Spôsob detekcie kolesa vozidla

Číslo patentu: E 17751

Dátum: 06.07.2012

Autor: Nagy Olivér

Je ešte 4 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

0001 Predložený vynález sa týka spôsobu detekcie kolesa vozidla vyslelaním elektromagnetického meracieho zväzku žiarenia známeho priebehu frekvencie z meracej jednotky,zaznamenávanie frekvencií meracieho zväzku žiarenia odrazeného k meracej jednotke v časovom priebehu vo vzťahu k známemu priebehu frekvencie ako prijímaný signál a detegovanie zmeny vopred zadaného druhu v prijímanom signáli, ako kolesa.0002 Detegovanie kolies vozidiel je zaujímavé pri mnohých aplikáciách. Takto môže byť z identifikácie kolies bezpečne rozpoznané prejdenie určitej dopravnej plochy, napríklad za účelom stráženia hranic alebo na spustenie určitých akcií, ako je spustenie alarmu, zapnutie osvetlenia,otvorenie závory, zhotovenie fotograñe na účely monitorovania atď. Aj moderné dopravné systémy spoplatňovania odkazujú pri stanovení poplatkov často na počet náprav vozidiel, takže detegovanie kolies (náprav) môže byť aj dôležitým podkladom na vyberanie alebo kontrolu cestných mýtnych poplatkov, predovšetkým aj pomocou mobilných kontrolných vozidiel, ktoré majú pri paralelnej jazde alebo pri jazde v protismere kontrolovať počet náprav vozidiel s povinnosťou zaplatenia mýtneho poplatku.0003 Z dokumentu DE 10 2008 037 233 A 1 je známe detegovanie kolies pohybujúceho sa vozidla na základe ich horizontálnej zložky tangenciálnej rýchlosti, odlišnej vzhľadom na zvyšné vozidlo,ktorá spôsobuje príslušný dopplerov posun frekvencie meracieho zväzku žiarenia radaru. Na tento účel sa používa radarový merač rýchlosti, ktorý Ialokom diagramu žiarenia radaru ožaruje spodnú časť prechádzajúcich vozidiel a zo zmesi spätne získaných prijímaných frekvencií časovo sprostredkuje jediný merací signál rýchlosti, ktorý v miestach kolies vykazuje signálne maximá,ktoré sa používajú na detekciu kolies.0004 V predbežne nezverejnených patentových prihláškach EP 11 450 079.6 (EP 2 538 238), EP 11 450 080.4 (EP 2 538 239) a PCT/EP 2012/061645 (W 0 2012/175 470) predstavil prihlasovateľ predloženej prihlášky nové a bezpečné spôsoby detekcie kolies osobitne nenáchylná k poruchám,na báze dopplerových meraní.0005 Prihlasovatel rozpoznal, že pre dalšie zlepšenie bezpečnosti detekcie je potrebné spracovanie prijímaného signálu, aby sa potlačila rušivé ozvena meracieho zväzku žiarenia, a tým sa efektívnejšie realizovalo vyhodnotenie signálu.0006 Vynález má za ciel prekonať vyššie uvedené problémy a vytvoriť ďalej zlepšený spôsob detekcie kolies na základe dopplerových meraní.0007 Tento ciel sa podľa vynálezu dosahuje spôsobom so znakmi nároku 1.0008 Vynález spočíva na využití tzv. palubných jednotiek (OBU), ktoré slúžia v cestných mýtnych a komunikačných systémoch na stanovenie mýtnych poplatkov vozidiel, na riešenie uvedených problémov. Palubné jednotky tohto druhu môžu nadvázovať rádiové komunikácie krátkeho dosahu(dedicated short range Communications, DSRC) s cestnými rádiomajákmi (roadside entities, RSE) známej polohy na svojej dráhe, čim môžu byť pri úspešnej rádiovej komunikácii DSRC príslušné Iokalizované do rozsahu rádiového pokrytia rádiomajáka. Príkladmi takýchto cestných mýtnych systémov podporovaných majákmi a viazanými na infraštruktúru sú cestné mýtne systémy podľa štandardov CEN DSRC alebo ITS-WAVE (IEEE 802.11 p). Ale aj palubné jednotky bezmajákových cestných mýtnych systémov podporovaných satelitmi, pri ktorých sa palubné jednotky Iokalizujú v satelitnom navigačnom systéme (global navigation satellite system, GNSS) sebestačne sami a vysielajú svoje miestne údaje alebo z nich generované mýtne údaje napríklad prostredníctvom mobilnej rádiovej siete do ústredne, môžu byť doplnkovo vybavené rádiovými modulml DS-RC, či je to na kontrolné účely selekcie alebo ako tzv. hybridné palubné jednotky, ktoré môžu spolupracovať tak s cestnými mýtnymi systémami GNSS ako aj DSRC.0009 Spôsob podľa vynálezu používa schopnosť rádiovej komunikácie palubných jednotiek na získanie dĺžky vozidla z rádiovej komunikácie pri prechode meracej jednotky a z nej na získanie časového okna prechodu, ktoré môže byť použité v prijímanom signáli na potlačenie rušivých signálov, ktoré sú spôsobované napríklad odrazmi meracieho zväzku žiarenia od jazdnej dráhy alebo odrazmi echa meracieho zväzku žiarenia odrazeného vozidlom a opätovne odrazeného jazdnou dráhou. V dôsledku toho môže byť dosiahnutá presná, cielená detekcia kolies nenáchylná k rušeniam.0010 Informácia uložená v palubnej jednotke môže udávať buď priamo dĺžku vozidla alebo nepriamo počet náprav, triedu a/alebc hmotnosť vozidla, z ktorých - napríklad pomocou uložených priradovacích tabuliek - môže byť približne stanovená dĺžka vozidla.0011 Selekcia informácie podľa vynálezu udávajúcej dĺžku vozidla priamo alebo nepriamo z palubnej jednotky má - v porovnaní s meraním dĺžky vozidla príslušnými Iaserovými, radarovýmialebo ultrazvukovými senzormi na mieste pri prechode vozidla -tú výhodu, že chyby merania, ktoré by sa mohli inak vyskytnúť napríklad v dôsledku okien autobusov, úložných plôch nákladných vozidiel atď., nemôžu vstúpiť do detekcie kolies.0012 Rýchlosť vozidla sa môže merať rozmanitými spôsobmi, napríklad pomocou laserového meracieho zariadenia rýchlosti, svetelnými závorami, detekčnými slučkami v jazdnej dráhe,kamerami, atď. Výhodne sa meria rýchlosť vozidla dopplerovým meraním v rádiovej komunikácii medzi palubnou jednotkou a prijímačom-vysielačom, a síce predovšetkým na tej rádiovej komunikácii, ktorá sa používa na selekciu uvedenej informácie. Týmto môžu byt z rádiových komunikácií s palubnými jednotkami získané tak dĺžkové informácie ako aj rýchlosť a z nich vypočítaná časové okno prechodu.0013 Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia vynálezu môže byť prijímaný signál kompenzovaný o tie podiely frekvencie, ktoré sú spôsobené rýchlosťou vozidla, skôr ako sa vykoná detegovanie kolesa, čo ďalej zvyšuje bezpečnosť detekcie.0014 Z rovnakého dôvodu je zvlášť výhodné, ak je jedna z uvedených zmien v prijímanom signáli detegovaná ako koleso iba vtedy, ak leží v priebehu časového okna, takže môžu byť znemožnené chybné detekcie, ktoré pochádzajú napríklad z echa meracieho zväzku žiarenia mimo časového okna.0015 V ďalšom slede sa výhodne priraďujú kolesá, ktoré sa detegujú počas jedného a toho istého časového okna, jednému a tomu istému vozidlu. Počet kolies vozidla môže byť použitý ako podklad na vyúčtovanie cestného mýta závislého napríklad od počtu náprav.0016 V ďalšom uskutočnení spôsobu podľa vynálezu sa porovnáva prijímaný signál v úseku nasledujúcom bezprostredne po časovom okne s podielom rušivého signálu a z neho sa deteguje existencia prlvesu vozidla. Existencia prlvesu môže slúžiť ako podklad na vyúčtovanie cestného mýta napriklad závislého od prlvesu.0017 Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia vynálezu sa meria v prvom kroku dĺžka vozidla alebo vlastnosť vozidla, ktorá ju udáva nepriamo, stacionárnym alebo mobilným kontrolným zariadením, z nej sa tvorí uvedená informácia a ukladá sa prostrednictvom rádiovej komunikácie v palubnej jednotke. Kontrolným zariadením, ktoré meria tieto údaje, môže byť napríklad jeden z geografický rozmiestnených cestných rádiomajákov (RSE) mýtneho systému na báze majákov a uvedené vymeranie sa môže uskutočniť v osobitne vybavených rádiomajákoch tohto mýtneho systému. Rádiomaják môže merať dĺžku vozidla napriklad pomocou laserového skenera, kamery,svetelnej závory alebo podobne. Alternatívne môže byt meranou vlastnosťou vozidla počet náprav,trieda a/alebo hmotnosť vozidla, čo môže byt takisto merané vhodnými skenermí, svetelnými závorami, kamerami, váhami atď.0018 Spôsob podľa vynálezu je vhodný pre všetky druhy meracieho zväzku žiarenia, ktorý má frekvenciu, ktorá pri odraze od pohybujúceho sa cieľa, ako je tu otáčajúce sa koleso, podlieha posuvu frekvencie, podmienenému dopplerovým javom, Meracím zväzkom žiarenia by mohol byť napríklad laserový alebo ultrazvukový lúč. Výhodne je meracím zväzkom žiarenia rádiolokátorový lúč vysielaný zo smerovej antény, výhodne vo frekvenčnom rozsahu nad 70 GHz, ktorý môže byť zodpovedajúce tomu dobre spájateľný do zvázkov prípadne centrovateľný.0019 Spôsob podľa vynálezu je vhodný na interakciu so všetkými možnými variantmi spôsobov detekcie kolies na základe vyhodnotenia dopplerovho posunutia meracieho zväzku žiarenia v časovom priebehu. Výhodné varianty vynálezu sa vyznačujú tým, že uvedenou zmenou vopred zadaného druhu je skok, prírastok, pokles alebo frekvenčné rozpínanie prijímaného signálu, ktorý prípadne ktoré ležia nad vopred zadanou prahovou hodnotou a možné sú aj kombinácie týchto variantov.0020 Spôsob podľa vynálezu je vhodný tak pre stacionárne, ako aj mobilné meracie jednotky. Výhodne je meracia jednotka vezená kontrolným vozidlom, takže spôsobom podľa vynálezu môžu byť kontrolované a s ohľadom na ich kolesá detegované napríklad vozidlá v protismere alebo vozidlá v susedných jazdných pruhoch rovnakého smeru jazdy.0021 Spôsob podľa vynálezu je vhodný aj pre každý druh rádiovej komunikácie, ktorý môžu realizovať uvedené palubné jednotky, napríklad aj pre mobilné rádiové komunikácie v pozemných mobilných sieťach. Výhodné sú však rádiové komunikácie v rámci cestných mýtnych systémov na báze majákov podľa štandardov CEN-DS-RC alebo ITS-Wave.0022 Vynález bude ďalej bližšie vysvetlený na základe príkladov uskutočnenia znázornených na výkresoch. Na výkresoch znázorňujeObr. 1 a - 1 d prlkladné idealizované časové priebehy dopplerových posunutl ako prijlmané signály pri rozdielnych uhlových nastaveniach dopplerovho meracieho zväzku žiarenia vzhľadom na kolesoObr. 2 spôsob podľa vynálezu na základe prikladného priebehu lúča medzi meracou jednotkou vytvorenou ako kontrolné vozidlo a kontrolovaným vozidlom, v pohľade v smere jazdyObr. 3 rôzne varianty spôsobu podľa vynálezu na základe schematického pohľadu zhora na úsek cesty so stacionárnym kontrolným zariadením, meracou jednotkou vytvorenou ako kontrolné vozidlo a kontrolovaným vozidlom vo fázach spôsobu nasledujúcich za sebou aObr. 4. stanovenie časového okna a podielov rušivých signalov prijlmaného signálu, ktoré mu predchádzajú a nasledujú ho vo frekvenčnej/časovej rovine.0023 Obr. 1 až 3 znázorňujú princip detekcie otáčajúceho sa kolesa 1 vozidla 2, ktoré sa pohybuje v jazdnej dráhe 3, presnejšie v jazdnom pruhu 3 rovnakej jazdnej dráhy, v smere jazdy 4. Spôsob detekcie kolies sa vykonáva pomocou, pripadne v meracej jednotke 5, ktorá je v znázornenom príklade vytvorená ako mobilná a vo forme kontrolného vozidla. Meracia jednotka pripadne kontrolné vozidlo 5 sa pohybuje napríklad v druhom jazdnom pruhu 3 jazdnej dráhy 3 v smere jazdy 4, ktorý je výhodne - avšak nie nevyhnutne ~ protibežný k smeru jazdy 4 kontrolovaného vozidla 2. Je samozrejme, že meracia jednotka 5 by mohla byť aj stacionárna,inštalovaná napríklad na kraji cesty jazdnej dráhy 3 alebo jazdného pruhu 3.0024 Meracia jednotka 5 vysiela merací zväzok žiarenia 6, napríklad ultrazvukový, Iidarový alebo výhodne radarový merací zväzok žiarenia na vozidlo 2 pripadne jeho kolesá 1 pri prechode, aby takto detegovala kolesá 1. Z bočných pohľadov obrázkov 1 a - 1 d je zrejmé, že merací zväzok žiarenia 6 môže byť nasmerovaný ku kolesu 1 spredu (obr. 1 a), šikmo spredu-zhora (obr. 1 b),zhora (obr. 1) alebo v každom inom smere roviny výkresu z obr. 1 pod uhlom a k vertikále. Z obr. 2 je zrejmé, že meracl zväzok žiarenia 6 v pohľade v smere jazdy 4 môže byť z meracej jednotky 5 vysielaný pod rôznymi uhlami B k horizontále, napríklad anténou 5 vo vysielacej polohe A v predvolenej výške h nad jazdnou dráhou 3. Alternatívne alebo dodatočne môže byť meracl zväzok žiarenia 6 vysielaný aj z rôznych vysielacich polôh v odlišných výškach. V pohľade zhora na obr. 3 je znázornená, že meracl zväzok žiarenia 6 môže zaujímať k smeru jazdy 4 (pripadne 4) rozdielne uhly y, napríklad od meracej jednotky 5 smerované šikmo dopredu.0025 Meracia jednotka 5 je dopplerov detektor a vyhodnocuje, ako je v technike známe, prijimanú frekvenciu meracieho zväzku žiarenia 6 odrazeného vozidlom 2 pripadne jeho kolesami 1, pričom z posuvu frekvencie Af podmieneného dopplerovým javom medzi vyslaným a odrazeným meracím zväzkom žiarenia 6 môže byť stanovená zložka v, relatívnej rýchlosti v vozidla 2, Iežiaca(premietaná) v smere meracieho zväzku žiarenia 6, pripadne tangenciálna rýchlosť v. kolesa 1 v príslušnom bode P oblasti dopadu meracieho zväzku žiarenia 6. V pravých poloviciach obr. la -1 d je tento posuv frekvencie podmienený dopplerovým.javom, stručne dopplerovo posunutie Af,vynesený vo svojom časovom priebehu v čase t, v ďalšom označené aj ako prijimaný signál E meracej jednotky 5.0026 Ak sa merací zväzok žiarenia 6 vysiela rovnobežne k rovine jazdnej dráhy 3 (o 90 °, rs 0 °,v 901 potom vznikne prijlmaný signál E znázornený n a obr. 1 a so skokovým prírastkom 9, len čo merací zväzok žiarenia 6 narazí na karosériu 2 vozidla 2 pohybujúceho sa rýchlosťou v a s doplnkovým skokom 10 počas prechodu kolesa 1. Keď merací zväzok žiarenia 6 narazí trochu šikmo zhora na koleso 1 vozidla 2 (0 o 90 °, 0 B 90 °, 0 v 1803, vznikne prijlmaný signál E znázornený na obr. 1 b s prírastkom (alebo podľa smeru pozorovania a smeru prechodu,poklesom) 11 počas prechodu kolesa 1. Smer Iúča šikmo zhora s d 0 °, 0 íš 90 °a y 90 ° vedie k prírastkom znázorneným na obr. 1 c (alebo podľa smeru pozorovania, poklesom) 11, ktoré sú upravené o vlastnú rýchlosť v vozidla 2.0027 Obr. 1 d znázorňuje, že pri reálne roztiahnutom, nie ideálne bodovom priečnom reze Iúča meracieho zväzku žiarenia 6 v oblasti dopadu 12 meracieho zväzku žiarenia 6 na koleso 1 pripadne vozidlo 2 sa vždy objavi superpozlcia odlišných (tangenciálnych) rýchlostí pripadne premietaných rýchlostí vp, pochádzajúca z odlišných bodov P v oblasti dopadu 12, ktorá vedie pri prechode kolesa 1 k zmesi prijlmaných frekvencii, t. j. k rozštiepeniu prípadne rozpínaniu F priebehu dopplerovho posunutia prípadne prijímaného signálu E, ktoré je väčšie ako to frekvenčné rozplnanie FD, ktoré sa objaví len pri prechode karosérie vozidla 2. Aj takéto frekvenčné rozplnanie F môže byť rovnako stanovené ako kritérium pre objavenie sa kolesa 1.0028 Objavenie sa kolesa 1 na prechádzajúcom vozidle 2 môže byť preto detegované na zmene vopred zadaného druhu ako frekvenčnom skoku 10, prírastku alebo poklesu 11 a/alebofrekvenčnom rozpínaní F v prijímanom signáli E, ktoré vždy prekračujú predvolenú prahovú hodnotu.0029 Pre uvedené dopplerovo vyhodnotenie a dopplerovu detekciu môže byť meracia jednotka 5 akéhokoľvek druhu známeho v technike, či s kontinuálnym, modulovaným alebo pulzným meracim zväzkom žiarenia 6. Pri kontinuálnom meracom zväzku žiarenia 6 môže byť dopplerovo frekvenčné posunutie medzi vlastnými frekvenciami (nosnými frekvenciami) vysielaného a odrazeného meracieho zväzku žiarenia 6 zistené napriklad interferenčným meraním. Pri pulznom alebo modulovanom meracom zväzku žiarenia môže byť merané dopplerovo posunutie medzi počtom impulzov prípadne modulačnými frekvenciami vysielaného a odrazeného meracieho zväzku žiarenia 6. Všetky takéto vlastné, nosné, impulzné alebo modulačné frekvencie sa chápu pod tu používanými pojmami vysíeIacej frekvencie meracieho zväzku žiarenia 6 a prijímanej frekvencie odrazeného meracieho zväzku žiarenia 6, t. j. pojem prijímaná frekvencia zahrnuje akúkoľvek frekvenciu meracieho zväzku žiarenia 6 ovplyvniteInú doppierovým javom.0030 Obr. 4 znázorňuje prijímaný signál E, ktorý sa vyskytuje pri prejazde vozidla 2 meracej jednotky 5, ak meraci zväzok žiarenia 6 nenarazí na koleso 1, ale iba na karosériu vozidla 2, ktorá sa pohybuje rýchlosťou v, pri zohIadnení frekvenčného rozpínania F 0 podmieneného geometriou. Z obr. 1 a, 1 b, 1 d a 4 (t. j. s výnimkou obr. 1 c, kde je smer meracieho zväzku žiarenia 6 normálový k smeru jazdy 4 vozidla 2), je zrejme, že počas trvania T. prechodu vozidla popri meracej jednotke 5 sa objavi v prijlmanom signáli E v podstate konštantné zmena a síce skokový prírastok 9 o rýchlosť v. Trvanie TF tohto časového okna prechodu môže byť zohľadnené za účelom modifikovaného vyhodnotenia prijímaného signálu E na detekciu kolesa a síce pomocou spôsobu, opísaného v nasledujúcej časti.0031 Spôsob spočíva na použití palubných jednotiek (OBU) 15, ktoré sú vždy vezené vozidlom 2,aby mu bola povolená účasť na cestnom mýtnom alebo cestnom komunikačnom systéme. Pretože detekcia kolies 1 vozidla 2 sa používa často práve pre cestné mýtne systémy ako podklad na vymeranie poplatkov, môžu byt palubné jednotky 15 použité v takýchto cestných mýtnych systémoch súčasne aj na účely. ktoré sa tu opisujú.0032 Obr. 3 znázorňuje ako výrez cestný mýtny systém 16, ktorý zahrnuje veľký počet geografický rozmiestnených kontrolných zariadení 17 (zobrazené je iba jedno), ktoré sú inštalované so vzájomnými odstupmi napriklad pozdĺž jazdnej dráhy 3. Kontrolné zariadenia 17 komunikujú s ústredňou 19 cestného mýtneho systému 16 prostrednictvom dátových vedení 18. Cestný mýtny systém 16, predovšetkým jeho kontrolné zariadenia 17, stanovujú mýtne poplatky (spoplatňujú) miestne využitia vozidiel 2, napríklad prejazd jazdnej dráhy 3.0033 Na tento účel môžu byť kontrolné zariadenia 17 vyhotovené napríklad ako rádiomajáky s prijímačom-vysielačom 21 usporiadaným na cestnom moste (gantry) 20 a pripojeným majákovým počítačom 22 a prostrednictvom prijímača-vysielača 21 realizujú rádiovú komunikáciu 23 krátkeho dosahu (dedicated short range communication, DSRC) s palubnou jednotkou 15 prechádzajúceho vozidla 2. Rádiová komunikácia DSRC 23 môže viesť napriklad k mýtnej transakcií, ktorá sa hlási prostredníctvom majákového počítača 22 a dátového spojenia 18 ústredni 19 a/alebo sa ukladá v palubnej jednotke 15.0034 Kontrolné zariadenia (rádiomajáky) 17, palubné jednotky 15 a ich interné prijímače-vysielače na realizáciu rádiových komunikácií DSRC 23 môžu byť skonštruované podľa známych štandardov DSRC, predovšetkým CEN DSRC, lTS-G 5 alebo WAVE (wireless access in vehicular environments). Každá rádiová komunikácia DSRC 23 môže v priebehu prechodu rádiomajáka 17 odpisať napríklad určitú úhradu za používanie z vkladového účtu v ústredni 19 a/alebo v palubnej jednotke 15 a potom predstavuje odúčtovaciu transakciu rádiové komunikácie DSRC 23 však môžu tvoriť aj identifikačné, údržbové transakcie, transakcie aktualizujúce softvér alebo podobne v rámci cestného mýtneho systému 16.0035 Rádlové komunikácie DSRC 23 môžu byť však použité predovšetkým aj na rádiový dopyt(selekciu) údajov uložených v palubnej jednotke 15 ako sú kmeňové údaje, identiñkačné údaje,údaje o transakcií, záznamové údaje atď. Takéto rádiové dopyty 23 sa nemusia uskutočňovať iba zo stabilných kontrolných zariadeni prípadne rádiomajákov 17, ale aj z mobilných rádiomajákov 17 vo forme meracej jednotky 5 vyvinutej ako kontrolné vozidlo. Inými slovami, meracia jednotka 5 môže fungovať ako rádiomaják 17 a mimochodom aj opačne, rádiomaják 17 ako meracia jednotka 5. Všetko, čo bolo vysvetlené ku komunikačnej schopnosti DSRC rádiomajáka 17, sa teda týka aj meracej jednotky 5, ktorá je na tento účel vybavená vlastným prijímačom-vysielačom 24 a naopak. 0036 Rádiové dopyty palubných jednotiek 15 prostredníctvom rádiových komunikácií DSRC 23 môžu byť mimochodom vykonané aj v cestných mýtnych systémoch 16 na báze satelitnej navigácie(global navigation satellite system, GNSS-), v ktorých sa palubné jednotky 15 Iokalizujú namiesto

MPK / Značky

MPK: G01S 13/86, G01S 7/41

Značky: vozidla, kolesa, spôsob, detekcie

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/12-e17751-sposob-detekcie-kolesa-vozidla.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob detekcie kolesa vozidla</a>

Podobne patenty