ИНДУКЦИОННАЯ СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Изобретение относится к устройствам контроля движения транспорта с целью учета или регулирования движения с использованием идентификации транспортных средств.

Наиболее близким по технической сущности прототипом является система автоматической идентификации транспортного средства, содержащая электронные средства идентификации, установленные на транспортном средстве, и электронные средства для чтения и/или записи электронных средств идентификации, установленных на транспортном средстве, электронные средства идентификации и электронные средства для чтения и/или записи содержат индукционный передатчик и приемник, при этом электронные средства идентификации содержат, по меньшей мере, один передатчик HF диапазона, который выполнен с возможностью работы на дальности от 10 до 90 см, по меньшей мере, один передатчик UHF диапазона, который выполнен с возможностью работы на дальности от 300 до 1000 см и электронную память (см. US 20120056725 А1).

Недостатками известной системы являются, во-первых, избыточная сложность, предполагающая использование двух диапазонов связи HF и UHF между электронными средствами идентификации, установленными на транспортном средстве, и электронными средствами для чтения информации.

Во-вторых, использование UHF диапазона исключает возможность размещения антенны под поверхностью дорожного полотна вследствие высокой величины затухания волн. В то же время возможность осадков (дождь, грязь, снег и лед) не позволяет размещать антенны UHF диапазона непосредственно на поверхности дорожного полотна, так как при этом затухание и искажение диаграммы направленности электромагнитного поля антенны UHF диапазона многократно снижает дальность действия системы и, соответственно, надежность считывания информации. UHF RFID система (транспондер, антенна и считыватель) работоспособна только при обеспечении радиовидимости, но наличие крупных предметов (автомобили, дома), соизмеримых с длиной волны, приводят либо к полной потере связи вследствие экранирования электромагнитных волн, либо к неуверенному приему из-за явления интерференции. Для достижения возможности идентификации транспортных средств требуется возведение опор или ферм, на которых могли бы быть размещены антенны считывателя над дорожным полотном с целью обеспечения считывания транспондера. Однако интерференционные явления, присущие этому частотному диапазону, и, как следствие, замирания радиосвязи исключают надежную работу даже в этом случае. При этом установка каких-либо конструкций вблизи дороги или над дорогой приводит к изменению архитектурного облика улично-дорожной сети. Из-за явления интерференции также затруднена локализация положения транспортного средства на соответствующей полосе движения.

В-третьих, антенные системы HF RFID считывателя обеспечивают считывание стандартных транспондеров на дальностях до 80-90 см и характеризуются как индукционные системы большой дальности действия. Габариты такой антенны ограничены тем, что ее периметр должен быть значительно меньше длины волны индукционной системы (как правило, на порядок) для получения системы с сосредоточенными параметрами. Соответственно, размер типичной зоны действия рамочной антенны, работающей в составе стандартного считывателя, формирующей магнитное поле напряженностью не менее 150 мА/м для работы стандартных транспондеров, не превышает зоны, ограниченной размерами 800×600×800 мм, с периметром антенны, соответствующим 1/8 длины волны (см. например, HF Long Range reader ID ISC.LR(М)2500 изготовителя FEIG Electronic). Такие размеры зоны действия магнитной антенны не позволяют осуществлять идентификацию скоростных объектов, в том числе транспортных средств, снабженных транспондерами, так как время, необходимое для считывания идентификационной информации, оказывается больше временем пребывания транспондера в зоне действия рамочной антенны. Если даже разместить такую рамочную антенну поперек полосы проезжей части дороги, то из-за ограничения периметра магнитной рамки зона ее действия не позволит охватить всю ширину полосы движения.

В-четвертых, подобные системы из-за малой дальности действия по сравнению с габаритами транспортных средств не могут обеспечить приемлемую надежность считывания при установке сбоку или сверху проезжей части дороги, так как габариты транспортных средств имеют разброс, превышающий несколько метров. При этом установка каких-либо конструкций вблизи дороги также приводит к изменению архитектурного облика улично-дорожной сети и снижает уровень безопасности движения транспортных средств.

В-пятых, при размещении антенны HF диапазона под поверхностью дорожного полотна, т.е. в проводящей среде, представляющей собой заземленный проводник, имеет место паразитная емкость среды и токи потерь, что приводит к расстройке контура, т.е. к снижению его добротности и смещению резонансной частоты настолько, что делает невозможным настройку системы в целом, вследствие чего система теряет свою работоспособность.

Указанные недостатки ограничивают область применения известного решения.

Задачей изобретения является расширение области применения. Техническим результатом является упрощение системы до однодиапазонной, исключение необходимости сооружения конструкций сверху или сбоку от дорожного полотна для крепления антенн за счет обеспечения возможности работы с размещенной под поверхностью дорожного полотна магнитной рамкой, а также обеспечение надежной и безопасной работы при скоростном движении транспортных средств.

Указанный технический результат достигается тем, что в индукционной системе обнаружения и идентификации транспортных средств, содержащей электронные средства идентификации с электронной памятью, установленные на транспортных средствах, и считыватель для чтения и/или записи информации с электронных средств идентификации в частотном диапазоне HF, электронные средства идентификации транспортного средства выполнены в виде встроенного в регистрационный знак транспортного средства резонатора, содержащего многовитковую рамку и соединенного с ней микрочипа, с энергонезависимой памятью, обеспечивающей хранение идентификационных данных транспортного средства, включающих, по меньшей мере, данные о регистрационном номере транспортного средства, так, что микрочип запитывается электрическим током, индуцируемым внешним переменным магнитным полем, считыватель снабжен магнитной рамкой с периметром от 1/5 до 1/2 длины волны, установленной в диэлектрическом корпусе под поверхностью дорожного полотна проезжей части дороги и обеспечивающей формирование вокруг нее переменного магнитного поля, составляющего зону действия магнитной рамки, охватывающей всю ширину полосы проезжей части дороги и имеющей протяженность вдоль полосы дороги до 2 м, а высоту не менее 1 м от поверхности дороги, минимальное время считывания считывателем дискретных посылок, формируемых электронными средствами идентификации, и минимальное время идентификации транспортного средства соответствуют скорости движения транспортного средства до 250 км/ч и составляют не более 25 мс, электронные средства идентификации и считыватель выполнены с возможностью кодирования и декодирования данных и ограничения доступа к данным.

Кроме того:

- микрочип представляет собой процессор, выполненный на основе интегральной микросхемы в одном корпусе с энергонезависимой памятью и обеспечивает функции модуляции и демодуляции сигнала;

- энергонезависимая память обеспечивает хранение, помимо данных о регистрационном номере транспортного средства, также сведений о владельце транспортного средства, его водительском удостоверении, техническом осмотре, характеристиках груза;

- электронные средства идентификации и считыватель выполнены с возможностью взаимного обмена данными со скоростью не менее 1 кбит/сек;

- обнаружение транспортного средства осуществляется по факту получения считывателем идентификационного кода транспортного средства;

- обнаружение транспортного средства осуществляется по факту изменения магнитного поля магнитной рамки, вызванному появлением транспортного средства в зоне действия магнитной рамки;

- мощность раскачки подаваемого в магнитную рамку сигнала составляет от 1 Вт до 20 Вт;

- считыватель подключен к компьютеру и выполнен с возможностью обмена данных с удаленным компьютером со скоростью не менее 19,2 кб/сек;

- компьютер включает средства вычисления и обработки данных, полученных от идентифицированных транспортных средств, для задач управления движением и контроля соблюдения правил дорожного движения;

- связь между считывателем и компьютером осуществляется по интерфейсу не ниже RS232;

- компьютер выполнен с возможностью соединения с одним или группой считывателей, установленных на разных участках дороги;

- считыватель с магнитной рамкой установлен на въезде и выезде закрытых территорий, в том числе парковок с шириной проезда от 2,5 м до 3 м;

- считыватель обеспечивает формирование сигнала для управления шлагбаумом, или воротами, или заграждениями, или выдвижными электромеханическими столбиками;

- считыватель синхронизирован со средствами оптического распознавания изображения для проверки соответствия визуальной информации регистрационного знака с содержанием идентификационной информации, сохраненной в памяти микрочипа;

- электронные средства идентификации и считыватель снабжены средствами верификации полученных считывателем данных;

- электронные средства идентификации и считыватель снабжены средствами ограничения доступа к данным путем шифрования и дешифрования передаваемых идентификационных данных.

Изобретение поясняется с помощью чертежей, где на Фиг.1 показана схема размещения считывателя и магнитной рамки относительно дороги, на Фиг.2 - разрез дорожного покрытия с установленной магнитной рамкой, на Фиг.3 - индукционный регистрационный знак, вид спереди, на Фиг.4 - сечение индукционного регистрационного знака, вид сбоку, на Фиг.5 - магнитная рамка в диэлектрической оболочке, на Фиг.6 - структурная схема индукционной системы обнаружения и идентификации транспортных средств.

На чертежах сделаны следующие обозначения:

1 - считыватель, 2 - магнитная рамка, установленная на полосе дорожного движения под дорожным полотном, 3 - индукционный регистрационный знак, 4 - транспортное средство, 5 - компьютер, 6 - полоса движения, 7 - разделительная полоса, 8 - зона действия магнитной рамки, 9 - диэлектрическая оболочка магнитной рамки, 10 - входы компьютера для подключения считывателей, 11 - асфальтовое покрытие, 12 - насыпь (грунт), 13 - крепежные отверстия, 14 - внешний светоотражающий слой индукционного знака с визуальной идентификационной информацией, 15 - многовитковая рамка, 16 - микрочип, 17 - цифробуквенное обозначение на внешней поверхности индукционного регистрационного знака, 18 - диэлектрическая пластина, 19 - магнитный слой с тыльной стороны диэлектрической пластины, 20 - индукционная связь между резонатором индукционного регистрационного знака и магнитной рамкой, 21 - металлическая лента магнитной рамки, 22 - узел согласования, 23 - кабель для подключения узла магнитной рамки с узлом согласования к узлу формирования и обработки сигнала, 24 - узел формирования и обработки сигнала (ридер), 25 - пульт управления узлом согласования, 26 - выход считывателя для управления шлагбаумом.

Индукционная система обнаружения и идентификации транспортных средств содержит электронное средство идентификации транспортного средства с магнитной рамкой, микрочипом и энергонезависимой памятью для хранения регистрационных данных транспортного средства не менее 64 бит и считыватель для считывания информации из памяти электронных средств идентификации транспортных средств. Электронное средство идентификации транспортного средства конструктивно совмещено с регистрационным номерным знаком транспортного средства и представляет собой индукционный регистрационный знак транспортного средства, установленный на обычном для установки регистрационных знаков месте транспортного средства.

Индукционный регистрационный знак содержит нанесенную на его лицевой стороне визуальную информацию, обеспечивающую обычное визуальное считывание идентификационной информации.

Считыватель снабжен магнитной рамкой, установленной под полотном проезжей части дороги на глубине не более 1 м, с возможностью считывания информации в пространстве над дорогой, соответствующем ширине полосы проезжей части дороги. На входы магнитной рамки от соответствующего генератора считывателя подается переменный сигнал мощностью от 1 Вт до 20 Вт, который обеспечивает формирование переменного магнитного поля вокруг рамки, представляющего зону действия магнитной рамки или зону обнаружения и идентификации транспортных средств, с границами, определяемыми воображаемой поверхностью вокруг магнитной рамки, где величина напряженности магнитного поля не менее 10 мА/м и в которой обеспечивается возможность считывания информации из памяти индукционного регистрационного знака транспортного средства, проезжающего через зону действия магнитной рамки считывателя со скоростью до 250 км/ч.

Дальность зоны действия магнитной рамки, если она не закрыта слоем дорожного покрытия в направлении, перпендикулярном к плоскости магнитной рамки, составляет не менее 2,2 м. Для установленной под поверхностью дорожного полотна магнитной рамки зона ее действия в вертикальном направлении составляет не менее 1 м над поверхностью дороги. Суммарная дальность действия магнитной рамки при заглублении до 1 м при работе совместно с индукционным регистрационным знаком составляет величину не менее 2 м от плоскости рамки, что характеризует систему обнаружения и идентификации транспортных средств как индукционную систему сверхбольшой дальности действия.

Считывание информации из памяти индукционного регистрационного знака транспортного средства осуществляется с использованием стандарта ISO-15693-3 и совместимых с ним дискретно отдельными посылками. При этом минимальное время считывания считывателем дискретных посылок, формируемых электронными средствами идентификации, и минимальное время идентификации им транспортного средства соответствуют скорости движения транспортного средства до 250 км/ч и составляют не более 25 мс.

Считываться могут одновременно несколько, не менее четырех, индукционных регистрационных знаков транспортных средств, находящихся в зоне действия магнитной рамки.

Считыватель соединен с удаленным компьютером, выполняющим функцию сервера, при этом соединение обеспечивает скорость потока данных не менее 19,2 кб/сек, а сама связь осуществляется согласно интерфейсу не ниже RS232.

Компьютер включает средства вычисления и обработки данных, полученных от идентифицированных транспортных средств, для задач управления движением и контроля соблюдения правил дорожного движения.

Удаленный компьютер и/или считыватель снабжен источником питания.

Считыватели с магнитными рамками выполнены в виде множества однотипных устройств, установленных на разных участках дороги, при этом компьютер выполнен с возможностью соединения с одним или группой таких устройств или со всеми считывателями одновременно.

Индукционная система обнаружения и идентификации транспортных средств, работает следующим образом.

Транспортное средство, снабженное индукционным регистрационным знаком, содержащим электронные средства идентификации транспортного средства, с пассивным резонатором, состоящим из многовитковой рамки и микрочипа с энергонезависимой памятью, проезжает помимо прочего по участкам дороги, где под полотном дороги установлены магнитные рамки, соединенные с соответствующим считывателем, которые обеспечивают формирование вокруг магнитной рамки переменного магнитного поля частотой диапазона HF, составляющего от 3 до 30 МГц. Формируемое магнитное поле является внешним по отношению к пассивному резонатору, установленному на транспортном средстве.

При установке магнитной рамки под полотно дороги учитывается влияние Земли, которое усиливается при увеличении размера антенны, которая соответствует ширине полосы проезжей части, достигающей для некоторых видов дорог 3,75 м.

Заглубление магнитной рамки необходимо для обеспечения приемлемой безопасности движения транспортных средств, двигающихся на высокой скорости. При этом магнитная рамка должна быть заглублена не менее чем на толщину слоя асфальта, составляющего около 20 см, так как в противном случае возможно разрушение асфальта в месте установки антенны.

Использование индукционной системы обнаружения и идентификации транспортных средств, содержащей множество магнитных рамок, установленных на разных участках различных дорог, позволяет фиксировать факт наличия транспортных средств с вполне конкретной географической привязкой. Фиксация факта нахождения транспортного средства на конкретном участке дороги обеспечивает возможность локализации транспортного средства в конкретный момент времени с высокой точностью измерения места и времени, определяемой соответственно размерами зоны действия магнитной рамки и временем идентификации (до 2 м и 25 мс при максимальной скорости движения 250 км/ч). При этом возможность сбора и хранения данных о фактах фиксации транспортных средств на конкретных участках дороги, а также анализ этих данных за конечный промежуток времени, обеспечивает возможность определения направления перемещения конкретного транспортного средства. Кроме того, вычисление времени, затраченного на перемещение транспортного средства между двумя соседними точками дороги, где установлены магнитные рамки, обеспечивает возможность вычисления скорости движения транспортного средства при условии известности расстояния между этими двумя соседними точками дороги.

Благодаря выбранному отношению периметра магнитной рамки к длине волны от 1/5 до 1/2 периметр магнитной рамки составляет значительную большую, чем в обычных системах, длину, что позволяет охватить магнитным полем полосу движения по всей ее ширине. Вместе с тем многовитковая рамка, выполненная вдоль периметра пластины регистрационного знака, имеющего значительно большие размеры, чем стандартный транспондер, позволяет получить наибольший размер резонатора и максимальную чувствительность средств идентификации транспортных средств, более чем на порядок превышающую чувствительность обычных систем, что в свою очередь обеспечивает сверхвысокую дальность действия индукционной системы обнаружения и идентификации транспортных средств.

В случае попадания индукционного регистрационного знака транспортного средства в зону действия магнитной рамки, где величина напряженности магнитного поля превышает величину 10 мА/м, достаточную для питания микрочипа пассивного резонатора, микрочип формирует модулирующий сигнал, который взаимодействует с колебаниями тока пассивного резонатора, который в свою очередь вносит изменения в магнитное поле магнитной рамки. Модулирующий сигнал формируется микрочипом в соответствии с данными, содержащимися в его энергонезависимой памяти. Таким образом, результирующее магнитное поле представляет собой колебания, содержащие дискретные кодовые посылки, которые в свою очередь содержат идентификационную информацию транспортного средства.

Измененное магнитное поле с ответным сигналом преобразуется магнитной рамкой в электрические колебания, которые передаются на вход считывателя для демодуляции. В результате демодуляции и декодирования входного сигнала считывателя осуществляется обнаружение проезжающего транспортного средства и выделяется идентификационная информация о транспортном средстве. Полученная информация посредством сигналов, передаваемых по проводным или беспроводным линиям связи, подается на компьютер для дальнейшей обработки.

Обнаружение транспортных средств может осуществляться также по факту изменения параметров переменного магнитного поля, вызванного присутствием проезжающего рядом транспортного средства.

В случае попадания нескольких транспортных средств со своими индукционными регистрационными знаками в зону действия одного считывателя, их резонаторы формируют соответствующие модулированные сигналы, отличающиеся между собой законом, по которому осуществляется модуляция резонансной - несущей частоты. В этом случае считыватель определяет факт множественности сигналов и обеспечивает формирование управляющего сигнала на той же резонансной частоте, воздействующего через демодулятор интегральной микросхемы на формирование процессором микрочипа модулирующего сигнала, в результате чего формируемые на разных резонаторах сигналы разносятся в рамках антиколлизионных протоколов ISO 15693, 1800-3 или совместимых с ними, например, во времени, обеспечивая приемлемые соотношения сигнал/шум для надежного считывания сигналов всех резонаторов, попавших в зону действия считывателя.

При использовании системы для регулирования доступа на закрытые территории, например парковку, считыватель с магнитной рамкой устанавливают на въездах и выездах этих территорий, в том числе на въездах на парковки, где ширина проезда составляет от 2,5 м до 3 м. При этом выходным сигналом считывателя индукционной системы обнаружения и идентификации транспортных средств осуществляется управление шлагбаумом или иным заграждением.

При использовании индукционной системы обнаружения и идентификации транспортных средств в составе систем контроля движения транспортных средств, там, где это необходимо, ее дополняют средствами оптического распознавания регистрационных знаков проезжающих транспортных средств. Синхронизируют работу индукционного считывателя с работой фото/видеокамеры, снабженной средствами распознавания изображений. Полученные данные из системы индукционного считывания и из системы визуального распознавания проверяют на взаимное соответствие визуальной информации индукционного регистрационного знака, с содержанием идентификационной информации, сохраненной в памяти микрочипа этого индукционного регистрационного знака.

Индукционная система обнаружения и идентификации транспортных средств представляет собой однодиапазонную систему, работающую в низкочастотном диапазоне HF, что позволяет закладывать магнитную рамку под полотно дороги, она не требует установки антенн сбоку или сверху проезжей части, что исключает необходимость сооружения конструкций сверху или сбоку от дорожного полотна. Вместе с тем протяженность зоны действия рамки является достаточной для надежного обнаружения и идентификации скоростных транспортных средств. Индукционная система обнаружения и идентификации транспортных средств фактически является системой HF диапазона сверхбольшой дальности действия.

Индукционная система обнаружения и идентификации транспортных средств может быть реализована на стандартных элементах, радиокомпонентах, с использованием проводных и беспроводных линий связи. Считыватель может быть выполнен на основе стандартных, серийно выпускаемых блоков, например, HF Long Range reader ID ISC.LR.(М)2500 изготовителя FEIG Electronic.

Таким образом, индукционная система обнаружения и идентификации транспортных средств имеет более широкую область применения, так как она более проста в исполнении, и является однодиапазонной, а также отсутствует необходимость сооружения конструкций сверху или сбоку от дорожного полотна для крепления антенн благодаря обеспечению возможности работы с размещенной под поверхностью дорожного полотна магнитной рамкой, а также обеспечению надежной и безопасной работы при скоростном движении транспортных средств.