РЕГИСТРАТОР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к устройствам для измерения средней скорости, и предназначена для автоматизированного контроля движения транспортный средств (ТС), выявления и фиксации нарушений правил дорожного движения, в том числе для фиксации транспортных средств, превышающих скорость, а также для сбора статистической информации.
Уровень техники
Известна система контроля движения транспортных средств (патент РФ 75768, МПК G08G 1/00, опубл. 20.08.2008), включающая, по меньшей мере, одну группу установленных в дорожном полотне чувствительных к давлению детекторных датчиков, соединенных с прибором вычисления и регистрации скорости движения транспортных средств, приемопередающее устройство, соединенное с прибором вычисления и регистрации скорости движения транспортных средств.
Известно устройство определения скорости движения и координат транспортных средств с последующей их идентификацией и автоматической регистрацией нарушений правил дорожного движения (патент РФ 2382416, МПК G08G 1/052, G08G 1/017, G07C 5/08, опубл. 20.02.2010), содержащее радиолокатор, по крайней мере, одну видеокамеру распознавания государственного регистрационного знака, и блок управления и обработки данных, соединенный с ними, радиолокатор содержит модуль обработки сигналов, обеспечивающий вычисление скорости и дальности всех ТС, находящихся на выбранном участке дорожного полотна.
Известно устройство фиксации нарушений скоростного режима движения автомобильного транспорта (патент РФ 101243, МПК G08G 1/052, опубл. 10.01.2011), содержащее два компьютерных блока, установленных на границах участка дороги заданной длины, оборудованных видеокамерами, предназначенными для передачи данных в компьютерные блоки для распознавания автомобильных номеров, а также канал связи между первым и вторым компьютерными блоками
Известно устройство фиксации нарушений скоростного режима движения автомобильного транспорта (патент на полезную модель RU 110856 U1, опубликовано: 27.11.2011), наиболее близкое к заявляемому решению и принятое за прототип, содержащее два регистратора, установленных на границах участка дороги заданной длины, каждый регистратор содержит видеокамеру и компьютер, предназначенный для распознавания ГРЗ и передачи данных в вычислительный центр, в котором происходит вычисление скорости движения ТС.
Однако известные устройства предназначены для выявления нарушений скоростного режима - иными словами, для обнаружения ТС, средняя скорость которых выше заданного значения. При этом прототип делает практически невозможным точное измерение скорости транспортного средства на криволинейных участках трассы. Утверждения, данные в описании прототипа о том, что криволинейность трассы оказывается на руку водителю и не приводит к наказанию невиновного, свидетельствуют только о том, что данная система, в отличие от предлагаемого решения, не является средством измерения.
Низкая точность измерения в прототипе обусловлена несколькими причинами:
1 Измерение расстояний между регистраторами производится с помощью навигационных ГЛОНАСС/GPS модулей только по прямой, без учета кривизны дороги.
2 Местоположение автомобиля в зоне контроля каждого регистратора не определено.
3 Не учитывается различие дистанций, которые проезжают автомобили по криволинейной трассе, двигаясь в противоположных направлениях.
К недостаткам прототипа относится невозможность точного измерения скорости на дорогах с двухсторонним движением, устройство не позволяет фиксировать статистическую информацию обо всех проехавших, не позволяет выявлять другие типы нарушений дорожного движения, такие, как движение по встречной полосе, движение по обочине, движение по полосе для маршрутных ТС, не фиксирует и не направляет в центр информацию о пробках в местах установки регистраторов. Установка регистраторов, входящих в устройство, на расстоянии менее 500 м друг от друга приводит к значительному росту погрешности измерения.
Задачами полезной модели являются:
- Возможность проведения измерений скорости с заданной погрешностью на прямых и на криволинейных трассах.
- Возможность работы на дорогах с двухсторонним движением одновременно по попутным и встречным ТС
- Возможность сбора статистической информации о транспортных потоках и загрузки участка дороги, ограниченного установленными регистраторами.
- Возможность независимого контроля параметров движения ТС в начале и в конце контрольного участка дороги, ограниченного установленными регистраторами.
- Увеличение точности измерений за счет дополнительных данных о положении ТС в зоне контроля регистратора и взаимной привязке координат зон контроля
- Увеличение точности за счет использования для расчета скорости точных сведений о длине контрольного участка, полученных с помощью метрологически-достоверного измерителя дистанций. Это расстояние измеряется вдоль отрезка дороги (в том числе и криволинейного).
- Увеличение точности за счет устранения ошибки, связанной с различием длин пути для ТС, двигающихся по криволинейной трассе в противоположных направлениях, Длина контрольного участка измеряется вдоль левой и вдоль правой стороны проезжей части.
- Для увеличения скрытности работы регистратора, радар, обеспечивающий привязку координат, может быть отключен (либо демонтирован) после определенного времени, необходимого для набора статистических данных.
- Оптимизация передачи данных о зафиксированных ТС с регистратора в ЦОД;
- Снижение затрат на установку и калибровку.
Технический результат заключается в повышении эффективности обнаружения и фотофиксации транспортных средств за счет повышения точности измерений скорости при одновременном сокращении минимально-допустимой длины контрольного участка.
Технический результат достигается в предложенном регистраторе для контроля движения транспортного средства, который включает в себя, по меньшей мере, один процессорный блок, видеокамеру, блок синхронизации времени, блок приема-передачи данных, и выполнен с возможностью захвата изображения транспортного средства. Регистратор отличается тем, что он оснащен модулем определения координат транспортного средства, выполненным с возможностью определения координат транспортного средства в зоне контроля регистратора. Процессорный блок предпочтительно выполнен с возможностью работы в основном или вспомогательном режимах
Процессорный блок может быть выполнен с возможностью расчета средней скорости транспортного средства только при работе в основном режиме.
Процессорный блок также может быть выполнен с возможностью одновременной реализации основного и вспомогательного режимов.
Регистратор может быть выполнен с возможностью вычисления средней скорости транспортного средства на дорогах с двухсторонним движением как для встречных, так и для попутных транспортных средств.
Регистратор может быть дополнительно снабжен радарным блоком, подключенным к процессорному блоку, причем процессорный блок регистратора выполнен с возможностью определения координат транспортного средства в зоне контроля с помощью радарного блока.
Процессорный блок предпочтительно выполнен с возможностью определения координат транспортного средства в зоне контроля с помощью цифровой видеокамеры, подключенной к процессорному блоку.
Процессорный блок также может быть выполнен с возможностью определения координат транспортного средства в зоне контроля за счет совместной обработки данных от радарного блока и видеокамеры, подключенных к процессорному блоку.
Регистратор может быть выполнен с возможностью периодической калибровки и уточнения взаимной привязки координат зон контроля.
Блок синхронизации времени предпочтительно связан с системой спутниковой навигации и с единой системой точного времени для получения географических координат и точных значений текущего времени.
Блок приема-передачи данных предпочтительно выполнен с возможностью двухстороннего обмена данными по цифровым каналам связи с другим аналогичным регистратором.
В предпочтительном варианте регистратор выполнен с возможностью выявления и фотофиксации нарушений ПДД, включающих движение по встречной полосе, движение по обочине, движение по полосе общественного транспорта, нарушение правил остановки и стоянки, нарушение разметки, а также превышение скорости в зоне контроля каждого регистратора.
Регистратор может быть выполнен с возможностью сбора и передачи в центр обработки данных статистической информации о транспортных потоках.
Процессорный блок предпочтительно выполнен с возможностью вычисления средней скорости на участке дороги протяженностью не менее 100 м с точностью не хуже ±2%.
Процессорный блок также может быть выполнен с возможностью вычисления средней скорости V по формуле,
,
где количество точек для усреднения n может быть выбрано произвольно, но не более величины , a i, j - количество фиксаций данного ТС в начале и в конце контрольного участка соответственно,
причем
,
0
где D - длина контрольного участка, измеренная по осевой, м,
L1 и L2 - расстояние между точками установки регистраторов, измеренное вдоль левой (L1) и правой (L2) обочины дороги,
,
где
Ρ - поправка, связанная с неодинаковостью дистанций, которые проходят ТС по разным полосам многополосной криволинейной трассы.
k
1i
2j
S=X-X
k
S - поправка, связанная с уточнением местоположения ТС в зоне контроля каждого регистратора.
1,2,
Х - расстояние от опоры регистратора до ТС, измеренное вдоль дороги
k
i
j
Δt=t-t,
k
k
Δt - временной интервал, соответствующий поправке S.
Значения длин L1 и L2 контрольного участка заносятся в долговременную память регистратора для дальнейшего использования в расчетах.
Процессорный блок может быть выполнен с возможностью вычисления скорости на контрольном участке, длина которого выбрана из условия
0
где D - длина контрольного участка, измеренная по осевой, м.
N - суммарное (в обоих направлениях) число полос движения на контрольном участке
φ - угол между направлениями в начале и в конце контрольного участка (градус)
3
δ - относительная погрешность измерения скорости за счет неопределенности положения ТС на многополосной дороге, %.
1
2
3
Процессорный блок предпочтительно выполнен с возможностью вычисления скорости на контрольном участке с погрешностью δ, которая оценивается с помощью выражения δ=δ+δ+δ, причем
0
1
для величины D предельное отклонение δ<±0.1%,
2
для величины S предельное отклонение δ<±0.3% при длине контрольного участка более 100 м,
3
для величины Ρ погрешность δ определяется выражениями
- для дороги с двухсторонним движением
где , N - число полос движения,
и может быть сведена к нулю при таком выборе контрольного участка, когда L1=L2.
Для решения задач полезной модели заявленный регистратор обладает следующими отличительными особенностями:
- Регистратор имеет возможность работать в основном и/или вспомогательном режиме («master» и/или «slave»). Это обеспечивает возможность контроля скорости как приближающихся, так и удаляющихся ТС, что позволяет контролировать движение на дорогах с двухсторонним движением.
- В регистраторе устанавливается низкопотребляющий процессорный блок, обеспечивающий распознавание ГРЗ, определение мгновенного местоположения транспорта (в режимах «master» и «slave») в зоне контроля, и дополнительно (в режиме «master») - вычисление скорости ТС;
- В регистраторе имеется режим «поверка», в котором предусмотрена возможность сохранения в памяти истинной длины контрольного участка, измеренной с высокой точностью специальными инструментами, дающими метрологически-достоверное значение (с использованием измерителей дистанций, внесенных в реестр средств измерений РФ). Доступ к этим данным защищен от несанкционированного доступа.
- Для устранения ошибки, связанной с различием длин пути для ТС, двигающихся по криволинейной трассе в противоположных направлениях, измерение длины контрольного участка производится дважды - вдоль левой и вдоль правой стороны проезжей части.
- В регистраторе в режиме «поверка» имеется пользовательский интерфейс, с помощью которого производится его настройка, обеспечивающая точное позиционирование зоны видеоконтроля по отношению к направлению движения транспортного потока.
- Система распознавания ГРЗ в регистраторе дополнительно оснащена программно-аппаратным модулем определения координат местоположения ТС в зоне контроля (использующим оптический принцип, радиолокационный принцип, или их комбинацию).
- Для получения сведений о мгновенной скорости ТС в зоне контроля регистратора он оснащен программно-аппаратным модулем измерения скорости (радаром), обеспечивающим как выявление различного вида нарушений (в том числе, нарушителей скоростного режима), так и сбор статистических сведений о параметрах транспортных потоков в месте установки регистратора.
- В регистраторе имеется система синхронизации времени на основе данных, получаемых от навигационных приемников либо от единой системы точного времени.
- Для передачи данных регистратор может использовать как проводные, так и беспроводные каналы передачи данных с низкой пропускной способностью (в том числе каналы передачи данных, предоставляемые операторами мобильных сетей связи). Регистратор может накапливать данные и выдавать результаты в любой удобный момент времени непосредственно в центр обработки информации (ЦОД), либо на переносной компьютер, либо на другой регистратор.
- Для долговременной автономной работы регистратор выполнен в виде комбинации видеокамеры и низкопотребляющего процессорного блока, которые в сочетании с высокоэффективной системой терморегуляции обеспечивают минимальное потребление энергии. Аккумуляторный блок, который может входить в состав регистратора, обеспечивает длительное бесперебойное функционирование регистратора.
Для получения сведений о скорости ТС в каждом месте установки регистратор оснащен радиолокатором, определяющим скорость движения и координаты ТС в зоне контроля. Получение от радара информации о координатах ТС в сочетании с координатами ГРЗ на видеоизображении, полученными в результате распознавания ГРЗ, позволяет осуществить привязку пространственных координат ТС и его координат на изображении. При отсутствии радара эта привязка может быть обеспечена оптическим методом. В этом случае на дороге в определенных точках зоны контроля устанавливаются (или наносятся краской) маркеры, координаты которых известны. Видео или фотоизображение этих маркеров в сочетании с информацией об их координатах в зоне контроля на дороге позволяет осуществить привязку координат на изображении к координатам на дороге. Привязка возможна и комбинированным методом, когда используется и радарный и оптический способ одновременно, что повышает надежность и точность привязки. Таким образом, программно-аппаратный модуль определения координат обеспечивает взаимную привязку систем координат двух регистраторов, а также привязку системы координат каждого из них к координатам опоры, на которой установлен регистратор.
Для синхронизации времени в регистраторе устанавливается система синхронизации с использованием спутниковой навигационной системы или единой системы точного времени.
Минимальная длины контрольного участка может быть сокращена до 100 м благодаря использованию занесенного в память точного значения его длины, учету различия дистанций для встречных и попутных ТС на криволинейной дороге, а также определению точного местоположения ТС в зоне контроля регистратора. Регистратор обладает более широкими возможностями по сравнению с известными регистраторами за счет того, что его процессорный блок может работать как в основном, так и во вспомогательном режиме (режимы master/slave).
Регистратор может проводить измерение скорости как самостоятельно, так и вычислять ее с учетом данных, полученных от других регистраторов посредством блока приема-передачи данных. Блок приема-передачи данных позволяет также передать результаты измерений другим регистраторам для вычисления скорости.
Новым также является возможность выявления иных нарушений ПДД, не связанных с нарушением скорости, в частности, движения по встречной полосе, движения по обочине, движения по полосе для маршрутных ТС, нарушения правил остановки и стоянки и др. Эти возможности обеспечиваются программно-аппаратным модулем определения координат ТС, имеющимся в регистраторе. Этот модуль выполнен с обеспечением возможности фиксации местоположения ТС на дороге при прохождении им зоны контроля. Регистратор выполнен с возможностью закрепления их на фонарных столбах, опорах или иных инженерных сооружениях дорожной инфраструктуры.
Технический результат заключается в повышении эффективности обнаружения и фиксации транспортных средств за счет повышения точности измерений скорости.
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели поясняется Фигурами 1-4.
На Фиг. 1 представлена схема регистратора.
На Фиг. 2 показана схема размещения на криволинейном участке дороги и примерная ориентация зоны контроля регистратора, установленного в начале контрольного участка, и зоны контроля регистратора, установленного в конце контрольного участка.
Фиг. 3-4 поясняют принцип оценки погрешности измерений.
На Фиг. 1 представлена структурная схема регистратора. Регистратор содержит цифровую видеокамеру 1, процессорный блок 2 с программно-аппаратным модулем 3 определения координат (МОК), блок 4 синхронизации времени, блок 5 климат-контроля, блок 6 приема-передачи данных, радарный блок 7 (в исполнении регистратора «без радара» блок 7 отсутствует).
Для обеспечения приема-передачи данных может использоваться любой цифровой канал передачи данных, как то: беспроводная сеть Wi-Fi, оптическая связь с помощью ИК приемопередатчиков, передача данных посредством сетей сотовой связи (с соответствующей защитой), связь по волоконно-оптическим линиям связи и т.п.
Общий принцип работы регистратора не зависит от наличия или отсутствия радара в ее составе. При наличии радара привязка координат изображения зоны контроля и дороги может осуществляться и по радарным, и по оптическим данным (маркерам), при отсутствии радара - по маркерам, установленным на дороге. Регистратор работает следующим образом.
Видеокамера 1 регистратора, работающего в режиме «Slave», производит захват изображения зоны контроля с ТС и передачу его на процессорный блок 2 для обнаружения ГРЗ и их распознавания. Одновременно на процессорный блок 2 поступают данные о мгновенной скорости, курсовом угле и дальности для каждого ТС, полученные от радарного блока 7 (при его наличии). При отсутствии радара координаты местоположения ТС на дороге и его скорость определяются по изображению ГРЗ с их пересчетом в координаты зоны контроля через маркерные метки. Таким образом, по каждому ТС в процессорный блок поступает набор координат, полученных при его продвижении через зону контроля. Количество таких наборов определяется количеством фотографий с распознанным ГРЗ данного ТС, полученных за время нахождения его в зоне контроля. Все данные сопровождаются метками времени, полученными от блока 4 синхронизации времени. Данные от видеокамеры 1 и радарного блока 7 (при его наличии) поступают на модуль 3 определения координат для расчета координат каждого ТС, после чего в процессорном блоке 2 формируется пакет данных о каждом ТС: координаты ТС, номер полосы движения, направление движения, результат распознавания ГРЗ, время фиксации. Сформированный пакет данных может быть использован для выявления различного рода нарушений ПДД, таких как движение по встречной полосе, движение по обочине, движение по полосе общественного транспорта, нарушение правил остановки и стоянки, нарушение разметки, а также превышение скорости. Кроме того, эти данные могут быть переданы на регистратор на другой конец контрольного участка для вычисления скорости на контрольном участке. В таком случае передающий регистратор работает в режиме ″slave″. В режиме ″master″ регистратор может получать данные и вычислять скорость на контрольном участке самостоятельно. Процессорный блок регистратора производит вычисление скорости ТС по формуле
где D - расстояние между точками, в которых произошла фиксация ТС, а ΔТ - время между моментами фиксации ГРЗ данного ТС. Расчет производится многократно для каждого из полученных и распознанных кадров. Результат расчета усредняется, и, если скорость превышает заданный порог, запрашивается фото нарушителя, после чего материал о нарушителе передается в ЦОД вместе с фотографиями и распознанным ГРЗ данного ТС. В случае необходимости возможна передача статистической информации о транспортных потоках без фотографий, которая формируется в регистраторе, работающем в режиме «Master».
Оценка погрешности измерений.
Расстояние между точками, в которых происходит фиксация цели, обозначим через D.
Выражение для расчета полной дистанции между точками регистрации ТС составит:
где
0
D - длина контрольного участка измеренная вдоль осевой линии дороги.
S - поправка, связанная с уточнением местоположения ТС в зоне контроля регистратора.
Ρ - поправка, связанная с неодинаковостью дистанций, которые проходят ТС по разным полосам многополосной криволинейной трассы.
Погрешность измерения интервалов времени в расчет не принималась, поскольку величина измеряемых временных интервалов многократно выше погрешности измерений времени (±1 мкс), полученных с помощью системы спутниковой навигации либо единой системы точного времени.
Рассмотрим погрешности измерения каждого из слагаемых выражения (2).
0
1
Можно показать, что суммарная погрешность вычисления величины D по формуле (2), мало зависит от погрешности измерения длины контрольного участка D в случае, если для определения этой длины используется профессиональное оборудование (курвиметр), имеющее низкую погрешность (например, курвиметр дорожный универсальный УДК «Ровность», Свидетельство о внесении в реестр средств измерений RU.С.27.062.А №48803). Погрешность измерения таким инструментом составляет δ=±0,1%.
2
2
Уточнение местоположения ТС в зоне контроля регистратора также может незначительно влиять на результат. Расчеты показывают, что многократное измерение положения ТС в зоне контроля регистратора с последующим усреднением может обеспечить вычисление поправки S с погрешностью δ<0.3% при длине контрольного участка 100 м. В случае, если эта длина более 100 м, погрешность δ пропорционально уменьшается.
Ключевое значение может иметь вклад погрешности определения поправки, связанной с неодинаковостью дистанций, которые проходят ТС, двигаясь по разным полосам криволинейной трассы. Его вклад в общую ошибку измерения D определяется, главным образом, тем, насколько сильно отличаются один от другого длины контрольного участка, измеренные вдоль противоположных кромок проезжей части. Можно показать, что погрешность, связанная с неопределенностью траектории движения ТС на криволинейной трассе вычисляется с помощью выражения
где L1 и L2 - длины, измеренные вдоль противоположных кромок проезжей части контрольного участка
N - общее число полос на дороге с двухсторонним движением
0
3
Легко показать, что в общем случае, при произвольном числе полос на дороге с двухсторонним движением и с произвольными направлениями дороги на концах контрольного участка минимально-разрешенная длина контрольного участка D (м), при которой относительная погрешность измерения скорости не превышает заданной величины δ(%), вычисляется с помощью выражения:
где
N - суммарное (в обоих направлениях) число полос движения на контрольном участке
φ - угол между направлениями в начале и в конце контрольного участка (градус)
q - ширина одной полосы движения, м
3
δ - относительная погрешность измерения скорости за счет неопределенности положения ТС на многополосной дороге, %
0
D - длина контрольного участка, измеренная по осевой, м
Для стандартной ширины полосы движения q=3,75 м выражение (4) преобразуется к виду:
В частности, на 4-полосной дороге с двухсторонним движением уровень суммарной погрешности δ=2% может быть обеспечен при длине контрольного участка около 300 м, если направления дороги в начале и в конце контрольного участка отличаются на 90 градусов.
k
Для вычисления скорости воспользуемся выражением (1), причем, в качестве интервала времени между отсчетами воспользуемся множеством значений интервалов времени между фиксацией ТС в начале и в конце контрольного участка Δt, позволяющим усреднить результаты измерений.
,
где количество точек для усреднения n может быть выбрано произвольно, но не более величины , где i, j - количество фиксаций данного ТС в начале и в конце контрольного участка соответственно.
причем
,
0
где D - длина контрольного участка, измеренная по осевой, м,
L1 и L2 - длина контрольного участка, измеренная вдоль левой (L1) и правой (L2) обочины дороги,
,
где
Ρ - поправка, связанная с неодинаковостью дистанций, которые проходят ТС по разным полосам многополосной криволинейной трассы.
k
1i
2j
S=X-X
k
S - поправка, связанная с уточнением местоположения ТС в зоне контроля регистратора.
1,2
Х - расстояние от опоры регистратора до ТС, измеренное вдоль дороги
k
i
j
Δt=t-t,
k
k
Δt - временной интервал, соответствующий поправке S
Значения L1 и L2 заносятся в долговременную память прибора для дальнейшего использования в расчетах.
Таким образом, за счет того, что регистратор оснащен модулем определения координат транспортного средства, выполненным с возможностью определения координат транспортного средства в зоне контроля, достигается технический результат повышение эффективности обнаружения и фотофиксации транспортных средств за счет повышения точности измерений скорости.