RU2469890C2

RU2469890C2 - Method for traffic safety ensuring

Info

Publication number: RU2469890C2
Application number: RU2010142380/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Андреевич Меньтюков; Владимир Васильевич Рыбкин
Original assignee: Александр Андреевич Меньтюков; Владимир Васильевич Рыбкин
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2012-12-20
Also published as: RU2010142380A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: method includes synchronisation of reference transmitters clocks, measuring time of radio signal run from antennas of three and more reference transmitters located at distance from transport facilities (TF) and pedestrian to antenna of radio navigation device located on TF or pedestrian, calculation of TF and pedestrian coordinates using computing device, transmission of TF and pedestrian coordinates data and their identification numbers to information computer centre via radio channel, and transmission of alert signals to road users. Radio masts with reference transmitters are installed along roadway in fixed points with known three-dimensional coordinates of antennas. Reference transmitters clock synchronisation with the clock of information computer centre is performed via existing between them optical carrier. Digital road map is created by means of splitting roadway into pixels with known three-dimensional coordinates, with indication of coordinates and meanings of road signs and traffic lights. On TF, two radio navigation devices mutually spaced along TF longitudinal axis are installed, and from their continuously measured three-dimensional coordinates and digital road map the TF position relative to axial line of roadway is determined at any moment.

EFFECT: invention provides higher traffic safety.

8 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области систем обеспечения безопасности дорожного движения и может быть использовано при создании конструкций транспортных средств и дорожной инфраструктуры, отвечающих повышенным требованиям безопасности.The invention relates to the field of road safety systems and can be used to create vehicle designs and road infrastructure that meet increased safety requirements.

Известен способ обеспечения безопасности дорожного движения [1], основанный на информировании водителя с помощью установки вдоль дорожного полотна пассивных дорожных знаков (предупреждающих, запрещающих, предписывающих), проведении на дорожном полотне горизонтальной разметки в виде линий, стрел, надписей, устанавливающих определенные режимы и порядок движения, проведения вертикальной разметки в виде сочетания черных и белых полос на дорожных сооружениях и элементах оборудования дорог для указания их габаритов, установку вдоль дорожного полотна видеокамер для фиксации нарушений правил дорожного движения и определения номеров автомобилей. Недостатком данного способа является низкая эффективность при движении в условиях плохой видимости из-за плохой погоды или в ночное время.There is a method of ensuring road safety [1], based on informing the driver by installing passive road signs (warning, prohibiting, prescribing) along the roadway, making horizontal markings on the roadway in the form of lines, arrows, signs that establish certain modes and order movement, vertical marking in the form of a combination of black and white stripes on road structures and road equipment elements to indicate their dimensions, installation along the roads of paintings cameras to commit violations of traffic rules and definitions of numbers of cars. The disadvantage of this method is the low efficiency when driving in conditions of poor visibility due to bad weather or at night.

Известна система безопасности дорожного движения Advanced Automatic Crash Notification (AACN) фирмы GM, реализация которой основана на установке внутри автомобиля системы датчиков подключенных к компьютерному измерительному модулю. По сигналам с датчиков измерительный модуль определяет число пассажиров, скорость автомобиля и место удара по автомобилю при столкновениях. По величине изменения скорости автомобиля в единицу времени (ускорению) определяется степень серьезности аварии по стандартной шкале, разработанной Национальной администрацией дорожного движения на шоссейных дорогах (США). Эту информацию измерительный модуль передает по радиоканалу оператору, который принимает решение о вызове к месту аварии служб оказания помощи. Недостатком данного способа является низкая информированность водителя о ситуации на дороге, что увеличивает вероятность дорожно-транспортного происшествия.GM's road safety system Advanced Automatic Crash Notification (AACN) is known, the implementation of which is based on the installation of a sensor system connected to a computer measuring module inside the car. Using signals from the sensors, the measuring module determines the number of passengers, the speed of the car and the place of impact on the car in a collision. The magnitude of the change in vehicle speed per unit time (acceleration) determines the severity of the accident on a standard scale developed by the National Highway Administration on Highways (USA). The measuring module transmits this information over the air to the operator, who decides to call the assistance services at the accident site. The disadvantage of this method is the low awareness of the driver about the situation on the road, which increases the likelihood of a traffic accident.

Известен способ обеспечения безопасности дорожного движения, предложенный компанией Toyota, основанный на развертывании вдоль дорог информационных сетей, позволяющих вести обмен информацией между объектами «автомобиль-автомобиль», «автомобиль-дорога», «автомобиль-пешеход». Информационная сеть позволяет автомобилю получать информацию о показаниях светофоров, дорожных знаках, возможных препятствиях на дорогах. Эта информация докладывается водителю с помощью звуковых и визуальных сигналов [3, 4]. Недостатком данного способа является отсутствие информации о точных координатах участников дорожного движения (автомобилей и пешеходов), что снижает точность их взаимодействия на дороге и увеличивает вероятность аварии.There is a known method of road safety, proposed by Toyota, based on the deployment along the roads of information networks that allow for the exchange of information between objects "car-car", "car-road", "car-pedestrian". The information network allows the car to receive information about the indications of traffic lights, road signs, possible obstacles on the roads. This information is reported to the driver using sound and visual signals [3, 4]. The disadvantage of this method is the lack of information on the exact coordinates of road users (cars and pedestrians), which reduces the accuracy of their interaction on the road and increases the likelihood of an accident.

Известна навигационно-информационная система, основанная на использовании инфраструктуры и частотных ресурсов существующих передающих телевизионных центров [12]. Работа системы основана на использовании сигналов от существующих глобальных навигационных спутниковых систем (типа ГЛОНАСС или GPS) и контрольно-корректирующей базовой станции для введения дифференциальных поправок. Система включает в себя абонентские терминалы приема информации с комплектом устройств, предназначенных для приема дифференциальных поправок, передаваемых с телевизионного центра. Недостатком системы является небольшой радиус действия, ограниченный зоной уверенного приема радиосигналов с телевизионного центра (до 200 км). Другим недостатком системы является низкая точность измерения координат абонента. Известно [8], что при использовании спутниковых систем, после введения дифференциальной поправки, погрешность определения координат стационарных объектов составляет 2 м, а подвижных объектов 5 м. К дополнительному снижению точности приводит также возможность появления неблагоприятной геометрии расположения видимых спутников (приблизительно на одной прямой).Known navigation information system based on the use of infrastructure and frequency resources of existing transmitting television centers [12]. The system is based on the use of signals from existing global navigation satellite systems (such as GLONASS or GPS) and a control and correction base station for introducing differential corrections. The system includes subscriber terminals for receiving information with a set of devices designed to receive differential corrections transmitted from a television center. The disadvantage of the system is its small range, limited by the zone of reliable reception of radio signals from a television center (up to 200 km). Another disadvantage of the system is the low accuracy of measuring the coordinates of the subscriber. It is known [8] that when using satellite systems, after the differential correction is introduced, the error in determining the coordinates of stationary objects is 2 m, and for moving objects 5 m. The possibility of the appearance of an unfavorable geometry of the location of visible satellites also leads to an additional decrease in accuracy (approximately on one straight line) .

Известен способ радионавигации и региональная система для ее осуществления [13], при реализации которого региональное радионавигационное поле создают с помощью сети из N синхронизированных станций, работающих на низкой несущей частоте 80 кГц. В данном способе, как и в других региональных системах радионавигации, используется разреженная сеть опорных передатчиков. Так для территории Казахстана предполагаемое число передатчиков равно 7. В региональных системах радионавигации, опорные передатчики, как правило, находятся за пределами прямой видимости с подвижных объектов. Поэтому для обеспечения приема сигнала от удаленного передатчика, в данном способе используется очень низкая несущая частота сигнала 80 кГц. В данном случае используется свойство радиоволн - огибать препятствия с характерным размером d, если выполняется условие λ≥d, где λ - длина волны. Так при частоте f=80 кГц λ=c/f=3.75 км, где с=2.9979·10⁸ м/с - скорость света в вакууме, т.е. λ сравнима с размерами естественных препятствий (например, холмов). Поскольку радиоволны в данном случае распространяются не по прямой линии, то это приводит к снижению точности измерения задержки сигнала. Например, если вертикальный размер препятствия равен λ/4, то погрешность определения временной задержки Δt=λ/4c. Это означает, что координата объекта будет измерена с большой погрешностью порядка Δx=cΔt=940 м. Так известные региональные радионавигационные системы «Лоран С» (США) и «Чайка» (Россия) обладают высокой абсолютной погрешностью определения координат 120-700 м [14, 17]. Недостатком способа является также то, что синхронизация излучения станций осуществляется с помощью радиосигналов, распространяющихся в воздушной среде, что приводит к влиянию радиопомех. Также известно [14], что скорость распространения радиоволн зависит от таких физических параметров воздушной среды как влажность, температура и давление. Пространственные и временные хаотические изменения этих параметров ведут к снижению точности синхронизации излучения станций, что, в свою очередь, ведет к снижению точности измерений координат объектов.A known method of radio navigation and a regional system for its implementation [13], when implemented, a regional radio navigation field is created using a network of N synchronized stations operating at a low carrier frequency of 80 kHz. In this method, as in other regional radio navigation systems, a sparse network of reference transmitters is used. So for the territory of Kazakhstan, the estimated number of transmitters is 7. In regional radio navigation systems, reference transmitters, as a rule, are outside the line of sight from moving objects. Therefore, to ensure the reception of a signal from a remote transmitter, this method uses a very low carrier frequency of a signal of 80 kHz. In this case, the property of radio waves is used - to go around obstacles with a characteristic size d, if the condition λ≥d is satisfied, where λ is the wavelength. So, at a frequency f = 80 kHz, λ = c / f = 3.75 km, where c = 2.9979 · 10 ⁸ m / s is the speed of light in vacuum, i.e. λ is comparable to the size of natural obstacles (e.g. hills). Since the radio waves in this case do not propagate in a straight line, this leads to a decrease in the accuracy of measuring signal delay. For example, if the vertical size of the obstacle is λ / 4, then the error in determining the time delay is Δt = λ / 4c. This means that the object’s coordinate will be measured with a large error of the order of Δx = cΔt = 940 m. Thus, the well-known regional radio navigation systems “Laurent S” (USA) and “Chaika” (Russia) have a high absolute error in determining the coordinates of 120-700 m [14 , 17]. The disadvantage of this method is that the synchronization of radiation from stations is carried out using radio signals propagating in the air, which leads to the influence of radio interference. It is also known [14] that the speed of propagation of radio waves depends on such physical parameters of the air as humidity, temperature and pressure. Spatial and temporal chaotic changes in these parameters lead to a decrease in the accuracy of synchronization of radiation from stations, which, in turn, leads to a decrease in the accuracy of measurements of the coordinates of objects.

Известен способ создания цифровой карты дороги путем построения графов [15]. Граф дорог является цифровой векторной картой дороги и представляет собой совокупность топологически связанных дуг и узлов, которые передают маршруты движения транспортных средств [16]. Недостатком такого способа построения цифровой карты дороги является то, что он не позволяет определять положение транспортного средства относительно осевой линии и краев дорожного полотна.A known method of creating a digital road map by constructing graphs [15]. The road graph is a digital vector road map and is a collection of topologically connected arcs and nodes that transmit vehicle routes [16]. The disadvantage of this method of constructing a digital road map is that it does not allow to determine the position of the vehicle relative to the center line and the edges of the roadway.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому решению является способ обеспечения безопасности дорожного движения, предложенный компанией Nis-san [5], основанный на использовании навигационной системы GPS [6, 7, 8]. При реализации данного способа пешеход снабжается специальным радионавигационным устройством (GPS-приемником), например, встроенным в мобильный телефон. Второй GPS-приемник устанавливается в автомобиле. Автомобиль и пешеход определяют свои координаты, скорость и направление движения и регулярно передают эту информацию в специальный информационный компьютерный центр. Информационный центр обрабатывает эти данные. Если возникает вероятность столкновения, информационный центр передает участникам движения предупреждающие сигналы. Недостатком данного способа является невысокая точность определения координат объектов. Типичная погрешность гражданских автономных GPS-приемников в горизонтальной плоскости составляет 15 метров. При хорошей видимости спутников она может уменьшиться до 5 метров [6]. Одна из составляющих погрешности связана с тем, что радиус орбиты навигационных спутников составляет около 20000 км и основная часть пути радиоволн проходит в ионосфере. Неконтролируемые задержки радиоволн в ионосфере приводят к ошибкам порядка 20-30 метров днем и 3-6 метров ночью. Несмотря на то, что сообщения, передаваемые с борта навигационного спутника, содержат в себе модель ионосферы, компенсация фактической задержки в лучшем случае составляет 50% [8]. Другая составляющая погрешности связана с задержками при прохождении радиоволн в тропосфере. Величина этого вида погрешности может достигать 30 метров [8]. Существует также эфемеридная погрешность, обусловленная тем, что спутник движется по орбите. Ошибка вызвана несоответствием расчетного положения спутника с фактическим. Величина этой погрешности достигает 3 метров [8]. Применение метода дифференциальной коррекции с использованием наземной базовой станции с известными координатами позволяет несколько уменьшить погрешности, обусловленные задержкой сигналов, и эфемеридные погрешности, но они все еще остаются достаточно большими. После проведения коррекции погрешность при определении координат подвижных объектов составляет 5 метров, а стационарных 2 метра [8]. Однако метод дифференциальной коррекции улучшает результаты измерений координат лишь для объектов, находящихся вблизи от базовой станции, то есть там, где сохраняются одинаковые условия прохождения радиоволн в ионосфере и тропосфере. К другим недостаткам системы GPS следует отнести влияние геометрии расположения видимых спутников на точность вычисления координат. Примером плохой геометрии, снижающей точность определения координат, является расположение спутников приблизительно на одной прямой. В городах, где имеются высокие здания, или в горах сигналы от отдельных спутников могут быть экранированы, что делает невозможным определение координат, если число видимых спутников оказывается меньше 3. В городах и горах отрицательное влияние на точность определения координат оказывают и отраженные радиоволны. В системе GPS влияние геометрии, эффекта экранировки и отраженных волн невозможно устранить или уменьшить выбором места расположения опорных радиопередатчиков, так как они установлены на спутниках, постоянно меняющих свои координаты. Из-за постоянного перемещения спутников и непостоянства скорости распространения радиосигнала между ними и наземным пунктом управления возникают трудности установки на атомных часах спутников единого (унифицированного) времени, что снижает точность измерений. К недостаткам известного способа следует также отнести и то, что система GPS не всегда доступна для гражданского пользователя. Так во время конфликта в Ираке гражданский сектор GPS был отключен [6]. Спутниковая навигационная система ГЛОНАСС российского производства имеет потенциальные технические характеристики сходные с системой GPS [9, 10]. Из-за невысокой точности определения координат участников дорожного движения при реализации известного способа продолжает оставаться высокой вероятность столкновения между автомобилями, а также между автомобилями и пешеходами.The closest in technical essence to the claimed solution is a method of ensuring road safety, proposed by Nis-san [5], based on the use of a GPS navigation system [6, 7, 8]. When implementing this method, the pedestrian is equipped with a special radio navigation device (GPS receiver), for example, built into a mobile phone. A second GPS receiver is installed in the car. A car and a pedestrian determine their coordinates, speed and direction of movement and regularly transmit this information to a special information computer center. The information center processes this data. If a collision is likely, the information center transmits warning signals to traffic participants. The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the coordinates of objects. A typical error of civilian autonomous GPS receivers in the horizontal plane is 15 meters. With good visibility of satellites, it can decrease to 5 meters [6]. One of the components of the error is due to the fact that the radius of the orbit of navigation satellites is about 20,000 km and the main part of the path of radio waves passes in the ionosphere. Uncontrolled delays of radio waves in the ionosphere lead to errors of the order of 20-30 meters during the day and 3-6 meters at night. Despite the fact that the messages transmitted from the navigation satellite contain an ionosphere model, the compensation of the actual delay in the best case is 50% [8]. Another component of the error is associated with delays in the passage of radio waves in the troposphere. The magnitude of this type of error can reach 30 meters [8]. There is also an ephemeris error due to the satellite moving in orbit. The error is caused by a mismatch between the calculated satellite position and the actual one. The value of this error reaches 3 meters [8]. The application of the differential correction method using a ground-based base station with known coordinates can somewhat reduce errors due to signal delay and ephemeris errors, but they still remain quite large. After the correction, the error in determining the coordinates of moving objects is 5 meters, and stationary 2 meters [8]. However, the differential correction method improves the results of coordinate measurements only for objects located near the base station, that is, where the same conditions for the passage of radio waves in the ionosphere and troposphere are preserved. Other disadvantages of the GPS system include the influence of the geometry of the location of visible satellites on the accuracy of the calculation of coordinates. An example of poor geometry that reduces the accuracy of determining coordinates is the location of satellites on approximately one straight line. In cities where there are tall buildings, or in the mountains, signals from individual satellites can be shielded, which makes it impossible to determine the coordinates if the number of visible satellites is less than 3. In cities and mountains, reflected radio waves also have a negative effect on the accuracy of determining coordinates. In the GPS system, the influence of geometry, screening effect and reflected waves cannot be eliminated or reduced by choosing the location of the reference radio transmitters, since they are installed on satellites that are constantly changing their coordinates. Due to the constant movement of satellites and the inconsistency of the propagation speed of the radio signal between them and the ground control point, it becomes difficult to install a single (unified) time satellite satellites, which reduces the accuracy of the measurements. The disadvantages of this method should also include the fact that the GPS system is not always available for civilian users. So during the conflict in Iraq, the civilian GPS sector was disabled [6]. The Russian-made GLONASS satellite navigation system has potential technical characteristics similar to the GPS system [9, 10]. Due to the low accuracy of determining the coordinates of road users during the implementation of the known method, the likelihood of a collision between cars, as well as between cars and pedestrians, remains high.

Задачей изобретения является обеспечение безопасности дорожного движения. Поставленная задача решается предлагаемым нами способом обеспечения безопасности дорожного движения, включающем синхронизацию часов опорных радиопередатчиков, измерение времени пробега радиосигнала от антенн трех или более опорных радиопередатчиков, находящихся на удалении от транспортного средства и пешехода до антенны радионавигационного устройства, находящегося на транспортном средстве и пешеходе, вычисление координат транспортного средства и пешехода с помощью вычислительного устройства, передачу по радиоканалу информации о координатах транспортных средств и пешеходов, их идентификационных номеров в информационный центр, передачу участникам дорожного движения предупреждающих сигналов. Способ отличается тем, что вдоль дорожного полотна в фиксированных точках с известными трехмерными координатами антенн устанавливают радиовышки с опорными радиопередатчиками, синхронизацию часов опорных радиопередатчиков с часами информационного компьютерного центра осуществляют посредством периодической посылки синхронизирующих сигналов по имеющейся между ними оптоволоконной линии связи, предварительно создают цифровую карту дороги, путем разбиения дорожного полотна на пиксели с известными трехмерными координатами, с указанием координат и значений дорожных знаков, светофоров, на транспортном средстве устанавливают два радионавигационных устройства, разнесенных вдоль продольной оси транспортного средства, по их постоянно измеряемым трехмерным координатам и по цифровой карте дороги определяют положение продольной оси транспортного средства относительно осевой линии дорожного полотна.The objective of the invention is to ensure road safety. The problem is solved by our proposed method of road safety, including synchronizing the clock of the reference radio transmitters, measuring the travel time of the radio signal from the antennas of three or more reference radio transmitters located at a distance from the vehicle and the pedestrian to the antenna of the radio navigation device located on the vehicle and pedestrian, vehicle and pedestrian coordinates using a computing device, radio transmission of information about the coordinates of vehicles and pedestrians, their identification numbers in the information center, the transmission of warning signals to road users. The method is characterized in that along the roadway at fixed points with known three-dimensional coordinates of the antennas, radio towers with reference radio transmitters are installed, the clock of the reference radio transmitters and the clock of the information computer center are synchronized by periodically sending synchronizing signals via the optical fiber communication link between them, and a digital road map is preliminarily created , by dividing the roadway into pixels with known three-dimensional coordinates, indicating m coordinate values and traffic signs, traffic lights, a vehicle mounted navigation device two spaced apart along the longitudinal axis of the vehicle, they are constantly measured three-dimensional coordinates and the digital road map is determined position of the vehicle's longitudinal axis relative to the center line of the roadway.

При этом целесообразно по всей длине дороги равномерно располагать несколько информационных компьютерных центров, сообщающихся между собой и с опорными радиопередатчиками посредством радио, кабельных и оптоволоконных линий связи.At the same time, it is advisable to arrange several computer information centers uniformly along the entire length of the road, communicating with each other and with reference radio transmitters via radio, cable and fiber-optic communication lines.

На каждой радиовышке опорных радиопередатчиков целесообразно устанавливать радиоприемник с ретранслятором и информацию от транспортного средства или пешехода передавать по радиоканалу на ближайший из этих радиоприемников, а затем ретранслировать по оптоволоконной линии связи в ближайший компьютерный информационный центр.It is advisable to install a radio receiver with a repeater on each radio tower of the reference radio transmitters and transmit information from the vehicle or pedestrian via the radio channel to the nearest of these radio receivers, and then relay through the fiber optic communication line to the nearest computer information center.

В информационном компьютерном центре необходимо устанавливать атомные часы и синхронизировать с ними часы опорных передатчиков и унифицированное время передавать по радио на радионавигационное устройство, расположенное на транспортном средстве и пешеходе и использовать при вычислениях их координат.It is necessary to set the atomic clock in the computer information center and synchronize the clocks of the reference transmitters with them and transmit the unified time by radio to the radio navigation device located on the vehicle and the pedestrian and use them in calculating their coordinates.

В информационном компьютерном центре необходимо вести подсчет транспортных средств, движущихся по пересекающимся дорогам и вырабатывать сигналы для оптимального управления светофорами на перекрестках и информацию о показаниях светофоров передавать транспортным средствам и пешеходам.In the computer information center, it is necessary to count vehicles moving along intersecting roads and generate signals for optimal control of traffic lights at intersections and transmit information about traffic signals to vehicles and pedestrians.

Для реализации функции автопилота на транспортном средстве необходимо устанавливать электропривод руля, электропривод педали газа, электропривод педали тормоза, электропривод педали сцепления, управление которыми осуществляют при помощи вычислительного устройства транспортного средства с использованием трехмерной цифровой карты дороги с дорожными знаками и измеренных на транспортном средстве его трехмерных координат и положения продольной оси относительно осевой линии дорожного полотна, а также поступающей из информационного компьютерного центра информации о координатах других участников дорожного движения. Кроме того, для получения дополнительной информации о препятствиях на дороге на транспортном средстве целесообразно устанавливать радиоволновые и ультразвуковые радары, лазерные дальномеры и видеокамеры для кругового обзора.To implement the autopilot function on a vehicle, it is necessary to install an electric steering wheel, an electric gas pedal, an electric brake pedal, an electric clutch pedal, which are controlled by the vehicle’s computing device using a three-dimensional digital road map with road signs and its three-dimensional coordinates measured on the vehicle and the position of the longitudinal axis relative to the axial line of the roadway, as well as coming from the information to mpyuternogo center coordinate information to other road users. In addition, to obtain additional information about obstacles on the road in a vehicle, it is advisable to install radio wave and ultrasonic radars, laser rangefinders and video cameras for all-round viewing.

Для обеспечения безопасности вождения транспортного средства при нарушении нормального режима работы двигателя или потере водителем адекватности управление транспортным средством осуществляется из информационного компьютерного центра. При этом транспортное средство управляемое автопилотом, автоматически паркуется по программе, заложенной в автопилоте.To ensure the safety of driving a vehicle in violation of the normal engine mode or loss of adequacy by the driver, the vehicle is controlled from the computer information center. In this case, the vehicle driven by the autopilot automatically parks according to the program embedded in the autopilot.

Контроль работы транспортного средства целесообразно проводить путем непрерывного слежения за температурой работающего двигателя, давлением масла, количеством топлива, а адекватность водителя целесообразно определять с помощью расположенных в салоне транспортного средства устройств слежения за физическим состоянием водителя таких, как датчик частоты пульса, датчик температуры тела, датчик частоты дыхания, видеокамера для определения состояния открытия-закрытия глаз. Кроме того, в салоне транспортного средства устанавливают датчики для определения содержания в атмосфере вредных веществ, например угарного и углекислого газов, а также паров топлива, алкоголя, наркотических веществ. В случае выхода хотя бы одного из контролируемых параметров за допустимые пределы, принимается решение об остановке транспортного средства.It is advisable to monitor the operation of the vehicle by continuously monitoring the temperature of the running engine, oil pressure, fuel quantity, and it is advisable to determine the driver’s adequacy using the vehicle’s physical condition monitoring devices, such as a heart rate sensor, body temperature sensor, and a sensor located in the vehicle’s interior. respiratory rate, video camera to determine the state of opening-closing of the eyes. In addition, sensors are installed in the vehicle interior to determine the content of harmful substances in the atmosphere, such as carbon monoxide and carbon dioxide, as well as fuel vapor, alcohol, and narcotic substances. If at least one of the controlled parameters goes beyond the permissible limits, a decision is made to stop the vehicle.

На фиг.1 показана схема измерения координат участников дорожного движения.Figure 1 shows a diagram of measuring the coordinates of road users.

На фиг.2 показана схема измерения временной задержки радиосигнала, приходящего от опорного радиопередатчика, по одинаковым участкам псевдослучайного кода в передатчике и в радионавигационном устройстве.Figure 2 shows a diagram of the measurement of the time delay of a radio signal coming from a reference radio transmitter over identical portions of a pseudo-random code in a transmitter and in a radio navigation device.

На фиг.1 и фиг.2: 1, 2, 3, 4 - блоки опорных радиопередатчиков с антеннами, установленные на радиовышках 5, 6, 7, 8; 9, 10 - транспортные средства; 11, 12 - пешеходы; 13, 14 - дорожное полотно; 15 - информационный компьютерный центр с радиовышкой 16; 17 - псевдослучайный код в радионавигационном устройстве на транспортном средстве или пешеходе; 18 - псевдослучайный код, передаваемый опорным радиопередатчиком; t - ось времени, t_i - временная задержка сигнала.In figure 1 and figure 2: 1, 2, 3, 4 - blocks of the reference radio transmitters with antennas mounted on the radio towers 5, 6, 7, 8; 9, 10 - vehicles; 11, 12 - pedestrians; 13, 14 - roadway; 15 - information computer center with a radio tower 16; 17 is a pseudo-random code in a radio navigation device on a vehicle or pedestrian; 18 is a pseudo-random code transmitted by a reference radio transmitter; t is the time axis, t _i is the time delay of the signal.

Способ основан на измерении времени (t) пробега радиосигнала от антенн трех или более опорных радиопередатчиков до антенн радионавигационных устройств, расположенных на транспортных средствах и пешеходах. Поскольку скорость распространения радиоволн (ν) в воздушной среде является практически постоянной величиной и близка к скорости света в вакууме (2.99792458×10⁸ м/с) [11], то это позволяет определить расстояния L₁, L₂, L₃, L₄ от антенн опорных радиопередатчиков с известными координатами до антенн радионавигационных устройств, расположенных на транспортном средстве или пешеходе:The method is based on measuring the travel time (t) of the radio signal from the antennas of three or more reference radio transmitters to the antennas of radio navigation devices located on vehicles and pedestrians. Since the propagation velocity of radio waves (ν) in the air is almost constant and close to the speed of light in vacuum (2.99792458 × 10 ⁸ m / s) [11], this allows us to determine the distances L ₁ , L ₂ , L ₃ , L ₄ From antennas of reference radio transmitters with known coordinates to antennas of radio navigation devices located on a vehicle or a pedestrian:

где t₁, t₂, t₃, t₄ - временные задержки радиосигналов, посланных от опорных радиопередатчиков 1, 2, 3, 4. Поскольку координаты антенн опорных радиопередатчиков известны, то после решения геометрической задачи находятся координаты транспортного средства или пешехода в выбранной системе координат.where t ₁ , t ₂ , t ₃ , t ₄ are the time delays of the radio signals sent from the reference radio transmitters 1, 2, 3, 4. Since the coordinates of the antennas of the reference radio transmitters are known, after solving the geometric problem, the coordinates of the vehicle or pedestrian are found in the selected system coordinates.

Способ осуществляют следующим образом. Опорные радиопередатчики с антеннами располагают вдоль дорожного полотна в таких точках, чтобы с любого участка дорожного полотна осуществлялась прямая радиовидимость антенн не менее чем трех опорных передатчиков (например, четырех), расположенных не на прямой линии (фиг.1). Используя высокоточные атомные часы (например, цезиевые или водородные), установленные в информационном компьютерном центре 15 с радиовышкой 16, вначале производят синхронизацию атомных или кварцевых часов, установленных в блоках опорных радиопередатчиков 1, 2, 3, 4, размещенных на радиовышках 5, 6, 7, 8. Для этого по каналу связи (например, по оптоволоконной линии или по коаксиальному электрическому кабелю) в блок опорного радиопередатчика 1 посылаются синхронизирующие сигналы. В результате на часах в блоке радиопередатчика устанавливается время, одинаковое со временем атомных часов, находящихся в информационном компьютерном центре 15 (унифицированное время). Аналогичным образом, устанавливается унифицированное время и на часах, расположенных в блоках опорных радиопередатчиков 2, 3, 4 с абсолютной погрешностью не более 1 наносекунды. Опорные радиопередатчики, работающие на несущей частоте (2-15) ГГц, периодически передают навигационный сигнал с периодом повторения не реже 1 мс. Навигационный сигнал включает в себя идентификационный номер опорного радиопередатчика, трехмерные координаты его антенны, координаты антенн радионавигационных устройств ближайших участников дорожного движения и их идентификационные номера, собственное время опорного радиопередатчика, а также псевдослучайный код 18, который используется для измерения временной задержки радиосигнала на пути между антенной радиопередатчика и антенной радионавигационного устройства, установленного на транспортном средстве 9, 10 или на пешеходе 11, 12. Приняв навигационные сигналы от 3-х и более радиопередатчиков, радионавигационное устройство с помощью вычислительного устройства по величине временной задержки сигнала вначале определяет псевдодальности до опорных радиопередатчиков по формулам (1), (2), (3), (4). Псевдодальность представляет собой радиус сферы, в центре которой расположена антенна опорного радиопередатчика. Затем методом последовательных приближений вычислительное устройство корректирует время на своих часах до тех пор, пока все сферы не пересекутся в одной точке. После проведения этой операции псевдодальности превращаются в дальности, то есть в истинные расстояния от антенны радионавигационного устройства до антенн каждого опорного радиопередатчика 1, 2, 3, 4. Используя известные дальности и известные координаты опорных радиопередатчиков, вычислительное устройство решает геометрическую задачу и определяет окончательные координаты антенны радионавигационного устройства. Для получения двухмерных координат вычислительному устройству необходимо обработать сигналы от трех опорных радиопередатчиков, а для получения трехмерных координат - от четырех. Аналогичным образом, определяются координаты антенны и второго радионавигационного устройства, расположенного на транспортном средстве. По разностям координат антенн двух радионавигационных устройств с использованием цифровой карты дороги определяют положение продольной оси транспортного средства относительно осевой линии дорожного полотна. Вычисленные координаты транспортного средства и его положение относительно дорожного полотна по радиоканалу и оптоволоконной линии связи передаются в компьютерный информационный центр 15. Туда же передаются и результаты измерений всех датчиков, расположенных в салоне транспортного средства. Используя вычисленные координаты транспортного средства и известное положение продольной оси транспортного средства относительно осевой линии дорожного полотна, вычислительное устройство транспортного средства отображает силуэт данного автомобиля на мониторе на фоне цифровой карты дороги. На этом же мониторе отображаются движущиеся силуэты и других участников дорожного движения (в том числе недоступных для визуального контроля при движении в тумане или в ночное время) на основе информации, переданной из компьютерного информационного центра. Цифровая карта дороги предварительно создается путем разбиения дорожного полотна 13, 14 на пиксели с площадью не более 0.1 м×0.1 м=0.01 м². На основе геодезических измерений каждому пикселю присваиваются свои уникальные координаты (широта, долгота, высота над уровнем моря). На цифровой карте дороги также отображаются дорожные знаки, горизонтальная и вертикальная разметка и характерные ориентиры (дома и другие объекты). При приближении транспортного средства к дорожному знаку, его вычислительное устройство, используя цифровую карту дороги, голосом и визуально на мониторе, сообщает водителю о значении дорожного знака или разметки. Цифровая карта дороги предварительно заносится в память вычислительного устройства транспортного средства в составе программного обеспечения. Аналогичная цифровая карта дороги размещается и в памяти компьютера информационного компьютерного центра. Используя всю совокупность информации, поступающей от участников дорожного движения (индивидуальные координаты, показания датчиков), информационный компьютерный центр вырабатывает для каждого из участников дорожного движения регулирующие сигналы, например, «уменьшить скорость», «пропустить», «остановиться» и другие. Для повышения быстродействия телеметрическую информацию от участников дорожного движения и регулирующие сигналы целесообразно передавать на несущей частоте, отличающейся от несущей частоты навигационного сигнала.The method is as follows. Reference radio transmitters with antennas are positioned along the roadway at such points that direct radio-visibility of antennas from at least three reference transmitters (for example, four) located not on a straight line is carried out from any section of the roadway (Fig. 1). Using high-precision atomic clocks (for example, cesium or hydrogen) installed in the computer information center 15 with a radio tower 16, first synchronize the atomic or quartz clocks installed in the blocks of the reference radio transmitters 1, 2, 3, 4 located on the radio towers 5, 6, 7, 8. For this purpose, synchronization signals are sent to the reference radio transmitter unit 1 via a communication channel (for example, via a fiber optic line or through a coaxial electric cable). As a result, the clock in the radio transmitter unit sets the time equal to the time of the atomic clock located in the computer information center 15 (unified time). Similarly, a unified time is set on the clock located in the blocks of the reference radio transmitters 2, 3, 4 with an absolute error of not more than 1 nanosecond. Reference radio transmitters operating at a carrier frequency of (2-15) GHz periodically transmit a navigation signal with a repetition period of at least 1 ms. The navigation signal includes the identification number of the reference radio transmitter, the three-dimensional coordinates of its antenna, the coordinates of the antennas of the radio navigation devices of the nearest road users and their identification numbers, the proper time of the reference radio transmitter, as well as the pseudo-random code 18, which is used to measure the time delay of the radio signal between the antenna a radio transmitter and antenna of a radio navigation device mounted on a vehicle 9, 10 or on a pedestrian 11, 12. P inyav navigation signals from 3 or more transmitters, radio navigation device via the computing device largest time delay of signal first determines pseudoranges to reference transmitters using the formulas (1), (2), (3) and (4). Pseudorange is the radius of the sphere in the center of which is the antenna of the reference radio transmitter. Then, using the method of successive approximations, the computing device corrects the time on its watch until all spheres intersect at one point. After this operation, the pseudo-ranges turn into ranges, that is, into the true distances from the antenna of the radio navigation device to the antennas of each reference radio transmitter 1, 2, 3, 4. Using the known ranges and known coordinates of the reference radio transmitters, the computing device solves the geometric problem and determines the final coordinates of the antenna radio navigation device. To obtain two-dimensional coordinates, the computing device needs to process signals from three reference radio transmitters, and to obtain three-dimensional coordinates - from four. Similarly, the coordinates of the antenna and the second radio navigation device located on the vehicle are determined. The position of the longitudinal axis of the vehicle relative to the axial line of the roadway is determined by the difference in the coordinates of the antennas of the two radio navigation devices using a digital road map. The calculated coordinates of the vehicle and its position relative to the roadway are transmitted via radio channel and fiber optic communication line to computer information center 15. The measurement results of all sensors located in the passenger compartment of the vehicle are also transmitted there. Using the calculated coordinates of the vehicle and the known position of the longitudinal axis of the vehicle relative to the center line of the roadway, the vehicle’s computing device displays the silhouette of the vehicle on the monitor against a digital road map. The same monitor displays moving silhouettes of other road users (including those inaccessible for visual control when driving in fog or at night) based on information transmitted from a computer information center. A digital road map is preliminarily created by dividing the roadbed 13, 14 into pixels with an area of not more than 0.1 m × 0.1 m = 0.01 m ² . Based on geodetic measurements, each pixel is assigned its own unique coordinates (latitude, longitude, altitude). A digital road map also displays road signs, horizontal and vertical markings and characteristic landmarks (houses and other objects). When a vehicle approaches a road sign, its computing device, using a digital road map, informs the driver about the meaning of the road sign or marking using a digital map of the road. A digital road map is previously stored in the memory of the vehicle’s computing device as part of the software. A similar digital road map is also located in the computer memory of the information computer center. Using the entire set of information from road users (individual coordinates, sensor readings), the information computer center generates control signals for each of the road users, for example, “reduce speed”, “skip”, “stop” and others. To improve the performance, telemetry information from road users and control signals should be transmitted at a carrier frequency different from the carrier frequency of the navigation signal.

Приведем пример осуществления способа согласно изобретению. Вдоль участка дороги нами были установлены 4 опорных передатчика 1, 2, 3,4, работающих на частотах (2-15) ГГц, соединенных между собой и информационным компьютерным центром 15 оптоволоконной линией связи. При этом координаты передающих антенн в выбранной прямоугольной системе координат составили:Here is an example implementation of the method according to the invention. Along the road section, we installed 4 reference transmitters 1, 2, 3,4, operating at frequencies (2-15) GHz, interconnected with the information computer center 15 via a fiber-optic communication line. The coordinates of the transmitting antennas in the selected rectangular coordinate system were:

1. x₁=398,3 м; y₁=315,1 м; z₁=210,2 м;1.x ₁ = 398.3 m; y ₁ = 315.1 m; z ₁ = 210.2 m;

2. x₂=421,5 м; y₂=-347,7 м; z₂=205,1 м;2.x ₂ = 421.5 m; y ₂ = -347.7 m; z ₂ = 205.1 m;

3. x₃=918,6 м; y₃=318,4 м; z₃=207,6 м;3.x ₃ = 918.6 m; y ₃ = 318.4 m; z ₃ = 207.6 m;

4. x₄=911,7 м; y₄=-305,2 м; z₄=208,3 м,4. x ₄ = 911.7 m; y ₄ = -305.2 m; z ₄ = 208.3 m

где ось ОХ направлена вдоль осевой линии дорожного полотна (для простоты расчетов выбран прямолинейный участок дороги), ось OY лежит в горизонтальной плоскости, ось OZ направлена вертикально вверх и z=0 соответствует уровню моря. При испытаниях радионавигационное устройство располагалось на транспортном средстве и имело заранее известные координаты антенны х₀=551,3 м, y₀=1,90 м, z₀=192,3 м. После проведения синхронизации часов опорных передатчиков по часам информационного компьютерного центра, а затем часов радионавигационного устройства методом последовательных приближений, измеренные временные задержки сигналов от четырех опорных передатчиков, соответственно, составили:where the OX axis is directed along the axial line of the roadway (for simplicity of calculations, a straight section of the road is selected), the OY axis lies in the horizontal plane, the OZ axis is directed vertically upward and z = 0 corresponds to sea level. In the tests, the radio navigation device was located on the vehicle and had previously known antenna coordinates x ₀ = 551.3 m, y ₀ = 1.90 m, z ₀ = 192.3 m. After synchronizing the clock of the reference transmitters by the clock of the information computer center, and then hours of the radio navigation device by the method of successive approximations, the measured time delays of the signals from the four reference transmitters, respectively, were:

t₁=1164,0 нс; t₂=1244,7 нс; t₃=1618,3 нс; t₄=1580,7 нс.t ₁ = 1164.0 ns; t ₂ = 1244.7 ns; t ₃ = 1618.3 ns; t ₄ = 1580.7 ns.

При этом, согласно выражений (1), (2), (3), (4), вычисленные дальности составили:Moreover, according to the expressions (1), (2), (3), (4), the calculated ranges were:

L₁=348,95 м; L₂=373,16 м; L₃=485,14 м; L₄=473,88 м.L ₁ = 348.95 m; L ₂ = 373.16 m; L ₃ = 485.14 m; L ₄ = 473.88 m.

По известным дальностям, после решения геометрической задачи, получены следующие координаты антенны радионавигационного устройства:According to the known ranges, after solving the geometric problem, the following coordinates of the antenna of the radio navigation device are obtained:

x₀=551,2 м; y₀=1,97 м; z₀=192,1 м.x ₀ = 551.2 m; y ₀ = 1.97 m; z ₀ = 192.1 m.

Таким образом, абсолютная погрешность определения координат в горизонтальной плоскости в направлении оси ОХ составила 0,1 м, в направлении оси OY - 0,07 м, а в направлении оси OZ - 0,2 м.Thus, the absolute error in determining the coordinates in the horizontal plane in the direction of the OX axis was 0.1 m, in the direction of the OY axis - 0.07 m, and in the direction of the OZ axis - 0.2 m.

Таким образом, по сравнению с известным способом, использование предлагаемого способа позволяет в несколько раз повысить точность определения координат транспортных средств и пешеходов, что, в свою очередь, ведет к повышению безопасности дорожного движения.Thus, compared with the known method, the use of the proposed method allows several times to increase the accuracy of determining the coordinates of vehicles and pedestrians, which, in turn, leads to increased road safety.

Источники информацииInformation sources

1. Правила дорожного движения / (http://ppdd.ru). 2009 г.1. Rules of the road / (http://ppdd.ru). 2009 year

2. Автоматическая система спасения для автомобиля - благо или новая опасность? (http://www.algonet.ru/?ID=223565). 2002 г.2. Automatic rescue system for a car - good or new danger? (http://www.algonet.ru/?ID=223565). 2002 year

3. Тихонов А. Новая система безопасности от Toyota Motor: Intelligent Transportation System (http:/www.carox.ru/?g0=news@nid=1031). 2009 г.3. Tikhonov A. New security system from Toyota Motor: Intelligent Transportation System (http: /www.carox.ru/? G0 = news @ nid = 1031). 2009 year

4. Toyota работает над системой безопасности дорожного движения (http://itnewss.com/36313.html), 2009 г.4. Toyota is working on a road safety system (http://itnewss.com/36313.html), 2009.

5. Система безопасности дорожного движения на основе GPS (http://www.gogps.ru/news/view/17), 2009 г.5. GPS-based road safety system (http://www.gogps.ru/news/view/17), 2009

6. GPS / (http://ru.wikipedia.org/wiki/GPS), 2009 г.6. GPS / (http://ru.wikipedia.org/wiki/GPS), 2009.

7. Липкин И.А. Спутниковые навигационные системы, М.: Вузовская книга, 2001 г.7. Lipkin I.A. Satellite Navigation Systems, Moscow: University Book, 2001

8. Глинских А. Системы глобального позиционирования (http://www.ci.ru/inform22_00/p06gps.htm), 2002 г.8. Glinsky A. Global Positioning Systems (http://www.ci.ru/inform22_00/p06gps.htm), 2002.

9. ГЛОНАСС (http://ru.wikipedia.org/wiki/ГЛОНАСС), 2009 г.9. GLONASS (http://ru.wikipedia.org/wiki/GLONASS), 2009.

10. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования. - Под редакцией А.И.Перова, В.Н.Харисова, 3-е изд. перераб. - М.: Радиотехника, 2005 г.10. GLONASS. The principles of construction and operation. - Edited by A.I. Perov, V.N.Kharisov, 3rd ed. reslave. - M .: Radio engineering, 2005

11. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - М.: «Наука», 1989 г.11. Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Handbook of Physics. - M .: "Science", 1989.

12. Патент RU 2365061 С2, H04N 7/08, 27.08.2009.12. Patent RU 2365061 C2, H04N 7/08, 08/27/2009.

13. Патент RU 2164694 С2, 27.03.2001, G01S 5/02, 27.03.2001.13. Patent RU 2164694 C2, 03/27/2001, G01S 5/02, 03/27/2001.

14. Сафонов Р.А. Оценка возможности учета геофизических параметров атмосферы при решении навигационных задач в импульсно-фазовой навигационной системе (http://referatwork.ru/refs/source/ref-112673.html).14. Safonov R.A. Evaluation of the possibility of accounting for the geophysical parameters of the atmosphere when solving navigation problems in a pulse-phase navigation system (http://referatwork.ru/refs/source/ref-112673.html).

15. Патент RU 2377658 C1, G08G 1/0969, G01C 21/34, 14.11.2008.15. Patent RU 2377658 C1, G08G 1/0969, G01C 21/34, 11/14/2008.

16. ГИС ПАНОРАМА - Граф дорог. Создание, редактирование и поиск кратчайших маршрутов (http://www.gisinfo.ru/products/editroad.htm).16. GIS PANORAMA - Count of roads. Create, edit and search for the shortest routes (http://www.gisinfo.ru/products/editroad.htm).

17. Иванюк B.C., Кульпанович А.П., Федукевич С.А. Радиотехнические системы обеспечения полетов авиации: особенности построения и функционирования, требования к параметрам и перспективы развития. - Минск: ВАРБ, 2008.17. Ivanyuk B.C., Kulpanovich A.P., Fedukevich S.A. Radio engineering systems for aviation support: features of construction and operation, requirements for parameters and development prospects. - Minsk: VARB, 2008.

Claims

1. A method of ensuring road safety, including synchronizing the clock of the reference transmitters, measuring the travel time of the radio signal from the antennas of three or more reference radio transmitters located at a distance from the vehicle and the pedestrian, to the antenna of the radio navigation device located on the vehicle or pedestrian, calculating the coordinates of the vehicle means and a pedestrian using a computing device, transmitting over the radio channel information on the coordinates of vehicles and pedestrians, their identification numbers in the information computer center, the transmission of warning signals to road users, characterized in that along the road at fixed points with known three-dimensional coordinates of the antennas, radio towers with reference radio transmitters are installed, the clock of the reference radio transmitters with the clock of the information computer center is carried out using the optical fiber between them communication lines create a digital road map by dividing the roadway into pixels with with the known three-dimensional coordinates, indicating the coordinates and values of road signs, traffic lights, two radio navigation devices are installed on the vehicle, spaced along the longitudinal axis of the vehicle, and the vehicle’s position relative to the axial line of the roadway is determined by their constantly measured three-dimensional coordinates and a digital road map at any given time.

2. The method according to claim 1, characterized in that several information computer centers are arranged uniformly along the entire length of the road, communicating with each other and with reference radio transmitters via radio, cable and fiber optic communication lines.

3. The method according to claim 2, characterized in that a radio receiver with a repeater is installed on each radio tower of the reference radio transmitters, and information from the vehicle or pedestrian is transmitted via the radio channel to the nearest of these radio receivers, and then relayed via the optical fiber communication line to the nearest computer information center .

4. The method according to claim 1, characterized in that the atomic clock is installed in the information computer center with which the clocks of the reference radio transmitters are synchronized, and the unified time is transmitted by radio to the radio navigation device located on the vehicle and the pedestrian, and used in calculating their coordinates .

5. The method according to claim 1, characterized in that the information computer center counts vehicles moving along intersecting roads, and generates signals for optimal control of traffic lights at intersections, information about the indications of traffic lights on a radio channel is transmitted to vehicles and pedestrians.

6. The method according to claim 1, characterized in that for the implementation of the autopilot function on the vehicle, an electric steering wheel, an electric gas pedal, an electric brake pedal and an electric clutch pedal are installed, which are controlled by the vehicle’s computing device using a three-dimensional digital road map with road signs and traffic lights and measured in a vehicle of its three-dimensional coordinates, the position of the longitudinal axis of the vehicle relative to the axial line of the roadway, as well as information from the computer information center about the coordinates of other road users, in addition, for receiving additional information about obstacles on the road, the vehicle is equipped with radio wave and ultrasonic radars, laser rangefinders and video cameras for all-round viewing.

7. The method according to claim 6, characterized in that to ensure road safety in case of violation of the normal engine operation mode or loss of adequacy by the driver, the vehicle is controlled from the computer information center, or the vehicle is automatically parked according to the autopilot system program.

8. The method according to claim 7, characterized in that they continuously monitor the temperature of the working engine of the vehicle, oil pressure, amount of fuel and determine the physical condition of the driver by placing inside the vehicle interior devices for monitoring heart rate, body temperature, organs of vision, respiration as well as the content of harmful substances in the atmosphere inside the vehicle interior, for example, carbon monoxide and carbon dioxide, fuel vapors, alcohol, narcotic substances and according to the measurement results make a decision to continue driving or stop the vehicle.