КОНТРОЛИРУЮЩЕЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ СИСТЕМЫ ВЗИМАНИЯ ПЛАТЫ ЗА ПРОЕЗД
CONTROLLING VEHICLE FOR TOLL COLLECTING SYSTEM

Настоящее изобретение относится к контролирующему транспортному средству для системы взимания платы за проезд, базирующейся на устанавливаемых на транспортных средствах бортовых устройствах, которые могут быть опрошены посредством радиосвязи малой дальности или связи стандарта DSRC (специализированная связь на коротких расстояниях).
Контролирующее транспортное средство, соответствующее ограничительной части пункта 1, известно из патента США 2006/0044161 А1. Известное транспортное средство имеет несколько антенн, установленных на транспортном средстве и ориентированных в различных направлениях, которые могут переключаться с помощью антенного переключателя и обеспечивать выборочный доступ к бортовым устройствам, находящимся в определенном диапазоне от контролирующего транспортного средства через антенну, направленную в сторону этого диапазона.
В патенте DE 102008016311 А1 раскрывается, как настроить характеристику направленности антенны или антенной решетки для осуществления связи типа С2С или С2Х в зависимости от наличия источников информации на транспортном средстве, например цифровой карты дорог, измеренного значения, датчика состояния окружающей среды или внешнего сигнала.
В системах взимания платы за проезд вышеупомянутого типа бортовые устройства, установленные на транспортных средствах, используются для взимания платы за проезд транспортных средств по платным дорогам, например, в виде платы за проезд по дороге, по зоне или повременной платы. Для этого местоположение бортовых устройств может определяться либо посредством географически распределенных радиомаяков, например, инфракрасных, радиочастотной идентификации (RFID), специализированной связи на коротких расстояниях (DSRC), видео, или маяков (базовых станций) мобильной сети, ограниченная дальность связи которых, реализуемая с использованием средств ближней связи, позволяет определить местоположение бортовых устройств, либо посредством приемников спутниковых навигационных систем в отдельных бортовых устройствах, с которыми можно дополнительно связываться с использованием связи DSRC, например, в целях контроля.
Для контроля правильности функционирования бортовых устройств, установленных на транспортных средствах, часто используют контролирующие транспортные средства, которые осуществляют опрос бортовых устройств транспортных средств, движущихся в транспортном потоке, с использованием радиотерминала стандарта DSRS. На сегодняшний день такие контролирующие транспортные средства преимущественно используются только на автомагистралях, имеющих одностороннее движение. Новый подход обеспечивает теперь возможность контроля транспортных средств также на дорогах более низкого уровня и на участках дорог с двусторонним движением. Здесь возникает проблема, связанная с тем, что при встречном движении время, имеющееся в распоряжении для осуществления процесса опроса, может быть очень малым из-за высоких скоростей движения и ограниченной дальности действия радиосвязи стандарта DSRC. Настоящее изобретение обозначает эту проблему и нацелено на ее решение.
Данная цель достигается использованием контролирующего транспортного средства вышеупомянутого типа, которое, согласно настоящему изобретению, характеризуется наличием по меньшей мере одного приемопередатчика стандарта DSRC по меньшей мере с двумя антенными системами, разнесенными вдоль продольной оси контролирующего транспортного средства и имеющими всенаправленные диаграммы направленности или частично перекрывающиеся узконаправленные диаграммы для того, чтобы осуществлять непрерывную радиосвязь с целью опроса одного и того же проезжающего транспортного средства.
Настоящее изобретение использует продольную протяженность транспортного средства в направлении движения для расширения зоны обеспечения радиосвязью, что позволяет увеличить располагаемое время для осуществления опроса проезжающего бортового устройства, так что транспортные средства, имеющие высокую относительную скорость, в частности едущие во встречном потоке, также могут быть проконтролированы.
В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения единственный приемопередатчик стандарта DSRC работает на все антенные системы через последовательно управляемый антенный переключатель, что позволяет сократить расходы на приемопередатчики, но требует отдельного антенного переключателя. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения антенные системы могут работать с собственными приемопередатчиками стандарта DRSC, синхронизированными для последовательной передачи друг другу радиосвязи стандарта DSRC. Этот вариант требует большего количества приемопередатчиков, которые, однако, могут иметь унифицированную конструкцию и требуют только синхронизации друг с другом посредством линии передачи данных.
Предпочтительно, чтобы антенные системы были направленными, в частности предпочтительно направленными под углом вперед и в бок относительно контролирующего транспортного средства, что особенно благоприятно для контроля транспортных средств, проезжающих сбоку или во встречном потоке.
Далее, было бы преимуществом, если бы диаграммы направленности антенных систем частично перекрывались, тем самым обеспечивая непрерывность связи между отдельными антенными системами во время переключения или передачи радиосвязи.
В частности, преимуществом было бы, если бы антенная система, установленная впереди по ходу движения, имела бы более выраженную направленную характеристику, чем антенная система, смонтированная сзади по ходу движения. Так как коэффициент усиления антенны увеличивается с ростом коэффициента направленного действия, этот коэффициент может быть использован для увеличения зоны обеспечения радиосвязью контролирующего транспортного средства в переднем направлении, вместе с тем сбоку, где для радиосвязи с проезжающими бортовыми устройствами достаточна меньшая дальность, диаграмма направленности может быть более широкой и, следовательно, обеспечивать более протяженную зону обеспечения радиосвязью.
В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения диаграмма направленности по меньшей мере одной антенной системы, используемой для радиосвязи стандарта DSRC, может изменяться в зависимости от информации, получаемой во время сеанса радиосвязи стандарта DSRC. Информация может, к примеру, указывать конкретный тип или класс транспортного средства, несущего бортовое устройство, например, является оно легковым автомобилем или грузовиком, или какое количество осей имеет транспортное средство, делая вывод, например, о длине или высоте транспортного средства и месте расположения на нем бортового устройства: у грузовиков и автобусов бортовые устройства обычно располагаются на значительно большей высоте над дорогой, чем у легковых автомобилей, так что диаграмма направленности может быть соответствующим образом подстроена. В предпочтительном варианте осуществления антенная система, установленная впереди по ходу движения, принимает упомянутую информацию для настройки диаграммы направленности по меньшей мере одной антенной системы, установленной сзади по ходу движения, так что антенны, например, в случае легковых автомобилей ориентируют скорее вниз, в случае грузовиков - скорее вверх, а в случае автобусов - скорее вбок.
В качестве альтернативы или в дополнение, контролирующее транспортное средство может быть оснащено по меньшей мере одним устройством для измерения и/или классификации проезжающего транспортного средства, предпочтительно устанавливаемым по меньшей мере между двух антенных систем. Такое устройство измерения или классификации затем может быть также использовано для управления диаграммой направленности по меньшей мере одной антенной системы в зависимости от полученного при этом размера или класса транспортного средства, что дает описанные выше преимущества.
В соответствии со следующим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения антенная система, установленная впереди транспортного средства по направлению движения, может излучать запускающее сообщение для проезжающего бортового устройства, что необходимо делать для установления связи с бортовыми устройствами, находящимися в энергосберегающем режиме (дежурном режиме) между сеансами радиосвязи. Такие бортовые устройства требуют определенного времени для перехода из дежурного в рабочее состояние, что может быть сделано заранее путем активации с помощью антенной системы, установленной впереди по ходу движения. Запускающее сообщение предпочтительно является табличным сообщением радионавигационной службы с использованием радиомаяков (BST) в соответствии со стандартом CEN-DSRC или сообщением с извещением о таблице услуг (WSA) в соответствии со стандартом WAVE или ITS-G5.
В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения контролирующее транспортное средство может также быть выполнено с возможностью записи контрольной информации в бортовое устройство в конце опроса. Контрольная информация может содержать, например, время и место контроля или быть просто «контрольным флажком», означающим факт успешного контроля и, например, извещающим следующий стационарный или мобильный пункт контроля, что дальнейший контроль не требуется. Контрольная информация предпочтительно должна снабжаться временной меткой, обозначающей срок ее действия. Предпочтительно, чтобы контрольная информация соответствовала требованиям стандарта ISO/TS 12813:2009 (Электронный сбор платы за услуги - Связь для автономных систем, предназначенная для проверки соответствия).
Настоящее изобретение описано более подробно ниже на примерах вариантов осуществления, приведенных на приложенных чертежах, на которых:
фиг.1 - схематичное частичное изображение системы взимания платы за проезд, в рамках которой используется контролирующее транспортное средство в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.2 и 3 - схематический вид сверху двух различных вариантов осуществления контролирующего транспортного средства в соответствии с настоящим изобретением с различными диаграммами направленности антенных систем; и
фиг.4 и 5 - блок-схемы двух различных вариантов осуществления контролирующего транспортного средства.
На чертеже фиг.1 показано схематичное частичное изображение системы 1 взимания платы за проезд, содержащей множество географически распределенных радиомаяков 2, которые, например, установлены вдоль платных дорог 3 с определенными интервалами. Радиомаяки 2 связаны с центром 5 управления системы взимания платы за проезд посредством линий 4 передачи данных. Система 1 взимания платы за проезд, в частности ее радиомаяки, начисляют транспортным средствам плату за проезд по платным дорогам, например по платной дороге 3.
С этой целью каждое транспортное средство 6 оснащается бортовым устройством 7, которое при проезде мимо радиомаяка 2 устанавливает связь 8 на коротком расстоянии (специализированная связь на коротких расстояниях DSRC) с этим радиомаяком, например, для проведения транзакции оплаты, о которой информируется центр 5 управления по линии 4 передачи данных и (или) которая сохраняется в памяти бортового устройства 6.
Радиомаяки 2, бортовые устройства 7 и все их внутренние приемопередатчики стандарта DRSC для поддержания радиосвязи 8 могут быть выполнены в соответствии с хорошо известными стандартами DSRC, в частности GEN-DRSC, ITS-G5 или WAVE (беспроводная связь в условиях транспортного средства). Каждая радиосвязь 8 стандарта DSRC, выполняемая при проезде мимо радиомаяка 2, может дебетовать конкретную плату с кредитного счета пользователя в центре 5 управления и/или в бортовом устройстве 7, таким образом осуществляя «транзакцию дебетования»; однако в ходе радиосвязи 8 могут также осуществляться идентификация, корректирование, обновление программного обеспечения или другие подобные транзакции системы 1 взимания платы за проезд.
В частности, радиосвязь 8 стандарта DSRC может также использоваться для опроса данных, хранящихся в памяти бортовых устройств 7, таких как исходные данные, идентификационные данные, данные о транзакциях, данные журнала событий и т.д. Такие опросы 8 могут выполняться не только стационарными радиомаяками 2, но и «мобильными» радиомаяками 2 в виде контролирующих транспортных средств 9, следующих в потоке наряду с транспортными средствами 6 по платной дороге в системе 1 взимания платы за проезд.
Далее, опросы бортовых устройств 7 посредством радиосвязи 8 стандарта DSRC могут также осуществляться в системах 1 взимания платы за проезд, базирующихся на спутниковых навигационных системах (GNSS), в которых определение местоположения бортовых устройств 7 производится автономно не с помощью наземной сети радиомаяков 2, а с помощью приемника глобальной спутниковой навигационной системы (GNSS), и бортовые устройства 7 передают свое местоположение или данные о проведенных транзакциях в центр 5 управления, например, с использованием сети радиомаяков или отдельной мобильной сети связи: здесь бортовые устройства 7 тоже могут быть оснащены приемопередатчиками стандарта DSRC для опроса радиомаяками 2 или контролирующими транспортными средствами 9. В частности предпочтительно, если данные опроса бортовых устройств 7, базирующихся на использовании глобальной спутниковой навигационной системы, соответствуют требованиям стандарта ISO/TS 12813:2009 (Электронный сбор платы за услуги - Связь для автономных систем, предназначенная для проверки соответствия). Поэтому контролирующее транспортное средство 9, описываемое ниже, пригодно для взаимодействия с системами 1 взимания платы за проезд, базирующимися как на радиомаяках, так и на спутниковой навигационной системе.
На фиг. 2 показан первый вариант осуществления контролирующего транспортного средства 9, движущегося по полосе 10 платной дороги 3 со скоростью v2 и контролирующего бортовое устройство 7 транспортного средства 6, движущегося навстречу со скоростью v1 по встречной полосе 11 платной дороги 3. Относительная скорость контролирующего транспортного средства 9 и контролируемого транспортного средства 6, поэтому, равна v1+v2 и может, в частности, достигать 300 км/час и более на скоростных трассах, автомагистралях и т.д.
Контролирующее транспортное средство 9 имеет (по меньшей мере) один приемопередатчик стандарта DSRC, который, подобно радиомаяку 2, может опрашивать проезжающие мимо бортовые устройства 7 посредством радиосвязи 8 стандарта DSRC. Приемопередатчик 12 стандарта DSRC оснащается по меньшей мере двумя антенными системами 13, 14, которые взаимно разнесены на транспортном средстве на расстояние а вдоль направления 15 движения контролирующего транспортного средства 9.
Для того чтобы использовать продольную протяженность контролирующего транспортного средства 9 по возможности полно, антенные системы 13, 14 предпочтительно размещают в передней и задней частях контролирующего транспортного средства 9 и, при правостороннем движении, на левой стороне транспортного средства (или при левостороннем движении - на правой стороне транспортного средства) для создания особенно благоприятной зоны обеспечения радиосвязью обгоняющих транспортных средств 6 или транспортных средств 6, движущихся во встречном потоке.
Антенные системы 13, 14 могут быть ненаправленными или, как показано на чертеже, иметь диаграммы 16, 17 направленности, которые специально настроены для обслуживания обгоняющих транспортных средств 6 или транспортных средств 6, движущихся во встречном потоке. Диаграммы 16, 17 направленности предпочтительно ориентированы под углом вперед и вбок, и могут иметь одинаковый угол α луча (см. фиг.2) или различные углы α, β, γ луча (см. фиг.3). Как показано, диаграммы направленности 16, 17 частично перекрывают друг друга, тем самым обеспечивая непрерывное радиопокрытие и бесперебойную радиосвязь 8 с проезжающими бортовыми устройствами 7.
Как показано на фиг.4, антенные системы 13, 14 могут работать в режиме разнесенной антенны и, например, совместно излучать одинаковый сигнал одного и того же приемопередатчика 12 стандарта DRSC. В варианте, изображенном на фиг.4, антенные системы 13, 14 последовательно задействуются посредством антенного переключателя 18 таким образом, что радиосвязь 8 инициируется и начинается через переднюю антенную систему 13 в ее зоне 16 обеспечения радиосвязи и затем продолжается и заканчивается через заднюю антенную систему 14 в ее зоне 17 обеспечения радиосвязи.
На фиг.3 показана версия варианта осуществления изобретения, изображенного на фиг.2, в которой антенная система 13, смонтированная впереди по ходу 15 движения, имеет более узкую диаграмму 16 направленности, чем антенные системы, смонтированные сзади относительно направления движения, которыми в приведенном примере являются антенная система 14, смонтированная в средней части транспортного средства, и антенная система 19, смонтированная сзади. Все антенные системы 13, 14, 19 могут иметь различные углы α, β, γ луча их диаграмм 16, 17, 20 направленности. Фронтальная антенная система 13 может, в частности, использоваться для излучения «запускающего сообщения» для проезжающих бортовых устройств 7, например, табличного сообщения радионавигационной службы с использованием радиомаяков (BST) в соответствии со стандартом CEN-DSRC или сообщения с извещением о таблице услуг (WSA) в соответствии со стандартом WAVE или ITS-G5, благодаря чему контролирующее транспортное средство 9 «пробуждает» бортовые устройства 7, находящиеся в промежутках между радиосвязью 8 с радиомаяками 2 в энергосберегающем режиме, используя фронтальную антенную систему 13 и следующие по мере проезда антенные системы 14,19 для осуществления радиосвязи 8.
На фиг.5 показана следующая версия вариантов осуществления изобретения, изображенных на фиг.2-4, где каждая антенная система 13, 14, 19 и т.д. работает со своим приемопередатчиком 12, 21, 22 и т.д. стандарта DSRC. Приемопередатчики 12, 21, 22 стандарта DSRC синхронизированы друг с другом посредством внутренней линии 23 таким образом, что они могут осуществлять переключение радиосвязи 8 стандарта DSRC от приемопередатчика 12 стандарта DSRC с его антенной системой 13 следующему приемопередатчику 21 стандарта DSRC с его антенной системой 14 или от этого приемопередатчика следующему приемопередатчику 22 с его антенной системой 19 и т.д.
Переключение может, например, заключаться в приеме и обработке запускающего сообщения фронтальным приемопередатчиком 12 стандарта DSRC и приеме и обработке остающейся части радиосвязи 8 тыльными приемопередатчиками 21, 22, или в отправке первых пакетов данных радиосвязи 8, передаваемых первым приемопередатчиком 12 туда и обратно между бортовым устройством 7 и контролирующим транспортным средством 9, и обработке последующих пакетов данных тыльными приемопередатчиками 21, 22.
В последующих вариантах осуществления антенные системы 13, 14, 19 могут иметь настраиваемые диаграммы направленности 16, 17, 20, например, в виде управляемых антенных решеток («умных антенн») или переключаемых одиночных антенн.
Первая версия этого варианта осуществления изобретения позволяет управлять диаграммами направленности одной, двух или всех антенных систем 13, 14, 19, предпочтительно диаграммами направленности тыльных антенных систем 14, 19, в зависимости от информации i (см. фиг.2), принятой во время радиосвязи 8 стандарта DSRC. Информация i может, например, указывать тип или класс транспортного средства 6, несущего бортовое устройство 7, т.е. информацию о том, является это транспортное средство легковым автомобилем или грузовиком, или о количестве осей этого транспортного средства. Информация i может быть затем использована для определения местоположения бортового устройства 7 на транспортном средстве 6 и тем самым положения бортового устройства 7 относительно полосы 11 и впоследствии относительно контролирующего транспортного средства 9, в частности высоты расположения бортового устройства над дорогой 3: на грузовиках бортовое устройство обычно располагается выше, чем на автобусах, а на автобусах – выше, чем на легковых автомобилях, и т.д. Диаграммы направленности 16, 17, 20 могут быть далее соответственно настроены по углу и/или высоте относительно полосы 10 и/или по их углу α, β, γ луча в зависимости от принятой информации i для обеспечения оптимальной радиосвязи 8 с бортовым устройством 7.
В следующей версии контролирующее транспортное средство 9 может в качестве альтернативы или дополнительно содержать по меньшей мере одно устройство 25 для измерения и/или классификации транспортного средства 6, данное устройство предпочтительно устанавливают между антенными системами 13, 14, 19. Устройство 25 может быть использовано для управления диаграммами 16, 17, 20 направленности антенных систем 13, 14, 19 в зависимости от измеренного размера М транспортного средства 6 и/или определенного класса К транспортного средства 6 (стрелка 26). Например, большая высота транспортного средства может означать, что диаграммы 17, 20 направленности антенных систем 14, 19 могут быть ориентированы соответственно вверх и/или что углы их лучей β, γ должны быть соответственно увеличены.
И, наконец, управляющее транспортное средство 9 может также записывать контрольную информацию в бортовое устройство 7 по окончании радиосвязи 8 стандарта DSRC. Контрольная информация может быть, в частности, зарегистрирована (записана) в бортовое устройство 7 по окончании радиосвязи 8 стандарта DSRC посредством антенной системы 14 или 19, смонтированной последней относительно направления 15 движения. Контрольная информация может, например, содержать время и место осуществления контроля или быть «контрольным флажком», означающим факт успешного прохождения контроля. Контрольная информация может также снабжаться временной меткой, показывающей период ее действия или срок окончания ее действия.
Контрольная информация может отображаться бортовым устройством 7 для водителя и, например, информировать водителя о необходимости связаться с ближайшей стационарной станцией контроля в случае негативного результата контроля. Однако контрольная информация может быть также запрошена следующей стационарной станцией контроля, например радиомаяком 2 или другим контролирующим транспортным средством 9, доводя результат предыдущего контроля с целью, например, отказа от необходимости повторного контроля, что означает, что нет необходимости проводить прямой обмен данными между отдельными контролирующими транспортными средствами и станциями, так как контрольная информация сохранена в бортовом устройстве 7.
Настоящее изобретение не ограничивается представленными вариантами осуществления, но включает в себя все версии и модификации, попадающие в объем нижеследующей формулы изобретения. Например, в системе 1 взимания платы за проезд, не основанной на спутниковой навигации, радиомаяки 2 стандарта DSRC могут быть заменены другими радиомаяками 2 ближнего действия для определения местоположения бортовых устройств 7, например, инфракрасными, радиочастотной идентификации (RFID), специализированной связи на коротких расстояниях (DSRC), видео или маяками (базовыми станциями) мобильной сети.