Способ измерения количества транспортных средств

Изобретение относится к области контроля движения транспорта и предназначено для использования при измерении количества и скорости движущихся транспортных средств, регистрации их местоположения, в том числе и железнодорожных вагонов, скатывающихся с сортировочной горки. Вдоль линии, проходящей через зону движения транспортного средства ниже поверхности дороги, создают излучателем электромагнитное поле, которое изменяют транспортным средством. Далее преобразовывают изменение поля приемником в электрический сигнал и регистрируют последний. Количество пересекших линию транспортных средств определяют по числу изменений амплитуды сигнала. Изобретение позволяет повысить надежность регистрации количества транспортных средств, а также определять их скорость, направление движения и местоположение транспортных средств с высокой помехоустойчивостью. 14 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для измерения количества и скорости движущихся транспортных средств, регистрации их местоположения, в том числе и железнодорожных вагонов, скатывающихся с сортировочной горки.

Известен способ определения количества автомобилей, включающий установку индуктивного детектора в полотно дорожного покрытия, наведение в детекторе индукционного напряжения и регистрацию сигнала детектора [1].

Недостатком этого способа является то, что его реализация предполагает наличие проволочных рамок (наибольшее распространение получили детекторы длиной 2,5-3 м и шириной 1-2,5 м. Печерский М.П., Хорович Б.Г. Автоматизированные системы управления дорожным движением в городах. - М.: Транспорт, 1979, 176 с.), используемых в качестве детектора, которые при вспучивании грунта, образовании трещин в дорожном покрытии разрушаются и требуют замены. Кроме того, наводимые транспортными средствами в детекторе сигналы различаются по своим параметрам (см. Фор А. Восприятие и распознавание образов. - М.: Машиностроение, 1989), что требует их стилизации для лучшего восприятия (понимания). При контролировании движения на нескольких полосах необходимо от каждой рамки тянуть провода к приемнику сигналов, что также усложняет конструкцию устройства и снижает надежность последнего.

Известен способ обнаружения транспортных средств, включающий регистрацию давления транспортного средства на дорожное покрытие и преобразование давления в электрический сигнал [2].

Недостатками этого способа являются: регистрация транспортных средств только на одной полосе движения, снижение надежности регистрации при снежных заносах дороги и ограниченный срок службы датчика (многократные механические деформации повреждают датчик).

Прототипом является способ измерения количества транспортных средств, включающий создание электромагнитного поля, изменение его транспортным средством, преобразование этого изменения в электрический сигнал и последующую регистрацию [3].

Недостатками этого способа является сложность его реализации при контролировании движения по нескольким полосам и появление ложных электрических сигналов при изменении электрических параметров окружающей среды: включение электрических цепей городских коммунальных объектов, перемещение людей и птиц рядом с антенной, близость грозового очага и т.д. Достаточные для обнаружения движущегося объекта градиенты электрического поля простираются до расстояний, сравнимых с несколькими линейными размерами тела, что затрудняет обнаружение (подсчет) объектов при движении их по нескольким полосам или с малой дистанцией друг за другом. Кроме того, невозможность определения скорости движения транспортных средств затрудняет решение задачи управления транспортными потоками, особенно в автоматическом режиме.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение надежности регистрации транспортных средств, расширение функциональных возможностей, а именно определение скорости и направления движения транспортных средств, их местоположения, а также повышение помехоустойчивости к воздействиям внешних электромагнитных полей.

Задача решается тем, что в способе измерения количества транспортных средств, включающем создание электромагнитного поля, изменение его транспортным средством, преобразование этого изменения в электрический сигнал и последующую регистрацию последнего, электромагнитное поле создают вдоль линии, пересекающей зону движения транспортного средства ниже поверхности дороги. Перед регистрацией электрический сигнал задерживают по времени. Регистрацию электрического сигнала начинают с момента создания электромагнитного поля и сопровождают измерением скорости изменения амплитуды сигнала. Преобразование изменения электромагнитного поля в электрический сигнал проводят на разном расстоянии относительно источника поля. Создание электромагнитного поля чередуют с его экранированием. Регистрируют число созданных и экранированных участков электромагнитного поля, пересекаемых транспортным средством. Фиксируют прекращение изменения электрического сигнала в процессе его регистрации. В процессе регистрации электрического сигнала проводят поочередное прекращение и возобновление преобразования изменения электромагнитного поля. Регистрацию осуществляют по обе стороны от источника электромагнитного поля. Поочередное прекращение и возобновление преобразования изменения электромагнитного поля на одной стороне сдвигают на шаг по отношению к поочередному прекращению и возобновлению преобразования изменения электромагнитного поля на другой стороне. Чередование создания электромагнитного поля с его экранированием получают путем погружения части источника этого поля в дорогу. Чередование создания электромагнитного поля с его экранированием получают путем вывода части источника этого поля из зоны движения транспортного средства. Поочередное прекращение и возобновление преобразования изменения электромагнитного поля получают путем погружения части приемника этого поля в дорогу. Поочередное прекращение и возобновление преобразования изменения электромагнитного поля получают путем вывода части приемника этого поля из зоны движения транспортного средства. При регистрации фиксируют форму огибающей электрических сигналов, претерпевших изменение.

Из уровня техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения и оказывающие такое же, как и они, влияние на технический результат, состоящий в определении скорости и направления движения транспортных средств, их местоположения, а также повышении помехоустойчивости к воздействиям внешних электромагнитных полей.

Сущность изобретения отражают операции:

- электромагнитное поле создают вдоль линии, пересекающей зону движения транспортного средства ниже поверхности дороги;

- перед регистрацией электрический сигнал задерживают по времени;

- регистрацию электрического сигнала начинают с момента создания электромагнитного поля и сопровождают измерением скорости изменения амплитуды сигнала;

- преобразование изменения электромагнитного поля в электрический сигнал проводят на разном расстоянии относительно источника поля;

- создание электромагнитного поля чередуют с его экранированием;

- регистрируют число созданных и экранированных участков электромагнитного поля, пересекаемых транспортным средством;

- фиксируют прекращение изменения электрического сигнала в процессе его регистрации;

- в процессе регистрации электрического сигнала проводят поочередное прекращение и возобновление преобразования изменения электромагнитного поля;

- регистрацию осуществляют по обе стороны от источника электромагнитного поля;

- поочередное прекращение и возобновление преобразования изменения электромагнитного поля на одной стороне сдвигают на шаг по отношению к поочередному прекращению и возобновлению преобразования изменения электромагнитного поля на другой стороне;

- чередование создания электромагнитного поля с его экранированием получают путем погружения части источника этого поля в дорогу;

- чередование создания электромагнитного поля с его экранированием получают путем вывода части источника этого поля из зоны движения транспортного средства;

- поочередное прекращение и возобновление преобразования изменения электромагнитного поля получают путем погружения части приемника этого поля в дорогу;

- поочередное прекращение и возобновление преобразования изменения электромагнитного поля получают путем вывода части приемника этого поля из зоны движения транспортного средства;

- при регистрации фиксируют форму огибающей электрических сигналов, претерпевших изменение.

Указанные операции позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.

Создание электромагнитного поля вдоль линии, пересекающей зону движения транспортного средства ниже поверхности дороги, во-первых, дает возможность снизить помехи от изменяющихся электрических параметров окружающей среды, поскольку в грунте происходит частичное затухание сигнала помехи. Источник электромагнитного поля (полезного сигнала) и его приемник оказываются некоторым образом изолированы от неблагоприятного воздействия внешней среды. При этом отделению полезного сигнала от помехи способствует то, что момент начала регистрации преобразованного сигнала совпадает с моментом излучения сигнала в эфир, а также стандартная (например, прямоугольная) форма этого сигнала.

Во-вторых, при реализации способа источник и приемник сигнала не мешают проведению работ по ремонту дорожного покрытия, они не могут быть повреждены транспортными средствами и не критичны к погодным условиям.

Задерживание перед регистрацией электрического сигнала, например, линией задержки дает возможность распознать и обработать (идентифицировать) сигналы, поступающие в приемник с нескольких полос движения, т.е. из разных мест (зон) движения транспортных средств.

Регистрация электрического сигнала с момента создания электромагнитного поля упрощает процедуру фильтрации сигнала помехи, а сопровождение регистрации измерением скорости изменения амплитуды сигнала дает возможность оценить скорость движения транспортного средства - чем быстрее изменяется амплитуда, тем выше скорость транспортного средства.

Преобразование изменения электромагнитного поля в электрический сигнал на разном расстоянии относительно источника поля выравнивает по амплитуде электрические сигналы, поступающие в блок регистрации из разных зон. Проходя через линию задержки, сигнал испытывает затухание, поэтому требуется изначальное увеличение его амплитуды, чтобы при поступлении в блок регистрации последняя была одинакова с амплитудой сигнала, не проходившего через линию задержки. Такое изначальное увеличение амплитуды сигнала обеспечивается более близким расстоянием, на котором преобразовывают электромагнитное поле в электрический сигнал, т.е. приближением приемника к излучателю. Заметим, что чем большее число линий задержки проходит сигнал, тем выше должна быть его начальная амплитуда.

Чередование создания электромагнитного поля с его экранированием способствует созданию на пути движения транспортного средства чувствительных и нечувствительных зон, т.е. зон, в которых нахождение транспортного средства соответственно может и не может быть зарегистрировано. В нечувствительных зонах амплитуда электрического сигнала остается неизменной, что позволяет увеличить протяженность контролируемого участка дороги, на котором возможно большое скопление транспортных средств, не изменяя при этом параметры создаваемого излучателем поля.

Регистрация числа созданных и экранированных участков электромагнитного поля, пересекаемых транспортным средством, дает возможность очень просто (зная длину между участками и время прохождения этой длины) определить скорость транспортного средства, а также местоположение последнего в процессе движения относительно точки отсчета.

Фиксирование прекращения изменения электрического сигнала в процессе его регистрации позволяет легко определить остановку транспортного средства, а при необходимости вычислить и место этой остановки относительно точки отсчета. Прекращение изменения амплитуды свидетельствует об остановке транспортного средства, а число участков, прошедших им до остановки, позволит вычислить место этой остановки.

Проведение поочередного прекращения и возобновления преобразования изменения электромагнитного поля в процессе регистрации электрического сигнала способствует созданию на пути движения транспортного средства чувствительных и нечувствительных зон (о назначении которых было уже сказано).

Осуществление регистрации по обе стороны от источника электромагнитного поля позволяет при необходимости легко установить направление движения транспортного средства.

Сдвиг на шаг поочередного прекращения и возобновления преобразования изменения электромагнитного поля на одной стороне по отношению к поочередному прекращению и возобновлению преобразования изменения электромагнитного поля на другой стороне позволяет проводить идентификацию электрических сигналов при меньшем числе линий задержки.

Чередование создания электромагнитного поля с его экранированием путем погружения части источника этого поля в дорогу дает возможность создавать чувствительные и нечувствительные зоны в ограниченных по площади габаритах (т.е. в случаях, когда источник нельзя вывести, например, за пределы полосы движения транспортного средства), а также в случаях, когда в нечувствительной зоне источник электромагнитного поля может создать помехи каким-либо другим устройствам.

Чередование создания электромагнитного поля с его экранированием путем вывода части источника этого поля из зоны движения транспортного средства позволяет создать чувствительные и нечувствительные зоны в том случае, когда погружение источника в дорогу затруднено или невозможно.

Получение поочередного прекращения и возобновления преобразования изменения электромагнитного поля путем погружения части приемника этого поля в дорогу позволяет создать чувствительные и нечувствительные зоны в том случае, когда электромагнитное поле создают одним источником, а указанные зоны формируют по обе стороны от него со сдвигом.

Получение поочередного прекращения и возобновления преобразования изменения электромагнитного поля путем вывода части приемника этого поля из зоны движения транспортного средства используют в случае, когда погружение приемника в дорогу затруднено или невозможно.

Фиксирование при регистрации формы огибающей электрических сигналов, претерпевших изменение, дает возможность определять направление движения транспортного средства.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема установки излучателя и приемника устройства, которое реализует способ измерения количества транспортных средств.

На фиг.2 изображен вид сверху фиг.1.

На фиг.3 изображены диаграммы сигналов, поступающих на излучатель и в блок регистрации.

На фиг.4 изображена схема установки приемника устройства с линией задержки.

На фиг.5 изображены диаграммы сигналов, поступающих на излучатель и в блок регистрации при наличии в приемнике линии задержки.

На фиг.6 изображена схема установки приемника на разном расстоянии от излучателя.

На фиг.7 изображены варианты размещения излучателя и приемника.

На фиг.8 изображена схема размещения излучателя при формировании чувствительных и нечувствительных зон.

На фиг.9 изображены диаграммы сигналов, поступающих в блок регистрации от приемников, размещенных по обе стороны от излучателя.

На фиг.10 изображены диаграммы сигналов, поступающих в блок регистрации от приемника с несколькими линиями задержки.

На фиг.11 изображена огибающая амплитуд сигналов, поступающих в блок регистрации.

Устройство содержит излучатель (антенну) 1 и приемник (антенну) 2, выполненные в виде проводника, например провода, которые размещены вдоль линии, пересекающей зону движения транспортного средства ниже поверхности 3 дороги 4, по которой движется транспортное средство 5. Приемник 2 может быть разделен на части 6, 7, которые соединены между собой через линию задержки 8, размещаемую в зоне разделительной полосы 9.

Способ реализуют следующим образом.

С генератора (на чертеже не показан) подают электрические сигналы (импульсы) на излучатель 1 и создают последним электромагнитное поле, которое излучается в окружающее пространство. Преобразуют электромагнитное поле в электрический сигнал путем помещения приемника 2 в указанное поле и наведения в приемнике индукционного напряжения и регистрируют электрический сигнал приемника. При этом создание поля и его преобразование в сигнал осуществляют ниже поверхности 3 дороги 4 (фиг.1, фиг.2). Изменяют транспортным средством электромагнитное поле вследствие того, что при пересечении транспортным средством излучателя и приемника часть электромагнитной энергии отсасывается ферромагнитными и электропроводными частями транспортного средства. Преобразуют указанное изменение в электрический сигнал, который в приемнике уменьшается из-за отсоса части энергии, и затем регистрируют последний. Заметим, что поскольку период τ импульсов, поступающих от генератора (фиг.3,а), меньше времени Т=t₂-t₁ нахождения транспортного средства над излучателем и приемником, то изменение амплитуды происходит у нескольких импульсов, сформированных в приемнике за указанное время T (фиг.3,б).

Задерживают (например, с помощью линии задержки 8) перед регистрацией электрический сигнал, сформированный на части 6 приемника, относительно сигнала, сформированного на части 7 (фиг.4), при этом сигнал со второй полосы (на чертежах полосы обозначены соответствующими цифрами, расположенными горизонтально) дороги поступает в блок регистрации через время задержки в момент времени относительно сигнала, поступающего в блок регистрации в момент t₀ с первой полосы (фиг.5,б). В результате этого на каждый импульс излучателя (фиг.5,а) в блок регистрации поступает два импульса. При этом, если на первой полосе дороги транспортное средство будет пересекать излучатель и приемник за время Т, то сигнал, поступающий с этой полосы, изменит свою амплитуду, а сигнал, поступающий со второй полосы, останется неизменным (фиг.5,б). Если транспортное средство будет пересекать излучатель и приемник на второй полосе, то произойдет изменение амплитуды задержанного сигнала, а сигнал с первой полосы останется прежним (фиг.5,в). На фиг.5,г показана диаграмма сигналов в случае, когда транспортные средства пересекают излучатель и приемник одновременно на обеих полосах. Задержка сигнала дает возможность идентифицировать сигналы, поступающие в блок регистрации из разных мест, не изменяя при этом конструкцию излучателя и практически не меняя конструкции приемника.

Начинают регистрацию электрического сигнала в моменты t_p1, t_р2, t_р3 и т.д. создания электромагнитного поля и сопровождают измерением скорости изменения амплитуды сигнала (фиг.5,г). Синхронизация моментов создания поля и начала регистрации облегчает отделение полезного сигнала от возможной помехи. Измерение скорости изменения амплитуды сигнала в течение времени от t₁ до t₂ позволяет судить о скорости движения транспортного средства. Чем выше его скорость, тем быстрее произойдет изменение амплитуды сигнала на указанном временном промежутке.

Преобразование изменения электромагнитного поля в электрический сигнал проводят на разном расстоянии относительно источника поля (фиг.6). На второй полосе расстояние между излучателем и приемником меньше, чем на первой полосе, поэтому изначально амплитуда сигнала, поступающего со второй полосы, будет больше амплитуды сигнала, идущего с первой полосы. Однако сигнал с большей амплитудой, пройдя линию задержки, подвергнется частичному затуханию, и его амплитуда сравняется с амплитудой другого сигнала. Это упростит процедуру регистрации и распознавания сигналов, а также позволит использовать большее число линий задержки при многополосном движении транспортных средств (правая часть фиг.7).

Создание электромагнитного поля чередуют с его экранированием, получая при этом чувствительные зоны I и нечувствительные зоны II (фиг.8). На чертеже излучатель в чувствительных зонах условно показан выше поверхности дороги, практически он может располагаться в этих зонах на шпалах. При качении с сортировочной горки вагоны скапливаются в большом количестве на путях сортировочного парка. Если излучатель и приемник уложить на шпалы вдоль железнодорожного пути, то в процессе прибытия вагонов на этот путь электрический сигнал может затухнуть до такой степени, что не сможет быть зарегистрирован соответствующим блоком. Наличие нечувствительных зон ослабляет затухание сигнала и увеличивает длину контролируемого участка.

Регистрируют число созданных и экранированных участков электромагнитного поля, пересекаемых транспортным средством, благодаря чему получают информацию о местоположении транспортного средства в процессе движения и его скорости.

Фиксируют прекращение изменения электрического сигнала в процессе его регистрации, в результате чего получают информацию об остановке транспортного средства, а при необходимости вычисляют и место этой остановки. Применительно к сортировке железнодорожных вагонов место остановки показывает наличие или отсутствие так называемых окон между вагонами, а также позволяет определить протяженность занятого ими пути.

В процессе регистрации электрического сигнала проводят поочередное прекращение и возобновление преобразования изменения электромагнитного поля, получая при этом чувствительные и нечувствительные зоны.

Регистрацию осуществляют по обе стороны от источника электромагнитного поля, благодаря чему можно легко определить направление движения транспортного средства.

Поочередное прекращение и возобновление преобразования изменения электромагнитного поля на одной стороне сдвигают на шаг по отношению к поочередному прекращению и возобновлению преобразования изменения электромагнитного поля на другой стороне, что позволяет проводить идентификацию электрических сигналов при меньшем числе линий задержки (фиг.7). Поскольку, проходя по последующей полосе, транспортное средство пересекает зоны и части приемников, отличные от пересекаемых по предыдущей полосе, то по изменению амплитуд сигналов в каждом приемнике легко определить полосу, на которой транспортное средство пересекает излучатель и приемники. На фиг.9,а показаны изменения амплитуды сигналов, поступающих в блок регистрации с левого от излучателя приемника (см. фиг.7) в моменты времени: t₀, когда транспортное средство не пересекает излучатель с приемниками ни на одной полосе; t₁, t₂,... t₆, когда транспортное средство соответственно пересекает излучатель и приемники по 1-й, 2-й,... 6-й полосе. На фиг.9,б показаны изменения амплитуды сигналов, поступающих в блок регистрации с правого от излучателя приемника в соответствующие моменты времени. Как видно из чертежа, легко идентифицируются сигналы, поступающие с шести полос, при этом используется только две линии задержки (по одной на каждый приемник), что позволяет уменьшить затухание сигнала и увеличить протяженность контролируемого участка. Однако при пересечении излучателя и приемников транспортными средствами одновременно по нескольким полосам идентификация сигналов затрудняется. Поэтому в этом случае целесообразно применять несколько линий задержки (фиг.7, правая часть чертежа), в результате чего сигналы будут легко идентифицироваться. На фиг.10 изображены сигналы, поступающие в блок регистрации с шести полос, в моменты: t₀, когда транспортные средства не пересекают излучатель с приемником ни по одной полосе, и t₁, когда транспортные средства пересекают излучатель и приемник одновременно по первой, третьей и пятой полосе. При этом наблюдается изменение амплитуд соответствующих сигналов.

Чередование создания электромагнитного поля с его экранированием получают путем погружения части источника этого поля в дорогу (фиг.8).

Чередование создания электромагнитного поля с его экранированием получают путем вывода части источника этого поля из зоны движения транспортного средства.

Поочередное прекращение и возобновление преобразования изменения электрического поля получают путем погружения части приемника этого поля в дорогу (фиг.7).

Поочередное прекращение и возобновление преобразования изменения электромагнитного поля получают путем вывода части приемника этого поля из зоны движения транспортного средства.

При регистрации фиксируют форму огибающей амплитуды электрических сигналов, претерпевших изменение при пересечении транспортным средством излучателя и приемника (фиг 11). Из чертежа видно, что транспортное средство двигалось со стороны излучателя. Наиболее близкое расположение к излучателю транспортного средства в момент t₁ способствовало интенсивному отсосу энергии поля, а следовательно, быстрому изменению амплитуды сигналов (крутой спад кривой на чертеже). По мере удаления транспортного средства от излучателя влияние его на поле ослабевало, в результате чего произошло более медленное восстановление амплитуды сигналов до первоначального уровня. На чертеже это характеризуется участком с подъемом кривой. Таким образом, по форме огибающей амплитуд сигналов можно определить направление движения транспортного средства.

Внедрение изобретения повысит надежность регистрации в потоках транспортных средств и позволит определять их скорость движения, направление и местоположение.

Источники информации

1. Кременец Ю.А. Технические средства организации дорожного движения. - М.: Транспорт, 1990. - 225 с. - аналог.

2. А.с. СССР №1810901, МПК G 08 G, 1/02, 1993 - аналог.

3. А.с. СССР №680024, МПК G 08 G, 1/01, 1979 - прототип.

1. Способ измерения количества транспортных средств, включающий создание электромагнитного поля, изменение его транспортным средством, преобразование этого изменения в электрический сигнал и последующую регистрацию последнего, отличающийся тем, что электромагнитное поле создают проводником, который располагают вдоль линии, пересекающей зону движения транспортного средства, а преобразование поля в электрический сигнал осуществляют посредством другого проводника, который размещают параллельно первому проводнику, при этом определяют количество пересекших линию транспортных средств по числу изменений амплитуды сигнала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед регистрацией электрический сигнал задерживают по времени на величину, превышающую его длительность.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрацию электрического сигнала начинают с момента создания электромагнитного поля и сопровождают измерением скорости изменения амплитуды сигнала.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что преобразование изменения электромагнитного поля в электрический сигнал проводят на разном расстоянии относительно источника поля.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что создание электромагнитного поля чередуют с его экранированием.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что регистрируют число созданных и экранированных участков электромагнитного поля, пересекаемых транспортным средством.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что фиксируют прекращение изменения электрического сигнала в процессе его регистрации.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе регистрации электрического сигнала проводят поочередное прекращение и возобновление преобразования изменения электромагнитного поля.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрацию осуществляют по обе стороны от источника электромагнитного поля.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что поочередное прекращение и возобновление преобразования изменения электромагнитного поля на одной стороне сдвигают на шаг по отношению к поочередному прекращению и возобновлению преобразования изменения электромагнитного поля на другой стороне.

11. Способ по п.5, отличающийся тем, что чередование создания электромагнитного поля с его экранированием получают путем погружения части источника этого поля в дорогу.

12. Способ по п.5, отличающийся тем, что чередование создания электромагнитного поля с его экранированием получают путем вывода части источника этого поля из зоны движения транспортного средства.

13. Способ по п.8, отличающийся тем, что поочередное прекращение и возобновление преобразования изменения электромагнитного поля получают путем погружения части приемника этого поля в дорогу.

14. Способ по п.8, отличающийся тем, что поочередное прекращение и возобновление преобразования изменения электромагнитного поля получают путем вывода части приемника этого поля из зоны движения транспортного средства.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что при регистрации фиксируют форму огибающей электрических сигналов, претерпевших изменение.