat. V praxi je tak měření prováděno pouze ve vybraných úsecích či na přímo vybraných dopravních značeních.

Bylo by vhodné přijít s řešením, které by umožnilo rychlejší vyhodnocení retroreflexe u většího počtu dopravních značení.

- 1 CZ 36577 U1

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky částečně odstraňuje systém pro vyhodnocení retroreflexe svislého dopravního značení, který zahrnuje kameru, zdroj infračerveného záření, nosný rám a řídicí jednotku. Kamera je uspořádána pro snímání infračerveného spektra světla (např. v rozmezí 760 nm až 1 μm) a zachycení záření vyslaného ze zdroje infračerveného světla po odrazu od dopravního značení. Pro správné vyhodnocení retroreflexe je potřeba, aby vlnová délka zdroje infračerveného záření byla v rozmezí 760 až 850 nm, rozsah osvětlení alespoň 60 m a úhel nasvícení v rozmezí 45 až 60°. Nosný rám je uspořádán pro připevnění kamery a zdroje infračerveného záření na střechu vozidla. Kamera je datově propojená s řídicí jednotkou, kam kamera posílá vyfotografované snímky. Toto propojení může sloužit i k účelu konfigurace kamery pomocí řídicí jednotky. Řídicí jednotka je uspořádána pro vyhodnocení retroreflexe svislého dopravního značení na základě dat (snímků) z kamery. Nosný rám je uspořádán pro připevnění kamery a zdroje infračerveného záření na střechu vozidla.

Tento systém umožňuje vyhodnotit retroreflexi svislého dopravního značení rychleji a bez potřeby přímého kontaktu přístroje s dopravním značením. Je tak zásadně navýšena rychlost měření a vyhodnocování, je zvýšen komfort měření i bezpečnost pracovníků a je zásadně omezena závislost měření na vnějších podmínkách. Navíc je retroreflexe posuzována celoplošně. Na základě měření a vyhodnocení tímto systémem může být například určeno, u kterých značek je následně nutné provést kontaktní měření standardním způsobem. Například může řídicí jednotka určovat v obraze jednotlivé značky, například pomocí modulu pro rozpoznání obrazu obsahujícího algoritmus umělé inteligence pro rozpoznání značek dle tvaru, určí průměrný jas pixelů (zejména včetně jasu v IR spektru) a pokud je tento průměr nižší než prahová hodnota, je tato značka určena k ručnímu změření součinitele retroreflexe.

Nosný rám může být například kovová konstrukce určená k uchycení k standardním nosníkům na střechy automobilů (zahrádka) a opatřená držákem kamery a zdroje IR záření, případně i dalších volitelných součástí, jako je polohovací systém. Výhodou využití IR záření pro vyhodnocování retroreflexe je, že k vyhodnocení retroreflexe ve viditelné složce světla by bylo potřeba použít silnější světelný zdroj, než je zdroj infračerveného záření, např. zábleskovou jednotku, čímž by ovšem pravděpodobně docházelo k oslnění dalších účastníků silničního provozu.

Výhodně kamera může být bez filtru absorbujícího infračervenou složku záření, což vede k přesnějšímu určování hodnot jasu a tím pádem i retroreflexe dopravního značení.

Tento systém může obsahovat polohový systém, jenž je propojený s řídicí jednotkou, kam odesílá data o poloze vozidla. Tímto způsobem je možné jednodušeji zaznamenávat, které dopravní značení bylo zkontrolováno a jaké bylo jejich vyhodnocení retroreflexe. Řídicí jednotka tyto úkony může provádět zcela automaticky. Zejména tak může být umožněno automaticky určit polohu všech značek, u nichž je třeba provést dodatečné ruční měření.

Pro zpřesnění údajů o poloze je možné použít k polohovému systému odometr, který tyto informace o poloze odesílá do řídicí jednotky. Informace o poloze mohou kromě určení polohy jednotlivých značek sloužit například i k řízení frekvence pořizování snímků - například může být řídicí jednotka uspořádána pro pořízení snímku každých 5 m.

Kamera a zdroj infračerveného záření mohou být společně na nosném rámu nasměrované ve směru pohybu vozidla, tj. aby docházelo k snímání dopravního značení ve směru, který je definován zorným polem řidiče běžně při řízení vozidla. To usnadňuje montáž kamery, protože směr kamery i zdroje IR záření je jasně určen nosným rámem a umožňuje přesnější osvětlování i zaznamenávání celého osvětleného značení.

- 2 CZ 36577 U1

Dále kamera a zdroj infračerveného záření mohou být připevněné k nosnému rámu na střeše vozidla tak, aby byly umístěné na nosném rámu v prostoru vymezeném svislým průmětem sedadla řidiče do vodorovné roviny střechy, aby byly kamera a zdroj infračerveného záření co nejblíže pohledu řidiče, ale zároveň, aby nebránily řidiči ve výhledu z vozidla. Vyhodnocení retroflexe tak odpovídá směru pohledu řidiče. Navíc je umožněno, aby řidič vozidla měl lepší povědomí o tom, kam směřuje kameru a zdroj infračerveného záření pro snímání svislého dopravního značení.

Řídicí jednotka může být upevněna k držáku, který lze připevnit na palubovou desku vozidla. Tím je umožněno pohodlnější ovládání řídící jednotky například pro spolujezdce.

Objasnění výkresů

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

Obr. 1 Je schematicky znázorněn pohled z boku na vozidlo opatřené systémem dle technického řešení, na

Obr. 2 Je schematicky znázorněn pohled zepředu na vozidlo opatřené systémem dle technického řešení, a na

Obr. 3 Je schematický nákres systému dle předkládaného technického řešení a propojení jeho jednotlivých součástí.

Příklady uskutečnění technického řešení

Technické řešení bude dále objasněno na příkladech uskutečnění s odkazem na příslušné výkresy. První příkladné provedení základních částí řešení a jeho uspořádání je vyobrazené na Obr. 1, Obr. 2 a Obr. 3.

Předmětem předkládaného řešení je systém pro vyhodnocení retroreflexe svislého dopravního značení. Tento systém zahrnuje kameru 1, zdroj 2 infračerveného záření, nosný rám 3 a řídicí jednotku 5. Infračervené záření je záření s vlnovou dálkou v rozmezí 760 nm až 1 mm.

Na obr. 1 a obr. 2 lze vidět příkladné uspořádání tohoto systému, kde je součástí i polohový systém 8 GPS. Kamera 1, uspořádaná pro snímání infračerveného spektra a bez filtru absorbujícího infračervené složky světla, je upevněna k nosnému rámu 3 na vozidle 4. Odstraněním filtru absorbujícího infračervené složky světla lze zaznamenávat odraz infračerveného světla i při vyšší intenzitě okolního záření (např. za slunečného dne). Zdroj 2 infračerveného záření (např. žárovky, diody) vysílá paprsek infračerveného světla do prostoru před vozidlem 4, kam je nasměřován. Lidské oko infračervené záření nevidí, tudíž je pro řidiče i další účastníky silničního provozu výhodnější. Po dopadu částic záření na určitý předmět, dopravní svislé značení, se paprsek odrazí od povrchu značení a kamera 1 tento paprsek zachytí. Kamera 1 a zdroj 2 infračerveného záření mohou být směřované ve směru pohybu vozidla 4 a jsou vzájemně v takové poloze, aby tento odražený paprsek ze zdroje 2 infračerveného záření kamera 1 zachytila. Kamera 1 i zdroj 2 infračerveného záření jsou připevnitelné na nosném rámu 3 ke střeše vozidla 4, aby například rozsvícené indikační diody kamery 1 i zdroje 2 infračerveného záření nenarušovaly pohled řidiče, jako by tomu mohlo být v případě umístění těchto přístrojů na kapotu vozidla 4. Zdroj 2 infračerveného záření vysílá paprsek výhodně nepřetržitě a kamera 1 snímá snímky sekvenčně, výhodně přibližně každých 5 m. Snímek je výhodně focen v tzv. nočním režimu kamery 1 se zachováním barevnosti. Pro co nejostřejší zachycení snímku je výhodná kamera 1 s krátkým časem uzávěrky, výhodně například 1/400 s. Tyto snímky se dále ukládají do řídicí jednotky 5, která je dále zpracovává. Řídicí jednotka 5 vybere snímek, například na základě velikosti dané značky na

- 3 CZ 36577 U1 snímku, který zachycuje dopravní značení ve vzdálenosti výhodně 10 až 15 m od objektivu kamery 1 a zároveň vyobrazuje celé dopravní značení. Řídicí jednotka 5 vyhodnotí jas každého pixelu vybraného snímku zobrazujícího část značení. Tyto hodnoty jasu poté popisují retroreflexi, například z nich může být vypočten aritmetický průměr a/nebo medián. Nemusí tak být potřeba znát více údajů, jako např. osvětlovací úhel.

Dalšími charakteristickými parametry kamery 1 jsou clonové číslo a citlivost, aby bylo možné co nejlépe identifikovat reflexivní materiály bez ostatních rušivých elementů. Clonové číslo určuje, jak soustředěné je světlo procházející objektivem a jaká následně bude hloubka ostrosti. Pro ostré zachycení snímaného dopravního značení je výhodné použít clonu s nízkým clonovým číslem, která zajistí rozostřené rušivé pozadí, výhodně v rozmezí f/8 až f/32. Světelná citlivost uvádí, při jakém nejmenším osvětlení je kamera 1 schopná pořídit obraz určité kvality. Pro toto předkládané technické řešení je vhodná nižší citlivost, výhodně v rozmezí 100 až 200, pro možnost vyhodnocení retroreflexe i za nepříznivých světelných podmínek.

Parametry snímání kamery 1 je výhodně umožněno upravovat prostřednictvím webového uživatelského rozhraní v případě použití kamery 1 s tzv. konfigurovatelným snímáním. Nastavení kamery 1 je tak možné ovládat například přímo z řídicí jednotky 5 ze sedadla spolujezdce.

V případě, kdy kamera 1 vyfotí snímek s více dopravními značeními, řídicí jednotka 5 automaticky identifikuje reflexivní předdefinované tvary v obraze, tj. tvary dopravních značení (kruhové, trojúhelníkové apod.). Zpracování obrazu z kamery 1 řídicí jednotkou 5 může být například realizováno s využitím známých algoritmů pro počítačové vidění, například pomocí konvolučních neuronových sítí.

Vyhodnocení retroreflexe může alternativně k vyhodnocení průměrného jasu pro určitou oblast či celé dopravní značení, jak je uvedeno výše, zahrnovat například vypočítání součinitele retroreflexe, který bude výstupní hodnotou z řídicí jednotky 5. Případně může být upraven výstup do takové podoby, kdy se operátorovi (spolujezdci) zobrazí na monitoru pouze binární informace, např. ANO/NE. Například může obraz z kamery 1 být zpracován algoritmem počítačového vidění vytrénovaným k vydávání takového binárního výstupu. U dopravního značení, které by bylo označeno výstupem NE, lze pak například provést další zpřesňující měření klasickým kontaktním způsobem. Zpracování výstupů může být například realizováno s využitím známých architektur neuronových sítí určených k rozpoznání obrazu.

Systém pro vyhodnocení retroreflexe svislého dopravního značení může zahrnovat polohový systém 8, například družicový polohový systém 8 GPS. Přijímač GPS zahrnuje anténu, kterou lze upevnit na nosný rám 3, např. na nosný rám 3 blíže zadní části vozidla 4 (viz obr. 1 a obr. 2). Polohový systém 8 je propojen s řídicí jednotkou 5, která zahrnuje přijímací modul 11 k přijímání dat o poloze, přičemž tato data řídicí jednotka 5 dále zpracovává. Při pořizování snímku pro vyhodnocení retroreflexe je zároveň získáván signál o poloze vozidla 4, případně dopravního značení. Tyto informace dále mohou posloužit při např. vyslání dalších pracovníků pro očištění dopravního značení se špatnou retroreflexí na přesnou polohu tohoto značení. Jednotlivé elektronické součásti systému je možné napájet ze zdroje 10 napájení, což může být například autobaterie vozidla 4 nebo např. samostatný akumulátor.

Jelikož má polohový systém 8 určité tolerance polohy (GPS přibližně několik jednotek metrů) je možno použít pro zpřesnění údajů o poloze odometr 6, který měří ujetou vzdálenost vozidla 4. Odometr 6 se připevňuje na zadní kolo vozidla 4 a je propojen s řídicí jednotkou 5, aby poskytl řídicí jednotce 5 zpřesňující informace o poloze vozidla 4 při zpracovávání údajů z polohového systému 8 a snímaného dopravního značení. Další možnosti zpřesnění údajů o poloze může být například použitím dvouanténního přijímače.

Kamera 1 a zdroj 2 infračerveného záření mohou být připevněné na nosném rámu 3 na střeše vozidla 4 v prostoru vymezeném svislým průmětem sedadla 12 řidiče, aby byly kamera 1 a zdroj 2

- 4 CZ 36577 U1 infračerveného záření co nejblíže pohledu řidiče, ale zároveň, aby nebránily řidiči ve výhledu z vozidla 4. Tím může být pro řidiče snazší nasměrování vozidla 4 ke svislému dopravnímu značení tak, aby došlo k co nejlepšímu snímání celého tohoto značení. Kamera 1 a zdroj 2 infračerveného záření mohou být společně nasměrované v horizontálním směru, a mohou spolu být pevně spojené například společným držákem připevnitelným k nosnému rámu 3. Kamera 1 je napájena např. z modulu 9 pro napájení kamery, který může být dále propojen s řídicí jednotkou 5, čímž je zároveň možné přenést snímky z kamery 1 do řídicí jednotky 5. Zdroj 2 infračerveného záření je možné napájet ze stejného zdroje 10 napájení jako přijímací modul 11 polohového systému 8. V některých provedeních však mohou jednotlivé komponenty mít i vlastní zdroje, nebo mohou všechny individuálně být připojeny ke společnému napájecímu zdroji, např. oddělené od datových spojení.

Nosný rám 3 může být realizován jako rámová konstrukce s univerzálním uchycením ke střešním nosičům vozidla 4, kterým může být například osobní automobil (viz obr. 1 a obr. 2), ale i například na speciální vozidlo, které provádí záznam poruch a měření proměnných parametrů vozovek. Při připevnění tohoto systému na vozidlo 4 používané pro mobilní mapování pomocí rotačního laserového skeneru, lze měření hodnot jasu dopravního značení zpřesnit. Laserový skener, mimo další parametry, zaznamenává i parametr intenzity odrazu. Dopravní značení je pak zaznamenáno jako množina bodů, kde u každého bodu se dále v řídicí jednotce 5 vyhodnocuje intenzita odrazu laseru. Intenzitu odrazu lze rovněž použít k ověření hodnoty retroreflexe z předkládaného systému.

Řídicí jednotkou 5 může být např. počítač (viz obr. 1, obr. 2 a obr. 3) či tablet přichycený k palubní desce vozidla 4 pomocí uspořádaného držáku 7. Alternativně také řídicí jednotka 5 může být umístěna např. pod kapotou vozidla 4 a tablet může sloužit pouze jako výstupní monitor, na který lze případně i napojit externí klávesnici a myš, kterými lze ovládat řídicí jednotku 5, nebo přímo umožnit zadávání požadavků pomocí dotykové obrazovky tabletu. Příkladná propojení ostatních prvků systému k řídicí jednotce 5 lze vidět na schématu v obr. 3. Datové spojení kamery 1 a řídicí jednotky 5 (případně ještě polohový systém 8 a odometr 6) může být uskutečněno pomocí kabelového propojení, případně bezdrátového propojení. Data mohou být ukládána do paměťové jednotky v řídicí jednotce 5, nebo také řídicí jednotka 5 může data přeposílat např. na cloudové úložiště a může například dojít k dalšímu zpracovávání dat v reálném čase zároveň s dalším získávání dat.

Claims (6)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Systém pro vyhodnocení retroreflexe svislého dopravního značení, vyznačující se tím, že zahrnuje kameru (1) uspořádanou pro snímání infračerveného spektra světla, zdroj (2) infračerveného záření, nosný rám (3) uspořádaný pro připevnění kamery (1) a zdroje (2) infračerveného záření na střechu vozidla (4) a řídicí jednotku (5), datově spojenou s kamerou (1), uspořádanou pro vyhodnocení retroreflexe svislého dopravního značení na základě dat z kamery (1).

2. Systém pro vyhodnocení retroreflexe svislého dopravního značení podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahrnuje polohový systém (8) datově propojený s řídicí jednotkou (5) pro sběr informací o poloze vozidla (4).

3. Systém pro vyhodnocení retroreflexe svislého dopravního značení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že zahrnuje odometr (6) datově propojený s řídicí jednotkou (5).

4. Systém pro vyhodnocení retroreflexe svislého dopravního značení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že nosný rám (3) je uspořádaný pro společné nasměrování kamery (1) a zdroje (2) infračerveného záření ve směru podélné osy vozidla (4).

5. Systém pro vyhodnocení retroreflexe svislého dopravního značení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že nosný rám (3) je uspořádaný pro připevnění kamery (1) a zdroje (2) infračerveného záření na střechu vozidla (4) v prostoru vymezeném svislým průmětem sedadla (12) řidiče.

6. Systém pro vyhodnocení retroreflexe svislého dopravního značení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že zahrnuje držák (7) pro řídicí jednotku (5) uspořádaný pro upevnění na palubovou desku vozidla (4).