СИСТЕМА ИДЕНТИФИКАЦИИ ПОЛОЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ОТНОСИТЕЛЬНО ЛИНИЙ ДОРОЖНОЙ РАЗМЕТКИ

Полезная модель относится к области компьютерного зрения, в частности, к системе идентификации положения транспортного средства относительно линий дорожной разметки.
Плохие условия видимости границ дороги значительно повышают риск возникновения дорожно-транспортных происшествий. Траектория движения автотранспортных средств вне установленного коридора движения создает опасность для всех участников движения.
Примером являются дорожно-транспортные происшествия, возникающие в условиях дефицита информации не только из-за сильных туманов, ливней, снежных и песчаных бурь, но и в ситуациях, когда ровный слой снежного покрова создает ложный эффект «иллюзии» кажущихся водителю границ дороги.
Известны случаи, когда целые группы транспортных средств из-за ошибки одного автотранспортного средства, задающего траекторию движения, создавали крупное дорожно-транспортное происшествие и нарушали работу всей дорожно-транспортной системы на длительное время.
Известны технические решения, которые могли бы быть использованы для построения системы идентификации положения транспортного средства относительно линий дорожной разметки (1-3).
1
2
Первое из известных технических решений, основанное на способе определения положения транспортного средства относительно линий дорожной разметки, заключается в трехмерной локации точки с помощью оптико-локационных блоков. При этом измеряют расстояния от линии дорожной разметки до транспортного средства и угол отклонения продольной оси транспортного средства относительно линии дорожной разметки посредством одного оптико-локационного блока. Осуществляют обработку оцифрованных изображений поверхности автодороги. Выбирают в поле изображения в одноименных вершинах штриховой линии дорожной разметки две идентичные точки R, R, ближайшие к транспортному средству. Определяют координаты этих точек на
υ
υ
υ
1
2
фоточувствительных матрицах (Y, Z), м, где =1, 2 номер точки R, R соответственно. Вычисляют боковое отклонение от пунктирной линии дорожной разметки и угол между продольной осью транспортного средства и линией дорожной разметки (1).
Технический результат - определение расстояния от линии дорожной разметки до транспортного средства и угла отклонения продольной оси транспортного средства относительно линии дорожной разметки посредством одного оптико-локационного блока.
Недостаток данного технического решения заключается в его невысокой надежности, обусловленной тем, что в сложных погодных условиях оптико-локационный блок физически не может решить поставленную перед ним задачу по идентификации линий дорожной разметки.
Известен и другой способ определения положения транспортного средства относительно пунктирной линии дорожной разметки, заключающийся в измерении отклонения продольной оси транспортного средства относительно линии дорожной разметки и расстояния от линии разметки до транспортного средства, отличающийся тем, что измеряют боковое отклонение транспортного средства от пунктирной линии дорожной разметки и угол отклонения продольной оси транспортного средства от пунктирной линии дорожной разметки посредством системы технического зрения, включающей первую и вторую разнесенные цифровые фотокамеры, для этого осуществляют обработку оцифрованных изображений поверхности автодороги, снимаемых с фотоматриц первой и второй цифровых фотокамер, выбирают в поле изображения две точки в одноименных вершинах пунктирных линий дорожной разметки и одну оптически контрастную точку, не лежащую на пунктирной линии дорожной разметки, определяют координаты этих точек на фотоматрицах и вычисляют боковое отклонение транспортного средства от линии дорожной разметки (2).
Недостаток этого технического решения также состоит в невысокой надежности, обусловленной тем, что в сложных погодных условиях первая и вторая цифровые фотокамеры также физически не смогут решить поставленную перед ним задачу по идентификации линий дорожной разметки.
Одним из современных способов решения указанной проблемы является активное развитие систем компьютерной поддержки водителя и автоматизированная привязка автотранспортного средства к заранее оцифрованным границам дороги с использованием средств спутниковой навигации «ГЛОНАСС/GPS».
Известно техническое решение, содержащее визуально связанный с пользователем транспортного средства блок индикации. Имеются также и последовательно соединенные GPS-приемник, блок преобразования координат и блок расчета поисковых параметров. В отличие от известных устройств данного назначения в предложенное устройство введены связанные друг с другом блок хранения фрагментов карты-схемы местности и блок выборки фрагментов карты-схемы местности, вход которого подключен к выходу блока расчета поисковых параметров. Кроме того, предусмотрен выполненный с памятью блок формирования информационных сообщений, первый вход которого подключен к выходу блока выборки фрагментов карты-схемы местности, второй вход - к выходу блока преобразования координат, а выход - ко входу блока индикации. Изобретение позволяет исключить из процесса определения местоположения транспортного средства ручные операции и, как следствие, существенно упростить пользователю процедуру навигации транспортного средства [3].
Последнее из перечисленных выше технических решений наиболее близко к описываемой системе.
Его недостаток заключается в невысокой точности системы, обусловленный тем, что выполнение процедуры идентификации положения транспортного средства относительно линий дорожной разметки ограничивается лишь определением координат транспортного средства на карте местности без возможности их привязки к линиям дорожной разметки.
Цель полезной модели - повышение точности системы путем отображения положения транспортного средства относительно линий дорожной разметки на экране дисплея.
Поставленная цель достигается тем, что в известную систему, содержащую модуль приема сигналов спутниковой навигации «ГЛОНАСС/GPS», информационный и синхронизирующий выходы которого соединены с информационным и синхронизирующим входами модуля определения координат положения транспортного средства, модуль памяти, адресный вход которого подключен к первому информационному выходу первого регистра, а выход модуля памяти соединен с информационным входом второго регистра, информационный выход которого является информационным выходом системы, введены модуль определения адреса идентификатора номера участка дорожного движения, один информационный вход которого соединен с первым информационным выходом модуля определения координат, другой информационный вход модуля определения адреса идентификатора номера участка дорожного движения подключен к второму информационному выходу модуля определения координат положения транспортного средства, синхронизирующий вход модуля определения адреса идентификатора номера участка дорожного движения соединен с синхронизирующим модуля определения координат положения транспортного средства, а управляющий вход модуля определения адреса идентификатора номера участка дорожного движения является управляющим входом системы, предназначенным для приема управляющих сигналов водителя транспортного средства, информационный выход модуля определения адреса идентификатора номера участка дорожного движения подключен к информационному входу первого регистра, первый соединен с синхронизирующим входом первого регистра, а второй синхронизирующий выход модуля определения адреса идентификатора номера участка дорожного движения подключен к входу считывания модуля памяти, и модуль селекции границ участков дорожной разметки, информационный вход которого соединен с вторым информационным выходом первого регистра, тактирующий вход модуля селекции границ участков дорожной разметки является тактирующим входом системы, а выход является сигнальным выходом системы, при этом третий синхронизирующий выход модуля определения адреса идентификатора номера участка дорожного движения подключен к синхронизирующему входу второго регистра и к синхронизирующему входу модуля селекции границ участков дорожной разметки.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема системы, на фиг. 2 - структурная схема модуля селекции адреса идентификатора номера участка дорожного движения, на фиг. 3 - структурная схема модуля селекции границ участков дорожной разметки, на фиг. 4 представлено конструктивное выполнение платы ГЛОНАСС/GPS навигатора DG503N, на фиг. 5 представлен фактический размер ширины дороги и обочины на данном участке дороги, на фиг. 6 приведена схема выбора рекомендуемого коридора движения для транспортного средства.
Система (фиг. 1) содержит модуль 1 приема сигналов спутниковой навигации «ГЛОНАСС/GPS», модуль 2 определения координат положения транспортного средства, модуль 3 определения адреса идентификатора номера участка дорожного движения, модуль 4 памяти, модуль 5 селекции границ участков дорожной разметки, первый 6 и второй 7 регистры. На чертеже показаны управляющий 10 и тактирующий 11 входы, а также информационный 12 и сигнальный 13 выходы системы.
Модуль 1 приема сигналов спутниковой навигации «ГЛОНАСС/GPS» и модуль 2 определения координат положения транспортного средства реализованы на плате ГЛОНАСС/GPS навигатора DG503N (4).
На плате (фиг. 4) находятся все элементы, необходимые для работы навигатора. Собственно, он представляет собой своего рода компьютер с процессором, оперативной памятью и другими микросхемами. Главный элемент навигатора - процессор, называемый GPS-чипсетом.
Полезная модель системы реализована на основе чипсета MSTAR RF Baseband MSB2320. Именно он позволяет вести прием сигналов как от спутников GPS, так и от ГЛОНАСС. Чипсет 20 - канальный и позволяет принимать сигналы от 20 спутников обеих космических группировок одновременно (в том числе слабые и отраженные).
Быстродействие обеспечивает процессор MSTAR ARM9 с частотой 400 МГц. Digma DG503N оснащен внутренней памятью объемом 2 Гб, которая позволяет хранить не только картографию, но и файлы программного обеспечения и пользовательские файлы. Увеличить объем памяти можно с помощью карты памяти microSD, аппарат поддерживает карты объемом до 16 Гб.
Модуль 3 (фиг. 2) определения адреса идентификатора номера участка дорожного движения содержит постоянное запоминающее устройство 20, дешифратор 21, первый 22 и второй 23 регистры, триггер 24, первую 25 вторую 26 группы элементов И, элементы 27-29 И, первый 30, второй 31, третий 32 и четвертый элемент 33 задержки. На фиг. 2 показаны первый 35 и второй 36 информационные входы, синхронизирующий 37 и управляющий 38 входы системы, а также информационный 39, первый 40, второй 41 и третий 42 синхронизирующие выходы.
Модуль 5 (фиг. 3) селекции границ участков дорожной разметки содержит регистр 55, счетчик 56, компаратор 57, триггер 58, элемент 59 И, элемент 60 задержки. На фиг. 3 показаны информационный 61, синхронизирующий 62 и тактирующий 63 входы, а также сигнальный 13 выход.
Все узлы и элементы системы выполнены на стандартных потенциально-импульсных элементах. Для упрощения чертежа цепи начальной установки узлов и блоков в исходное состояние не показаны.
Система работает следующим образом.
По сигналам, поступающим выходов модуля 1 па информационный 14 и синхронизирующий 15 входы, модуль 2 определяет координаты X, Y точки позиционирования и выдает их через первый 35 и второй 36 информационные входы модуля 3 на информационные входы соответствующих регистров 22 и 23.
Синхронизирующий импульс, поступающий с выхода 18 модуля 2 на синхронизирующий вход 37, и затем на синхронизирующие входы регистров 22 и 23, обеспечивает занесение кодов координат в соответствующие регистры, выходы которых через группы 25, 26 элементов И подключены к дешифратору 21. Группы 25 и 26 элементов И управляются с прямого выхода триггера 24, и будут открыты только в том случае, если на единичный вход 38 триггера 24 будет подан управляющий сигнал водителя транспортного средства в качестве запроса на уточнение положения транспортного средства относительно линий дорожной разметки.
Для решения этой задачи предварительно была проведена цифровая регистрация границ дороги на опасных участках, определены координаты границ и идентифицированы (пронумерованы) все участки дорог с различными линиями разметки (фиг 5).
Полученные данные заносятся в постоянное запоминающее устройство 20 модуля 3.
В качестве примера на фиг. 5 представлены фактические размеры ширины дороги и обочины на данном участке дороги. Крупным планом отдельно выделен фрагмент нахождения автотранспортного средства относительно оцифрованных границ дороги.
Точки M1 и M2 обозначают местоположения антенн подсистемы спутниковой навигации «ГЛОНАСС/GPS». Точки красного цвета обозначают координаты дискретной траектории движения автотранспортного средства, которые после процедуры сглаживания формируются в вектор координат оцифрованной траектории движения
Точки M1 и M2 обозначают местоположения антенн подсистемы спутниковой навигации «ГЛОНАСС/GPS», пунктирная линия от точки M2 до столбца гистограммы, позволяет определить оценку вероятности съезда автотранспортного средства за пределы обозначенных границ дороги с учетом метрологической погрешности навигационного оборудования.
Прямоугольник в центре проезжей части представляет собой рекомендуемый коридор движения автотранспортных средств для минимизации вероятности их съезда с трассы в условиях плохой видимости. Расстояния l1 и l2 обозначают полученный экспериментально диапазон разброса данных навигационного оборудования относительно левой и правой границ дорожного полотна. Расстояния l3 и l5 обозначают ширину одной полосы и обочин автомобильной дороги вне населенных пунктов согласно ГОСТ Р 52399_2005 [2], ширина l4=1650 мм соответствует ширине транспортного средства, используемого в натурных экспериментах.
При необходимости уточнения положения транспортного средства относительно линий дорожной разметки водитель транспортного средства выдает управляющий сигнал, поступающий на единичный 38 вход триггера 24, который переходит в единичное состояние, при котором высокий потенциал с его прямого выхода открывает по одному входу элементы И групп 25, 26, которые подключают выходы регистров 25 и 26 ко входам дешифратора 21.
Дешифратор 21 по кодам координат определяет идентификационный номер участка дорожного движения и высоким потенциалом открывает соответствующий ему элемент 27-29 И. Одновременно с этим, синхронизирующий импульс с входа 37, задержанный элементом 30 задержки на время срабатывания дешифратора 21, во-первых, поступает на установочный вход триггера 24 и возвращает его в исходное состояние, а, во-вторых, проходит через открытый дешифратором 21 соответствующий элемент И, и затем поступает на вход соответствующей фиксированной ячейки памяти ПЗУ 20 и считывает ее содержимое через выход 39 на информационный вход регистра 6.
Структура считанной кодограммы имеет следующий вид:
Адрес изображения дорожной разметки на данном участке поступает на адресный вход блока 4 памяти, на вход 48 считывания которого поступает синхронизирующий импульс с выхода 41 модуля 3.
В результате этого с выхода 49 блока 4 памяти на информационный вход 50 регистра 7 поступает оцифрованное изображение линий дорожной разметки, которое синхронизирующим импульсом с выхода 42 модуля 3 заносится в регистр 7 и далее с выхода 12 системы выдается экран дисплея.
Параллельно с этим, код количественного значения длины участка с отображаемым изображением линий дорожной разметки с выхода 46 модуля 6 через информационный вход 61 модуля 5 поступает на информационный вход регистра 55, в который заносится синхронизирующим импульсом, поступающим с входа 62.
Кроме того, синхронизирующий импульс с входа 62 поступает па прямой вход триггера 58 и устанавливает его в единичное состояние, при котором высоким потенциалом с прямого выхода триггера 58 будет открыт элемент 59 И, на другой вход 63 которого с входа 11 системы поступают импульсы с модуля измерения пройденного транспортным средством пути (на чертеже не показан).
По мере движения транспортного средства импульсы с датчика пройденного пути поступают на счетный вход счетчика 56, который фиксирует в каждый момент времени перемещение транспортного средства по выбранному маршруту. Показания счетчика 56 поступают на один информационный вход компаратора 57, на другой информационный вход которого поступают показания регистра 55.
Параллельно с поступлением на счетный вход счетчика 56 синхронизирующий импульс с выхода элемента 59 И задерживается элементом 60 на время срабатывания счетчика 56, и затем поступает на синхронизирующий вход компаратора 57. С приходом данного синхронизирующего импульса компаратор сравнивает нарастающие показания счетчика 56 с показаниями регистра 55, и как только транспортное средство проедет заданный участок показания счетчика 56 будут равны показаниям регистра 55 и на выходе компаратора 57 появляется сигнал, который, во - первых, с выхода 13 системы выдается па табло предупреждения водителя, а, во-вторых, он поступает па установочный вход триггера 58, возвращая его в исходное состояние.
Таким образом, введение новых модулей и новых конструктивных связей позволило существенно повысить точность определения местоположения транспортного средства относительно линий дорожной разметки.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания заявки:
1. Патент РФ №2422772 2011 г.
2. Патент РФ №2530476 2013 г.
3. Патент РФ №2372255, 2012 г.(прототип).
4. WWW.digma.ru GPS-навигаторы