Método y dispositivos para determinar la distancia entre una radiobaliza y un dispositivo de vehículo.

Método para determinar la distancia (a) entre una radiobaliza (2) y una unidad de a bordo

(11) que pasa por la baliza en un sistema de peaje viario (1), en el que por lo menos uno de los dos componentes, la radiobaliza (2) y la unidad de a bordo (11), emite una señal (5 10) con una curva conocida de su frecuencia (fs) en función del tiempo, caracterizado por las etapas:

recibir la señal (10) en el otro de los dos componentes (2, 11) durante el paso y el registro de la curva (13, 14) de su frecuencia (fB) en función del tiempo en relación con la curva conocida en función del tiempo;

detectar un cambio (17) en la curva de frecuencia registrada (13, 14) que supera un primer valor umbral (σ); buscar dos regiones lejanas (15, 16) en la curva de frecuencia (13, 14) que se encuentran antes y después del cambio detectado (17) en el tiempo que muestran un cambio de frecuencia (fB') por debajo de un segundo valor umbral (ε);

ajustar a escala la curva de frecuencia registrada (13, 14) de una forma tal que las regiones lejanas (15, 16) adoptan unos valores predeterminados (±ΔF); y

determinar dicha distancia (a) a partir de la curva de frecuencia ajustada a escala (13', 14').

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/AT2011/000479.

Solicitante: KAPSCH TRAFFICCOM AG.

Nacionalidad solicitante: Austria.

Dirección: Am Europlatz 2 1120 Wien AUSTRIA.

Inventor/es: WINKLER, JOSEF, NAGY, OLIVER, Povolny,Robert, SMELY,DIETER, PAIER,ALEXANDER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > SEÑALIZACION > SISTEMAS DE CONTROL DE TRAFICO (control de tráfico... > Sistemas de control del tráfico para vehículos... > G08G1/01 (Detección del movimiento del tráfico para el cómputo o el control (G08G 1/07 - G08G 1/14  tiene prioridad; tarificación vial o tarifa por congestión de vehículos o usuarios de vehículos G07B 15/06))
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION;... > Sistemas para determinar la distancia o la velocidad... > G01S11/10 (que utilizan el efecto Doppler)
  • SECCION G — FISICA > DISPOSITIVOS DE CONTROL > APARATOS DE ENTREGA DE TIQUES; TAXIMETROS; DISPOSICIONES... > Disposiciones o aparatos para cobrar el precio de... > G07B15/06 (Disposiciones para tarificación vial o peaje urbano de vehículos o usuarios de vehículos, p. ej. sistema automático de peaje)

PDF original: ES-2471918_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Mïtodo y dispositivos para determinar la distancia entre una radiobaliza y un dispositivo de vehïculo La presente invenciïn se refiere a un mïtodo para determinar la distancia entre una radiobaliza y una unidad de a bordo que pasa por esta en un sistema de peaje viario, en el que por lo menos uno de los dos componentes, la radiobaliza y la unidad de a bordo, emite una seïal con una curva conocida de su frecuencia en funciïn del tiempo. La invenciïn se refiere, adicionalmente, a una radiobaliza y a una unidad de a bordo para implementar un mïtodo de este tipo.

En los sistemas de peaje viario basados en radiobaliza, por ejemplo, de acuerdo con la norma DSRC (dedicated short-range communication, comunicaciïn de corto alcance dedicada) o WAVE (wireless access in a vehicle environment, acceso inalïmbrico en un entorno de vehïculo) , las unidades de a bordo (OBU, onboard unit) portadas por los vehïculos se comunican con radiobalizas geogrïficamente distribuidas a travïs de transmisiïn radioelïctrica de corto alcance tan pronto como estas pasan por las mismas. La comunicaciïn radioelïctrica, en general, sirve para ubicar el vehïculo en el ïrea de cobertura radioelïctrica de la radiobaliza con el fin de aplicar el cargo por el uso de ubicaciones o tambiïn simplemente para transmitir datos de peaje generados por la OBU a las radiobalizas en su ruta.

A menudo, es deseable determinar la distancia a la que un vehïculo pasa por una radiobaliza, por ejemplo, para penalizar las infracciones de peaje en el caso de las carreteras de mïltiples carriles: cuando mïltiples vehïculos que se desplazan uno junto a otro en diferentes carriles pasan por la radiobaliza y una de sus comunicaciones radioelïctricas indica una infracciïn de peaje, por ejemplo, un cargo de tasa de peaje fallido, un saldo inadecuado de una cuenta de cargo, una OBU defectuosa o ajustada de manera incorrecta etc., o se debe calcular un importe de tasas o peaje dependiente del carril (carril de mïltiples ocupantes) , es esencial entonces conocer cuïl de los vehïculos que se desplazan uno junto a otro es responsable para poder identificarlo, por ejemplo, de manera visual in situ o en una prueba fotogrïfica de la secciïn de carretera de la baliza.

En la actualidad se conocen diversos mïtodos de determinaciïn de la distancia. Una soluciïn es el uso de mïltiples antenas de recepciïn fïsicamente desplazadas en la radiobaliza para determinar las posiciones de las OBU en el campo de recepciïn radioelïctrica a partir de mediciones de diferencias de fase entre las seïales de OBU que se reciben por las antenas individuales. Otra soluciïn se conoce a partir de la patente de los Estados Unidos 5.790.052 y se basa en mediciones por efecto Doppler de las diferentes velocidades relativas de una OBU en relaciïn con las antenas de recepciïn fïsicamente desplazadas de una radiobaliza para determinar la relaciïn de las distancias con respecto a las dos antenas de recepciïn a partir de la relaciïn de los valores medidos de velocidad. Por ïltimo, tambiïn serïa posible el uso de una radiobaliza separada con un alcance de cobertura radioelïctrica bajo para cada carril. La totalidad de estas soluciones conocidas son extensivas, sobre todo debido a que estas estïn basadas en mïltiples antenas de recepciïn.

El fin que establece la invenciïn es la provisiïn de mïtodos y dispositivos para determinar la distancia entre una OBU y una radiobaliza en un sistema de peaje viario, que requiera un menor gasto en equipo para la conversiïn que las soluciones conocidas.

El presente fin se consigue en un primer aspecto de la invenciïn con un mïtodo del tipo que se ha mencionado en lo que antecede, que se distingue por las etapas:

recibir la seïal en el otro de los dos componentes durante el paso y el registro de la curva de su frecuencia en funciïn del tiempo en relaciïn con la curva conocida en funciïn del tiempo; detectar un cambio en la curva de frecuencia registrada que supera un primer valor umbral; buscar dos regiones lejanas en la curva de frecuencia que se encuentran antes y despuïs del cambio detectado en el tiempo que muestran un cambio de frecuencia por debajo de un segundo valor umbral; ajustar a escala la curva de frecuencia registrada de una forma tal que las regiones lejanas adoptan unos valores predeterminados; y determinar dicha distancia a partir de la curva de frecuencia ajustada a escala.

La invenciïn hace uso de la circunstancia de que en el tiempo del paso directo, el cambio de frecuencia relacionado con el efecto Doppler de la seïal de radiobaliza o de OBU es inversamente proporcional a la distancia normal entre la radiobaliza y la OBU, cuando la distancia es mïnima, a condiciïn de que la curva de frecuencia estï normalizada a la velocidad relativa entre la baliza y el vehïculo. Esto ïltimo se consigue mediante la evaluaciïn de la curva de frecuencia en “regiones lejanas”: en estas regiones lejanas, la distancia de los componentes uno con respecto a otro en comparaciïn con la distancia normal es muy grande y esta es despreciable y, por lo tanto, la magnitud del desplazamiento Doppler en ellas solo depende sustancialmente de la velocidad inherente y esta puede determinarse a partir del mismo. Ademïs, la dependencia con la distancia normal y, por lo tanto, esta en sï misma, puede determinarse a partir del anïlisis de la curva de frecuencia compensada por la velocidad inherente en la regiïn cercana de la baliza en la que tiene lugar el cambio (“salto Doppler”) mïs grande de la curva de frecuencia. Como resultado, la distancia de paso puede determinarse solo a partir de la comunicaciïn radioelïctrica entre la OBU y la

radiobaliza con un ïnico receptor y una ïnica antena.

La curva de frecuencia ajustada a escala puede evaluarse en el alcance cercano mediante anïlisis de seïal de una amplia diversidad de maneras. De acuerdo con una primera realizaciïn de la invenciïn, dicha distancia se determina a partir del gradiente la curva de frecuencia ajustada a escala en un punto de inflexiïn de la misma. El gradiente en el punto de inflexiïn es inversamente proporcional a la distancia de paso y puede determinarse de manera simple, por ejemplo, por diferenciaciïn.

De acuerdo con una realizaciïn alternativa de la invenciïn, dicha distancia se determina a partir de un valor de frecuencia de la curva de frecuencia ajustada a escala que se encuentra entre un punto de inflexiïn de la curva de frecuencia ajustada a escala y una regiïn lejana. En un punto de este tipo, que se encuentra tanto a una distancia con respecto al punto de inflexiïn como a una distancia con respecto a las regiones lejanas, el valor de frecuencia de la curva de frecuencia ajustada a escala es, en sï mismo, una dimensiïn significativa para la distancia: cuanto mïs alto sea el valor de frecuencia, mïs corta serï la distancia de paso, y viceversa. Este criterio hace innecesaria una diferenciaciïn de la curva de frecuencia; no obstante, debido a que la proporcionalidad es no lineal, una tabla de conversiïn es, en general, ventajosa para determinar la distancia de paso.

Una realizaciïn alternativa mïs es que dicha distancia se determina a partir de una integral de la curva de frecuencia ajustada a escala a lo largo de una secciïn que se encuentra entre un punto de inflexiïn de la misma y una regiïn lejana. La integral de la curva de frecuencia ajustada a escala tambiïn es un criterio significativo para la distancia de paso. Por lo tanto, los valores de frecuencia de la curva de frecuencia ajustada a escala pueden integrarse, por ejemplo, entre el punto de inflexiïn y una de dichas regiones lejanas, y la integral (“el ïrea bajo la curva”) es una dimensiïn -aunque no lineal -para la distancia de paso: cuando mïs alta... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Mïtodo para determinar la distancia (a) entre una radiobaliza (2) y una unidad de a bordo (11) que pasa por la baliza en un sistema de peaje viario (1) , en el que por lo menos uno de los dos componentes, la radiobaliza (2) y la unidad de a bordo (11) , emite una seïal (10) con una curva conocida de su frecuencia (fs) en funciïn del tiempo, caracterizado por las etapas:

recibir la seïal (10) en el otro de los dos componentes (2, 11) durante el paso y el registro de la curva (13, 14) de su frecuencia (fB) en funciïn del tiempo en relaciïn con la curva conocida en funciïn del tiempo; detectar un cambio (17) en la curva de frecuencia registrada (13, 14) que supera un primer valor umbral (σ) ; buscar dos regiones lejanas (15, 16) en la curva de frecuencia (13, 14) que se encuentran antes y despuïs del cambio detectado (17) en el tiempo que muestran un cambio de frecuencia (fB’) por debajo de un segundo valor umbral (ε) ; ajustar a escala la curva de frecuencia registrada (13, 14) de una forma tal que las regiones lejanas (15, 16) adoptan unos valores predeterminados (ïΔF) ; y determinar dicha distancia (a) a partir de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) .

2. Mïtodo de acuerdo con la reivindicaciïn 1, caracterizado por que dicha distancia (a) se determina a partir del gradiente (fB’) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) en un punto de inflexiïn (20) de la misma.

3. Mïtodo de acuerdo con la reivindicaciïn 1, caracterizado por que dicha distancia (a) se determina a partir de un valor de frecuencia (fB) de la curva de frecuencia ajustada a escala que se encuentra entre un punto de inflexiïn (20) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) y una regiïn lejana (15, 16) .

4. Mïtodo de acuerdo con la reivindicaciïn 1, caracterizado por que dicha distancia (a) se determina a partir de una integral (FB) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) a lo largo de una secciïn (Δt) que se encuentra entre un punto de inflexiïn (20) de la misma y una regiïn lejana (15, 16) .

5. Mïtodo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el registro de la curva de frecuencia (13, 14) se inicia cuando la intensidad de la seïal recibida (10) supera un umbral mïnimo y se termina cuando la intensidad de la seïal recibida (10) cae por debajo del umbral mïnimo -preferiblemente a lo largo de un periodo de tiempo mïnimo.

6. Mïtodo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la seïal (10) es emitida por la radiobaliza (2) y es recibida por la unidad de a bordo (11) , en el que dichas etapas de registrar, detectar, buscar, ajustar a escala y determinar las lleva a cabo la unidad de a bordo (11) , y en el que el registro de la curva de frecuencia (13, 14) se inicia cuando una aproximaciïn de la unidad de a bordo (11) a una radiobaliza (2) se detecta por medio de un sensor (28-34) de la unidad de a bordo (11) .

7. Mïtodo de acuerdo con la reivindicaciïn 6, caracterizado por que el sensor comprende un receptor de navegaciïn por satïlite (32) para determinar la posiciïn de la unidad de a bordo (11) y una lista (33) de ubicaciones previamente almacenadas (o) de las radiobalizas (2) y una aproximaciïn a una radiobaliza (2) se detecta cuando la posiciïn determinada (p) entra en las proximidades de una ubicaciïn almacenada (o) .

8. Mïtodo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la seïal (10) es emitida por la unidad de a bordo (11) y es recibida por la radiobaliza (2) , en el que dichas etapas de registrar, detectar, buscar, ajustar a escala y determinar las lleva a cabo la radiobaliza (2) , y en el que el registro de la curva de frecuencia (13, 14) se inicia cuando una aproximaciïn de una unidad de a bordo (11) a la radiobaliza (2) se detecta por medio de un sensor (28-31, 36) de la radiobaliza (2) .

9. Mïtodo de acuerdo con la reivindicaciïn 8, caracterizado por que un transceptor (8) , el alcance (36) del cual es mïs grande que el alcance de recepciïn (35) de la radiobaliza (2) para dicha seïal (10) , se usa como sensor para la interrogaciïn por radio de unidades de a bordo (11) .

10. Mïtodo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que la seïal (10) se emite de manera intermitente y la curva de frecuencia (13, 14) se procesa de forma discreta en el tiempo para puntos de tiempo (27i) , en los que se recibe la seïal (10) .

11. Mïtodo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que el carril de carretera (5, 6, 6’) de una carretera de mïltiples carriles (4) , en el que el vehïculo (12) se estï moviendo, se determina a partir de la distancia (a) .

12. Radiobaliza (2) para un sistema de peaje viario (1) para determinar la distancia (a) de un vehïculo (12) que pasa por la radiobaliza, vehïculo que estï equipado con una unidad de a bordo (11) , que emite una seïal (10) con una curva conocida (13, 14) de su frecuencia (fs) en funciïn del tiempo, caracterizada por:

un receptor (8) , que estï configurado para recibir la seïal (10) de un vehïculo que pasa (12) ; una memoria (21) conectada con el receptor, que estï configurada para registrar la curva (13, 14) de la frecuencia (fB) de la seïal recibida (10) en funciïn del tiempo en relaciïn con la curva conocida en funciïn del tiempo; un detector (22) , que estï conectado a la memoria (21) y estï configurado para detectar un cambio (17) en la curva de frecuencia registrada (13, 14) que supera un primer valor umbral (σ) ; un primer dispositivo de evaluaciïn (23) , que estï conectado al detector (22) y a la memoria (21) y estï configurado para buscar dos regiones lejanas (15, 16) en la curva de frecuencia (13, 14) que se encuentran antes y despuïs del cambio detectado (17) en el tiempo que muestran un cambio de frecuencia (fB’) por debajo de un segundo valor umbral (ε) ; un dispositivo de ajuste a escala (24) , que estï conectado a la memoria (21) y al primer dispositivo de evaluaciïn (23) y estï configurado para ajustar a escala la curva de frecuencia registrada (13, 14) de una forma tal que las regiones lejanas (15, 16) adoptan unos valores predeterminados (ïΔF) ; y un segundo dispositivo de evaluaciïn (25) , que estï conectado despuïs del dispositivo de ajuste a escala (24) y estï configurado para determinar la distancia (a) a partir de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) .

13. Radiobaliza de acuerdo con la reivindicaciïn 12, caracterizada por que el segundo dispositivo de evaluaciïn (25) estï configurado para determinar dicha distancia (a) a partir del gradiente (fB’) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) en un punto de inflexiïn (20) de la misma.

14. Radiobaliza de acuerdo con la reivindicaciïn 12, caracterizada por que el segundo dispositivo de evaluaciïn (25) estï configurado para determinar dicha distancia (a) a partir de un valor de frecuencia (fB) de la curva de frecuencia ajustada a escala que se encuentra entre un punto de inflexiïn (20) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) y una regiïn lejana (15, 16) .

15. Radiobaliza de acuerdo con la reivindicaciïn 12, caracterizada por que el segundo dispositivo de evaluaciïn (25) estï configurado para determinar dicha distancia (a) a partir de una integral (FB) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) a lo largo de una secciïn (Δt) que se encuentra entre un punto de inflexiïn (20) de la misma y una regiïn lejana (15, 16) .

16. Radiobaliza de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizada por que tiene un transmisor (8) para la emisiïn de repeticiïn periïdica de una seïal de solicitud con el fin de pedir a las unidades de a bordo que pasan (11) que emitan respectivamente una seïal de respuesta (10i) , seïales de respuesta (10i) que forman de manera intermitente dicha seïal (10) , en donde la radiobaliza (2) procesa la curva de frecuencia (13, 14) de forma discreta en el tiempo para puntos de tiempo (27i) , en los que existe la seïal (10) .

17. Radiobaliza de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizada por que tiene un sensor separado para detectar la aproximaciïn de un vehïculo (12) , que solo permite que el registro de la curva de frecuencia (13, 14) se inicie cuando detecta la aproximaciïn de un vehïculo (12) .

18. Radiobaliza de acuerdo con la reivindicaciïn 17, caracterizada por que para la interrogaciïn por radio de unidades de a bordo (11) el sensor comprende un transceptor (8) , el alcance (36) del cual es mïs grande que el alcance (35) de dicho receptor (8) para recibir dicha seïal (10) , preferiblemente un transceptor con una antena direccional.

19. Unidad de a bordo para un sistema de peaje viario para determinar la distancia (a) con respecto a una radiobaliza (2) del sistema de peaje viario (1) , que emite una seïal (10) con una curva conocida de su frecuencia en funciïn del tiempo, caracterizada por:

un receptor (8) , que estï configurado para recibir la seïal (10) de una radiobaliza (2) ; una memoria (21) conectada al receptor (8) , que estï configurada para registrar la curva (13, 14) de la frecuencia (fB) de la seïal recibida (10) en funciïn del tiempo en relaciïn con la curva conocida en funciïn del tiempo; un detector (22) , que estï conectado a memoria (21) y estï configurado para detectar un cambio (17) en la curva de frecuencia registrada (13, 14) que supera un primer valor umbral (σ) ; un primer dispositivo de evaluaciïn (23) , que estï conectado al detector (22) y a la memoria (21) y estï configurado para buscar dos regiones lejanas (15, 16) en la curva de frecuencia (13, 14) que se encuentran antes y despuïs del cambio detectado (17) en el tiempo que muestran un cambio de frecuencia (fB’) por debajo de un segundo valor umbral (ε) ; un dispositivo de ajuste a escala (24) , que estï conectado a la memoria (21) y al primer dispositivo de evaluaciïn (23) y estï configurado para ajustar a escala la curva de frecuencia registrada (13, 14) de una forma tal que las regiones lejanas (15, 16) adoptan unos valores predeterminados (ïΔF) ; y un segundo dispositivo de evaluaciïn (25) conectado despuïs del dispositivo de ajuste a escala, que estï configurado para determinar la distancia (a) a partir de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) .

20. Unidad de a bordo de acuerdo con la reivindicaciïn 19, caracterizada por que el segundo dispositivo de evaluaciïn (25) estï configurado para determinar dicha distancia (a) a partir del gradiente (fB’) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) en un punto de inflexiïn (20) de la misma.

21. Unidad de a bordo de acuerdo con la reivindicaciïn 19, caracterizada por que el segundo dispositivo de evaluaciïn (25) estï configurado para determinar dicha distancia (a) a partir de un valor de frecuencia (fB) de la curva de frecuencia ajustada a escala que se encuentra entre un punto de inflexiïn (20) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) y una regiïn lejana (15, 16) .

22. Unidad de a bordo de acuerdo con la reivindicaciïn 19, caracterizada por que el segundo dispositivo de evaluaciïn (25) estï configurado para determinar dicha distancia (a) a partir de una integral (FB) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) a lo largo de una secciïn (Δt) que se encuentra entre un punto de inflexiïn (20) de la misma y una regiïn lejana (15, 16) .

23. Unidad de a bordo de acuerdo con una de las reivindicaciones 19 a 22, caracterizada por que tiene un sensor (28-34) separado para detectar la aproximaciïn a una radiobaliza (2) , que solo permite que el registro de la curva de frecuencia (13, 14) se inicie cuando detecta la aproximaciïn a una radiobaliza (2) .

24. Unidad de a bordo de acuerdo con la reivindicaciïn 23, caracterizada por que el sensor comprende un receptor

de navegaciïn por satïlite (32) para determinar la posiciïn de la unidad de a bordo (11) y una lista (33) de ubicaciones previamente almacenadas (o) de las radiobalizas (2) y estï configurado para detectar una aproximaciïn a una radiobaliza (2) cuando la posiciïn determinada (p) entra en las proximidades de una ubicaciïn almacenada (o) .