GR1010371B - Συνεργατικη μη παρεμβατικη διαταξη οδικης ασφαλειας για ευφυεις οδικες υποδομες - Google Patents

Abstract

Η εφεύρεση αποτελεί μια μη παρεμβατική για τις οδικές υποδομές τεχνολογική λύση χαμηλού κόστους και ενεργειακά αυτόνομη, για την ενίσχυση της οδικής ασφάλειας, ιδίως σε αυτοκινητόδρομους, χωρίς να απαιτεί ουσιαστικές και δαπανηρές παρεμβάσεις στο οδόστρωμα, μετατρέποντάς το σε «ευφυή» υποδομή. Περιλαμβάνει: Α. Διάταξη Οδοστρώματος, που τοποθετείται στην επιφάνεια του οδοστρώματος και εγκάρσια σας λωρίδες κυκλοφορίας, εμπεριέχει με ενθυλακωμένο τρόπο αισθητήρες, μονάδες επικοινωνίας, ενεργειακά στοιχεία και κόμβους επεξεργασίας δεδομένων. Το ύψος της διάταξης από την επιφάνεια του οδοστρώματος δεν ξεπερνά τα 10 εκατοστά συνολικά ενώ περιλαμβάνει τέσσερα όμοια τμήματα μήκους 90 εκατοστών έκαστο, που τοποθετούνται εγκάρσια σε κάθε λωρίδα κυκλοφορίας. Β. Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας που εγκαθίσταται παρά την οδό, η οποία περιλαμβάνει μονάδες μονόδρομης (BLE) ή αμφίδρομης επικοινωνίας (LTE, ITS-G5), μια κεντρική μονάδα επεξεργασίας, ενεργειακά στοιχεία και κεραίες μετάδοσης, παρά την οδό.

Description

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

ΣΥΝΕΡΓΑΤΙΚΗ ΜΗ ΠΑΡΕΜΒΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΟΔΙΚΗΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ ΓΙΑ ΕΥΦΥΕΙΣ ΟΔΙΚΕΣ ΥΠΟΔΟΜΕΣ

Η εφεύρεση, ιδωμένη από τη μεριά του τελικού χρήστη, ανήκει στο πεδίο της οδικής ασφάλειας καί των Συνεργατικών Ευφυών Συστημάτων Μεταφορών (Collaborative Intelligent Transport Systems ή εν συντομία C-ITS) καί συνδυάζει τα τεχνικά γνωστικά αντικείμενα πολλών πεδίων της Μηχανικής, όπως είναι η Μηχανολογία, η Ηλεκτρολογία, οί Τηλεπικοινωνίες καί η Επιστήμη των Υπολογιστών.

Η βασική αρχή ενός συστήματος C-ITS είναι ότι όλα τα συνεργατικά μέρη (σταθμοί καταγραφής δεδομένων, οχήματα, μονάδες εκπομπής, κλπ.) ανταλλάσσουν πληροφορίες μέσω ενός ασύρματου δικτύου ειδικού σκοπού (ad hoc). Ένας κόμβος πύλης αξιολογεί τα δεδομένα που λαμβάνει καί εκτελώντας κατάλληλη επεξεργασία καί ανάλυσή τους, παράγει μηνύματα προειδοποίησης, συστάσεων ή πληροφορίες ενδιαφέροντος για τους οδηγούς οχημάτων, με σκοπό την αύξηση της ασφάλειας κατά την οδήγηση, αλλά καί την μακροπρόθεσμη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων.

Οι τεχνολογικές λύσεις της ίσχύουσας τεχνικής που αφορούν στη χρήση στοιχείων υποδομής για την οδική ασφάλεια, ενώ είναι σε επίμέρους σημεία αποδοτικές (π.χ. στην αύξηση της Οδικής Ασφάλειας ως προς συγκεκριμένους δείκτες, όπως στη μείωση ατυχημάτων εξαετίας της μείωσης ταχύτητας), παρουσιάζουν τα εξής τεχνικά προβλήματα:

Στην πλείοψηφία τους δεν είναι ολιστικά χρήσιμες καί ευέλικτες ως προς την εφαρμογή τους. Δεν δύνανταί να εξυπηρετήσουν ταυτόχρονα (ή έστω με παραμετροποίηση) σειρά διαφορετικών υπηρεσιών με χρήση της ίδιας υποδομής.

Στην πλείοψηφία τους δεν υποστηρίζουν δυναμικά απόλυτα επίκαίροποίημένη, αλλά καί εξατομίκευμένη πληροφορία που είναι απαραίτητη για την υποστήριξη κρίσιμων οδικών σεναρίων καί για την υποστήριξη του εκάστοτε οδηγού ξεχωριστά.

Στην πλείοψηφία τους δεν λαμβάνουν συνδυαστικά καί δυναμικά υπόψη την πληροφορία από το περιβάλλον, την κατάσταση του οδοστρώματος, την περίρρέουσα κυκλοφορία αλλά καί την εκάστοτε θέση του οδηγού.

Στις ελάχιστες περιπτώσεις που υφιστάμενες τεχνολογικές λύσεις προσεγγίζουν τα παραπάνω χαρακτηριστικά (όπως εκτίθεται στην επόμενη παράγραφο), το κάνουν με τρόπο παρεμβατικό ως προς την υποδομή καί επομένως δαπανηρό καί δύσκαμπτο στη συντήρηση. Αντίθετα, η προτείνόμενη τεχνολογική λύση δεν προαπαιτεί παρέμβαση στην υποδομή αφού στηρίζεται σε μία δομική λύση που τοποθετείται επί του οδοστρώματος, με συνολικό ύψος 10 εκατοστών επί αυτού.

Ανάμεσα στις πιο αντιπροσωπευτικές λύσεις που προτείνονταί σήμερα για την επίλυση του ίδιου προβλήματος, δηλαδή διατάξεις εγγύς του οδοστρώματος για την οδική ασφάλεια, περιλαμβάνονται οί παρακάτω.

«Έξυπνα Πεζοδρόμια» (έγγραφο US10995457B2). Πρόκειται για μία διάταξη από δίασυνδεδεμένους αισθητήρες που εγκαταστάθηκαν στην πόλη Denver της πολιτείας Κολοράντο των Ηνωμένων Πολιτειών Αμερικής. Η βασική διαφοροποίηση του συστήματος που παρουσιάζεται στο έγγραφο US10995457B2 σε σχέση με την προτείνόμενη εφεύρεση συνίσταταί στο γεγονός ότι πρόκειται για παρεμβατική λύση, καθώς απαιτεί εκσκαφή στην υπάρχουσα οδική υποδομή. Επιπλέον διαφοροποιήσεις του συστήματος που παρουσιάζεται στο έγγραφο US10995457B2 σε σχέση με την προτείνόμενη εφεύρεση περιλαμβάνουν τις ακόλουθες: α) η μετάδοση των δεδομένων γίνεται μέσω του ενσύρματου δικτύου παροχής ενέργειας, καί όχι ασύρματα, β) δεν αποτελεί ενεργειακά αυτόνομη λύση σε αντίθεση με την προτείνόμενη εφεύρεση, καθώς τροφοδοτείται αποκλειστικά από το δίκτυο ηλεκτρισμού, γ) τα δεδομένα που συγκεντρώνονται στέλνονται σε κέντρο ελέγχου κυκλοφορίας καί όχι απευθείας στους οδηγούς, δ) αποτελεί λύση υψηλού κόστους.

Παρόμοιες διατάξεις οδικής ασφάλειας με την εφεύρεση σε ό,τι αφορά το τμήμα της επικοινωνίας αναφέρονταί στα έγγραφα ΕΡ3484187Α1, US2019141610A1, US2019141142A1, που αναλύονται στη συνέχεια.

Ο κόμβος του οδικού δικτύου, που περίγράφεταί στο έγγραφο ΕΡ3484187Α1, αποτελείταί από έναν επεξεργαστή, μία μνήμη, μία πρώτη μονάδα ραδιοεπικοινωνίας για λειτουργία σε δίκτυο ραδιοεπικοινωνιών που υποστηρίζεται από κυψέλη, μία δεύτερη μονάδα ραδιοεπικοινωνίας για λειτουργία σε ένα δίκτυο ραδιοεπικοινωνιών adhoc καί τουλάχιστον μία κεραία.

Στα έγγραφα US2019141610A1 καί US2019141142A1 περιγράφεται σύστημα για την αναγνώριση σχήματος, ταχύτητας, μεγέθους, ή / καί θέσης του κινούμενου αντικειμένου, μέσω αισθητηρίων που συνδέονται σε κόμβους ασφαλείας κυκλοφορίας. Ο επεξεργαστής καί η μνήμη του κόμβου ασφάλειας κυκλοφορίας έχουν διαμορφωθεί, ώστε να ανιχνεύουν την τροχιά ενός κινούμενου αντικειμένου, με βάση την είσοδο από τους αισθητήρες. Ο κόμβος μπορεί να εκπέμπει ειδοποιήσεις για πιθανές συγκρούσεις ή/καί άλλα μηνύματα ασφάλειας κυκλοφορίας στα οχήματα, που είναι εξοπλισμένα με συσκευές οι οποίες υποστηρίζουν το σύστημα Dedicated Short Range Communication (DSRC), ένα σύστημα ασύρματης μετάδοσης στη Βόρεια Αμερική, που εξυπηρετεί επικοινωνίες μικρής ή μέτριας απόστασης για τη δημόσια ασφάλεια. Το έγγραφο US2019141610A1 υποστηρίζει καί τη μετάδοση ειδοποιήσεων σε μη εξοπλισμένα οχήματα με το σύστημα DSRC. Τα οχήματα που είναι εξοπλισμένα με DSRC μπορούν στη συνέχεια να αναμεταδώσουν μηνύματα ασφάλειας κυκλοφορίας, που λαμβάνονταί από τον κόμβο ασφάλειας κυκλοφορίας υποδομής, σχετικά με οχήματα που είτε είναι εξοπλισμένα με DSRC, είτε όχι. Ένα σημαντικό σημείο διαφοροποίησης του εγγράφου US2019141610A1 σε σχέση με την εφεύρεση είναι ότι το πρώτο χρησιμοποιεί αισθητήρες για την ανίχνευση της τροχιάς οχημάτων, ενώ η τελευταία υποστηρίζει την ανίχνευση καί ταυτοποίηση οχημάτων μέσω εμφυτευμένων μηχανικών διακοπτών διατεταγμένων σε δύο σειρές στα δύο άκρα της διάταξης με χρήση τεχνολογίας RFID. Επίσης, η εφεύρεση, εκτός από ανίχνευση οχημάτων προσφέρει ακριβή μέτρηση ταχύτητας, αναγνώριση κατεύθυνσης κίνησης, ακριβή θέση του οχήματος στην λωρίδα, μέτρηση της γωνίας κίνησης του οχήματος ως προς τον διαμήκη άξονατου δρόμου καί κατηγορίοποίηση του οχήματος (δίτροχο, τετράτροχο, φορτηγό, κλπ.) που δεν υποστηρίζονται από κανένα υφιστάμενο παρόμοιο σύστημα.

Οι παραπάνω συνεργατικές τεχνολογικές λύσεις της ισχύουσας τεχνικής οδηγούν συχνά σε ικανοποιητική μείωση των ατυχημάτων (π.χ. η εφαρμογή Πινακίδων Μεταβλητού Ορίου Ταχύτητας οδηγεί σε μείωση του αριθμού ατυχημάτων κατά 30-40% [6] ), χωρίς να υποστηρίζεται η ακριβής τοπικότητα της πληροφορίας που είναι αναγκαία στον οδηγό.

Το κυρίότερο μειονέκτημα ωστόσο της ισχύουσας τεχνικής, είναι το κόστος εγκατάστασης καί συντήρησης των προτεινόμενων λύσεων. Για παράδειγμα, η εγκατάσταση ενός τυπικού συστήματος Πινακίδων Μεταβλητών Μηνυμάτων («Variable Message Signs» - VMS) το οποίο ενημερώνει για ποικίλους τύπους συμβάντων επί της οδού κοστίζει γύρω στις 90.000 ευρώ, ενώ ένας σταθμός διοδίων γύρω στα 7,5 εκατομμύρια ευρώ.

Τα υπάρχοντα συστήματα ανίχνευσης οχημάτων χρησιμοποιούν συνήθως αισθητήρες τύπου LIDAR, RADAR καί κάμερες, οι οποίοι όταν χρησιμοποιούνται συνδυαστικά έχουν πολύ καλή απόδοση, ωστόσο χαρακτηρίζονται από το σημαντικό μειονέκτημα του πολύ υψηλού κόστους, της δυσκολίας εγκατάστασης, συντήρησης καί φύλαξης, με αποτέλεσμα να μην μπορούν πρακτικά να χρησιμοποιηθούν εκτεταμένα. Τέλος, τα υπάρχοντα συστήματα δεν έχουν τη δυνατότητα για παροχή λύσεων εστιασμένων σε συγκεκριμένα οδικά σενάρια τα οποία εξελίσσονται εκείνη τη στιγμή με ειδοποιήσεις προς τους οδηγούς ενώ, παράλληλα, ακόμη καί σε ό,τί αφορά πιο οριζόντιες ειδοποιήσεις, δεν καταφέρνουν να δώσουν την πιο επικαιροποίημένη δυνατή πληροφορία όσο το δυνατό πιο έγκαιρα καί με τρόπο προσωποποίημένο για κάθε οδηγό.

Σε μία σύντομη αποκάλυψη της εφεύρεσης, αυτή αποτελεί μία μη παρεμβατική για τις οδικές υποδομές τεχνολογική λύση καί μέθοδο λειτουργίας διάταξης οδικής ασφάλειας, χαμηλού κόστους καί ενεργειακά αυτόνομη, για την ενίσχυση της οδικής ασφάλειας, ειδικότερα σε αυτοκινητόδρομους, χωρίς να απαιτεί ουσιαστικές καί δαπανηρές παρεμβάσεις στο οδόστρωμα, μετατρέποντάς το σε «ευφυή» υποδομή.

Η Εφεύρεση περιλαμβάνει :

Α. Διάταξη Οδοστρώματος, η οποία τοποθετείται στην επιφάνεια του οδοστρώματος καί εγκάρσια στις λωρίδες κυκλοφορίας, εμπεριέχει με ενθυλακωμένο τρόπο αισθητήρες, μονάδες επικοινωνίας, ενεργειακά στοιχεία καί κόμβους επεξεργασίας δεδομένων. Το ύψος της διάταξης από την επιφάνεια του οδοστρώματος δεν ξεπερνά τα 10 εκατοστά συνολικά, ενώ περιλαμβάνει τέσσερα όμοια τμήματα μήκους 90 εκατοστών έκαστο, που τοποθετούνται εγκάρσια σε κάθε λωρίδα κυκλοφορίας.

Β. Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας που εγκαθίσταται παρά την οδό, η οποία περιλαμβάνει μονάδες μονόδρομης (BLE) ή αμφίδρομης επικοινωνίας (LTE, ITS-G5), μία κεντρική μονάδα επεξεργασίας, ενεργειακά στοιχεία καί κεραίες μετάδοσης, παρά την οδό.

Με την προτείνόμενη διάταξη οδικής ασφάλειας καί τη μέθοδο λειτουργίας διάταξης οδικής ασφάλειας, συλλέγονταί σε πραγματικό χρόνο περιβαλλοντικά δεδομένα (θερμοκρασία καί υγρασία οδοστρώματος, ύπαρξη πάγου, περίβάλλων φωτισμός, κλπ.), δεδομένα θέσης, κατεύθυνσης καί ταχύτητας οχημάτων. Αυτές οι πληροφορίες συνδυάζονται με στατικές πληροφορίες (π.χ. όριο ταχύτητας, κρίσιμες πληροφορίες για το οδόστρωμα όπως βαθμός φθοράς, παραμόρφωσης, ύπαρξη/εγγύτητα σιδηροδρομικών διαβάσεων καί έργων υποδομής, τύπος/βάρος οχήματος).

Το σύνολο των πληροφοριών χρησιμοποιείται για την παραγωγή και μετάδοση, διαμέσου συμπληρωματικών συνεργατικών τεχνολογιών επικοινωνίας και της ανάλογης αρχιτεκτονικής, κατάλληλων στοχευμένων προειδοποιήσεων καί πληροφοριών που λαμβάνονταί από τα δίερχόμενα οχήματα, είτε διαμέσου απευθείας επικοινωνίας με την έξυπνη υποδομή, εφόσον αυτά διαθέτουν εξοπλισμό συμβατό με την τεχνολογία ITS-G5, είτε διαμέσου υπολογιστικού νέφους στην κινητή συσκευή του χρήστη/οδηγού, στην περίπτωση που το όχημα δεν διαθέτει τον παραπάνω εξοπλισμό για αυτό το σκοπό. Επίσης, η πληροφορία διακινείται και σε τρίτα μέρη, όπως σε Κέντρα Διαχείρισης Κυκλοφορίας - ΚΔΚ σε πραγματικό χρόνο.

Οι παρόμοιες τεχνολογικά λύσεις, όπως π.χ. οι Πινακίδες Εναλλασσόμενων Μηνυμάτων (VMS) είναι παρεμβατικές ως προς το περιβάλλον καί μεγάλου κόστους. Η εφεύρεση δίνει τη δυνατότητα αντικατάστασης των δαπανηρών υποδομών των σταθμών διοδίων καί των Πινακίδων VMS, καθώς αποτελεί μη παρεμβατική λύση χαμηλού κόστους.

Σε σύγκριση με τις τρέχουσες παρεμφερείς λύσεις, η διάταξη οδικής ασφάλειας και η μέθοδος λειτουργίας της συγκεντρώνει τα εξής πλεονεκτήματα:

1. Οι αισθητήρες καί όλες οι υποστηρικτικές μονάδες (για την παροχή ενέργειας, επικοινωνίας, κλπ.) που συνιστούν την εφεύρεση τοποθετούνται επί και όχι εντός της υποδομής, στο πλαίσιο ειδικά κατασκευασμένων για την περίπτωση στοιχείων, γεγονός που την κάνει μη παρεμβατική για την υποδομή.

2. Ανίχνευση οχημάτων και των παραμέτρων κίνησής τους με εξαιρετική ακρίβεια και χαμηλό κόστος που επιτρέπει την εκτεταμένη χρήση τους για κάλυψη μεγάλων περιοχών.

3. Διαμέσου της συμπληρωματικής χρήσης πολυτροπικών ασύρματων δικτύων, όπως ITS-G5 (WiFi πρωτοκόλλου IEEE 802.11p), για την επικοινωνία μεταξύ διάταξης και οχήματος, δικτύου κινητής τηλεφωνίας LTE για τη μετάδοση των δεδομένων από τη διάταξη του δρόμου σε κατάλληλο δίακομίστή υπολογιστικού νέφους, καθώς καί ασύρματων δικτύων σύμφωνα με το πρωτόκολλο δικτύου Bluetooth, για την επικοινωνία με αισθητήρες, καθιστώντας την τυπικό ΙοΤ κόμβο, η συγκεκριμένη εφεύρεση επιτρέπει την απευθείας συλλογή καί μετάδοση κρίσιμων πληροφοριών σχετικά με το οδόστρωμα, τις περιβαλλοντικές παραμέτρους καί την κυκλοφορία από το οδόστρωμα στα οχήματα σε πραγματικό χρόνο, γεγονός που εγγυάταί την έγκαιρη καί έγκυρη μετάδοση πληροφοριών στον οδηγό καί τους σχετικούς χρήστες (άλλα καί στο Κέντρο Διαχείρισης Κυκλοφορίας, καθώς καί σε τρίτους). Επιπλέον, διασφαλίζεται η λειτουργία του συστήματος σε όλες τις συνθήκες (π.χ. σε συνθήκες ελλιπούς ή ανύπαρκτης κάλυψης δικτύου κινητής τηλεφωνίας, όπως μέσα σε σήραγγες ή μεγάλο υψόμετρο).

4. Η προκειμένη εφεύρεση, εξαετίας της τοποθέτησης που προβλέπεταί, δηλαδή εγκάρσια καί επί της επιφάνειας του οδοστρώματος σε επίπεδο λωρίδας καί όχι παρά την οδό καί διαμέσου των μηχανικών διακοπτών καί των αισθητήρων που εμπεριέχει, επιτρέπει τον εντοπισμό οχημάτων, καθώς καί τη μέτρηση τοπικών περιβαλλοντικών συνθηκών (πχ. υγρασία, πάγος, παρουσία λαδιού, αλλά και ποιότητα του οδοστρώματος) σε επίπεδο λωρίδας κίνησης, γεγονότα που σε συνδυασμό επιτρέπουν σχετική προσωποποίημένη ενημέρωση του οδηγού ο οποίος τελικά λαμβάνει εξατομικευμένες ειδοποιήσεις μόνο για ό,τι συμβαίνει στη λωρίδα που κινείται και όχι στην ευρύτερη οδό.

5. Μπορεί να υποστηρίξει, είτε εκ νέου, είτε βελτιώνοντάς τις με πιο έγκυρες καί πιο έγκαιρα μεταδιδόμενες πληροφορίες, πληθώρα συνεργατικών εφαρμογών που αφορούν στην οδική ασφάλεια καί στη βέλτιστη διαχείριση της κυκλοφορίας. Αναλόγως με το συνδυασμό αισθητήρων που θα χρησιμοποιηθούν μπορεί να ενεργοποιηθεί μία σειρά από υπηρεσίες στο πολυτροπίκό κυκλοφορίακό περιβάλλον.

6. Η προτείνόμενη τεχνολογική λύση απευθύνεται σε όλους τους τύπους οχημάτων, περιλαμβανομένων των οχημάτων ειδικού εξοπλισμού συμβατού με την τεχνολογία ITS-G5 (συνεργατικών ευφυών συστημάτων, ή αυτόνομων οχημάτων) καί συμβατικών οχημάτων που δεν φέρουν τον παραπάνω ειδικό εξοπλισμό καί τα οποία αποτελούν ένα σημαντικό ποσοστό των εν κινήσει οχημάτων. Ενδεικτικά, σύμφωνα με έκθεση της European Automobile Manufacturers' Association που δημοσίεύθηκε πρόσφατα στο Διαδίκτυο, η μέση ηλικία των επιβατικών οχημάτων στην ΕΕ είναι τα 11,5 έτη (https://www.acea.auto/publication/report-vehicles-inuse-europe-january-2021/). Στην περίπτωση των εξοπλισμένων οχημάτων, η παρούσα εφεύρεση αναβαθμίζει τις υφιστάμενες λειτουργίες με προσωποποίημένες καί πιο αξιόπιστες πληροφορίες που μεταδίδονται πιο έγκαιρα. Στην περίπτωση των μη εξοπλισμένων, συμβατικών οχημάτων, προσφέρει λειτουργίες ευφυών συνεργατικών συστημάτων που ουσιαστικά απουσιάζουν στα οχήματα αυτής της κατηγορίας. Παρόλο που η διείσδυση των εξοπλισμένων οχημάτων είναι για την ώρα μικρή, ακόμη καί σε Ευρωπαϊκό επίπεδο (μόλις 9,86%), αναμένεται να αυξηθεί σημαντικά τα επόμενα 5 χρόνια. Τέλος, εξαετίας του ότι η «ευφυΐα» μεταφέρεταί από το όχημα στο δρόμο, θα επωφεληθούν ιδιαίτερα οί οδηγοί μηχανοκίνητων δίτροχων, αφού σε αυτά δεν υπάρχει η απαίτηση επάνδρωσης με αντίστοιχο εξοπλισμό (καθώς κάτι τέτοιο υπόκειται σε μία σειρά από τεχνικούς περιορισμούς).

7. Αποτελεί ενεργειακά αυτόνομη λύση που συνεισφέρει δευτερευόντως στη μείωση της κυκλοφορίακής συμφόρησης καί των ατμοσφαιρικών ρύπων.

8. Αποτελεί λύση χαμηλού κόστους κατασκευής και εγκατάστασης που δύναταί να αντικαταστήσει πλήρως υφιστάμενες δαπανηρές υποδομές - όσον αφορά στην αρχική επένδυση για την κατασκευή, αλλά και στη συντήρησή τους - όπως είναι συγκεκριμένα οι σταθμοί διοδίων και οι Πινακίδες Εναλλασσόμενων Μηνυμάτων (VMS). Για αυτό το λόγο αναμένεται να οδηγήσει σε σημαντική μείωση κόστους για την υποδομή. Ενδεικτικά, μία υποθετική τιμή για την υποστήριξη μίας πιθανής εφαρμογής των «Εικονικών Διοδίων» εκτίμάταί περί των 3.000 ευρώ, ποσό αμελητέο σε σύγκριση με τα 5-7 εκατ. ευρώ που κοστίζει ένας ολοκληρωμένος σταθμός διοδίων. Επιπλέον, στην περίπτωση των συμβατικών οχημάτων που αποτελούν τη μεγάλη πλείοψηφία των οχημάτων στη χώρα μας, δεν απαιτείται ειδικός εξοπλισμός (δέκτης επικοινωνίας) αφού μπορεί να χρησιμοποιηθεί η κινητή συσκευή του χρήστη, για τη λήψη των πληροφοριών οδικής ασφάλειας μέσω υπολογιστικού νέφους. 9. Περιλαμβάνει μία Διάταξη Οδοστρώματος που είναι αρθρωτή και δύναταί να παραμετροποίηθεί τόσο ως προς το διαχωρισμό και μήκος των επίμέρους τμημάτων της όσο καί ως προς τα στοιχεία που το κάθε επίμέρους τμήμα μπορεί να φέρει.

Τα σχεδία που συνοδεύουν την περιγραφή της εφεύρεσης, απεικονίζουν, εν συντομία, τα εξής:

Το Σχέδιο 1 αποτελεί μία γενική άποψη της αρχιτεκτονικής του συστήματος, όπου απεικονίζονται τα επίμέρους υποσυστήματα.

Το Σχέδιο 2 απεικονίζει το γενικό μπλοκ διάγραμμα του συστήματος Ανίχνευσης καί Ταυτοποίησης Οχημάτων.

Το Σχέδιο 3 απεικονίζει σχηματικά το υποσύστημα ανίχνευσης οχημάτων.

Το Σχέδιο 4 απεικονίζει σχηματικά την αρχή λειτουργίας του υποσυστήματος ανίχνευσης οχημάτων η οποία βασίζεται στην μέτρηση χρόνου μεταξύ διαδοχικών γεγονότων.

Το Σχέδιο 5 απεικονίζει το διάγραμμα ροής του αλγόριθμου ανίχνευσης οχημάτων.

Το Σχέδιο 6 περιγράφει σχηματικά το υποσύστημα ταυτοποίησης οχημάτων.

Το Σχέδιο 7 απείκονίζείτο σχέδιο του συστήματος προσαρμογής σήματος παραμορφώσεων.

Το Σχέδιο 8 απεικονίζει τον αλγόριθμο υπολογισμού πιθανότητας αστοχίας του οδοστρώματος από κυματομορφή παραμόρφωσης του οδοστρώματος.

Το Σχέδιο 9 απεικονίζει το διάγραμμα διασύνδεσης του συστήματος τροφοδοσίας της διάταξης παρά την οδό.

Το Σχέδιο 10 απεικονίζει τη διάταξη οδοστρώματος που περιλαμβάνει 4 επίμέρους τμήματα μήκους 90 εκατοστών έκαστο, καθώς καί την ενθυλάκωση.

Το Σχέδιο 11 απεικονίζει το γενικό λογικό διάγραμμα προγραμματισμού της πύλης επικοινωνίας (RSB) (σχήματα 11α καί 11β).

Το Σχέδιο 12 απεικονίζει τα κύρια τμήματα από τα οποία αποτελείται η Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας

Η εφεύρεση προσδιορίζεται από τις αξιώσεις.

Η εφεύρεση περιγράφεται παρακάτω με τη βοήθεια ενός μη περιοριστικού παραδείγματος και με αναφορά στα συνημμένα σχεδία, τα οποία δείχνουν μία μορφή εκτέλεσης του αντικειμένου της παρούσης εφεύρεσης.

Η γενική αρχιτεκτονική της εφεύρεσης απεικονίζεται στο Σχέδιο 1. Η εφεύρεση τοποθετείται στην επιφάνεια του οδοστρώματος και εγκάρσια στις λωρίδες κυκλοφορίας (6) καί περιλαμβάνει τη Διάταξη Οδοστρώματος (8), η οποία εμπεριέχει με ενθυλακωμένο τρόπο περιβαλλοντικούς αισθητήρες και μονάδα επικοινωνίας BLE, τη Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας (5) (Road Side Bridge - RSB) παραπλεύρως του οδοστρώματος, που περιλαμβάνει τις μονάδες επικοινωνίας LTE, BLE καί ITS-G5, τον αισθητήρα παρακολούθησης της φθοράς του οδοστρώματος (7) καί το σύστημα τροφοδοσίας (9) με φωτοβολταϊκά και πιεζοηλεκτρικά στοιχεία (35). Στο Σχέδιο 1 απεικονίζονται και οι δυνητικοί χρήστες του συστήματος, που είναι οι οδηγοί α) ειδικά εξοπλισμένων οχημάτων συμβατών με τεχνολογία ITS-G5 (10) ή β) μη εξοπλισμένων (συμβατικών) οχημάτων (1), καθώς καί τα δίκτυα επικοινωνίας (4) που απαιτούνται για την υλοποίηση των δύο βασικών σεναρίων λειτουργίας και η απαιτούμενη υποδομή υπολογιστικού νέφους (3). Στην περίπτωση β) οι χρήστες λαμβάνουν τις απαίτούμενες πληροφορίες σε κινητή συσκευή (2).

Στο παράδειγμα εφαρμογής της εφευρετικής ιδέας που περιγράφεται εδώ, το ύψος της Διάταξης Οδοστρώματος (8) από την επιφάνεια του οδοστρώματος δεν ξεπερνά τα 10 εκατοστά συνολικά, ενώ περιλαμβάνει τέσσερα όμοια τμήματα μήκους 90 εκατοστών έκαστο, που τοποθετούνται εγκάρσια σε κάθε λωρίδα κυκλοφορίας. Το παραπάνω μήκος των 90 εκατοστών για κάθε επιμέρους τμήμα της διάταξης είναι ενδεικτικό για την εφαρμογή της εφευρετικής ιδέας όπως περιγράφεται εδώ. Η εν λόγω διάταξη μπορεί να παραμετροποιηθεί ως προς το μήκος των επιμέρους τμημάτων (π.χ. σε περίπτωση ανάγκης κάλυψης διαφορετικού πλάτους λωρίδας) καί κατόπιν εναλλακτικής εφαρμογής στα ίδια τα στοιχεία που φέρει το κάθε επιμέρους τμήμα. Η Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας (5) τοποθετείται σε στύλο σε απόσταση τουλάχιστον 9 μέτρων από το έδαφος.

Παρακάτω αναφέρονταί ενδεικτικά οι εφαρμογές καί υπηρεσίες οδικής ασφάλειας που μπορούν να υποστηρίχθούν από την εφεύρεση.

Υπηρεσίες Συνεργατικών Ευφυών Συστημάτων Ημέρας 1 ("C-ITS Day 1 applications"):

1. Traffic Jam ahead warning («Ειδοποίηση για επικείμενη Κυκλοφορίακή Συμφόρηση»)

2. Road works warning («Ειδοποίηση για οδικά έργα στο δρόμο») 3. Weather conditions («Ειδοποίηση για καιρικές συνθήκες») 4. In-vehicle signage («Ειδοποιήσεις εντός του οχήματος»)

5. In-vehicle speed limits («Ειδοποιήσεις για όρια ταχύτητας εντός του οχήματος»)

6. Shockwave Damping (ETSI "local hazard warning") («Απόσβεση κρουστικών κυμάτων»)

7. Signal violation/ Intersection safety («Ασφάλεια σε διασταυρώσεις»).

Υπηρεσίες Συνεργατικών Ευφυών Συστημάτων Ημέρας 1,5 ("C-ITS Day 1.5 applications"):

1. Vulnerable Road User protection («Προστασία Ευπαθών Χρηστών της οδού»)

2. On-street parking management & information («Διαχείριση και πληροφόρηση για στάθμευση επί την οδό»)

3. Off-street parking information («Διαχείριση καί πληροφόρηση για στάθμευση εκτός της οδού»)

4. Traffic information («Πληροφόρηση σχετικά με την κυκλοφορία»)

Επιπλέον αυτών, υποστηρίζονται καί οί παρακάτω υπηρεσίες:

1. Ενημέρωση για τις συνθήκες που επικρατούν στο οδόστρωμα 2. Ενημέρωση για τη φθορά του οδοστρώματος

3. Ενημέρωση για όχημα που κινείται σε αντίθετη κατεύθυνση προς την κυκλοφορία

4. Ενημέρωση για σταθμευμένο όχημα ή για όχημα κινούμενο με χαμηλή ταχύτητα σε έξοδο αυτοκινητόδρομου.

5. Ενημέρωση για ύπαρξη αφύλακτης σιδηροδρομικής διάβασης 6. Εφαρμογή «εικονικών διοδίων» (προς αντικατάσταση των συμβατικών σταθμών διοδίων)

7. Εφαρμογή προσωποποίημένων «Πινακίδων Εναλλασσόμενων Μηνυμάτων» - VMS - εντός οχήματος (προς αντικατάσταση των συμβατικών VMS).

Η Εφεύρεση περιλαμβάνει:

Α. Διάταξη Οδοστρώματος και

Β. Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας που εγκαθίσταται παρά την οδό.

Στη συνεχεία, περιγράφονται αναλυτικά τα διάφορα τμήματα από τα οποία αποτελείται η εφεύρεση:

A. Η Διάταξη Οδοστρώματος περιλαμβάνει:

Α-1. Σύστημα ανίχνευσης καί ταυτοποίησης οχημάτων.

Α-2 Διάταξη παρακολούθησης φθοράς του οδοστρώματος (strain gauges) Α-3. Μονάδες επικοινωνίας καί επεξεργασίας

Α-4. Διάταξη διασύνδεσης επίμέρους στοιχείων

Α-5. Ενθυλάκωση διάταξης

Συγκεκριμένα:

Α-1. Σύστημα ανίχνευσης και ταυτοποίησης οχημάτων.

Το σύστημα ανίχνευσης και ταυτοποίησης οχημάτων (Σχέδιο 2) περιλαμβάνει μηχανικούς διακόπτες (14) και κεραίες (12) ενθυλακωμένες στη διάταξη οδοστρώματος καί από μία ηλεκτρονική μονάδα επεξεργασίας (13) στην οποία υλοποιούνται όλες οι δίεπαφές της μονάδας επικοινωνίας (43), καθώς και οι αλγόριθμοι ανίχνευσης καί ταυτοποίησης οχημάτων. Το σύστημα ανίχνευσης καί ταυτοποίησης οχημάτων διακρίνεται σε δύο επίμέρους υποσυστήματα, το Σύστημα ταυτοποίησης οχημάτων (Α-1.1.) και το Σύστημα ανίχνευσης οχημάτων (Α-1. 2.), που περίγράφονταί παρακάτω:

Α-1.1. Υποσύστημα ανίχνευσης οχημάτων (Σχέδια 3 καί 4), το οποίο περιλαμβάνει δύο συστοιχίες μηχανικών διακοπτών (14) τοποθετημένων στα άκρα της διάταξης οδοστρώματος (8). Κάθε διακόπτης λειτουργεί ανεξάρτητα και ο αριθμός των διακοπτών δεν είναι περιοριστικός, ούτε προκαθορισμένος. Όσο περισσότεροι μηχανικοί διακόπτες (14) τοποθετούνται, τόσο αυξάνεται η ακρίβεια εντοπισμού θέσης του κάθε οχήματος (1), (10) εντός της λωρίδας. Για παράδειγμα 12 διακόπτες ανά σειρά δίνουν εντοπισμό με ακρίβεια από 0 μέχρι 30 εκατοστά. Οι διακόπτες (14) είναι μηχανικοί, στιγμιαίας λειτουργίας καί μπορεί να είναι οποιοσδήποτε τύπου, όπως μεμβράνης, μεταλλικού ελάσματος, κλπ. Κάθε μηχανικός διακόπτης (14) λειτουργεί ανεξάρτητα, έχει μοναδικό (ανά διάταξη) αριθμό καί είναι διακριτά συνδεδεμένος στην ηλεκτρονική μονάδα επεξεργασίας (13). Η λειτουργία του υποσυστήματος ανίχνευσης οχημάτων απεικονίζεται στο Σχέδιο 4. Η αρχή λειτουργίας βασίζεται στη μέτρηση χρόνου μεταξύ διαδοχικών γεγονότων. Ως γεγονός ορίζεται η ενεργοποίηση οποιοσδήποτε μηχανικού διακόπτη (14). Κατά τη διέλευση ενός οχήματος πάνω από τη διάταξη οδοστρώματος ενεργοποιείται ένας αριθμός μηχανικών διακοπτών (14). Η λειτουργία των διακοπτών δημιουργεί την παρακάτω χρονική ακολουθία γεγονότων.

1. Oι ενεργοποιήσεις των μηχανικών διακοπτών (14) δηλώνουν την ύπαρξη «αντικειμένου» στο δρόμο καί εκκινούν τους αλγορίθμους ανίχνευσης (Σχέδια 4 και 5).

2. Η χρονική σειρά της ενεργοποίησης στα δύο άκρα της διάταξης (8) δηλώνουν την κατεύθυνση κίνησης του οχήματος.

3. Γνωρίζοντας την ακριβή απόσταση «χ» μεταξύ των δύο σειρών μηχανικών διακοπτών (14) (Σχέδιο 3), η διαφορά χρόνου ενεργοποίησης δίνει την μέτρηση ταχύτητας με μεγάλη ακρίβεια. 4. Οι μοναδικοί αριθμοί των διακοπτών που ενεργοποιήθηκαν δίνουν την εκτίμηση της θέσης του οχήματος στην λωρίδα καθώς επίσης και την εκτίμηση του μήκους του άξονα των τροχών του οχήματος.

5. Το πλήθος των διακοπτών που ενεργοποιήθηκαν σε συνδυασμό με τους μοναδικούς αριθμούς τους, δίνουν την κατηγοριοποίηση του οχήματος (δίτροχο, τετράτροχο, κλπ.).

6. Η χρονική διαφορά ενεργοποίησης των διακοπτών ανά τροχό του οχήματος δίνει τη γωνία α (17) του δίανύσματος ταχύτητας ως προς τον διαμήκη άξονα του δρόμου (11) καί συνεπώς την πραγματική κατεύθυνση κίνησης του οχήματος (18).

Το καθένα από τα παραπάνω, οδηγεί έκαστο στην εξαγωγή κρίσιμων πληροφοριών, των οποίων η συλλογική χρήση επιτρέπει την ανίχνευση οχημάτων, αλλά καί την ακριβή μέτρηση ταχύτητας, αναγνώριση κατεύθυνσης κίνησης, ακριβή θέση του οχήματος στη λωρίδα, μέτρηση της γωνίας κίνησης του οχήματος ως προς τον διαμήκη άξονα του δρόμου καί κατηγορίοποίηση του οχήματος (δίτροχο, τετράτροχο, φορτηγό, κλπ.).

Το Σχέδιο 5 απεικονίζει ως διάγραμμα ροής τον αλγόριθμο ανίχνευσης οχημάτων από τις μετρήσεις που λαμβάνονταί από τη διάταξη οδοστρώματος. Τα βήματα του αλγορίθμου είναι τα ακόλουθα:

ΒΗΜΑ 1. Η διάταξη εισέρχεται σε κατάσταση χαμηλής κατανάλωσης.

ΒΗΜΑ 2. Γίνεται έλεγχος για ενεργοποίηση κάποιου διακόπτη. Σε περίπτωση που δεν υπάρχει ενεργοποιημένος διακόπτης, η ροή εκτέλεσης μεταβαίνει στο ΒΗΜΑ 1, διαφορετικά η ροή μεταβαίνει στο ΒΗΜΑ 3.

ΒΗΜΑ 3. Αρχικοποιείται η μεταβλητή t = 0, ενώ η μεταβλητή Τ λαμβάνει την τιμή T=MAX_EVENT_TIME_WINDOW. Εκτελείται εκκίνηση του χρονομετρητή για τη μέτρηση χρόνου t.

ΒΗΜΑ 4. Γίνεται έλεγχος για ενεργοποίηση κάποιου διακόπτη.

ΒΗΜΑ 5. Σε περίπτωση που έχει ενεργοποιηθεί κάποιος διακόπτης αποθηκεύεται το μοναδικό αναγνωριστικό του (η ταυτότητα του).

ΒΗΜΑ 6. Γίνεται έλεγχος της μεταβλητής του χρόνου t. Αν είναι μεγαλύτερη της τιμής Τ, τότε η ροή εκτέλεσης μεταβαίνει στο ΒΗΜΑ 7, διαφορετικά επιστρέφει στο ΒΗΜΑ 4.

ΒΗΜΑ 7. Γίνεται υπολογισμός του αριθμού των τροχών του οχήματος από τους διακόπτες που ενεργοποιήθηκαν.

ΒΗΜΑ 8. Αν ο αριθμός των τροχών του οχήματος δεν είναι έγκυρος, η ροή εκτέλεσης επιστρέφει στο ΒΗΜΑ 1, διαφορετικά μεταβαίνει στο ΒΗΜΑ 9.

ΒΗΜΑ 9. Γίνεται υπολογισμός των παραμέτρων κίνησης.

ΒΗΜΑ 10. Γίνεται αποστολή των δεδομένων

ΒΗΜΑ 11. Η ροή εκτέλεσης επιστρέφει στο ΒΗΜΑ 1.

Α-1.2. Υποσύστημα ταυτοποίησης οχημάτων (Σχέδιο 6): Το Σχέδιο 6 περιγράφει σχηματικά τη θέση δύο τουλάχιστον κεραιών RFID (20) που βρίσκονται ενθυλακωμένες στη διάταξη οδοστρώματος (8) με σκοπό την ταυτοποίηση οχημάτων. Ο αναγνώστης RFID (44) βρίσκεται ενοποιημένος στην ηλεκτρονική μονάδα επεξεργασίας (13) του οδοστρώματος (Σχέδιο 2). Κάθε όχημα φέρει παθητικά RFID tags τοποθετημένα στην εμπρός καί πίσω πινακίδα κυκλοφορίας. Η τεχνολογία RFID που χρησιμοποιήθηκε στο παράδειγμα εφαρμογής της εφευρετικής ιδέας που περίγράφεταί εδώ, ακολουθεί το πρότυπο EPCglobal Gen 2V2 (ISO 18000-63) που λειτουργεί στην περιοχή συχνοτήτων 865,6-867,6 MHz. Η διαδικασία ανάγνωσης της ταυτότητας του οχήματος, όπως απεικονίζεται στο διάγραμμα του Σχεδίου 5, ξεκινά όταν ανίχνευθεί ενεργοποίηση μηχανικού διακόπτη (14) στη διάταξη οδοστρώματος.

Το ηλεκτρονικό κύκλωμα της προσαρμογής των μηχανικών διακοπτών στη συσκευή περιλαμβάνει γαλβανικούς απομονωτές και παθητικά χαμηλοπερατά φίλτρα 1ης τάξης (41) για κάθε ένα μηχανικό διακόπτη (Σχέδιο 2).

Α-2. Διάταξη παρακολούθησης φθοράς του οδοστρώματος (strain gauges).

Η διάταξη παρακολούθησης φθοράς του οδοστρώματος (29) βασίζεται στην εξής αρχή. Στο οδόστρωμα, η παραμόρφωση στην επιφάνεια είναι το αποτέλεσμα των τάσεων σε κάθε σημείο κάτω από την επιφάνεια λόγω της διέλευσης των οχημάτων. Το υλικό υφίσταται πλαστική παραμόρφωση και ελαστική παραμόρφωση με την κάθε φόρτιση λόγω των οχημάτων. Επομένως, με το πέρασμα του χρόνου υπάρχει συσσώρευση πλαστικής παραμόρφωσης που ανιχνεύεται από την μετατόπιση των στατιστικών τιμών των χαρακτηριστικών του σήματος παραμόρφωσης. Το Σχέδιο 7 απεικονίζει το σχέδιο του ηλεκτρονικού συστήματος προσαρμογής σήματος παραμορφώσεων (signal conditioning). Η διάταξη περιλαμβάνει: Στοιχεία ανίχνευσης (μηκυνσιόμετρα) (16) τοποθετημένα στην επιφάνεια του δρόμου, Ενίσχυτή-επεξεργαστή σήματος - ψηφίοποίητή (19) καί Δίαυλο μεταφοράς δεδομένων για δίεπαφή χρήστη (36).

Για τον υπολογισμό της πιθανότητας αστοχίας του οδοστρώματος εφαρμόζεται ο αλγόριθμος που απεικονίζεται ως διάγραμμα ροής στο Σχέδιο 8 καί εκτελείτην παρακάτω ακολουθία βημάτων:

ΒΗΜΑ 1. Το δυναμικό σήμα παραμόρφωσης παρακολουθείταί διαρκώς.

ΒΗΜΑ 2. Σε περίπτωση υπέρβασης συγκεκριμένης τιμής παραμόρφωσης (κατώφλι), ενεργοποιείται χρονική πύλη "t".

ΒΗΜΑ 3. Η μέγιστη τιμή της παραμόρφωσης για χρονικό διάστημα "t" καταγράφεται.

ΒΗΜΑ 4. Δημιουργείται χρονοσειρά Α (ακολουθία ζευγών τιμών A, t) για όλα τα συμβάντα (διελεύσεις οχημάτων).

ΒΗΜΑ 5. Εξάγεται η μέση τιμή (μ) καί η τυπική απόκλιση (σ) των τιμών Α.

ΒΗΜΑ 6. Υπολογίζεται η Πιθανότητα Αστοχίας (ΠΑ), μέσω αλγορίθμου.

ΒΗΜΑ 7. Η ΠΑ αναμεταδίδεται μέσω διαύλου προς το σύστημα συλλογής καί αναμετάδοσης.

Α-3. Μονάδες επικοινωνίας και επεξεργασίας.

Ηλεκτρονική Μονάδα επεξεργασίας (13). Περιλαμβάνει τον κύριο επεξεργαστή (42), τις κεραίες (12) για την μεταφορά δεδομένων και το κύριο τροφοδοτικό της συσκευής (σχέδιο 2). Στο παράδειγμα εφαρμογής της εφευρετικής ιδέας που περιγράφεται εδώ, χρησιμοποιήθηκε ο επεξεργαστής MSP432P4111 της Texas Instruments. Ο επεξεργαστής θα πρέπει να πληροί δύο βασικές προϋποθέσεις για την ομαλή λειτουργία της Ηλεκτρονικής Μονάδας επεξεργασίας: α) χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, τόσο σε κατάσταση «ύπνου», όσο καί σε κατάσταση λειτουργίας καί β) να υποστηρίζει την ανεξάρτητη λειτουργία των θυρών GPIO του επεξεργαστή. Η ηλεκτρονική μονάδα επεξεργασίας (13) διαθέτει τις απαραίτητες δίεπαφές υλικού (π.χ. θύρα GPIO με υποστήριξη σειριακού πρωτοκόλλου) για τη διασύνδεση των αισθητήρων που λαμβάνουν δεδομένα μέτρησης από το οδόστρωμα. Η παραπάνω εφευρετική ιδέα δύναταί να υλοποιηθεί στην πράξη με τον ίδιο ακριβώς τρόπο καί με άλλο παρόμοιο επεξεργαστή.

Μονάδα επικοινωνίας (43). Αυτή συνδέεται με τον κύριο επεξεργαστή (42) καί υποστηρίζει το πρωτόκολλο BLE. Είναι υπεύθυνη για την αποστολή δεδομένων από τους μηχανικούς διακόπτες (14) στη Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας (5) παρά την οδό (Σχέδια 1, 2, καί 10).

Ενεργειακά στοιχεία. Η τροφοδοσία του συστήματος επί της οδού (Σχέδιο 10), υλοποιείται με ηλεκτρονική πλακέτα τροφοδοσίας (34) η οποία περιλαμβάνει ολοκληρωμένα κυκλώματα για την άντληση ενέργειας από συλλέκτες περιβαλλοντικής ενέργειας, για τη φόρτιση των μπαταριών καί την τροφοδοσία των συνδεδεμένων μονάδων. Για την υλοποίησή της χρησιμοποιήθηκαν τα ολοκληρωμένα κυκλώματα LTC3331 της Analog Devices, τα οποία αντλούν ενέργεια από φωτοβολτάίκά καί πίεζοηλεκτρίκά στοιχεία (35), ώστε να τροφοδοτήσουν τις υπόλοιπες μονάδες καί να φορτίσουν τις επαναφορτιζόμενες μπαταρίες (38). Συμπληρωματικά του απαίτούμενου κυκλώματος καί στοιχείων για την ορθή λειτουργία αυτών των ολοκληρωμένων υλοποιήθηκε ένα δευτερεύον κύκλωμα βασισμένο στο ολοκληρωμένο LTC4071 ώστε να προσθέσει τη δυνατότητα γρήγορης φόρτισης των επαναφορτιζόμενων μπαταριών. Στη σχεδίαση έχουν συμπεριληφθεί πέραν των επαναφορτιζόμενων μπαταριών (38) καί μη επαναφορτιζόμενες (39), καθώς έχουν μεγαλύτερη ανοχή σε υψηλές καί χαμηλές θερμοκρασίες καί μεγαλύτερη χωρητικότητα ανά κυβικά χιλιοστά. Η αλλαγή στη χρήση των μη επαναφορτιζόμενων γίνεται αυτόματα από το κύκλωμα προτεραίοποίησης το οποίο δίνει προτεραιότητα στην χρήση περιβαλλοντικής ενέργειας, έναντι των μπαταριών καί στη χρήση επαναφορτιζόμενων μπαταριών, έναντι των μη-επαναφορτιζόμενων, όταν η ισχύς των φωτοβολταίκά καί πίεζοηλεκτρίκά στοιχεία (35) δεν επαρκεί για την τροφοδοσία των υπόλοιπων μονάδων.

Α-4. Διάταξη διασύνδεσης επιμέρους στοιχείων: Τα επιμέρους στοιχεία, όπως απεικονίζεται στο Σχέδιο 10, κατανεμήθηκαν σε τέσσερα τμήματα (A, Β, Γ, Δ) της διάταξης, τα οποία τοποθετούνται με συγκεκριμένη σειρά, όπως περιγράφεται παρακάτω, και φέρουν έξι σημεία στερέωσης (28). Σε κάθε τμήμα τοποθετούνται οι μηχανικοί διακόπτες (14) του υποσυστήματος ανίχνευσης οχημάτων (Σχήματα 2 καί 10), οί οποίοι συνδέονται σε πλακέτες διασύνδεσης (33) που είναι τοποθετημένες από μία σε κάθε άκρο του κάθε τμήματος (Α, Β, Γ, Δ). Κάθε τμήμα δίατρέχεταί από καλωδίοταίνίες (37) οί οποίες καταλήγουν στις πλακέτες διασύνδεσης (33) ώστε να μπορούν τα τμήματα να αλλάξουν σειρά τοποθέτησης προκείμένου να εξυπηρετήσουν διαφορετική αρχιτεκτονική διάταξης. Στη συγκεκριμένη αρχιτεκτονική διάταξης, το τμήμα Α περιλαμβάνει μόνο τα εξαρτήματα που είναι κοινά σε όλα τα τμήματα. Το τμήμα Β περιλαμβάνει επιπλέον τη διάταξη παρακολούθησης φθοράς του οδοστρώματος (29) και μία από τις δυο RFID κεραίες (30). Το τμήμα Γ περιλαμβάνει τους περιβαλλοντικούς αισθητήρες (31), το υποσύστημα ανίχνευσης οχημάτων (Σχέδιο 2) καί τη μονάδα επεξεργασίας και επικοινωνίας (32). Το τμήμα Δ περιλαμβάνει τα ενεργειακά στοιχεία, την ηλεκτρονική πλακέτα τροφοδοσίας (34), τα φωτοβολταίκά και πιεζοηλεκτρικά στοιχεία (35) και τις επαναφορτιζόμενες (38) και μη επαναφορτιζόμενες (39) μπαταρίες.

Α-5. Ενθυλάκωση διάταξης: Η ενθυλάκωση της διάταξης (40) (Σχέδιο 10) έχει σκοπό την προστασία των υποσυστημάτων της μονάδας οδοστρώματος από: Μηχανικές καταπονήσεις από την διέλευση των οχημάτων, Υγρασία, Καύσιμα καί διαλύτες που χρησιμοποιούνται για τον καθαρισμό του οδοστρώματος, Ακραίες θερμοκρασίες. Παράλληλα, η ενθυλάκωση έχει δυσκαμψία παρόμοια με το υλικό του ασφαλτικού σκυροδέματος για να ακολουθεί τις παραμορφώσεις του οδοστρώματος. Αποτελείταί από πολυμερές υλικό (εποξική ρητίνη) με αντοχή σε ισχυρούς διαλύτες (ίσοπροπυλίκή αλκοόλη, βουτανόνη, δίχλωρομεθάνίο) καί έχει τη δυνατότητα επικάλυψης με υλικό οριζόντιας σήμανσης οδών.

Β. Η Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας (Σχέδιο 12) που εγκαθίσταται παρά την οδό, περιλαμβάνει ως επίμέρους τμήματα:

Β-1. Συστήματα ασύρματης επικοινωνίας (45, 46, 47) καί

Β-2. Σύστημα Τροφοδοσίας (9)

Συγκεκριμένα:

Β-1. Τα συστήματα ασύρματης επικοινωνίας αποτελούνται από υλισμικό (hardware) καί λογισμικό (software).

Β-1.1. Υλισμικό: Η Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας (Σχέδιο 12), προκείμένου να καλύψει τις ανάγκες όλων των οχημάτων (εξοπλισμένων καί μη) υποστηρίζει μία υβριδική λύση τεχνολογιών επικοινωνίας απευθείας διασύνδεσης οδοστρώματος - οχήματος, μέσω του πρωτοκόλλου επικοινωνίας IEEE 802.11p (ITS-G5) καί επικοινωνίας με δίκτυο κινητής τηλεφωνίας LTE που αναλαμβάνει τη δίαμεταγωγή των δεδομένων των αισθητήρων σε κατάλληλο δίακομίστή που είναι εγκατεστημένος στο υπολογιστικό νέφος (3) (Σχέδιο 1).

Μονάδα Επικοινωνίας BLE (Bluetooth Low Energy) (47). Για την επικοινωνία της Βοηθητικής Πύλης Επικοινωνίας με τη Διάταξη Οδοστρώματος, μέσω Bluetooth, για το παράδειγμα εφαρμογής της εφευρετικής ιδέας που περιγράφεται εδώ, χρησιμοποιήθηκε η μονάδα Bluetooth Low Energy (BLE) NINA-B311 της u-blox, καθώς διαθέτει άριστες τεχνικές προδιαγραφές σχετικά με το μέγιστο εύρος επικοινωνίας, τη χαμηλή κατανάλωση ισχύος καί το εκτεταμένο εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας.

Τα μηνύματα που λαμβάνονται μέσω Bluetooth από τη Διάταξη Οδοστρώματος παρέχουν πληροφορίες σχετικά με την ανίχνευση οχήματος ή πεζού στο δρόμο. Ειδικότερα, στην περίπτωση του οχήματος, πληροφορίες όπως: η ταυτότητα της διάταξη του οδοστρώματος, το αναγνωριστικό του οχήματος, ο τύπος του οχήματος, η κατεύθυνση του, η ταχύτητα του καί η γωνία κίνησης του, παρέχονται από τη Διάταξη Οδοστρώματος στη Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας.

Οι πληροφορίες που συλλέγονται από τη Διάταξη Οδοστρώματος εμπλουτίζονται με τις πληροφορίες που παρέχει ένας πολυαισθητήρας (Π/Α) (48), ο οποίος είναι συνδεδεμένος στην Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας. Ο Π/Α (48) δίνει πληροφορίες σχετικά με την παρουσία ομίχλης, βροχής, χιονόπτωσης και μείγματος βροχής και χιονόπτωσης. Τα δεδομένα του Π/Α (48) είναι διαθέσιμα σε ψηφιακή μορφή, ως συμβολοσειρά ASCII που μεταδίδεται κάθε 5 λεπτά.

Στην πύλη επικοινωνίας RSB συνδέεται η διάταξη παρακολούθησης της φθοράς του οδοστρώματος (29). Η συγκεκριμένη διάταξη παρέχει στην πύλη επικοινωνίας (RSB) πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο που σχετίζονται με την παραμόρφωση του δρόμου. Εκτός από την επικοινωνία με τη Διάταξη Οδοστρώματος, η Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας δύναταί να επικοινωνήσει καί με τα οχήματα που κινούνται επί της οδού καί διαθέτουν εξοπλισμό συμβατό με το πρωτόκολλο επικοινωνίας ITS-G5, μέσω μηνυμάτων DENM, CAM καί MAP, σύμφωνα με τα Ευρωπαϊκά πρότυπα ETSI TS 102 637-3 V1.1.1 (2010-09), ΕΝ 302 637-2 V1. 3.2 (2014-11) καί ETSI TS 103 191-3 V1.1.1 (2015-09), αντίστοιχα. Στη μονάδα των οχημάτων καταλήγουν, κατόπιν επεξεργασίας, οί πληροφορίες που συλλέγονταί από τη Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας.

Για την επικοινωνία με εξοπλισμένα οχήματα, η Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας μπορεί να συνδεθεί με μονάδα επικοινωνίας ITS-G5 (45). Ενδεικτικά, στο παράδειγμα εφαρμογής της εφευρετικής ιδέας που περίγράφεταί εδώ, χρησιμοποιήθηκε η συσκευή Cohda ΜΚ5 RSU που υποστηρίζει το παραπάνω πρωτόκολλο. Ομοίως, μπορεί να χρησιμοποιηθεί με τον ίδιο τρόπο καί τα ίδια αποτελέσματα άλλη συσκευή με παρόμοια τεχνικά χαρακτηριστικά. Τα μηνύματα DENM, τα οποία μεταδίδονται σε καθένα από τα εξοπλισμένα οχήματα από τη Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας, παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τις καιρικές συνθήκες καί συμβάντα επί του οδοστρώματος ακολουθώντας το πρωτόκολλο επικοινωνίας ITS-G5, σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό πρότυπο ETSI TS 102 637-3 V1.1.1 (2010-09). Εκτός από τα μηνύματα DENM, η Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας ενημερώνει τα επερχόμενα εξοπλισμένα οχήματα για την παρουσία της, στέλνοντας κάθε δέκατο του δευτερολέπτου ένα μήνυμα CAM. Το περιεχόμενο καί η μορφή τους βασίζονται στο Ευρωπαϊκό πρότυπο ETSI ΕΝ 302637-2 V1.3.2 (2014-11). Τέλος, η Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας ενημερώνει καθένα από τα επερχόμενα εξοπλισμένα οχήματα για τη μορφολογία του δρόμου κάθε 1 δευτερόλεπτο μέσω μηνυμάτων MAP (βλ. πρότυπο ETSI TS 103 191-3 V1. 1.1 (2015-09)).

Σε ό,τι αφορά την επικοινωνία των μη εξοπλισμένων οχημάτων με την Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας, αυτή μπορεί να πραγματοποιηθεί μέσω της μονάδας επικοινωνίας LTE (46). Για το παράδειγμα εφαρμογής της εφευρετικής ιδέας που περίγράφεται εδώ, χρησιμοποιήθηκε η μονάδα επικοινωνίας TOBY-L210 της u-blox, που υποστηρίζει το πρωτόκολλο επικοινωνίας LTE.

Η εφεύρεση επιτυγχάνει να παρέχει το ίδιο επίπεδο πληροφοριών σε όλα τα οχήματα, εξοπλισμένα ή μη. Για την επικοινωνία με μη εξοπλισμένα οχήματα, η οποία γίνεται μέσω κατάλληλα τροποποιημένων μηνυμάτων DENM καί CAM (StripCam), απαιτείται ο οδηγός να διαθέτει μία κινητή συσκευή τύπου smartphone ή tablet. Τα τροποποιημένα αυτά μηνύματα παρέχουν τις ίδιες πληροφορίες, όπως τα μηνύματα DENM καί CAM για τα εξοπλισμένα οχήματα. Επειδή η απευθείας επικοινωνία της Βοηθητικής Πύλης Επικοινωνίας με τα μη εξοπλισμένα οχήματα δεν είναι δυνατή, απαιτείται η εγκατάσταση ενός MQTT Broker στο υπολογιστικό νέφος (3) ως ενδιάμεση μονάδα επικοινωνίας. Η Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας μέσω της μονάδας επικοινωνίας LTE (46) επικοινωνεί με τον δίακομίστή δικτύου ο οποίος αναλαμβάνει να στείλει τα μηνύματα μέσω του MQ.TT Broker στην κινητή συσκευή του χρήστη (2). Για το σκοπό αυτό απαιτείται η ανάπτυξη κατάλληλης εφαρμογής (mobile app).

Στο παράδειγμα εφαρμογής της εφευρετικής ιδέας που περίγράφεταί εδώ, ως Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (ΚΜΕ) (50) της Βοηθητικής Πύλης Επικοινωνίας χρησιμοποιήθηκε η Colibri iMX7S της Toradex που βασίζεται στο ενσωματωμένο σύστημα της ΝΧΡ i.MX7 (System-on-Chip). Ομοίως, μπορεί να χρησιμοποιηθεί με τον ίδιο τρόπο καί τα ίδια αποτελέσματα άλλη ΚΜΕ με παρόμοια τεχνικά χαρακτηριστικά.

Τέλος, η Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας λαμβάνει την απαίτούμενη ενέργεια για να λειτουργήσει από το σύστημα τροφοδοσίας (9), το οποίο περιγράφεται αναλυτικά παρακάτω στο Σχέδιο 9.

Β-1.2. Λογισμικό: Η διαδικασία της ρύθμισης καί προγραμματισμού των διαφόρων υπομονάδων γίνεται με βάση τα βήματα που απεικονίζονται στο διάγραμμα ροής στο Σχέδιο 11 (11α καί 11β) και περιγράφονται ως εξής:

ΒΗΜΑ 1. Γίνεται τροποποίηση του device tree για την ενεργοποίηση περισσότερων σειριακών δίεπαφών UART, για τη διασύνδεση της ΚΜΕ (50) με τη μονάδα επικοινωνίας BLE (47), τη μονάδα επικοινωνίας LTE (46), τον Π/Α (48) καί τη διάταξη παρακολούθησης της φθοράς του οδοστρώματος (29).

ΒΗΜΑ 2. Διασυνδέεται μέσω σειριακής δίεπαφής (UART 1) η μονάδα επικοινωνίας LTE (46) στην ΚΜΕ (50).

ΒΗΜΑ 3. Γίνεται η ρύθμιση της μονάδας επικοινωνίας LTE (46), μέσω εντολών AT.

ΒΗΜΑ 4. Διασυνδέεται η ΚΜΕ (50) στο Διαδίκτυο μέσω της μονάδας επικοινωνίας LTE (46).

ΒΗΜΑ 5. Δίασυνδέεταί μέσω σειριακής δίεπαφής (UART 2) η μονάδα επικοινωνίας BLE (47) στην ΚΜΕ (50).

ΒΗΜΑ 6. Λαμβάνονται δεδομένα σε δεκαεξαδική (HEX) μορφή από τους μηχανικούς διακόπτες (14) του συστήματος ανίχνευσης και ταυτοποίησης οχημάτων.

ΒΗΜΑ 7. Εξάγονται τα δεδομένα που λαμβάνονται από το παραπάνω βήμα (τύπος οχήματος, θέση στην λωρίδα, ταχύτητα οχήματος, γωνία προσέγγισης στη λωρίδα).

ΒΗΜΑ 8. Διασυνδέεται μέσω σειριακής διεπαφής (UART 4) ο Π/Α (48) στην ΚΜΕ (50).

ΒΗΜΑ 9. Λαμβάνονται δεδομένα από τον Π/Α (48) σε μορφή ASCII.

ΒΗΜΑ 10. Εξάγονται τα δεδομένα από το πακέτο που έχει ληφθεί (ορατότητα, βροχή, χιόνι).

ΒΗΜΑ 11. Διασυνδέεται μέσω σειριακής διεπαφής (UART 5) η διάταξη παρακολούθησης της φθοράς οδοστρώματος (29).

ΒΗΜΑ 12. Διασυνδέεται μέσω σειριακής δίεπαφής (UART/USB) η μονάδα επικοινωνίας ITS-G5 (45).

ΒΗΜΑ 13. Γίνεται αποστολή/λήψη πληροφορίας από/προς την ΚΜΕ (50) για τη δημιουργία MAP/DENM μηνυμάτων.

ΒΗΜΑ 14. Γίνεται αποστολή μηνυμάτων DENM (διέλευση με λάθος φορά, μεταβλητές καιρικές συνθήκες) καί MAP. Αποστολή/λήψη μηνυμάτων CAM, μέσω του ασύρματου πρωτοκόλλου επικοινωνίας IEEE 802. lip.

ΒΗΜΑ 15. Ρύθμιση του MQTT-client.

ΒΗΜΑ 16. Γίνεται αποστολή πακέτων πληροφορίας με τη μορφή μηνυμάτων CAM, MAP, DENM στο δίακομίστή MQTT broker που βρίσκεται εγκατεστημένος στο υπολογιστικό νέφος (3), μέσω δικτύου LTE.

Β-2. Σύστημα Τροφοδοσίας. Το Σχέδιο 9 απεικονίζει το διάγραμμα διασύνδεσης του συστήματος τροφοδοσίας της διάταξης παρά την οδό, με έμφαση στην αξιοποίηση ενέργειας από ΑΠΕ. Το σύστημα είναι εξοπλισμένο με φωτοβολταϊκά πάνελ (22) καί ανεμογεννήτρία (23), ενώ ελεγκτής φόρτισης/αποφόρτισης (27) φροντίζει ώστε να σταματά η συσσώρευση ηλεκτρικού φορτίου στην μπαταρία (25) όταν αυτή φορτίσει. Επιπρόσθετα, υποστηρίζεται η δυνατότητα σύνδεσης στο ηλεκτρικό δίκτυο (24), όπου κάτι τέτοιο είναι εφικτό, οπότε καί χρησιμοποιείται καί μία ηλεκτρονική διάταξη μετατροπής του εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές (26). Στο παράδειγμα εφαρμογής της εφευρετικής ιδέας που περιγράφεται εδώ, χρησιμοποιήθηκε το ολοκληρωμένο κύκλωμα Ρ2110Β της εταιρίας Powercast για την ασύρματη μεταφορά ενέργειας προς την πλακέτα τροφοδοσίας από το σύστημα παρά την οδό. Η παραπάνω εφευρετική ιδέα δύναται να υλοποιηθεί στην πράξη και με κάθε άλλο παρόμοιο ολοκληρωμένο κύκλωμα ασύρματης μεταφοράς ενέργειας. Με την ασύρματη μεταφορά ενέργειας επιτυγχάνεται η πιο αργή αποφόρτιση των μπαταριών κατά την διάρκεια που η περιβαλλοντική ενέργεια δεν επαρκεί. Για την φόρτιση των επαναφορτιζόμενων μπαταριών απαιτούνται 8 ώρες με τους συλλέκτες περιβαλλοντικής ενέργειας να παράγουν την μέγίστη ενέργεια, ενώ για την αποφόρτισή τους απαιτούνται 100 ώρες. Η συνολική μέγίστη διάρκεια που μπορεί να τροφοδοτήσει τα υπόλοιπα συστήματα χωρίς τη χρήση περιβαλλοντικής ενέργειας είναι 22 ημέρες.

Η εφεύρεση βρίσκει εφαρμογή σε κάθε τύπου οδό, ως μία συνεργατική, μη-παρεμβατική διάταξη χαμηλού κόστους και ενεργειακής κατανάλωσης για εφαρμογές οδικής ασφάλειας με επικοινωνία οχήματος-υποδομής, όπου η γνώση της δυναμικής θέσης και συμπεριφοράς στο κυκλοφοριακό περιβάλλον των ίδιων οχημάτων αλλά και των εκάστοτε «εμποδίων» της περίβάλλουσας κυκλοφορίας (άλλα οχήματα, στατικά μόνιμα η προσωρινά εμπόδια, άλλοι χρήστες της οδού όπως πεζοί) είναι κρίσιμη από άποψη οδικής ασφάλειας.

Εκτός από τις εφαρμογές καί υπηρεσίες που αναφέρονταί παραπάνω, ένα πλήθος άλλων περιπτώσεων χρήσης μπορούν να υποστηρίχθούν από την εφεύρεση, εφόσον πραγματοποιηθεί η υλοποίηση των κατάλληλων εφαρμογών λογισμικού.

Σε αυτό το πλαίσιο, συμπεριλαμβάνονταί σενάρια χρήσης που υποστηρίζουν τους οδηγούς στη διαχείριση με ασφάλεια διασταυρώσεων, μελανών σημείων της οδού καί σημείων που συγκεντρώνουν ιστορικά πλήθος ή/καί υψηλής σοβαρότητας ατυχημάτων, διαβάσεων πεζών, κυκλικών κόμβων, σημείων με περιορισμένη ορατότητα, υποδομών με ιδιαίτερα χαρακτηριστικά (όπως γέφυρες, σήραγγές, κλπ.).

Πέρα από τα παραπάνω καί παράλληλα με αυτά, η εφεύρεση δύναται να υποστηρίξει μία σειρά από υπηρεσίες προστιθέμενης αξίας με το ανταγωνιστικό πλεονέκτημα της απαλοιφής ανάγκης ύπαρξης περαιτέρω υποδομής για αυτά. Όπως για παράδειγμα υπηρεσίες στάθμευσης, αυτόματης διέλευσης διοδίων, υπηρεσίες που παρέχονται από Πινακίδες Μεταβλητών Μηνυμάτων (Variable Message Signs - VMS) που μπορούν μάλιστα να είναι προσωποποίημένες, κλπ.

Τέλος, η εφεύρεση μπορεί να βρει πεδίο εφαρμογής σε κάθε τύπο οχήματος (C-ITS εξοπλισμένου, συμβατικού, αυτόνομου) καί επομένως απευθύνεται σε κάθε τύπου οδηγού. Συγκεκριμένα, ως προς τα αυτόνομα οχήματα, δύναταί να συνεισφέρει στην ασφαλή λειτουργία τους, αφού θα μπορεί να εμπλουτίζει την πληροφορία που απαιτείται από μέρους της υποδομής, να παρέχει πληροφορία για τη διόρθωση της θέσης των οχημάτων, καί τελικά να καθοδηγεί με ποικίλους τρόπους τα οχήματα (π.χ. διαμέσου δημιουργίας εικονικών λωρίδων, κλπ.).

Βιβλιογραφικές αναφορές:

[1] US10995457B2 Modular pavement slab ( INTEGRATED ROADWAYS LLC) Available at: https://patentimages.storage.googleapis.com/68/ba/f8/f5f30e0ef a2ec3/US10995457.pdf

[2] EP3484187A1 ROAD-SIDE NETWORK NODE AND METHOD

TO OPERATE THE ROAD-SIDE NETWORK NODE (2019). Available at: https://worldwide.espacenet.com/patent/search/familv/0603207 41/publication/EP3484187Al?f=ipc main% 3Ain% 3DH04W4% 2CH 04W88% 2CH04W28% 2CH04W12&q=EP3484187Al

[3] US2019141610A1. MEC-BASED DISTRIBUTED COMPUTING

ENVIRONMENT WITH MULTIPLE EDGE HOSTS AND USER DEVICES

(2019). Available at: https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/0663278 76/publication/US2019141610Al?q=US2019141610Al

[4] US2019141142A1. INTER-MEC SYSTEM COMMUNICATION

FOR V2X SERVICES. Available at: https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/0663278 68/publication/US2019141142Al?f=ipc main% 3Ain% 3DH04W4% 2CH04W88% 2CH04W28% 2CH04W12&q=US2019141142Al

[5] US2019043359A1. SENSOR-EQUIPPED TRAFFIC SAFETY

MESSAGE SYSTEMS AND RELATED METHODS

https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/0652317 17/publication/US2019043359Al?q=US2019043359Al

[6] New Market Research on Global & China Advanced Driver Assist Systems (ADAS) Industry-2015, Chisult Insight-2015

[7] An Encapsulated Energy Harvesting Platform for On-road Low Power Sensing Systems," 2019 15th International Conference on Distributed Computing in Sensor Systems (DCOSS), Santorini, Greece, 2019, pp. 725-732, doi: 10.1109/DCOSS.2019.00128.

[8] "Energy Harvesting and Smart Management Platform for Low Power loT Systems," 2019 15th International Conference on Distributed Computing in Sensor Systems (DCOSS), Santorini, Greece, 2019, pp. 339-346, doi: 10.1109/DCOSS.2019.00075.

[9] "A Smart Energy Harvesting Platform for Wireless Sensor Network Applications" Information 10, no. 11: 345. https://doi.org/10.3390/info10110345

Σε όλα τα μέρη που αναφέρονταί στην Περιγραφή καί απεικονίζονται στα σχεδία, αποδόθηκε ατομικά ένας αριθμός αναφοράς καί οί αντίστοιχοι όροί των αριθμών αυτών παρατίθενται ως εξής:

(1) μη εξοπλισμένο (συμβατικό) όχημα

(2) κινητή συσκευή

(3) υπολογιστικό νέφος

(4) δίκτυα επικοινωνίας

(5) Βοηθητική Πύλη Επικοινωνίας (5)

(6) λωρίδες κυκλοφορίας

(7) οδόστρωμα

(8) Διάταξη Οδοστρώματος

(9) σύστημα τροφοδοσίας

(10) εξοπλισμένα οχήματα συμβατά με τεχνολογία ITS-G5

(11) διαμήκης άξονας του δρόμου

(12) κεραίες

(13) ηλεκτρονική μονάδα επεξεργασίας

(14) μηχανικοί διακόπτες

(15)

(16) Στοιχεία ανίχνευσης (μηκυνσιόμετρα)

(17) γωνία α (17) του διανύσματος ταχύτητας

(18) κατεύθυνση κίνησης

(19) Ενισχυτή-επεξεργαστή σήματος - ψηφιοποιητή

(20) κεραίες RFID

(21)

(22) φωτοβολταϊκά πάνελ

(23) ανεμογεννήτρια

(24) ηλεκτρικό δίκτυο

(25) μπαταρία

(26) ηλεκτρονική διάταξη μετατροπής του εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές

(27) ελεγκτής φόρτισης/αποφόρτισης

(28) σημεία στερέωσης επιμέρους μονάδων

(29) διάταξη παρακολούθησης φθοράς του οδοστρώματος

(30) RFID κεραίες

(31) περιβαλλοντικοί αισθητήρες

(32) μονάδα επεξεργασίας και επικοινωνίας

(33) πλακέτες διασύνδεσης

(34) ηλεκτρονική πλακέτα τροφοδοσίας

(35) φωτοβολταϊκά και πιεζοηλεκτρικά στοιχεία

(36) Δίαυλος μεταφοράς δεδομένων για διεπαφή χρήστη

(37) Καλωδιοταινίες

(38) επαναφορτιζόμενες μπαταρίες

(39) μη επαναφορτιζόμενες μπαταρίες (39),

(40) ενθυλάκωση της διάταξης

(41) γαλβανικοί απομονωτές και παθητικά χαμηλοπερατά φίλτρα 1ης τάξης

(42) κύριος επεξεργαστής

(43) μονάδας επικοινωνίας

(44) αναγνώστης RFID

(45) μονάδα επικοινωνίας ITS-G5

(46) μονάδα επικοινωνίας LTE

(47) μονάδα επικοινωνίας BLE

(48) πολυαισθητήρας (Π/Α)

(49)

(50) Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (ΚΜΕ) (50)

Claims (6)

ΑΞΙΩΣΕΙΣ ΕΠΑΝΑΔΙΑΤΥΠΩΜΕΝΕΣ (cv)

1. Διάταξη Οδοστρώματος (8), η οποία περιλαμβάνει:

1.1. Σύστημα ανίχνευσης και ταυτοποίησης οχημάτων το οποίο αποτελείται από μηχανικούς διακόπτες (14) και κεραίες (12) ενθυλακωμένες στη διάταξη οδοστρώματος και από ηλεκτρονική μονάδα επεξεργασίας (13) στην οποία υλοποιούνται οι διεπαφές της μονάδας επικοινωνίας (43) και οι αλγόριθμοι ανίχνευσης και ταυτοποίησης οχημάτων, που περιλαμβάνει

1.1.1. Υποσύστημα ανίχνευσης οχημάτων το οποίο φέρει δύο τουλάχιστον συστοιχίες μηχανικών διακοπτών (14) τοποθετημένες στα άκρα της διάταξης οδοστρώματος (8), όπου κάθε διακόπτης λειτουργεί ανεξάρτητα και

1.1.2. Υποσύστημα ταυτοποίησης οχημάτων που διαθέτει δύο τουλάχιστον κεραίες RFID (20) και αναγνώστη RFID (44) ο οποίος βρίσκεται ενοποιημένος στην ηλεκτρονική μονάδα επεξεργασίας (13) του οδοστρώματος

1.2. Μονάδα επεξεργασίας, που περιλαμβάνει

- κύριο επεξεργαστή (42)

- κεραίες (12) για τη μεταφορά δεδομένων και κύριο τροφοδοτικό της συσκευής

- μονάδα επικοινωνίας η οποία συνδέεται με τον κύριο επεξεργαστή (42) και υποστηρίζει το πρωτόκολλο BLE, και - ηλεκτρονική πλακέτα τροφοδοσίας (34) για την τροφοδοσία του συστήματος επί της οδού, η οποία περιλαμβάνει ολοκληρωμένα κυκλώματα για την άντληση ενέργειας από συλλέκτες περιβαλλοντικής ενέργειας, φωτοβολταϊκά και πιεζοηλεκτρικά στοιχεία (35), για τη φόρτιση των μπαταριών και την τροφοδοσία των συνδεδεμένων μονάδων,

1.3. Διάταξη διασύνδεσης επιμέρους στοιχείων, αποτελούμενη από τέσσερα τμήματα (A, Β, Γ, Δ), και σημεία στερέωσης (28), όπου κάθε τμήμα φέρει μηχανικούς διακόπτες (14) του υποσυστήματος ανίχνευσης οχημάτων, οι οποίοι διακόπτες συνδέονται στην πλακέτα διασύνδεσης (33) που είναι τοποθετημένη από μια σε κάθε άκρο του κάθε τμήματος (A, Β, Γ, Δ), κάθε τμήμα διατρέχεται από καλωδιοταινίες (37) οι οποίες καταλήγουν στις πλακέτες διασύνδεσης (33), όπου

- το τμήμα (Α) περιλαμβάνει μόνο τα εξαρτήματα που είναι κοινά σε όλα τα τμήματα,

- το τμήμα (Β) περιλαμβάνει επιπλέον τη διάταξη παρακολούθησης φθοράς του οδοστρώματος (29) συνδεδεμένη στην πύλη επικοινωνίας RSB καί μία από τις δυο RFID κεραίες (30),

- το τμήμα (Γ) περιλαμβάνει τους περιβαλλοντικούς αισθητήρες (31), το υποσύστημα ανίχνευσης οχημάτων καί τη μονάδα επεξεργασίας καί επικοινωνίας (32) καί

- το τμήμα (Δ) περιλαμβάνει τα ενεργειακά στοιχεία, την ηλεκτρονική πλακέτα τροφοδοσίας (34), τα φωτοβολταϊκά πάνελ (35) καί τις επαναφορτιζόμενες (38) καί μη επαναφορτιζόμενες (39) μπαταρίες.

1.4. Ενθυλάκωση διάταξης (40) αποτελούμενη από πολυμερές υλικό, εποξίκή ρητίνη, με αντοχή σε ισχυρούς διαλύτες, ίσοπροπυλίκή αλκοόλη, βουτανόνη, δίχλωρομεθάνίο, καί με δυνατότητα επικάλυψης με υλικό οριζόντιας σήμανσης οδών.

2. Διάταξη Οδοστρώματος σύμφωνα με την αξίωση 1, που χαρακτηρίζεται από το ότι οί μηχανικοί διακόπτες (14) του υποσυστήματος ανίχνευσης οχημάτων είναι στιγμιαίας λειτουργίας καί οποίουδήποτε τύπου, όπως μεμβράνης, μεταλλικού ελάσματος, καί από το ότι ο κάθε μηχανικός διακόπτης (14) έχει μοναδικό, ανά διάταξη, αριθμό καί είναι συνδεδεμένος στην ηλεκτρονική μονάδα επεξεργασίας (13).

3. Διάταξη Οδοστρώματος σύμφωνα με τις αξιώσεις 1-2, που χαρακτηρίζεται από το ότι η ηλεκτρονική μονάδα επεξεργασίας (13) διαθέτει τις απαραίτητες δίεπαφές υλικού για τη διασύνδεση των αισθητήρων που λαμβάνουν δεδομένα μέτρησης από το οδόστρωμα.

4. Διάταξη Οδοστρώματος σύμφωνα με τις αξιώσεις 1-3, που χαρακτηρίζεται από το ότι τα τέσσερα τμήματα (Α, Β, Γ, Δ) της διάταξης διασύνδεσης επίμέρους στοιχείων, αλλάζουν σειρά τοποθέτησης προκείμένου να εξυπηρετήσουν διαφορετική αρχιτεκτονική διάταξης.

5. Διάταξη Οδοστρώματος σύμφωνα με τις αξιώσεις 1-4, που χαρακτηρίζεται από το ότι το ηλεκτρονικό κύκλωμα της προσαρμογής των μηχανικών διακοπτών στη συσκευή περιλαμβάνει γαλβανίκούς απομονωτές καί παθητικά χαμηλοπερατά φίλτρα 1ης τάξης (41) για κάθε ένα μηχανικό διακόπτη.

6. Μέθοδος λειτουργίας Διάταξης Οδοστρώματος σύμφωνα με τις αξιώσεις 1-5, η οποία χαρακτηρίζεται από το ότι εκτελείταί από τα ακόλουθα βήματα:

Α. Λειτουργία Διάταξης Οδοστρώματος (8), η οποία περιλαμβάνει

Α-1. Λειτουργία Συστήματος ανίχνευσης καί ταυτοποίησης οχημάτων

Α-1.1. Λειτουργία Υποσυστήματος ανίχνευσης οχημάτων, η οποία περιλαμβάνει τα εξής βήματα:

ΒΗΜΑ 1. Η διάταξη εισέρχεται σε κατάσταση χαμηλής κατανάλωσης.

ΒΗΜΑ 2. Γίνεται έλεγχος για ενεργοποίηση κάποιου διακόπτη. Σε περίπτωση που δεν υπάρχει ενεργοποιημένος διακόπτης, η ροή εκτέλεσης μεταβαίνει στο ΒΗΜΑ 1, διαφορετικά η ροή μεταβαίνει στο ΒΗΜΑ 3.

ΒΗΜΑ 3. Αρχίκοποίείταί η μεταβλητή t = 0, ενώ η μεταβλητή Τ λαμβάνει την τιμή T=MAX_EVENT_TIME_WINDOW. Εκτελείταί εκκίνηση του χρονομετρητή για τη μέτρηση χρόνου t.

ΒΗΜΑ 4. Γίνεται έλεγχος για ενεργοποίηση κάποιου διακόπτη.

ΒΗΜΑ 5. Σε περίπτωση που έχει ενεργοποιηθεί κάποιος διακόπτης αποθηκεύεται το μοναδικό αναγνωριστικό του (η ταυτότητα του).

ΒΗΜΑ 6. Γίνεται έλεγχος της μεταβλητής του χρόνου t. Αν είναι μεγαλύτερη της τιμής Τ, τότε η ροή εκτέλεσης μεταβαίνει στο ΒΗΜΑ 7, διαφορετικά επιστρέφει στο ΒΗΜΑ 4.

ΒΗΜΑ 7. Γίνεται υπολογισμός του αριθμού των τροχών του οχήματος από τους διακόπτες που ενεργοποιήθηκαν.

ΒΗΜΑ 8. Αν ο αριθμός των τροχών του οχήματος δεν είναι έγκυρος, η ροή εκτέλεσης επιστρέφει στο ΒΗΜΑ 1, διαφορετικά μεταβαίνει στο ΒΗΜΑ 9.

ΒΗΜΑ 9. Γίνεται υπολογισμός των παραμέτρων κίνησης.

ΒΗΜΑ 10. Γίνεται αποστολή των δεδομένων

ΒΗΜΑ 11. Η ροή εκτέλεσης επιστρέφει στο ΒΗΜΑ 1.