СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ, ИДЕНТИФИКАЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DETECTING, IDENTIFYING AND DETERMINING VEHICLE SPEED AND DEVICE FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для определения скоростей движения транспортных средств одновременно с их обнаружением и идентификацией, что осуществляется с использованием радиоволн, например, при проведении испытаний или спортивных соревнований.
0
0
Известен акустический способ определения скорости движения автомобиля в условиях плохой видимости, заключающийся в приеме электроакустическим преобразователем тональной составляющей звука, производимой автомобилем, по частоте которой определяют скорость движения автомобиля, при этом тональную составляющую звука f, Гц, выделяют из спектра шумоизлучения автомобиля, для чего непрерывно измеряют изменения доплеровской частоты f(t), Гц, во времени t, с данной тональной составляющей f и на временах, на которых наблюдается постоянство доплеровской частоты f(t) во времени t, определяют значение скорости V (м/с), движения автомобиля по математической зависимости
,
0
0
0
где С, м/с, - известная скорость звука или скорость звука, определенная экспериментально, непосредственно в период определения скорости автомобиля, причем в момент времени t, когда f(t)=f, определяют траверзное расстояние d между автомобилем и электроакустическим преобразователем, исходя из математической зависимости (см. описание к патенту РФ №2290660, МПК G01S 11/14, опубл. 10.08.2006 г.).
Известный способ может применяться в условиях плохой видимости, но не является в достаточной степени надежным и не позволяет произвести идентификацию транспортного средства, вследствие чего не получил распространения.
Наиболее близким по технической сущности - прототипом - является способ, реализованный в доплеровских радарах, например, в устройстве для измерения скорости транспортного средства, заключающийся в том, что излучают электромагнитный сигнал в направлении движущегося навстречу транспортного средства, принимают отраженный сигнал и по величине доплеровского сдвига частоты отраженного сигнала судят о скорости движения транспортного средства (см. описание к RU 2003109, кл. G01P 3/48, 1993 г.).
Недостатками известного способа являются, во-первых, его неразборчивость в измерении скорости в случаях, когда в поле зрения доплеровского радара попадает несколько транспортных средств, движущихся с разной скоростью. В этом случае результатом измерения окажется в зависимости от алгоритма обработки сигнала либо величина скорости движения транспортного средства, имеющего наибольшую отражающую способность, либо скорости транспортного средства, движущегося с максимальной скоростью. Во-вторых, известный способ не обеспечивает идентификацию транспортного средства, в связи с чем требуются дополнительные операции, позволяющие выполнить идентификацию.
Для идентификации иногда применяют комплексирование: средства радиочастотного измерения дополняют видеокамерой с оборудованием распознавания номерного знака транспортного средства, что помимо усложнения реализации способа обладает недостатком, свойственным использованию видимого спектра электромагнитных волн, а именно резкое ухудшение работоспособности в условиях осадков, а также снижение вероятности правильного распознавания при наличии таких факторов, как загрязнение номерного знака, его наклонное крепление, использование маскирующих сеток и пр.
Указанные недостатки исключают возможность использования известного способа для одновременного обнаружения, идентификации и измерения скорости движения транспортного средства, что снижает область его применения.
Наиболее близким по технической сущности - прототипом - является измеритель скорости движения объекта, содержащий средства для излучения СВЧ-сигнала заданной частоты, приема отраженного от движущегося объекта сигнала, блок обработки информации и блок управления и индикации, отличающееся тем, что средства для излучения СВЧ-сигнала заданной частоты и приема отраженного от движущегося объекта сигнала выполнены в виде приемопередающей антенны, волноводно-турникетного преобразователя, полупроводникового генератора, фазовращателя, смесителя и предварительного усилителя доплеровского сигнала, а блок обработки информации выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя и сигнального процессора, при этом первый выход полупроводникового генератора подключен ко входу волноводно-турникетного преобразователя, первый выход которого соединен с приемопередающей антенной, а второй выход - с первым входом смесителя, ко второму входу которого подключен второй выход полупроводникового генератора, а третий выход полупроводникового генератора через фазовращатель подключен к третьему входу смесителя, кроме того, двухканальный выход смесителя соединен с входами предварительного усилителя доплеровского сигнала, выходы которого соединены со входами аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с входами сигнального процессора, выход которого соединен с входом полупроводникового генератора, причем сигнальный процессор соединен с блоком управления и индикации (см. RU 2237266 С2, МПК 7 G01S 13/58). Известное решение позволяет измерять скорость движущихся объектов, в том числе скорость движения автомобилей по дороге.
Недостатками известного решения являются его неразборчивость в измерении скорости в случаях, когда в поле зрения доплеровского радара попадает несколько транспортных средств, движущихся с разной скоростью. В этом случае результатом измерения окажется величина транспортного средства, движущегося с максимальной скоростью в группе, скорости остальных автомобилей в группе могут быть определены лишь путем наблюдения за автомобилями в группе и сопоставления результатов наблюдения с результатами измерения.
Известный способ не обеспечивает идентификацию транспортного средства, в связи с чем, требуются дополнительные операции чтобы как-то идентифицировать транспортное средство.
Указанные недостатки исключают возможность использования известного способа для одновременного обнаружения, идентификации и измерения скорости движения транспортного средства, что снижает область его применения.
Задачей и обусловленным ею техническим результатом является расширение области применения за счет обеспечения возможности одними и теми же средствами радиочастотного диапазона одновременно обнаруживать, идентифицировать и измерять скорость транспортного средства.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе обнаружения, идентификации и определения скорости движения транспортного средства заключающемся в излучении зондирующего радиосигнала в направлении транспортного средства, приеме ответного сигнала и определении скорости путем измерения доплеровского смещения частоты ответного сигнала, устанавливают на транспортном средстве узел ответного сигнала, с помощью которого формируют и излучают ответный сигнал транспортного средства, содержащий информацию о данном транспортном средстве, после приема ответного сигнала выделяют из него информацию о транспортном средстве и формируют сигналы, соответствующие идентификационному номеру транспортного средства и скорости его движения.
Кроме того,
- ответный сигнал транспортного средства содержит информацию об идентификационном номере транспортного средства,
- ответный сигнал транспортного средства содержит информацию об идентификационном номере транспортного средства в виде кодового слова,
- формируют ответный сигнал, путем преобразования принятого зондирующего сигнала с последующим его переизлучением,
- формируют ответный сигнал с использованием фазовой или амплитудной модуляции,
- излучение радиосигнала осуществляют в направлении приближающегося транспортного средства,
- излучение радиосигнала осуществляют в направлении удаляющегося транспортного средства,
- выделяют информацию о транспортном средстве путем декодирования принятого сигнала с последующим сопоставлением декодированной информации с хранящимися в запоминающем устройстве цифровыми комбинациями, соответствующими зарегистрированным транспортным средствам,
- обнаружение и определение скорости транспортных средств осуществляют в нескольких местах дорожной трассы,
- осуществляют визуализацию информации о транспортном средстве путем вывода ее в символьном или графическом виде на экран монитора и/или путем распечатывания в виде текстового документа.
Задачей и обусловленным ею техническим результатом является расширение области применения за счет обеспечения возможности одними и теми же средствами радиочастотного диапазона одновременно обнаруживать, идентифицировать и измерять скорость транспортного средства.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для реализации способа обнаружения, идентификации и определения скорости движения транспортного средства, содержащего измерительный узел, состоящий из передатчика, антенны, ориентированной вдоль движения транспортного средства, приемника с блоком измерения доплеровского смещения частоты введен блок декодирования, выход которого подключен к входу блока измерения доплеровского смещения частоты, и узел ответного сигнала, установленный на транспортном средстве, содержащий средства кодирования ответного сигнала.
Кроме того,
- средства кодирования ответного сигнала выполнены в виде амплитудного и/или фазового модулятора, соединенного с блоком энергонезависимой памяти,
- выход приемника подключен к узлу визуализации данных, выполненных в виде монитора и/или принтера,
- измерительные узлы размещены в нескольких местах дорожной трассы;
- антенны измерительного узла размещены в толще или на дорожном покрытии;
- антенны измерительного узла размещены на опоре, установленной сбоку или над проезжей части дороги,
- антенна узла измерения ориентирована в направлении приближающегося транспортного средства,
- антенна узла измерения ориентирована в направлении удаляющегося транспортного средства.
Способ измерения скорости движения транспортного средства поясняется с помощью чертежей, где на Фиг.1 показан пример расположения средств обнаружения и измерения на проезжей части дороги, на Фиг.2 - структурная схема устройства для реализации способа обнаружения, идентификации и определения скорости движения транспортного средства.
На чертежах сделаны следующие обозначения: 1 - измерительный узел, 2 -передатчик измерительного узла; 3 - антенна узла измерения; 4 - приемник измерительного узла; 5 - блок обнаружения; 6 - блок измерения доплеровского смещения, 7 - блок декодирования; 8 - запоминающее устройство; 9 - генератор пилообразного сигнала; 10 -монитор, 11 - принтер; 12 - узел ответного сигнала; 13 - приемопередатчик узла ответного сигнала; 14 - антенна узла ответного сигнала; 15 - средства кодирования ответного сигнала; 16 - опора; 17 - полоса движения дорожного полотна; 18 - диаграмма направленности антенны измерительного узла; 19 - транспортное средство.
Способ обнаружения, идентификации и определения скорости движения транспортного средства заключается в том, что излучают радиосигнал в направлении транспортного средства, принимают ответный сигнал и определяют скорость путем измерения доплеровского смещения частоты ответного сигнала, при этом ответный сигнал транспортного средства формируют с помощью установленного на транспортном средстве узла ответного сигнала путем формирования ответного сигнала, содержащего информацию о транспортном средстве, в том числе об идентификационном номере транспортного средства, и его переизлучении, после приема ответного сигнала выделяют из него информацию о транспортном средстве и формируют сигналы, соответствующие идентификационному номеру транспортного средства и скорости его движения.
Ответный сигнал формируют путем преобразования принятого зондирующего сигнала и/или содержащий соответствующее кодовое слово с использованием фазовой или амплитудной модуляции.
Излучение радиосигнала осуществляют в направлении приближающегося или удаляющегося транспортного средства.
Информацию о транспортном средстве выделяют путем декодирования принятого сигнала и сопоставления его с хранящимися в запоминающем устройстве цифровыми комбинациями, соответствующими зарегистрированным транспортным средствам.
Обнаружение и определение скорости транспортных средств осуществляют в нескольких местах дорожной трассы.
Впоследствии осуществляют визуализацию информации о транспортном средстве путем вывода ее в символьном или графическом виде на экран монитора и/или путем раепечатывания в виде текстового документа.
Ответный сигнал транспортного средства формируют так, чтобы его параметры обладали свойством уникальности относительно ответных сигналов других транспортных средств, а после приема ответного сигнала сопоставляют уникальные параметры ответного сигнала конкретному транспортному средству из заранее зарегистрированных в базе данных транспортных средств. Формируют также сигналы, соответствующие данным о присутствии транспортного средства в месте его обнаружения и скорости его движения для хранения и последующей визуализации данных о транспортном средстве и месте его нахождения.
Ответный сигнал транспортного средства формируют путем кодирования зондирующего сигнала и излучения его в обратном направлении. При этом идентификационным номером транспортного средства является номер его государственной регистрации, вместе с тем, идентификационный номер может также включать в себя данные об агрегатах транспортного средства: номер двигателя, номер кузова и пр.
Сопоставление уникальных параметров ответного сигнала (уникального ответного сигнала) конкретному транспортному средству из заранее зарегистрированных в базе данных транспортных средств путем декодирования принятого сигнала, выделения из него соответствующей кодовой последовательности и ее сопоставления с тождественной кодовой последовательностью, хранящейся в запоминающем устройстве, соответствующей конкретному транспортному средству.
В качестве узлов ответного сигнала используют пассивные или активные радиометки RFID.
Обнаружение и идентификацию транспортного средства осуществляют одновременно, на основе данных ответного радиосигнала.
Заявленный способ реализуется следующим образом.
Для реализации заявленного способа формируют базу идентификационных номеров некоторой совокупности транспортных средств - зарегистрированных транспортных средств, а идентификационные номера каждого конкретного транспортного средства из этой совокупности сопоставляют с определенным сигналом - цифровым кодом (кодовой последовательностью), этот цифровой код записывают и сохраняют в энергонезависимой памяти узла ответного сигнала, который устанавливается на транспортное средство, в целях формирования ответного (отраженного) сигнала, однозначно связанного с идентификационным номером конкретного транспортного средства.
В заранее определенных местах дороги (в точках предполагаемой траектории транспортных средств), где осуществляется движение транспортных средств, снабженных узлом ответного сигнала, обеспечивающим прием, обработку и излучение радиосигнала в обратом направлении, устанавливают измерительные приемопередающее узлы, которые обеспечивают излучение зондирующего радиосигнала в направлении движущихся транспортных средств и прием ответных сигналов, сформированных узлом ответного сигнала, с последующим измерением скорости транспортного средства на основе определения доплеровского смещения частоты ответных сигналов и идентификацией транспортного средства, на основе декодирования ответных сигналов. Антенны приемопередающего узла могут быть размещены в толще или на дорожном покрытии, вблизи, сбоку или сверху над проезжей частью дороги на специальных опорах, столбах, мостах и т.д.
На транспортном средстве размещен узел ответного сигнала, представляющий собой приемопередатчик с функцией кодирования ответного сигнала. Узел ответного сигнала может быть встроен в конструкцию номерного знака. Кодирование сигнала индивидуально для каждого конкретного транспортного средства, и обеспечивает преобразование полученного (зондирующего) радиосигнала, позволяющее идентифицировать транспортное средство по ответному сигналу. Такая индивидуальность узлов идентификации может быть обеспечена, например, средствами цифрового кодирования ответного сигнала с применением амплитудной или фазовой манипуляции. Узел идентификации может быть выполнен как активным, так и пассивным, то есть переизлучение производится за счет энергии принятого зондирующего сигнала.
Диаграмма направленности приемопередающей антенны узла зондирующего сигнала имеет игольчатую форму, а ее главный лепесток ориентирован на соответствующую полосу (полосы) проезжей части дороги. Диаграмма направленности антенны узла ответного сигнала сформирована равномерной.
Транспортное средство, двигаясь по дороге, попадает в поле зрения измерительного узла, облучается зондирующим радиосигналом, который принимается, кодируется и переизлучается обратно узлом ответного сигнала транспортного средства.
Ответный сигнал принимают с помощью приемника измерительного узла и определяют величину доплеровского смещения, однозначно соответствующего скорости движения транспортного средства. Так как ответные сигналы благодаря кодированию несут информацию о самом транспортном средстве, то помимо измерения скорости, демодуляция (декодирование) ответного сигнала обеспечивает идентификацию самого транспортного средства, для выполнения которой осуществляют сравнение данных об идентифицируемом транспортном средстве с данными зарегистрированных транспортных средств, хранящихся в базе данных и выявляют тождественные.
Данные об идентифицированном транспортном средстве и его скорости сохраняются в блоке памяти измерительного узла и могут быть выведены для визуализации на монитор или на бумагу в виде текстового документа.
Пример.
Каждому транспортному средству из некоторого множества транспортных средств присваивается определенный цифровой код, в соответствии с которым изменяются параметры ответного сигнала, формируемого конкретным узлом ответного сигнала, установленным на конкретном транспортном средстве. При этом ответный сигнал должен формироваться как отклик на зондирующий сигнал (сигнал опроса) передатчика измерительного узла.
Созданные однозначные соотношения между идентификационным номером конкретного транспортного средства и цифровым кодом (параметрами ответного сигнала) заносятся в электронную базу данных (базу идентификационных данных зарегистрированных транспортных средств), расположенную, например, в месте осуществления измерения.
На опоре или специальной конструкции, установленной вдоль проезжей части дороги закрепляют антенны приемопередатчика измерительного узла. Игольчатые диаграммы направленности антенн имеют ширину главного лепестка 4° и ориентированы на соответствующую полосу движения. При этом мощность излучения передатчиков и чувствительность приемника выбраны из условия максимальной надежности работы на расстоянии 50 м, где ширина пятна главного лепестка диаграммы направленности антенны измерительного узла составит около 4 м, что соответствует полосе движения. При длине волны излученного сигнала 8 мм, антенно-фидерное оборудование как измерительного узла, так и узла формирования ответного сигнала может быть выполнено достаточно малогабаритным и в то же время обеспечит высокую точность и надежность измерения.
Узел ответного сигнала закреплен в районе номерного знака автомобиля и обеспечивает формирование ответного сигнала, несущего уникальную информацию о самом транспортном средстве, благодаря модуляции (кодированию) ответного сигнала.
При движении автомобиля на оборудованном измерительным узлом участке дороги автомобиль облучается зондирующим сигналом передатчика измерительного узла, который излучает радиосигнал опроса постоянно, а приемник ожидает ответного сигнала от - узла ответного сигнала. Таким образом, при наличии в зоне обнаружения движущегося автомобиля на входе приемника появляется сигнал от узла ответного сигнала. Если уровень принятого сигнала соответствует порогу обнаружения, формируется сигнал обнаружения и осуществляется обработка принятого сигнала, которая включает измерение доплеровского смещения и декодирование ответного сигнала. Демодуляция (декодирование) сигналов позволяет идентифицировать данное транспортное средство. Величина доплеровского смещения однозначно определяет скорость перемещения транспортного средства, а декодирование ответного сигнала позволяет получить идентификационный номер этого транспортного средства. При этом величина доплеровского смещения может быть определена путем последовательной во времени перестройки полосового фильтра, например, по пилообразному закону либо посредством многоканального фильтра, представляющего собой линейку полосовых фильтров, значение частоты которых соответствует определенной скорости движения транспортного средства.
Данные о скорости транспортного средства и его идентификационном номере в конкретном месте дороги в виде цифрового сигнала передаются и записываются в блок памяти измерительного узла и могут быть выведены на монитор.
Заявленный способ может быть реализован на стандартных компонентах с использованием микроэлектронной элементной базы, в том числе с использованием нанотехнологий, стандартных приборов визуализации, а также конструктивных элементов из металлических и иных широко применяемых материалов.
Таким образом, заявленный способ имеет более широкую область применения за счет обеспечения возможности одними и теми же средствами радиочастотного диапазона одновременно обнаруживать, идентифицировать и измерять скорость транспортного средства.
Кроме того, заявленный способ обеспечивает упрощение реализации измерения скорости транспортных средств с одновременной их идентификацией, за счет обеспечения возможности в рамках одного радиоопроса осуществить и обнаружение, и идентификацию, и измерение скорости. Направление зондирующего радиоизлучения в сторону удаляющегося транспортного средства повышает скрытность измерения, не позволяя обнаружить факт излучения задолго до приближения транспортного средства.
При использовании заявленного способа обеспечивается также возможность локализации транспортного средства в определенном месте дорожной трассы, которая оборудована соответствующими средствами реализации способа.
Устройство для реализации способа обнаружения, идентификации и определения скорости движения транспортного средства содержит измерительный узел 1, включающий передатчик 2, антенну 3, приемник 4, выход которого соединен через блок обнаружения 5 с блоком 6 измерения доплеровского смещения частоты, блок 7 декодирования, вход которого подключен к выходу приемника, а выход - к входу запоминающего устройства 8, генератор пилообразного сигнала 9, выход которого подключен к входу блока 6 измерения доплеровского смещения частоты и запоминающего устройства 8. Выход запоминающего устройства соединен с входами монитора 10 и принтера 11. Узел 12 ответного сигнала, установлен на транспортном средстве и содержит приемопередатчик 13, антенну 14 и средства 15 кодирования ответного сигнала. Измерительные узлы установлены с помощью опор 16 над дорожным полотном, разделенным на полосы 17. Диаграммы направленности антенн 3 ориентированы главным лепестком 18 в направлении движения транспортных средств 19.
Средства кодирования ответного сигнала выполнены в виде амплитудного и/или фазового модулятора, соединенного с блоком энергонезависимой памяти.
Измерительные узлы размещены в нескольких местах дорожной трассы.
Антенны измерительного узла могут быть размещены в толще или на дорожном покрытии либо на опоре, установленной сбоку от проезжей части дороги.
Антенны узла измерения ориентированы в направлении приближающегося или удаляющегося транспортного средства,
Устройство для реализации способа обнаружения, идентификации и определения скорости движения транспортного средства работает следующим образом.
Узел измерения устанавливают в месте движения транспортных средств, оборудованных узлом формирования ответного сигнала. Антенна измерительного узла может быть закреплена сверху или сбоку проезжей части на специальной конструкции, выполненной из профильного металла, либо на железобетонных столбах. Диаграмма антенны измерительного узла имеет игольчатую форму и ориентирована на соответствующую полосу движения с расчетом, что обнаружение удаляющегося транспортного средства будет осуществляться на расстоянии 50 м.
Передатчик узла измерения формирует импульсный сигнал опроса транспортных средств, попадающих в зону действия измерительного узла. Если транспортное средство, оборудованное узлом формирования ответного сигнала, попадает в зону действия устройства, то по сигналу опроса в узле формирования ответного сигнала формируется ответный сигнал, содержащий информацию об идентификационном номере данного транспортного средства в виде цифрового кода. Этот ответный сигнал переизлучается обратно в направлении антенны узла измерения, где принимается и подается на блок обнаружения, представляющий собой пороговое устройство.
Если ответный сигнал превышает требуемый уровень для соответствия заданным критериям вероятности правильного обнаружения, то осуществляется его дешифрация для выделения информации об идентификационном номере транспортного средства. При этом ответный сигнал на выходе приемника, после смесителя приемника, переносящего спектр в низкочастотную область, удобную для обработки, подается на перестраиваемый полосовой фильтр блока измерения доплеровского смещения, где выделяется частота доплеровского смещения ответного сигнала.
Сигнал также декодируется в блоке декодирования для выделения из него цифрового кода, соответствующего идентификационному номеру транспортного средства. Выявленный код в параллельном виде подается на входы запоминающего устройства, на другие входы которого подается параллельный код пилообразного сигнала с выхода генератора пилообразного сигнала, управляющего полосовым фильтром.
При наличии этих двух цифровых сигналов на выходе запоминающего устройства, выполненного в общем случае в виде обычного ПЗУ, формируется цифровой сигнал, соответствующий идентификационному номеру транспортного средства и его скорости движения в виде, удобном для визуализации на мониторе. В дальнейшем визуализация может быть осуществлена в виде текстового документа на принтере.
Идентификационным номером транспортного средства является номер его государственной регистрации, вместе с тем, идентификационный номер может также включать в себя данные об агрегатах транспортного средства: номер двигателя, номер кузова и пр.
Заявленное устройство может быть реализовано на стандартных компонентах с использованием интегральных микросхем, стандартных приборов визуализации, а также конструктивных элементов из металла и иных широко применяемых материалов,
Таким образом, заявленное устройство имеет более широкую область применения за счет обеспечения возможности одними и теми же средствами радиочастотного диапазона обнаружения, идентификации и измерения скорости транспортного средства.
Кроме того, заявленное решение обеспечивает упрощение реализации измерения скорости транспортных средств с одновременной их идентификацией за счет обеспечения возможности в рамках одного радиоопроса осуществить и обнаружение, и идентификацию, и измерение скорости.
При использовании заявленного решения обеспечивается также возможность локализации транспортного средства в определенном месте дороги, которое оборудовано соответствующими средствами реализации способа.