NO20131722A1 - Sonedeteksjon i et GNSS-system - Google Patents

Description

Sonedeteksjon i et GNSS-system

Foreliggende oppfinnelse vedrører, i henhold til et første aspekt, en fremgangsmåte av den type som angitt i ingressen til patentkrav 1. Ifølge et annet aspekt angår oppfinnelsen et system for gjennomføring av nevnte fremgangsmåte, som angitt ved innledningen til patentkrav 14.

Bakgrunn

Systemer og metoder for automatiske kontroll av passeringer av objekter, typisk kjøretøyer, inn og/ eller ut fra visse geografiske områder, har blitt utviklet i løpet av de siste tiårene, og systemer og metoder basert på «Global Navigation Satellite Systems» (GNSS) teknologi er rådende.

Satellittbaserte veiavgiftssystemer er rasktøkende i antall på grunn av deres allsidighet og fleksibilitet. De åpner for et avansert tid/ distanse/ sted konsept der politikere kan justere pris og avgiftssoner til best å passe deres mål. Ikke-avvisning av avgiftsvurdering er en svært viktig del av avgiftssystemet. Dette inkluderer både å bevise at avgiftsvurderingen er genuin samt å bevise at systemet korrekt identifiserer biler som reiser inn i og ut av avgiftssoner.

Selv om den gjennomsnittlige ytelsen og tilgjengeligheten av GNSS-systemer i dag er veldig bra, vil det fortsatt være situasjoner hvor avgiftssystem kan bli villedet av feilaktige posisjonsestimater fra GNSS-systemet. Spesielt i geografiske områder der betydelige deler av horisonten er hindret av naturlige eller menneskeskapte gjenstander, kan dette være et vesentlig problem.

Den GNSS baserte avgifts og systemmodellen i fig. 1 er beskrevet i internasjonale standarder. Av mest relevans for denne oppfinnelse er ISO 17573 «Electronic Fee Collection - Systems architecture for vehicle related tolling» og ISO 12855 «Electronic Fee Collection - Information Exchange between service provision and toll charging». EU jobber for et felles europeisk interoperabelt system for avgiftsbelegging hvor trafikantene har en «On Board Unit» (OBU) og en kontrakt med en hjemlig avgiftsoperatør muliggjør pan-europeisk utveksling av veiavgifter hvor utenlandske avgifter blir fakturert gjennom den hjemlige avgiftsoperatør. Dette er kjent som EETS direktivet (2004/52 / EF) i Europaparlamentet og Rådet av 29. april 2004 om driftskompatibilitet av elektroniske veiavgiftsystemer i Fellesskapet. Videre setter Europakommisjonen vedtak (2009/750 / EF) av 6. oktober 2009 om definisjonen av «European Electronic Toll Service» og dets tekniske elementer, dette i verk.

Et satellittbasert veiavgiftssystem består av tre fysiske hovedelementer. 1) Satellittene 2) kjøretøy som er utstyrt med OBUer som mottar signaler fra satellitter og 3) et sentralsystem.

Den mest typiske bruken av slike systemer er for avgiftsbelegging, der hver kjøretøyeier betaler en viss avgift for bruk av veien ved passering av en sonegrense i en såkalt cordon basert avgiftssystem. Generelt er det to typer feil som oppstår ved bruk av slike systemer, den ene er falsk registrering av en passering, den andre er manglende gjenkjennelse av en passering som faktisk skjedde. I tillegg kan deteksjon feilaktig tilknyttes et feil sted, eller et feil tidspunkt. Alle feil kan resultere i lavere brukertillit til systemet ogøkte driftskostnader.

EP2230644A1 omhandler en metode og et system som omfatter å opprettholde globale posisjoneringssystemer (GPS) for kjøretøyene i standby. Posisjoneringsfunksjoner av de globale posisjoneringssystemer blir stimulert ved nærhet av geografiske posisjoneringspunkter, f.eks. beskatningspunkter, hvor stimulering av posisjoneringsfunksjon for hvert globale posisjoneringssystem blir beregnet umiddelbart utfra en opprinnelig posisjonering, nært geografisk posisjoneringspunkt og maksimal hastighet for kjøretøyene.

WO10098128A1 beskriver et belastningssystem for veipasseringer som belaster en avgift til kjøretøyer som kjører en vei i et forhåndsbestemt segment og er utstyrt med en posisjonsdeteksjonsmodul som registrerer posisjonen til et kjøretøy, en beregningsmodul for beregning av antall kjøretøyer til stede på en vei i et forhåndsbestemt segment, fra posisjonsinformasjon om kjøretøy som registreres av posisjonsdeteksjons-modulen, en modul for bestemmelse om trafikkork som avgjør om veien i det forhåndsbestemte segmentet er overbelastet eller ikke ved å sammenligne antall kjøretøyer beregnet med en forutbestemt terskelverdi i beregningsseksjonen for antallet kjøretøyer, en belastningssegment-innstillingsmodul som bestemmer det forhåndsbestemte segment som et belastningssegment når en avgjørelse blir truffet om at det forutbestemte segmentet er overbelastet av modulen for bestemmelse om trafikkork, en modul for belastningssegmentinformasjon som leverer informasjon som indikerer at det forhåndsbestemte segment bestemt av belastnings-segmentets innstillingsmodul er belastningssegment, og en belastningsmodul som belaster en avgift til kjøretøyer som kjører veien bestemt som belastningssegment.

EP1708143A2 beskriver et system inkludert en OBU enhet montert i et kjøretøy for å skaffe posisjonsrelaterte data for kjøretøyet. Et sentralt og stasjonært sentralsystem behandler posisjonsrelaterte data for å generere normaliserte posisjonsdata. En serviceenhet behandler de normaliserte posisjonsdata. OBU enheten og sentralsystemet har grensesnitt for å muliggjøre utveksling av data.

EP1657683A2 beskriver en fremgangsmåte med hvilken et mottatt posisjonssignal blir overført til et mottakersystem med en datamaskinenhet, som har et digitalt kart som er lagret i et minne. I det minste ett område (f.eks. et land) er definert i forhold til kartet i datamaskinenheten, og er avgrenset av i det minste en polygonkurve. Den delen av området er valgt slik at typene av gjenkjenning benyttet innenfor området er de samme, og er forskjellig fra de typer av gjenkjennings benyttes i andre, tilstøtende områder.

US patent US7324017B2 beskriver en fremgangsmåte for å bestemme trafikk gjennom minst en veiavgiftsseksjon for minst ett kjøretøy ved hjelp av et posisjonsbestemmelsessystem som er satt opp for å bestemme den aktuelle posisjonen av minst ett kjøretøy, idet posisjoner for det minst ett kjøretøy blir sammenlignet med posisjonen til minst ett referansepunkt karakteristisk for en inngang til en veiavgiftsseksjon, idet orienteringen av kjøretøyet blir bestemt innenfor et spesifiserbart område rundt inngangen, hvorved det fastslås hvorvidt orienteringen bestemt er i samsvar, innenfor et spesifiserbart toleranseområde, med orienteringen karakteristisk for inngang til veiavgiftsseksjonen.

Til tross for læren som er nevnt ovenfor, er det fortsatt et behov for forbedrede metoder og systemer for sonebasert deteksjon av objekter, så som kjøretøyer, som passerer inn i og ut fra en geografisk sone, som gir forbedret pålitelighet og redusert risiko for uriktige vurderinger av passering.

Formål

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som med enkle og billige midler forbedrer påliteligheten av satellittbaserte avgiftssystemer ogøker tilliten til systemet.

Den foreliggende oppfinnelse kan også anvendes for andre lignende formål i ikke-avgifts anvendelser.

Oppfinnelsen

Det ovennevnte formål oppnås ved fremgangsmåten ifølge det første aspekt av foreliggende oppfinnelse, som er definert i krav 1.

Formålet oppnås også ved systemet som utgjør det andre aspekt av foreliggende oppfinnelse, som angitt i krav 12.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse blir to separate polygoner brukt til å definere en virtuell grense rundt en avgiftssone, idet en typisk anvendelse vil være som en del av automatiske faktureringssystemer for kjøretøyer som passerer inn i og ut fra sonen. Et første, mindre polygon er omgitt av et andre, større polygon som fullstendig dekker det første polygon, med en demarkasjonssone som alltid er større enn null mellom disse.

Det skal bemerkes at i dette dokumentet skal "kjøretøy" tolkes i videst mulige forstand, ikke bare dekkende biler og lignende.

Nedenfor er systemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse omtalt i form av en fremgangsmåte og et system for belastning av en avgift for kjøretøyer som passerer inn i en bestemt sone. Det skal understrekes at fremgangsmåten og systemet som sådan, samtidig som de er egnet for et slikt formål, er et generelt system for deteksjon av objekter som passerer inn i og ut fra en sone, uavhengig av den etterfølgende bruk av nevnte informasjon. Informasjonen kan også brukes kun for å få trafikkdata for den aktuelle sonen.

Ved passering inn i avgiftssonen blir koordinatene for hvert kjøretøy sammenlignet med den virtuelle grensen til det første, mindre polygon. For å bestemme om noen passerer ut fra avgiftssonen, blir koordinatene til kjøretøyet utelukkende sammenlignet med den virtuelle grensen av det andre, større polygon.

Ved å la en (lineær) avstand mellom det første og det andre polygon være bestemt av kjente feiltoleranser i GNSS-systemet som brukes for bestemmelse av kjøretøyets posisjon, er risikoen for feilaktig å vurdere forekomst av kryssing av sonegrenser redusert.

Polygoner kan være todimensjonale, men kan også være tredimensjonale for å ta hensyn til lokale høydevariasjoner, herunder veier som krysser hverandre i forskjellige nivåer.

Det kan defineres som et krav at et visst antall (representert ved "n") av lokaliseringsobservasjoner blir foretatt i løpet av det første polygonet før sann passering inn i avgiftssonen blir konkludert.

Det første, indre polygon, og det andre, ytre polygon vil typisk ha forskjellige antall hjørner og avstanden mellom de to kan variere i samsvar med varierende betingelser rundt deres omkrets, så som nærværet eller fraværet av bygninger, bratte fjell, veikryss osv. Mer generelt kan det kan sies at antallet av hjørner i det andre polygon er uavhengig av antallet av hjørner i det første polygon.

Nedenfor er oppfinnelsen beskrevet i nærmere detalj med henvisning til vedlagte tegninger, der

- Fig. 1 er en skjematisk illustrasjon av en systemarkitektur for et GNSS-basert system for overvåkning av kjøretøylokalisering. Denne arkitekturen er i samsvar med ISO 17573.

- Fig. 2 er en skjematisk illustrasjon av den interne struktur av en OBU enhet.

- Fig. 3 er en skjematisk illustrasjon av konseptet ifølge foreliggende oppfinnelse.

- Fig. 4 er en skjematisk illustrasjon av et spesielt aspekt innenfor det generelle konsept ved foreliggende oppfinnelse.

Elementene som inngår i et GNSS avgiftssystem 10 illustrert i fig. 1, er en GNSS satellitt 11, en OBU 12, en proxy 13 og et sentralsystem 14. Det skjer en første utveksling av datakommunikasjon 15 mellom OBU enheten og proxyen, og en andre utveksling av datakommunikasjon 16 mellom proxyen 13 og et sentralsystem 14. Det er ingen begrensning med hensyn til teknologien som er involvert i utveksling av informasjon mellom de ulike enhetene. Det er ikke nødvendigvis en én-til-én relasjon mellom de viste elementene; Det vil f.eks typisk være en rekke satellitter 11 som formidler informasjon som gjør det mulig å lokalisere OBU enhetene på ethvert gitt tidspunkt. Alle beregninger gjort og/ eller konklusjoner trukket med hensyn til vurdering av passeringer, kan utføres enten lokalt, som i de enkelte OBU enheter, sentralt i et sentralsystem eller ved en proxy eller i enhver annen kombinasjon funnet praktisk til formålet.

Figur 2 viser de viktigste komponentene av OBU 12. OBU enheten inneholder et flyktig minne 21, en GNSS-mottaker 22, en prosessorenhet 23, en kommunikasjonsenhet 24 og et varig lager 25. OBU enheten kan være en fysisk enhet dedikert til GNSS avgiftssystemet, men det kan også være tilstede som en funksjon integrert i andre anordninger egnet for formålet, så som en ferdsskriver eller annen anordning, bærbar, montert i eller integrert i kjøretøyet.

Disse komponenter er standard komponenter av en OBU enhet for GNSS veibrukbelastning, og deres funksjon er derfor ikke forklart nærmere her.

Det skal imidlertid understrekes at mens det oppfinneriske konsept gjør bruk av et slikt system, er GNSS 10 og OBU 12 generelt kjent. GNSS-modulen 10 kan bli implementer med ulike nivåer av raffinement, alt fra en enkel GPS-mottaker til en kompleks navigasjonsenhet som benytter informasjon fra flere GNSS-systemer, bevegelsessensorer, med kjøretøyets instrumenter og sensorer. Det er den spesielle metode som er beskrevet nedenfor som utgjør den foreliggende oppfinnelse.

Figur 3 viser de generelle prinsipper ved foreliggende oppfinnelse i en forenklet utførelsesform. Et ytre polygon 31 og et indre polygon 32 er vist, så vel som en skjematisk representasjon av en veibane 33 som strekker seg gjennom området som er avgrenset av polygonene. Pilen til høyre for veibanen 33 indikerer at dette er en enveiskjørt gate med trafikk bare fra venstre mot høyre.

Hvert polygon er beskrevet som en ordnet sekvens av punkter som danner hjørnene (v,) av polygonet, og danner således et lukket område med ikke-kryssende hjørner. Polygonene behøver ikke være begrenset til det to-dimensjonalt plan. Antallet av hjørner kan være forskjellig mellom det ytre polygon 31 og det indre polygon 32.1 den viste utføreIsesform er det seks-hjørner i det ytre polygon 31 og åtte hjørner i det indre polygon 32. Avgiftssonen 34, typisk definert av veioperatøren eller trafikkmyndigheter, vil i sin helhet være plassert mellom ytre og indre polygon. Området mellom vil være en beslutningsområde.

Avstanden r mellom det indre polygon og det ytre polygon tillates å variere rundt omkretsen av polygonene avhengig av en rekke faktorer som antas å påvirke nøyaktigheten av GNSS-systemet og andre faktorer, så som lokal geometri og topologi, idet det tas hensyn nominelle kjørehastigheter og typisk GNSS mottakskvalitet. Disse og andre relevante faktorer er velkjente for fagfolk innen teknikken av GNSS-systemer. I fig. 3, som et eksempel, kan avstanden ri sees å være mye mindre enn r2.

For kjøretøyer som passerer inn i sonen som skal overvåkes, teller bare passeringer Pin på tvers av en grense av det indre polygon 32 som en gyldig passering. For passering ut, teller bare passeringer Put over grensen av det ytre polygon 31 som en gyldig passering. Arrangementet av to polygoner innfører således en høyere grad av sikkerhet, og reduserer risikoen for feil konklusjon av sonepassering. Avgjørelse av passering av sonegrensen er dermed basert på mange GNSS-observasjoner slik at metoden tillater å bruke observasjoner med større uavhengighet, noe som demper effektene fra kortsiktig korrelasjon i målingene avledet fra satellittsignaler.

Figur 4 illustrerer en situasjon hvor de detekterte posisjoner for et kjøretøy følger et litt ujevnt mønster, som typisk kan forekomme når kjørehastigheten er forholdsvis lav, og når en eller flere feilkilder påvirker posisjonsdeteksjoner. I alt tretten (unummererte) posisjonsdeteksjoner er indikert, for et kjøretøy som kjører fra venstre til høyre, idet det første av disse gjort på innsiden av det indre polygon er den sjuende. Deretter er to posisjonsdeteksjoner gjort utenfor det indre polygon før deteksjoner igjen er gjort innen det indre polygon. Det foreliggende system er tilstrekkelig allsidig og vil ikke la seg lure av den tilsynelatende inkonsekvens av to målinger gjort utenfor det indre polygon etter å ha gjort en første posisjon påvisning innenfor samme polygon. Det er således ikke et absolutt krav om at alle posisjonsdeteksjonene er gjort uavbrutt i det indre polygon før systemet positivt kan konkludere med at en passering inn i området har forekommet. I stedet kan det være definert som et krav at "n" av "m" posisjonsdeteksjoner (som for eksempel 3 av 5 som indikert med den stiplede ellipsen i figur 4) i en serie av posisjonsdeteksjoner må være innenfor det aktuelle polygonet for positivt å konkludere med at en passering faktisk har skjedd.

Foretrukne utførelsesformer

Polygonene som brukes for å definere den sone som skal overvåkes, kan i noen utførelsesformer fortrinnsvis består av enkle (todimensjonale) polygoner der ingen kanter krysser hverandre. Polygoner kan også være tredimensjonal av grunner nevnt ovenfor.

Systemet kan for visse utførelser settes opp til å konkludere med at en passering inn i den aktuelle sonen har skjedd hvis - og bare hvis - en uavbrutt rekke av n posisjoner har blitt registrert innen første polygon, idet n er et heltall valgt av systemleverandøren. Heltallet n kan typisk være 3 eller større. Tilsvarende, for visse utførelsesformer, kan det være definert som et krav at en uavbrutt rekke av n registrerte posisjoner utenfor det første polygonet er registrert til å konkludere at en passering ut av sonen har funnet sted.

For andre utførelsesformer, som f.eks. i områder hvor lav hastighet typisk vil forekomme fra tid til annen, kan systemet heller settes opp til å konkludere med at en passering har forekommet dersom minst "n av m" posisjonsdeteksjoner i en serie av posisjonsdeteksjoner for et gitt kjøretøy, er inne i det aktuelle polygonet. I et slikt tilfelle vil et typisk krav er at mer enn f.eks. 50% av posisjonsdeteksjonene er innenfor det aktuelle polygonet for å konkludere med en passering inn i sonen, dvs. at n / m > 0,5. Tilsvarende må mer enn f.eks. 50% av posisjonsdeteksjonene være utenfor det aktuelle polygon for å konkludere med at et kjøretøy har forlatt sonen. Terskelen bør avgjøres fra lokale faktorer som er kjent for å påvirke systemet.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for sonebasert deteksjon av kjøretøyer som passerer inn i og ut fra en geografisk sone ved hjelp av polygoner for å definere grensen av nevnte sone, idet et første polygon (32) danner en virtuell grense med hvilken kjøretøyer som passerer inn i sonen blir sammenlignet ved anvendelse av et GNSS-system (10) omfattende en OBU (2) i hvert kjøretøy som skal overvåkes ved fremgangsmåten,karakterisert vedat et andre polygon (31) som er større enn det første polygonet (32) og helt omslutter nevnte første polygon, er definert som en virtuell grense med hvilke kjøretøyer som passerer ut fra sonen blir sammenlignet ved bruk av GNSS-systemet.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, idet polygonene (31, 32) er enkle polygoner, hvor ingen kanter krysser hverandre.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, idet polygonene (31, 32) er valgt blant to-dimensjonale og tre-dimensjonale polygoner.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, idet et GNSS-system (10) brukes for å detektere passeringer inn i og ut fra sonen.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, idet en uavbrutt rekke av n registrerte posisjoner innenfor det første polygonet (32) er kriteriet for at et kjøretøy har kommet inn i sonen.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, idet en uavbrutt rekke av n registrerte posisjoner utenfor det andre polygon (31) er kriteriet for at et kjøretøy har forlatt sonen.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 5 eller 6, idet n er et helt tall som ikke er mindre enn en forhåndsbestemt verdi.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, idet n er et helt tall som ikke er mindre enn tre.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, idet n posisjoner innenfor det første polygonet (32) av et antall av m registrerte posisjoner i en serie av posisjonsdeteksjoner for et gitt kjøretøy, er kriteriet for at et kjøretøy har kommet inn i sonen.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, idet n/m er større enn en terskelverdi bestemt av lokale faktorer som er kjent for å påvirke systemet.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, idet avstanden (r) mellom det første og det andre polygonet kan variere langs polygongrensene.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, idet antallet av hjørner i det andre polygon er uavhengig av antallet av hjørner i det første polygon.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, idet deteksjonen av passeringer inn i og utfra sonen blir registrert mot tid for bruk i et automatisk faktureringssystem.

14. System for sonebasert deteksjon av kjøretøyer som passerer inn i og ut fra en geografisk sone ved bruk av et GNSS-system (10), ved hjelp av en polygon (32) for å definere en virtuell grense for sonen med hvilken grense kjøretøyer som passerer inn i sonen blir sammenlignet ved bruk av et GNSS-system, idet GNSS-systemet omfatter OBUer (12) i hvert kjøretøy som skal overvåkes av systemet, idet OBUene mottar signaler fra et flertall av satellitter (11) for å tilveiebringe estimater av posisjonskoordinater for kjøretøyet, også omfattende en CPU (23) som implementerer fremgangsmåten ifølge krav 1, også omfattende persistent lagring (25) for polygon definisjoner, samt omfattende en trådløs kommunikasjonsenhet (24),karakterisert vedat systemet er anordnet for å definere et andre polygon (31) større enn det første polygonet (32) og helt omsluttende nevnte første polygon (32), for å definere en virtuell grense med hvilken kjøretøy som passerer ut fra sonen blir sammenlignet ved bruk av GNSS-systemet.