СИСТЕМА КОНТРОЛЯ СОБЛЮДЕНИЯ ПРАВИЛ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ
METHOD MONITORING COMPLIANCE WITH ROAD TRAFFIC RULES

Предлагаемая система относится к области обеспечения безопасности дорожного движения и может быть использована для контроля соблюдения правил дорожного движения (ПДД).
Система представляет собой комплекс программных и технических средств, предназначенный для контроля соблюдения ПДД, а также для оповещения водителей транспортных средств (ТС) речевым сообщением с графическим отображением на мониторе обо всех постоянных или временных знаках, установленных на дороге, вводимых или отменяемых этими знаками ограничениях.
Известны системы контроля соблюдения правил дорожного движения транспортными средствами (патенты РФ №№2.116.208, 2.155.684, 2.156.706, 2.159.190, 2.179.121, 2.194.282, 2.243.594, 2.278.415, 2.324.980, 2.384.887; патент Великобритании №2.291.235; Дикарев В.И. Безопасность, защита и спасение человека. Санкт-Петребург, 2007, с.78-104 и другие).
Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является «Система контроля соблюдения правил дорожного движения» (патент РФ №2.384.887, G08G 1/01, 2007), которая и выбрана в качестве прототипа.
Известная система обеспечивает контроль соблюдения правил дорожного движения, в частности скоростного режима движения транспортных средств, правил проезда железнодорожных переездов, регулируемых перекрестков дорог и пешеходных переходов, требований дорожных знаков.
Система содержит сигнальное устройство, размещаемое на месте контроля, и исполнительное устройство, размещаемое на транспортном средстве. Сигнальное и исполнительное устройства обмениваются между собой информацией о контролируемом параметре по радиолинии, организуемой с использованием технологии расширения спектра с псевдослучайной скачкообразной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) и временным разделением каналов.
Однако радиолиния обмена информацией между сигнальным устройством 1 и исполнительным устройством 11 известной системы работает только в симплексном режиме и не обеспечивает регистрацию транспортных средств, нарушивших правила дорожного движения.
Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей системы путем регистрации на месте контроля транспортных средств, нарушивших правила дорожного движения.
Поставленная задача решается тем, что система контроля соблюдения правил дорожного движения, в частности скоростного режима движения транспортных средств, правил проезда железнодорожных переездов, регулируемых перекрестков дорог и пешеходных переходов, требований дорожных знаков, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, сигнальное устройство, размещаемое на месте контроля, и исполнительное устройство, размещаемое на транспортном средстве, обменивающиеся между собой информацией по радиолинии, организуемой с использованием технологии расширения спектра с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты и временным разделением каналов, при этом сигнальное устройство включает блок ввода дискретных сигналов, передающее устройство, синтезатор несущих частот, первый усилитель мощности и внешнюю антенну, исполнительное устройство включает блок ввода аналоговых и дискретных сигналов, контроллер, соединенный с трансивером со встроенной антенной, блоком внешней памяти, жидкокристаллическим монитором и с блоком релейных выходов, сигнальные устройства выполнены с возможностью передачи информации о контролируемом параметре с использованием служебных сигналов, в определенной последовательности, с пространственным разнесением сигналов, исполнительные устройства выполнены с возможностью приема информации о контролируемом параметре от сигнальных устройств в определенной последовательности, фиксации допущенных нарушений контролируемых параметров в блоке внешней памяти, информирования водителя транспортного средства о допущенных нарушениях, вводимых и отменяемых ограничениях, установленных дорожных знаках, отличается от ближайшего аналога тем, что сигнальное устройство снабжено дуплексером и приемным устройством, причем передающее устройство выполнено в виде последовательно включенных синхронизатора, генератора псевдослучайного кода, синтезатора несущих частот, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом блока ввода дискретных сигналов, первого смесителя, второй вход которого через синтезатор частот первого гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, усилителя первой промежуточной частоты и первого усилителя мощности, выход которого соединен с входом дуплексера, вход-выход которого связан с внешней антенной, приемное устройство выполнено в виде последовательно подключенных к выходу дуплексера второго усилителя мощности, второго смесителя, второй вход которого через синтезатор частот второго гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, усилителя второй промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом синтезатора частот второго гетеродина, полосового фильтра, фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом синтезатора частот первого гетеродина, и блока регистрации, трансивер выполнен в виде последовательно включенных синхронизатора, генератора псевдослучайного кода, синтезатора несущих частот, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом блока ввода аналоговых и дискретных сигналов, первого смесителя, второй вход которого через синтезатор частот первого гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, усилителя первой промежуточной частоты, первого усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан со встроенной антенной, второго смесителя, второй вход которого через синтезатор частот второго гетеродина соединен с выходом генератора псевдослучайного кода, усилителя второй промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом синтезатора частот второго гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом синтезатора частот первого гетеродина, а выход подключен ко входу контроллера, исполнительные устройства выполнены с возможностью передачи информации о допущенных нарушениях правил дорожного движения транспортными средствами и их регистрационных номерах, а сигнальные устройства выполнены с возможностью приема указанной информации.
Структурная схема сигнального устройства 1 представлена на фиг.1. Структурная схема исполнительного устройства 11 представлена на фиг.2. Частотная диаграмма, поясняющая процесс преобразования сигналов по частоте, изображена на фиг.3. Фрагмент частотно-временной матрицы используемых сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) показан на фиг.4.
Сигнальное устройство 1, размещаемое на месте контроля, содержит последовательно включенные синхронизатор 3, генератор 5 псевдослучайного кода, синтезатор 18 несущих частот, фазовый манипулятор 8, второй вход которого соединен с выходом блока 2 ввода дискретных сигналов, первый смеситель 9, второй вход которого через синтезатор 6 частот первого гетеродина соединен с выходом генератора 5 псевдослучайного кода, усилитель 19 первой промежуточной частоты, первый усилитель 7 мощности, дуплексер 20, вход-выход которого связан с внешней антенной 21, второй усилитель 23 мощности, второй смеситель 25, второй вход которого через синтезатор 24 частот второго гетеродина соединен с выходом генератора 5 псевдослучайного кода, усилитель 26 второй промежуточной частоты, перемножитель 27, второй вход которого соединен с выходом синтезатора 24 частот второго гетеродина, полосовой фильтр 28, фазовый детектор 29, второй вход которого соединен с выходом синтезатора 6 частот первого гетеродина, и блок 30 регистрации.
Синхронизатор 3, генератор 5 псевдослучайного кода, синтезатор 18 несущих частот, фазовый манипулятор 8, первый смеситель 9, синтезатор 6 частот первого гетеродина, усилитель 19 первой промежуточной частоты и первый усилитель 7 мощности образуют передающее устройство 4.
Второй усилитель 23 мощности, второй смеситель 25, второй синтезатор 24 частот второго гетеродина, усилитель 26 второй промежуточной частоты, перемножитель 27, полосовой фильтр 28, фазовый детектор 29 и блок 30 регистрации образуют приемное устройство 22.
Исполнительное устройство 11, размещаемое на транспортном средстве 10, содержит последовательно включенные трансивер 17 с встроенной антенной 40 и контроллер 15, соединенный с блоком 13 релейных выходов, жидкокристаллическим монитором 14 и с блоком 16 внешней памяти.
Трансивер 17 содержит последовательно включенные синхронизатор 31, генератор 32 псевдослучайного кода, синтезатор 33 несущих частот, фазовый манипулятор 34, второй вход которого соединен с выходом блока 12 ввода аналоговых и дискретных сигналов, первый смеситель 36, второй вход которого через синтезатор 35 частот первого гетеродина соединен с выходом генератора 32 псевдослучайного кода, усилитель 37 первой промежуточной частоты, первый усилитель 38 мощности, дуплексер 39, вход-выход которого связан со встроенной антенной 40, второй усилитель 41 мощности, второй смеситель 43, второй вход которого через синтезатор 42 частот второго гетеродина соединен с выходом генератора 32 псевдослучайного кода, усилитель 44 второй промежуточной частоты, перемножитель 45, второй вход которого соединен с выходом синтезатора 42 частот второго гетеродина, полосовой фильтр 46 и фазовый детектор 47, второй вход которого соединен с выходом синтезатора 35 частот первого гетеродина, а выход подключен к входу контроллера 15.
Общий формат пакетов, используемых в радиоканале, состоит из трех частей: код доступа, заголовок и полезная информация. Используются асинхронные пакеты, без установления соединения. Коды доступа являются служебными сигналами связи и используются для оповещения и обмена служебной информацией. Используются три кода доступа. Код доступа запроса используется для обнаружения модулей исполнительных устройств, находящихся в зоне действия сигнального устройства. Код параметра содержит признак контролируемого параметра. Код снятия ограничения содержит соответствующий признак.
Информация о контролируемом параметре, которой обмениваются специальные и исполнительные устройства, будет именоваться «кодом параметра».
Система контроля соблюдения правил дорожного движения функционирует следующим образом.
Исполнительное устройство транспортного средства постоянно находится в режиме ожидания запроса, перестраиваясь по частотам по установленному алгоритму.
На месте контроля устанавливаются сигнальные устройства. Диаграмма антенны одного сигнального устройства направлена навстречу движению транспортных средств, а диаграмма антенны другого сигнального устройства направлена по ходу движения транспортных средств того же направления.
Сигнальные устройства осуществляют передачу «кода доступа запроса» и «кода параметра», при этом через антенну, направленную навстречу движению транспортных средств, передается информация «кода доступа запроса» и «кода параметра», а через другую антенну передается только информация «кода параметра».
Исполнительное устройство транспортного средства анализирует принятую информацию от сигнальных устройств данного направления и, при совпадении принятого «кода параметра» с «кодом параметра», имеющимся в памяти исполнительного устройства, фиксируется нарушение контролируемого параметра.
На сигнальном устройстве 1 с помощью синхронизатора 3 включается генератор 5 псевдослучайного кода, который, в свою очередь, управляет работает синтезатора 18 несущих частот, синтезатора 6 частот первого гетеродина и синтезатора 24 частот второго гетеродина.
На выходе синтезатора 18 несущих частот последовательно во времени формируется сетка высокочастотных колебаний различных несущих частот:
,
,
…
,
…
c
, 0≤t≤T,
c
с
T=M·t,
i
i,
i
i
где U, w φ, T - амплитуда, несущая частота, начальные фазы и длительность сигнала;
i=1, 2,.…, М,
М - число используемых несущих частот (число частотных каналов);
c
1
М=Δw/Δw,
c
Δw - ширина полосы частот расширенного спектра используемого сигнала (фиг.4);
1
Δw - ширина полосы одного частотного канала;
c
t - временной интервал между переключением частот, характеризует собой время работы на одной несущей частоте.
c
э
c
э
В зависимости от соотношения времени работы на одной частоте t и длительность информационных символов τ псевдослучайная перестройка рабочей частоты (ППРЧ) может быть разделена: на межсимвольную, посимвольную и внутрисимвольную. При межсимвольной ППРЧ n информационных символов (n≥2) передаются на одной частоте, при этом t=nτ.
1
Сформированные высокочастотные колебания последовательно во времени поступают на первый вход фазового манипулятора 8, на второй вход которого подается модулирующий код M(t), представляющий собой информацию о контролируемом параметре, с выхода блока 2 ввода дискретных сигналов. На выходе фазового манипулятора 8 образуются фазоманипулированные (ФМн) сигналы
,
к1
1
K
э
э
э
где φ(t)={0; π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φ(t)=const при Кτ<t<(К+1)τ и может изменяться скачком при t=Kτ, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2,.…, N-1);
э
с
с
э
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т(Т=N·τ);
которые поступают на первый вход смесителя 9, на второй вход которого подаются напряжения синтезатора 6 частот первого гетеродина:
,
,
…
,
…
,
которые формируются последовательно во времени с помощью генератора 5 псевдослучайного кода.
На выходе смесителя 9 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 19 выделяются напряжения первой промежуточной (суммарной) частоты
где ;
up1i
i
г1i
w=W+w - первая промежуточная (суммарная) частота;
up1i
i
г1i
φ=φ+φ.
1i
up1i
г1i
Эти напряжения после усиления в усилителе 7 мощности через дуплексер 20 поступают во внешнюю антенну 21, излучаются ею на частоте W=w в эфир, улавливаются встроенной антенной 40 транспортного средства 10 и через дуплексер 20 и усилитель 41 мощности поступают на вход смесителя 43, на второй вход которого подаются напряжения u(t) синтезатора 42 частот второго гетеродина 42. На выходе смесителя 43 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 44 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) частоты
где ;
up2i
up1i
г1i
w=W-w - вторая промежуточная (разностная) частота;
up2i
up1i
г1i
φ=φ-φ
г1i
Эти напряжения поступают на первый вход перемножителя 45, на второй вход которого подаются напряжения u(t) синтезатора частот второго гетеродина 42. На выходе перемножителя образуются следующие напряжения
где ;
г2i
up2i
г1i
w=w+w;
г2i
up2i
г1i,
φ=φ+φ
которые выделяются полосовым фильтром 46 и поступают на первый (информационный) вход фазового детектора 47, на второй вход которого подаются напряжения синтезатора 35 частот первого гетеродина:
,
,
…
,
…
На выходе фазового детектора 47 образуются низкочастотные напряжения
,
где
1
пропорциональные модулирующему коду M(t).
с
э
В качестве примера на фиг.4 показан фрагмент частотно-временной матрицы сложного сигнала с фазовой манипуляцией с ППРЧ. При этом n выбрано равным 4 (t=4τ), квадратами с различной наклонной штриховкой обозначены различные информационные символы с различными фазами (0; π).
При нарушении транспортным средством правил дорожного движения характер этого нарушения вместе с регистрационным номером транспортного средства передаются по радиоканалу на его сигнальные устройства, где они и регистрируются вместе с текущим временем.
Для этого синхронизатор 31 включает генератор 32 псевдослучайного кода, который, в свою очередь, управляет работой синтезатора 33 несущих частот, синтезатора 35 частот первого гетеродина и синтезатора 42 частот второго гетеродина.
На выходе синтезатора 33 несущих частот последовательно во времени формируется сетка высокочастотных колебаний различных несущих частот, подобная аналогичной сетке сигнального устройства:
,
,
…
,
…
.
2
Указанные колебания последовательно во времени поступают на первый вход фазового манипулятора 34, на второй вход которого подается информация с выхода блока 12 ввода аналоговых и дискретных сигналов, соответствующая характеру нарушения правил дорожного движения транспортным средством, его регистрационному номеру и текущему времени. Из указанной информации формируется модулирующий код M(t).
На выходе фазового манипулятора 34 формируются ФМн-сигналы
к2
2
г2i
где φ(t)={0; π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), которые поступают на первый вход смесителя 36. На второй вход последнего подаются напряжения u(t) синтезатора 35 частот первого гетеродина. На выходе смесителя 36 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 37 выделяются напряжения разностной частоты
,
где
2i
г2i
up2i
w=w-w - разностная частота;
2i
г2i
i
φ=φ-φ.
г2i
Эти напряжения после усиления в усилителе 38 мощности через дуплексер 39 поступают во встроенную антенну 40, излучаются ею в эфир, улавливаются внешней антенной 21 сигнального устройства и через дуплексер 20 и усилитель 23 мощности поступают на первый вход смесителя 25, на второй вход которого подаются напряжения u(t) синтезатора 24 частот второго гетеродина. На выходе смесителя 25 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 26 выделяются напряжения второй промежуточной частоты
,
где ;
up2i
г2i
г2i
w=W-w - вторая промежуточная (разностная) частота;
up3i
г2i
2i
φ=φ-φ.
г2i
Эти напряжения поступают на первый вход перемножителя 27, на второй вход которого подаются напряжения u(t) синтезатора 24 частот второго гетеродина 24. На выходе перемножителя 27 образуются следующие напряжения
,
где ;
г1i
г2i
up2i
w=w-w,
г1i
г2i
up3i
φ=φ-φ,
г1i
которые выделяются полосовым фильтром 28 и поступают на первый (информационный) вход фазового детектора 29, на второй (опорный) вход которого подаются напряжения u(t) синтезатора 6 частот первого гетеродина. На выходе фазового детектора 29 образуются низкочастотные напряжения
,
где ;
2
пропорциональные модулирующему коду M(t). Эти напряжения фиксируются блоком 30 регистрации.
Варианты использования предлагаемой системы
1. Контроль соблюдения скоростного режима
Сигнальные устройства устанавливаются на уровне знака ограничения скорости (обозначенного начала населенного пункта) и на месте, где заканчивается действие знака ограничения скорости (на выезде из населенного пункта).
Сигнальные устройства, установленные у знака ограничения скорости, передают «код доступа запроса» и «код параметра», сигнальные устройства, установленные на месте окончания действия ограничения скорости, передают «код доступа запроса» и «код снятия ограничения».
При подъезде к знаку ограничения скорости транспортное средство попадает в зону действия первого сигнального устройства. Сигнальное устройство в четные слоты осуществляет циклическую передачу «кода доступа запроса» и «кода параметра». Исполнительное устройство транспортного средства в первом четном слоте принимает «код доступа запроса», проводит процедуру временной синхронизации и переходит в состояние ожидания вызова. В следующем четном слоте исполнительное устройство принимает «код параметра».
Продолжая движение, исполнительное устройство переходит в зону действия другого сигнального устройства и принимает «код параметра».
При превышении допустимой скорости водитель транспортного средства получает предупредительный сигнал, далее, если водитель не снизил скорость до разрешенной величины, через установленное время исполнительное устройство фиксирует время и характер нарушения, переводит сигнальные приборы транспортного средства в особый режим. Контроль скоростного режима продолжается все время движения транспортного средства по контролируемому участку (по населенному пункту), при этом возможна фиксация каждого превышения скорости как отдельного нарушения. Нарушение скорости, время нарушения и регистрационный номер транспортного средства, нарушившего скоростной режим, регистрируются сигнальными устройствами.
В конце контролируемого участка (на выезде из населенного пункта) исполнительное устройство получает «код снятия ограничения» и выключает программу контроля скоростного режима. Водитель получает голосовое сообщение об отмене ограничения с отображением информации на мониторе.
2. Контроль проезда регулируемых перекрестков дорог, пешеходных переходов и железнодорожных переездов
Сигнальные устройства устанавливаются совместно со светофорами (семафорами) и через блоки ввода дискретных сигналов подключаются к ним.
При переходе светофора с «разрешающего» на «предупреждающий» сигнал первое сигнальное устройство начинает передавать «код доступа запроса» и «код параметра» по рассмотренному ранее алгоритму. При переходе светофора с «предупреждающего» на «запрещающий» сигнал второе сигнальное устройство начинает передачу «кода параметра».
При движении транспортного средства на «запрещающий» сигнал светофора исполнительное устройство принимает «код параметра» в зоне действия другого сигнального устройства, осуществляет анализ принятой информации, проводит сравнение с кодом, хранящимся во встроенной памяти контроллера 15, и при совпадении кодов фиксирует время и характер нарушения, переводит световые приборы транспортного средства в особый режим, оповещает водителя о допущенном нарушении голосовым сообщением с отображением информации на мониторе 14.
Время и характер нарушения фиксируются сигнальным устройством.
При переходе светофора с «предупреждающего» сигнала на «разрешающий» сигнальные устройства прекращают работу.
Для железнодорожных переездов отличие алгоритма заключается в том, что сигнальные устройства начинают работать на передачу при включении «запрещающего» сигнала семафора.
3. Контроль соблюдения требований знаков
Особенность алгоритма заключается в том, что сигнальные устройства постоянно передают «код доступа запроса» и «код параметра». Первое сигнальное устройство постоянно с установленным циклом передает «код доступа запроса» и «код параметра», другие сигнальные устройства постоянно передают только «код параметра» так, как было рассмотрено ранее.
Для знаков, запрещающих остановку и стоянку, отличие заключается в том, что после приема «кода доступа запроса» и «кода параметра» исполнительное устройство активизирует программу контроля скорости движения транспортного средства и, при падении скорости до нуля, через установленный интервал времени фиксирует нарушение. Это же нарушение и время его совершения фиксируется и сигнальным устройством. В конце участка ограничения устанавливается сигнальное устройство, передающее «код снятия ограничения».
4. Технические средства системы позволяют организовать оповещение водителей транспортных средств обо всех установленных на дороге знаках, как постоянных, так и временных, а также об опасных условиях на участках дорог (сильный туман, гололед, снежные заносы и т.п.).
Примерный перечень правил дорожного движения, за соблюдением которых может быть осуществлен контроль:
- проезд перекрестков дорог и пешеходных переходов, регулируемых светофорами;
- проезд железнодорожных переездов;
- скоростной режим в населенных пунктах, в жилых зонах, на дворовых территориях, на участках магистралей и дорог;
- максимальная скорость, определенная техническими характеристиками транспортных средств;
- скорость, указанная на опознавательном знаке «Ограничение скорости», установленном на транспортном средстве;
- требования знаков приоритета:
«Движение без остановки запрещено»;
- требования запрещающих знаков:
«Въезд запрещен»,
«Движение запрещено»,
«Движение механических транспортных средств запрещено»,
«Движение грузовых автомобилей запрещено»,
«Движение мотоциклов запрещено»,
«Движение тракторов запрещено», «Опасность»,
«Поворот направо (налево) запрещен»,
«Ограничение максимальной скорости»,
«Остановка запрещена»,
«Стоянка запрещена»,
- требования предписывающих знаков:
«Движение прямо»,
«Движение направо»,
«Движение налево»,
«Движение прямо или направо»,
«Движение прямо или налево»,
«Движение направо или налево»,
«Ограничение минимальной скорости»,
«Велосипедная дорожка»,
«Пешеходная дорожка»,
- знаки особых предписаний:
«Дорога с односторонним движением»,
«Зона с ограничением стоянки»,
«Зона с ограничением максимальной скорости»,
«Пешеходная зона».
Описанная система позволит повысить эффективность работы органов, контролирующих дорожное движение, не только снизить количество нарушений правил дорожного движения, но и предупреждать их.
Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом обеспечивает не только контроль соблюдения правил дорожного движения, в частности скоростного режима движения транспортных средств, правил проезда железнодорожных переездов, регулируемых перекрестков дорог и пешеходных переходов, требований дорожных знаков, но и позволяет на месте контроля зарегистрировать характер и время нарушений транспортными средствами правил дорожного движения и их регистрационные номера. Это достигается применением дуплексной радиосвязи с использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ). Указанные сигналы обладают энергетической, структурной, информационной, временной и пространственной скрытностью.
Тем самым функциональные возможности системы расширены.