HUT77162A

HUT77162A - Eljárás gépjármű helyzetének meghatározására úton

Info

Publication number: HUT77162A
Application number: HU9702110A
Authority: HU
Inventors: Wilhelm Grabow
Original assignee: Kapsch Aktiengesellschaft
Priority date: 1994-11-05
Filing date: 1995-10-13
Publication date: 1998-03-02
Also published as: DE4439708A1; WO1996014626A1; ATE168486T1; EP0789898A1; DE59502850D1; US5790052A; EP0789898B1

Description

A találmány tárgya eljárás gépjármű helyzetének meghatározására úton. Az eljárás egy úton, egy első bake-állomás rövid hatótávolságú adó-vevő mezejének kommunikációs zónájában lévő és a járműkészülékével [fedélzeti egységével, OBU = on board unit] legalább egy bake-állomáshoz adatátvitelt végző gépjármű helyzetének meghatározására szolgáló eljárásból indul ki, amelynek során az átvitt adatjelből megállapítják a gépjárműnek az első bake-állomáshoz viszonyított első sebességét.

Az átfogó forgalomirányítás terén a jövőben sok olyan szolgáltatás lesz, amelyeknél meg kell határozni annak a gépjárműnek a helyzetét, amellyel éppen adatátvitel folyik. Elsősorban a díjköteles szolgáltatásoknál, például-úthasználati díjak automatikus leemelésekor vagy bizonyos nyomsávok jogosult használatának ellenőrzésekor biztosítani kell, hogy a pillanatnyi adatátvitel célzottan még akkor is egyetlen gépjárműhöz legyen hozzárendelve, ha egy bake-állomás adási-vételi tartományában több gépjármű tartózkodik. A Microstrip array antenna fór an automatic road pricing system című közleményből (European Microwave Conference 1993, Madrid, p. 351-353) már ismert, hogy több antennával egy nyomsávon olyan kis kommunikációs zónákat képeznek, hogy a kommunikációs zónában mindig csak egyetlen gépjármű tartózkodhat. Ehhez például nyomsávonként több rögzítetten irányított antennát alkalmaznak több kis, keskeny kommunikációs zóna létrehozása végett. A DE-OS 42 22 014 számú német közzétételi irat szerint a bake-állomáson olyan antennaelrendezést létesítenek, amely elektronikus úton egy utánvezetést, egy iránydiagramot egy meghatározott gépjárműre • · · ·

- 3 úgy hoz létre, hogy a szóban forgó gépjárműre egy fő vételi kéve irányul, és más, szomszédos tárgyak irányában a vételi csillapítás a fő vételi kévéhez képest nagy.

A műszaki ráfordítás ezeknél a megoldásoknál viszonylag nagy. További problémát jelent az, hogy nem lehetségesek nagyobb kommunikációs zónák, amelyekben több gépjármű tartózkodhat. Másrészt viszont kívánatos, hogy bizonyos díjmentes tájékoztatási és figyelmeztetési szolgáltatások lehetőleg sok gépjárműhöz eljussanak, például akkor, ha baleset miatt közlekedési dugó várható vagy időjárás által okozott zavarok vannak.

Ezenkívül nagy kommunikációs zóna esetén több idő áll rendelkezésre az adatátvitelhez, úgyhogy nagyon gyorsan haladó gépjárműveket is biztosan lehet észlelni.

Találmányunk célja egyszerű eljárás gépjárműhelyzet és adatátvitel egyértelmű hozzárendelésére sebességmérés segítségével .

Ezt a feladatot a találmány értelmében úgy oldjuk meg,

- hogy az útrészen, ahol a gépjármű található, az első bake-állomástól térbelileg elválasztva van legalább egy második bake-állomás, és a két kommunikációs zóna átfedi egymást,

- hogy a legalább második bake-állomás az átvitt adatjelből meghatároz egy hozzá viszonyított második járműsebességet, és

- hogy a sebességek arányából meghatározzuk az úton a gépjárműnek azt a helyzetét, amelyben megvalósítható a célzott adatátvitel ehhez a gépjárműhöz.

• · ·

- 4 A találmány különös előnye, hogy nem támaszt különleges követelményeket a vivőfrekvencia, a sávszélesség, a moduláció vagy speciális adatsorozatok átvitele vagy ezek megváltoztatása iránt. Ezért alapvetően kompatibilis a közlekedési alkalmazásokhoz szolgáló 5,8 GHz-es átvitelre vonatkozó jövőbeli szabvánnyal .

A sebességet a két bake-állomással egyidejűleg mérjük. Ezzel előnyös módon elérjük azt, hogy a gépjárműről a bakeállomásokhoz irányuló minden adatátvitelkor végzett arányképzéssel meghatározható egy olyan járműhelyzet, amelynek mindkét bake-állomáshoz meghatározott iránya van.

Előnyös továbbá, hogy a sebességméréseket-például egy, az úttestbe fektetett indukciós hurok vagy egy infravörös fénysorompó indítja, mivel ezek a berendezések az időjárástól függetlenek, és könnyen beépíthetők az útburkolatba, illetőleg könynyen felszerelhetőek a nyomsáv felett.

Ha viszont pontos helyzetmeghatározásra van szükség, akkor egy harmadik bake-állomás segítségével mérhető egy harmadik sebesség, és összehasonlító számítás útján pontosan megállapítható a gépjármű helyzete, mivel a térbeli távolság a három bakeállomástól meg van határozva.

A gyakorlat szempontjából különösen alkalmasnak tűnik a menetpálya, illetőleg út jobb és bal oldalán és az út felett történő elhelyezés, mivel ez az elrendezés ugyanarra a kommunikációs zónára irányítható.

Ellenőrzési célokból előnyös a sebességmérést előre adott időközökben ismételni.

• ·

- 5 A helyzetmeghatározás segítségével a bake-állomásokon vett adatátvitel hozzárendelhető egyetlen gépjárműhöz még akkor is, ha a kommunikációs zónában további gépjárművek vannak. Ez különösen fontos a díjköteles szolgáltatások esetében, például úthasználati díjak ráterhelésekor vagy behajtási jogosultságok vizsgálatakor. Ezenkívül egyszerű módon lehet nem-díjköteles információkat cserélni valamennyi gépjárművel.

A szolgáltatásokkal kapcsolatos visszaélések vagy szabálysértések észlelésekor egyszerű módon lehet bizonylatot készíteni, például a gépjármű lefényképezése útján.

Találmányunkat annak két példaképpen! kiviteli alakja kapcsán ismertetjük részletesebben ábráink segítségével, amelyek közül az

1. ábra az első kiviteli alak, a

2. ábra diagramgörbék, a

3. ábra a második kiviteli alak, a

4. ábra példák egy gépjármű helyzeteire.

Az 1. ábrán látható egy 10 út részlete két nyomsávval. A jobb oldali nyomsávon egy 4 gépjármű halad az 1 bake-állomás, illetőleg a 2 bake-állomás irányában. A 4 gépjármű v sebességgel halad és van egy járműkészüléke, amellyel a mikrohullámú frekvenciatartományban, előnyös módon 5,8 GHz körül, például transzponder-eljárás szerint adatátviteli kapcsolatban van az 1, 2 bake-áilomással. Az 1 és 2 bake-állomásnak megfelelő, egyvagy kétantennás adója van. Ezek az adók a 10 út egy részét, mint kommunikációs zónát, besugározzák. Adási frekvenciájukat a

DE-OS 42 13 880 számú német közzétételi irat szerint lehet be• · · ·

- 6 állítani. Ilyen adó-vevőberendezés például a DE 41 07 803 Al számú német szabadalmi bejelentésből ismert, és ezért nem kell részletesebben taglalni. Opcionálisan egy elektromágneses vagy optikai 7 távadó van például indukciós hurokként az útburkolatba beágyazva vagy infravörös fénysorompóként a menetpálya felett vagy a menetpálya szélén elhelyezve. Amikor a gépjármű működteti 7 távadót, akkor ez jelet ad az 1 és 2 bake-állomásra az adatátvitel vagy sebességmérés indítására. Az 1, 2 bakeállomás előnyös módon a 10 út jobb és bal oldalán van elhelyezve, és a gépjármű adott helyzetében a gépjárművel a, illetőleg β szöget zár be. Mivel az 1, 2 bake-állomás az út közepére szimmetrikusan van elhelyezve, ezért az 1 bake-állomáshoz viszonyított sebesség V]_ = v * cos a, és a 2 bake-állomáshoz viszonyított sebesség V2 = v * cos β. Az 1, 2 bake-állomás a két, vj_ és v£ sebességjelet az 5 értékelő egységre adja, amely ebből megállapítja a gépjármű 6 helyzetét.

A helyzetmeghatározást a 2. ábra kapcsán ismertetjük részletesebben. A 2. ábrán azonos v]_/v2 sebességarányokat ábrázoló vonalak (sebességprofilok) láthatók. Az 1, 2 bake-állomás ugyanúgy, mint az 1. ábrán, a 10 úton jobb és bal oldalon, a menetpálya közepére szimmetrikusan van elhelyezve. Az 1 bakeállomás és a 2 bake-állomás közötti távolság a, úgyhogy az út közepétől a/2 távolságban vannak. Ha egy gépjármű a 10 út középvonalán haladna, akkor az 1 és 2 bake-állomás által mért sebesség minden időpontban egyenlő lenne, vagyis a sebességek aránya vj_/v2 = 1. Ha viszont a gépjármű - úgy, mint az 1. ábrán • ·

- 7 - a 10 út jobb oldalán halad, akkor az 1 bake-állomáshoz viszonyított sebesség kisebb a 2 bake-állomáshoz viszonyított sebességnél. Ezt az a, b és c jelű görbe ábrázolja. A példákban egyszerűsítés végett feltételeztük, hogy a bakeállomások és a járműkészülék magassága egyenlő. Az a jelű görbénél a sebességarány V]_/v2 = 0,25, a b jelű görbénél V]_/v2 = 0,5, és a c jelű görbénél v]_/v2 = 0,75. Ha viszont a gépjármű a bal nyomsávban közeledik az 1 bake-állomáshoz, akkor az 1 bake-állomás által mért sebesség nagyobb a 2 bake-állomás által mért sebességnél, mivel a 2 bake-állomás messzebb van a gépjárműtől, mint az 1 bake-állomás. Ennek megfelelően az e jelű görbénél a sebességarány v]_/vg = 1,3, az f jelű görbénél v]_/v2 = 2, és a g jelű görbénél V]_/v2 = 4. A d jelű görbénél, a középvonalon V]_/v2 =

1.

Két bake-állomással nem lehet a gépjármű helyzetét pontosan meghatározni. A vi/^v2 = cos a /cos β arányokkal a gépjármű bármilyen lehetséges helyzetére lehet vonalakat meghatározni. Ilyen járműhelyzet észlelésekor ezt a sebességarányt egy felismerési kódhoz lehet hozzárendelni, amelyet egy bake-állomás és a gépjármű közötti adatátvitellel kombinálunk, például díjköteles szolgáltatások célzott átvitelére, úthasználati díjak leemelésére, behajtási jogosultságok ellenőrzésére, stb. A felismerési kód lehetővé teszi, hogy csak

egyetlen gépjárművel lépjünk kapcsolatba, mivel a kommunikációs zónában minden más gépjárműnek más a sebességaránya, és így más felismerési kódot kap. Ellenőrzés végett a sebességmérés ismételhető, például minden adatátvitelkor elvégezhető. Minthogy a sebességarányok nagyjából párhuzamosak a gépjármű menetirányával, minél közelebb ér a gépjármű a bake-állomásokhoz, ezért így biztos felismerési kódot kapunk az adott gépjárműhöz. Elsősorban két szomszédos nyomsávon két párhuzamosan haladó gépjármű vagy találkozó (egymással szemben haladó) gépjármű között lesz egyértelműen különböző sebességarány, mivel a sebességarány a jobb nyomsávon 1-nél mindig kisebb, és a bal nyomsávon 1-nél mindig nagyobb.

Pontos helyzetmeghatározás a 3. ábra szerinti második kiviteli alakkal lehetséges, amelyben három, 1, 2 és 3 bakeállomást alkalmazunk. Az 1 és 3 bake-állomás úgy van elhelyezve, mint az 1. ábrán. A harmadik bake-állomás elhelyezhető az út felett, például a 10 út középvonala felett. A 3. ábra szerint a gépjármű az egyes bake-állomásokkal rendre α, β, χ menetszöget zár be. Az első, 1 bake-állomás és a második, 2 bakeállomás közötti sebességarányt a vi/^v2 = cos a /cos β (1. egyenlet) határozza meg. A 2 bake-állomás és a 3 bake-állomás között a sebességarány • ·· · ·· ·· ·

- 9 Minthogy ^ν2/^ν3 ~ cos β /cos χ (2. egyenlet) cos α = Y/z^ és z]_

(a + x) ²] , ezért cos a

(a + x) ²] (3. egyenlet)

Minthogy ugyanígy cos β = Y/Z2 es z₂ [ y² + x^z ezért cos β

+ χ2] .

(4 . egyenlet), es cos χ = Υ/ζβ es \í ^z3 ⁼ \í[ Y^{Z +} ~ ^x) ezért cos χ =

(b

x) ²] .

(5 . egyenlet) .

- 10 Ζ]_, Ζβ, Ζβ a mindenkori távolság a gépjármű és az 1, 2, 3 bake-állomás között. Az öt ismeretlent (ot, β, χ, x, y) és a vj_ νβ, V3, a, b ismert mennyiséget tartalmazó öt egyenletből kiszámíthatók a gépjármű helyzetének 3. ábra szerinti koordinátái. Az egyes paramétereket (a, b, x, y, ζχ, Ζβ, Ζβ, α, β, χ)

3. ábrából lehet megkapni. Az 5 értékelő egység lehet például egy mikroszámítógép megfelelő programmal, amely a 6 helyzetben a gépjármű x, y helyzetét a fenti egyenletek alapján kiszámítja.

A 4. ábrán ezeknek az összefüggéseknek a szemléltetése vé gett ábrázoltuk a 10 út különböző részeit az 1, 2, 3 bakeállomással és a bake-állomások által mért νχ νβ, V3 járműsebességekkel. Ha gépjármű például a 11 nyomsávban van, akkor az 1 bake-állomáshoz képest mért vj_ sebesség nagyobb, mint a 2 bake-állomáshoz képest mért νβ sebesség. Ha viszont a gépjármű a 12 nyomsávban van, akkor a 2 bake-állomáshoz képest mért νβ sebesség nagyobb, mint az 1 bake-állomáshoz képest mért vj_ sebesség. A megfelelő arányok állnak fenn a 13 és 14 nyomsávban is, amikor a gépjármű a 2 és 3 bake-állomáshoz közeledik. A 13 nyomsávban a 2 bake-állomáshoz viszonyított sebesség nagyobb, mint a 3 bake-állomáshoz viszonyított sebesség, és megfelelően a 14 nyomsávban a 3 bake-állomáshoz viszonyított sebesség nagyobb, mint a 2 bake-állomáshoz viszonyított sebesség. Továbbá a 13, 14 nyomsávban a 3 bake-állomáshoz viszonyított V3 sebesség nagyobb, mint az 1 bake-állomáshoz viszonyított νχ sebesség. Másrészt a 11, 12 nyomsávban az 1 bake-állomáshoz viszo• · »·

- 11 nyitott V]_ sebesség nagyobb, mint 3 bake-állomáshoz viszonyít

V3 sebesség. Mindez a 4. ábra szimmetriaviszonyaiból adódik.

Ennek az ábrának a segítségével a mért sebességértékekből számítás nélkül meghatározhatóak a gépjárműhelyzetek tartományai. Ha a járműkészülék háromnál több bake-állomással kommunikál, akkor a helyzetmeghatározás pontossága fokozható, illetőleg mérési hibákat lehet kompenzálni.

Ezeknek a helyzetmeghatározásoknak a segítségével a bakeállomásokkal vagy egy preferált bakeállomással végzett adatátvitel során például vizsgálhatóak és ellenőrizhetőek díjköteles szolgáltatások, így úthasználati díjak leemelése vagy behajtási jogosultságok meghatározott nyomsávokra, amelyek például menetrend szerinti autóbuszok, rendőrség vagy tűzoltóság számára vannak fenntartva. Rendellenesség észlelésekor például egy hozzákapcsolt fényképezőgéppel a gépjárművet automatikusan le lehet fényképezni.

Claims

1. Eljárás egy úton, egy első bake-állomás rövid hatótávolságú adó-vevő mezejének kommunikációs zónájában mozgó és járműkészülékével [fedélzeti egységével, OBU - on board unit] legalább egy bake-állomáshoz adatátvitelt végző gépjármű helyzetének meghatározására, amelynek során az átvitt adatjelből megállapítjuk a gépjárműnek az első bake-állomáshoz viszonyított első sebességét, azzal jellemezve,

- hogy azon az útrészen, ahol a gépjármű (4) található, a: első bake-állomástól (1) térbelileg elválasztva van legalább egy második bake-állomás (2, 3), és a két kommunikációs zóna átfedi egymást,

- hogy a legalább második bake-állomás (2) az átvitt adatjelből meghatároz egy hozzá viszonyított második járműsebességet (V2), és

- hogy a sebességek (v]_, V2> arányából meghatározzuk az úton (10) a gépjárműnek (4) azt a helyzetét, amelyben megvalósítható a célzott adatátvitel ehhez a gépjárműhöz.

2) térbelileg elválasztottan úgy van elhelyezve, hogy a gépjármű (4) és a három bake-állomás (1, 2, 3) között egyidejűleg vagy rövid időközön belül következik be egy adatátvitel.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gépjármű (4) a bake-állomások (1, 2) sebességmérésének (v]., V2) indítását előnyös módon ugyanabban az időpontban hajtja végre.

• * ·»· · « a «··* • ·

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gépjárműről (4) a bake-állomásokhoz (1) irányuló minden adatátvitelkor sebességmérést végzünk.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a sebességmérések (νχ, v₂) indítását elektromágneses vagy optikai távadó (7) végzi.

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a sebességméréshez alkalmazunk egy harmadik bake-állomást, amely az első és a második bake-állomástól (1,

6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a három bake-állomás (1, 2, 3) egy nyomsávra van irányítva, és előnyös módon a nyomsávtól jobbra, balra és a nyomsáv felett, a menetpálya közepéhez képest előnyös módon szimmetrikusan van elhelyezve.

7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy előre adott időközben ismételten végzünk sebességméréseket (V]_, v₂, V3) .

8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az adatátviteleket egy preferált gépjármű (4) és legalább egy vagy több bake-állomás (vj_, v₂, V3) között a megállapított sebességprofiltól függően végezzük.

9. A 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az adatátviteleket előre adott szolgáltatások számára, előnyös módon díjak leemelése vagy behajtási jogosultság vizsgálata vé gett alkalmazzuk.

10. A 8. vagy 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szolgáltatások előírásainak megsértése esetén bi zonylatot készítünk, előnyös módon a gépjármű lefényképezésével .