DK154588B - Positionsovervaagningsanlaeg - Google Patents

Description

DK 154588 B

Opfindelsen angår et anlæg til positionsovervågning af et antal mobile enheder, der bevæger sig ad på forhånd kendte strækninger, hvilket anlæg omfatter en stationær basisstation dækkende én eller flere transmissionskanaler med én sender til 5 at transmittere både tale- og datakommunikation på en første frekvens, og én modtager til at modtage både tale- og datakommunikation på en anden frekvens til selektiv radiokommunikation med de af anlægget omfattede mobile enheder, der på tilsvarende måde indeholder en sender og en modtager til radio-10 kommunikation med nævnte basisstation, og hvor der langs de på forhånd kendte strækninger i bestemte positioner er anbragt stationære positionssendere, der kontinuerligt udsender et moduleret signal med en information, der identificerer den pågældende position, hvilket positionssignal overføres til et 15 datalager og databehandlingsorganer i hver mobile enhed under dennes passage af positionssenderen, og hvor basisstationen yderligere omfatter en datamat, som er indrettet til at bevirke udsendelse af adresserede spørgesignaler til hver af de mobile enheder en efter en i rækkefølge, og hvor hver mobile 20 enhed efter modtagelse af et til denne enhed adresseret spørgesignal er indrettet til at svare basisstationen ved at udsende den oplagrede positionsinformation.

Kommunikationsanlæg til mobile enheder kendes i mange udform-25 ninger og benyttes primært til overvågning af f.eks. den kollektive bustrafik. For at kunne udnytte det til rådighed værende kørende material bedst muligt samt give publikum en rimeligt god betjening, er det nødvendigt at blandt andet de i køreplanerne fastsatte ankomst- og afgangstider overholdes 30 bedst muligt. Andre hensyn end overholdelsen af køreplaner har imidlertid også retfærdiggjort etableringen og opretholdelsen af et positionsovervågningsanlæg, hvormed man fra centralt hold sættes i stand til at skaffe sig et nøjagtigt overblik over, hvor i rutenettet hver enkelt mobile enhed befinder sig 35 på ethvert tidspunkt. F.eks. kan de enkelte enheder i tilfælde af opståede trafikpropper omdirigeres og styres fra basisstationen. Et anlæg af ovennævnte art er ikke blot nyttigt i forbindelse med den kollektive personbefordring, men har også

DK 154588 B

2 vist sin berettigelse i forbi ndel se med f. eks. pengetransporter eller patruljer af forskellig art.

Kommunikationen mellem positionssenderne, i det følgende kal-5 det blokposterne, og de enkelte mobile enheder foregår trådløst og kan baseres på forskellige teknologier, men de fleste kendte anlæg er ikke egnede til den foreliggende anvendelse. Det hyppigst anvendte er radiokommunikation i mikrobølgeområdet, da dette er forbundet med den højeste pålidelighed og den 10 største nøjagtighed. Til gengæld er det også meget kostbart.

Det apparatur, som anvendes i VHF/UHF området, er derimod knap så kostbart, men problemet her er, at trængselen i æteren er temmelig stor, så at det kan være vanskeligt at få tildelt det 15 nødvendige antal kommunikationskanaler hos teleadministratio-nerne.

Fra beskrivelsen til dansk patent nr. 132.475 kendes et trafikovervågningssystem, hvor man fra et trafikkontrolcenter 20 kontinuerligt afsender en sekvens af telegrammer indeholdende hver sin adresse på en bus, og fra hver bus modtager informationer om dennes position på svartidspunktet. Spørgetelegrammerne sendes på én frekvens, spørgefrekvensen, medens svartelegrammerne fra de enkelte busser sendes på en anden frekvens, 25 svarfrekvensen. Denne del af kommunikationen mellem trafikkontrolcenter og hver enkelt bus foregår digitalt. Herudover er der i det kendte system mulighed for at kommunikere på samtaleniveau mellem chauffør og trafikkontrolcenter, hvilket sker på en anden kanal, samtalekanalen.

30

Hver enkelt bus modtager positionssignalerne ved passage af blokposter, der er jævnt fordelt langs ruten. Hver blokpost udsender kontinuerligt telegrammer indeholdende en for den pågældende blokpost specifik identifikationskode.

Det er således betydeligt teknisk opbud, der er involveret i dette kendte trafikovervågningssystem med separate sendere og modtagere for kommunikation henholdsvis mellem bus og trafik- 35

DK 154588 B

3 kontrolcenter og mellem bus og blokposter, samtidigt med at der beslaglægges fem forskellige kommunikationskanaler eller -frekvenser.

5 Et lignende tovejs-kommunikationsanlæg til central overvågning af et køretøjs position, men hvor kravet til antallet af nødvendige radiokommunikationskanaler er væsentligt reduceret, er kendt fra tysk offentliggørelsesskrift nr. 2.143.474. I dette kendte anlæg sender hver enkelt blokpost på samme fre-10 kvens som basisstationen, men kun efter at være blevet aktiveret af det forbikørende køretøj selv. Fortrinsvis strømforsynes blokposterne af køretøjets udsendte effekt. Blokposterne sender derefter kortvarigt. Det mobile sende/modtage-udstyr skal aktiveres kort før køretøjet når blokposten, og er koblet 15 til en fælles sende/modtage-antenne via et relæ, men kan også kobles til antennen gennem et· koblingsnetværk eller en retningskobler, som dæmper signalet ca. 40 dB. Når blokposten passeres, påvirkes relæet, og modtagerens følsomhed sænkes med ca. 40 dB, således at signalmodtagelsen fra basisstationen un-20 dertrykkes tilstrækkeligt. Ca. 20 ms efter at køretøjet har passeret blokposten, retransmitteres den fra blokposten modtagne positionsmelding sammen med den enkelte mobile enheds identifikationskode til basisstationen på en anden kanal i løbet af ca. 60 ms. Dette anlæg kræver således indretning af 25 en form for aktiveringsorganer til modtagelse af blokpostsig-nalerne, og kræver desuden fuld duplex.

Et positionsovervågningsanlæg af indledningsvis nævnte art er ifølge opfindelsen ejendommeligt ved, at senderen på basissta-30 tionen og senderen i hver positionssender er indrettet til at sende på frekvenser i VHF- eller UHF-området, at modtageren i de mobile enheder er indrettet til modtagelse af såvel basisstationens signal som positionssenderens signal, og at hver positionssender omfatter en antenne med en signal udstrål i ng, 35 der er sådan indrettet, at den i et snævert område ved positionssenderen niveaumæssigt ligger så højt over middelniveauet i det pågældende område af signalet fra basisstationen, at der opnås en tilfredsstillende akceptans af signalet fra posi-

DK 154588 B

4 ti onssenderen samt aftager således, at signalstyrken fra positionssenderen i en passende afstand på begge sider af positionssenderen er aftaget til et så lavt niveau under middelniveauet det pågældende sted for signalet fra basisstationen, at 5 der opnås en tilfredsstillende akceptans af signalet fra basisstationen.

Derved opnår man, at kommunikationsudstyret i hver af de mobile enheder, som der kan være mange af, bliver billigere, 10 idet en og samme modtager kan anvendes til at modtage såvel samtale- og datasignaler fra basisstationen som positionssignalerne fra positionssenderne. Endvidere reduceres behovet for kommunikationskanaler.

15 Fortrinsvis er basisstationens sendefrekvens den samme som positionssenderens frekvens, men i visse situationer kan det imidlertid alligevel være vanskeligt eller umuligt at opnå tilfredsstillende modtageforhold med samme frekvens, måske fordi den kanal, der stilles til rådighed for basisstationens 20 sender, er så lavfrekvent, at positionssenderens antenne ikke kan gøres tilstrækkelig retningsbestemt på grund af praktiske begrænsninger af antennens fysiske dimensioner. I sådanne situationer kan man med fordel anvende en højere arbejdsfrek-vens i positionssenderne, og indrette et blandingstrin foran 25 modtageren i hver mobile enhed, således at signalerne fra positionssenderne i blandingstrinnet konverteres til basisstationens arbejdsfrekvens.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor under henvisning til 30 tegningen, hvor fig. 1 viser skematisk de enkelte i et positionsovervågningsanlæg indgående hovedenheder, 35 fig. 2 for forskellige signal niveauer telegramakceptansen som funktion af niveauforskellen mellem signalstyrkerne for to signaler på samme frekvens.

DK 154588 B

5 fig. 3 det relative signalniveau fra en blokposts antenne som funktion af den relative afstand i bevægelsesretningen, fig. 4 en skitse til anskueliggørelse af en basisstations dæk-5 ningsprofil, og fig. 5 et diagram over en sender/modtager i en mobil enhed.

I fig. 1 er en stationær basisstation generelt betegnet med 10 10. Den omfatter principielt en central computer 11 indehol dende alle relevante informationer om de mobile enheder, som indgår i anlægget, de ruter, som skal følges, og tidspunkterne for hvornår disse enheder planmæssigt skulle passere nærmere bestemte positioner i rutenettet, og en sender/modtagerdel 12, 15 som over en antenne 13 står i radioforbindelse med et antal mobile enheder 14, hvoraf kun én er vist. I øvrigt omfatter basisstationen det for en sådan station normale udstyr til overvågning af rutenettet, såsom kontrolpulte med display- og skriveenheder og radiotelefoniudstyr til etablering af samta-20 leforbindelser med enhver af de mobile enheder i anlægget, men da sådant udstyr er sædvanligt og i øvrigt ikke angår opfindelsen, er det ikke vist på tegningen. Det samme gælder grænsefladeudstyret mellem den centrale computer 11 og sender/mod-tagerdelen 12.

25

Den mobile enhed 14 er på tegningen symboliseret ved et køretøj af en art, f.eks. en bus; Det for anlægget afgørende er imidlertid, at hver mobil enhed 14 følger en kendt rute og passerer visse fixpunkter på ruten. Et sådant fixpunkt er marke-30 ret med en positionssender, også kaldet blokpost 15, som i princippet udgøres af en sender, der via en antenne 16 konstant udsender et signal af en passende styrke og indeholdende information om den pågældende blokposts position i rutenettet.

Fra basisstationen 10 udsendes en følge af spørgetelegrammer, 35 i form af digitale signaler adresseret individuelt til hver af de mobile enheder 14, der ved modtagelsen af et spørgetelegram afsender sit svartelegram indeholdende en identifikationskode for den pågældende enhed samt oplysning om dens øjeblikkelige 6

DK 1 54588 B

position. Denne kommunikation mellem basisstationen 10 og de mobile enheder 14 sker gennem to kanaler, en spørgekanal med frekvensen og en svarekanale med frekvensen F2 således som markeret ved en dobbeltpil 17.

5

Blokposten 15's position transmitteres til den mobile enhed 14 under dennes passage, og denne information gemmes på kendt måde i et lager indtil passage af den følgende blokpost i anlægget. Den tilbagelagte vejlængde mellem to blokposter måles 10 kontinuerligt, f.eks. ved hjælp af et odometer, og denne målte værdi tilføres ligeledes på kendt måde positionslageret, således at den med svartelegrammet medsendte positionsoplysning er korrekt inden for en vis margin.

15 i en foretrukken udførelsesform ifølge opfindelsen transmitterer alle blokposterne 15 på samme frekvens Fj som basisstationen 10, hvilket er antydet med en enkeltpil 18. Dette indebærer den fordel, at man sparer en ekstra modtager i hver mobil enhed samtidig med, at behovet for transmissionskanaler lige-20 ledes kan holdes på et minimum. Det er velkendt, at det er vanskeligt for ikke at sige umuligt at finde ledige kanaler i VHF/UHF båndet.

I fig. 5 er vist de for opfindelsen vigtigste enheder, som 25 indgår i en mobil enhed 14's sende/modtage udstyr. Gennem en antenne 21 modtager den mobile enhed et telegram fra basisstationen 10 eller fra en blokpost 15, hvilket telegram ledes videre gennem et båndpasfiIter 22 med centerfrekvens Fj til en modtager 23. Modtageren indbefatter udstyr, der kan selektere 30 de indkomne telegrammer ud fra den adresse, som telegrammet er forsynet med. Dette udstyr er databehandlingsudstyr, og telegrammerne består af en række binært kodede signaler, der udgør en adresse + en melding. I modtageren selekteres de indkomne telegrammer, så at kun det telegram fra basisstationen 10, som 35 er adresseret til den pågældende mobile enhed afstedkommer en respons. Et telegram fra en blokpost 15 medfører, at positionskoden for en blokpost lagres i en kontrolenhed 24, som også modtager informationer fra et ikke vist odometer om den tilba-

DK 154588 B

7 gelagte vejlængde siden sidste passage af en blokpost. Et ak-cepteret spørgetelegram afstedkommer, at den oplysning om positionen, som på det givne tidspunkt er lagret i kontrolenheden 24, overføres til en sender 25, som transmitterer denne 5 oplysning ud sammen med den mobile enheds identifikationskode gennem et andet båndpasfi 1 ter 26 med centerfrekvensen F2·

For at kommunikationen henholdsvis mellem basisstation og mobil enhed og mellem blokpost og mobil enhed kan foregå hen-10 sigtsmæssigt, er det nødvendigt, at visse kriterier er op fyldt. For det første er det nødvendigt, at telegramakceptan-sen er rimeligt høj både ved modtagelse af spørgetelegrammer fra basisstationen og ved modtagelse af positionstelegrammer under passage af en blokpost. For det andet skal udstrålings-15 diagrammet for blokpostens antenne 16 være så smalt, at dens position defineres med en rimelig nøjagtighed, og så smalt i forhold til afstanden mellem blokposterne, at sandsynligheden for, at et spørgetelegram ikke modtages, bliver rimeligt lille, men dog ikke så smalt, at telegramakceptansen under pas-20 sagen af en blokpost med normal gennemsnitsfart bliver for ringe. Det stiller krav om en vis mindsteafstand mellem de enkelte blokposter.

Anstiller man et eksperiment med to forskellige sendere, som 25 sender på samme frekvens men med forskellige niveauer, med henblik på at bestemme telegramakceptansens størrelse som funktion af niveauforskellen på modtagestedet mellem de to senderes signalstyrke, finder man, at telegramakceptansen er 50% allerede ved en niveauforskel på kun 6 dB, medens en tele-30 gramakceptans på 95% kræver en niveauforskel på ca. 24 dB, og disse værdier er nogenlunde uafhængige af det absolutte signalniveau. Dette fremgår af fig. 2, hvor denne sammenhæng er afbildet i et koordinatsystem med telegramakceptansen i % afsat ud ad ordinat-aksen og niveauforskellen i sendernes sig-35 nalstyrke målt i dB ud ad ordinat-aksen. De tre viste kurver er optaget for forskellige niveauer over et referenceniveau.

I fig. 3 er vist et udstrålingsdiagram for en to-element halvbølge end-fire antenne, som er velegnet som antenne 16 for en

DK 154588 B

8 blokpost 15. Diagrammets ordinat angiver middelværdien af det relative signalniveau i dB, og det abscisse den relative afstand i meter regnet i bevægelsesretningen for en i anlægget indgående mobil enhed. Diagrammet er som forventet forholds-5 vis symmetrisk om antenneaksen og udviser en smal åbningsvinkel. Ca. 10 m til hver side af blokposten er signal niveauet allerede aftaget ca. 6 dB i forhold til maksimal signalstyrke i antennens hovedretning, og knap 50 m ude til siden er antennens signalstyrke aftaget yderligere 20 dB. Indretter man sen-10 destyrken for den enkelte blokpost 15 på en sådan måde, at eksempelvis 6 dB niveauet er lig med middel niveauet for signalet fra basisstationen 10, er telegramakceptansen for et fra en blokpost afsendt telegram ca. 50%, jvf. kurverne i fig. 2, og passerer en mobil enhed forbi en blokpost med en gennemsnits-15 fart på 10 m/s, vil denne fra blokposten modtage ca. 5-10 telegrammer, idet varigheden af et telegram med pause er ca. 100 ms. Der er således rimelig stor sikkerhed for, at den mobile enhed modtager positionsoplysningen fra den passerede blokpost og lagrer denne til senere vidergivelse til basisstationen.

20 Sandsynligheden er > 1-(0,50)5 ~ 0,97, når telegramakceptansen sættes til 50% (svarende til 6 dB punkterne), nærmere ved blokposten er den naturligvis større.

Tilsvarende arbejdsbetingelser kan opnås med andre direktive 25 antenneformer, som f.eks. reflektorantenner eller mere komplekse antennesystemer.

Af fig. 3 fremgår det ligeledes, at signalstyrken fra blokposten ca. 50 m til siden herfor er aftaget til et niveau på ca.

30 20 dB under middelniveauet for signaler fra basisstationen, og på dette sted er telegramakceptansen for et telegram fra basisstationen 10 ca. 90%, jvf. fig. 2. Dette ville være udmærket, dersom basisstationen konstant udsendte telegrammer med den samme adresse, men da dette ikke er tilfældet, er det nød-35 vendigt at have en vis minimumsafstand mellem blokposterne, dersom sandsynligheden for, at en mobil enhed ikke modtager et opkald fra basisstationen, ikke skal blive for stor.

9

DK 154588 B

I fig. 4 er basisstationens dækningsprofil anskueliggjort. Afstanden mellem blokposterne er betegnet med af og de trapez-formede kurver herimellem angiver telegramakceptansen for telegrammer fra basisstationen. Afstanden b angiver længden af 5 den strækning ud for en blokpost, hvor akceptansen er mindre end 90%. Forlanges en telegramakceptans helt uden for blokposternes virkningsområder på 95%, og kaldes denne størrelse 1-P0, kan det vises, at sandsynligheden P for, at en moftil enhed ikke modtager et telegram fra basisstationen kan udtrykkes 10 ved: P = Po + b/a(l - P0) og heraf udledes mindsteafstanden mellem blokposterne til: 15 amin = b(1 - Po)/(P - P0)· Sættes heri b = 100 m, P = 0,1 og PD = 0,05 fås en mindsteafstand am-jn = 2 km.

20

Taleksemplerne foroven må imidlertid ikke tolkes restriktivt, da fastsættelsen af de beskrevne niveauforskelle i signalstyrker f.eks. i høj grad afhænger af, hvilke telegramakceptans-niveauer man i givne situationer finder tilfredsstillende.

25

Den situation kan imidlertid indtræffe, at den til en basisstation 10 allokerede frekvens er for lav til, at samme frekvens kan benyttes som arbejdsfrekvens for blokposterne, fordi antennerne 16's udstrålingsvinkel da ikke kan holdes så 30 snæver som ønsket ifølge det ovenstående. I så fald kan ifølge opfindelsen sende-modtageudstyret i hver mobil enhed oidvides med en ekstra lokaloscillator og frekvenskonverter, således at der i den mobile enhed stadig benyttes den samme modtager som før, nemlig modtageren RX, 23 til frekvensen Fj. Denne udvi-35 delse er vist i fig. 5. Udvidelsen består af et båndpasfiIter 31 for blokpostens arbe jdsf rekvens F5. Alternativt kan de to båndpasfi 1 tre 22, 31 for frekvenserne Fj, F2 være bygget sammen som et delefilter. Denne filterteknik er imidlertid vel-

Claims (3)

1. Anlæg til positionsovervågning af et antal mobile enheder (14), der bevæger sig ad på forhånd kendte strækninger, hvilket anlæg omfatter en stationær basisstation (10) dækkende én eller flere transmissionskanaler med én sender til at transmittere både tale- og datakommunikation på en første frekvens 20 (Fj), og én modtager til at modtage både tale- og datakommuni kation på en anden frekvens (F2) til selektiv radiokommunikation med de af anlægget omfattede mobile enheder (14), der på tilsvarende måde indeholder én sender (25) og én modtager (23) til radiokommunikation med nævnte basisstation (10), og hvor 25 der langs de på forhånd kendte strækninger i bestemte positioner er anbragt stationære positionssendere (15), der kontinuerligt udsender et moduleret signal med en information, der identificerer den pågældende position, hvilket positionssignal overføres til et datalager og databehandlingsorganer (24) i 30 hver mobile enhed (14) under dennes passage af positionssenderen (15), og hvor basisstationen (10) yderligere omfatter en datamat, som er indrettet til at bevirke udsendelse af adresserede spørgesignaler til hver af de mobile enheder (14), en efter en i en rækkefølge, og hvor hver mobile enhed efter mod-35 tagelse af et til denne enhed adresseret spørgesignal er indrettet til at svare basisstationen ved at udsende den oplagrede positionsinformation, kendetegnet ved, at senderen (12) på basisstationen (10) og senderen (15) i hver po- DK 1S4588 B sitionssender er indrettet til at sende på frekvenser (Fj, Fb) i VHF- eller UHF-området, at modtageren (23) i de mobile enheder (14) er indrettet til modtagelse af såvel basisstationens signal som positionsendernes signal, og at hver posi tisonssen-5 der (15) omfatter en antenne (16) med en signaludstrål'i.ng, der er sådan indrettet, at den i et snævert område ved positionssenderen niveaumæssigt ligger så højt over middelniveauet i det pågældende område af signalet fra basisstationen .(10), at der opnås en tilfredsstillende akceptans af signalet fra posi-10 tionssenderen samt aftager således, at signalstyrken fra positionssenderen (15, 16) i en passende afstand på begge sider af positionssenderen er aftaget til et så lavt niveau under middelniveauet det pågældende sted for signalet fra basisstationen, at der opnås en tilfredsstillende akceptans af signalet 15 fra basisstationen.

2. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at basisstationens (10) arbejdsfrekvens (Fj) er væsentlig lavere end positionssendernes arbejdsfrekvens. 20

3. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at basisstationens arbejdsfrekvens (Fj) er den samme som positionssenderens frekvens (Fb). 25 1 35