ES2137497T5 - Procedimiento para la determinacion de tasas para la utilizacion de rutas de trafico por parte de vehiculos. - Google Patents
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Abstract
EN EL PROCEDIMIENTO PROPUESTO DE DETERMINACION DE LAS CARGAS DE PEAJE DE VEHICULOS UTILIZANDO UNA VIA DE TRAFICO, SE UTILIZA UN SISTEMA DE RADIOLOCALIZACION PARA COMPARAR DE FORMA CONTINUA LA LOCALIZACION GEOGRAFICA DEL VEHICULO CON LA LOCALIZACION GEOGRAFICA DE PUNTOS DE LOCALIZACION VIRTUAL. LOS PUNTOS DE LOCALIZACION VIRTUAL ESTAN FORMADOS MEDIANTE SECTORES DE ADQUISICION DE DATOS QUE SE EXTIENDEN SOBRE DISTANCIAS PREDETERMINADAS EN LA DIRECCION DE CADA VIA.
Description
Procedimiento para la determinación de tasas
para la utilización de rutas de tráfico por parte de vehículos.
Procedimiento para la determinación de tasas
para la utilización de rutas de tráfico por parte de vehículos.
La invención se refiere a un procedimiento para
la determinación de tasas para la utilización de rutas de tráfico
por parte de vehículos, determinándose continuamente la posición
geográfica de un vehículo con la ayuda de radiolocalización,
especialmente con el sistema GPS, y comparándose con las posiciones
geográficas de puntos de recaudación virtuales.
Para la recaudación de tasas de utilización
(peaje) para rutas de tráfico, especialmente carreteras, se han dado
a conocer diferentes procedimientos. Sin embargo, hasta la fecha,
sólo han encontrado una divulgación general las estaciones de peaje,
en las que se detienen los vehículos y donde, después de abonar el
peaje, se permite circular por la carretera de peaje. En carreteras
con mucho tráfico, esto conduce a retenciones, a pesar de disponer
de una pluralidad de estaciones de pago individuales. Igualmente,
las instalaciones en las que a velocidad lenta se tira una moneda en
un embudo sólo sirven de ayuda de forma limitada.
Un sistema de detección descrito en una noticia
del VDI (Asociación de Ingenieros Alemanes) del 20.08.93, páginas 2
a 3, aprovecha una determinación de la posición del vehículo con la
ayuda del sistema GPS (Sistema de Posicionamiento Global), mediante
el que se realiza una determinación de la posición a través de
satélites. De esta forma tan sólo son necesarios unos puntos de
recaudación virtuales, de forma que desaparecen los gastos de
construcciones adecuadas.
Asimismo, la solicitud de patente registrada
simultáneamente por la solicitante por "Procedimiento y
Disposición para la Determinación de Tasas de Utilización para Rutas
de Tráfico y/o Superficies de Tráfico" se refiere a un
procedimiento en el que también se emplea el sistema GPS. La
determinación de la posición con la ayuda del sistema GPS se
encuentra penalizada con un error de medida de aproximadamente 100
m. Sin embargo, para la consulta de la recaudación de tasas es
importante, por ejemplo, el hecho de si un vehículo circula sobre
una autopista de peaje o sobre una carretera libre de peaje que se
extiende junto a la autopista.
El objeto de la presente invención es el de
posibilitar una determinación fiable de si un vehículo pasa por
delante de una posición de recaudación, mediante la utilización de
un sistema de radiolocalización.
Este objeto se resuelve de acuerdo con la
invención haciendo que los puntos de recaudación virtuales estén
formados por tramos de detección que se extienden sobre unas
longitudes predeterminadas en dirección de la ruta de tráfico
correspondiente.
Para la realización del procedimiento acorde con
la invención se encuentra preferentemente dispuesto en el vehículo
un ordenador, el cual realiza la comparación, para lo cual es
necesario que las posiciones de los tramos de detección se
encuentren a su disposición. Esto se puede realizar de tal forma que
se encuentren almacenadas todas las posiciones en el ordenador, o
que sólo se encuentren almacenadas posiciones de puntos de
recaudación en una región limitada, y que se puedan aportar otras
posiciones de recaudación por demanda a través de un sistema de
transmisión de
datos.
datos.
Una primera forma de realización del
procedimiento acorde con la invención está caracterizada porque cada
tramo de detección consta de varios puntos de referencia fijados a
través de sus posiciones geográficas, cuya distancia de separación
es menor que el error de medida del sistema de radiolocalización.
Para ello se encuentra previsto preferentemente que cada vez una
parte de los puntos de referencia de un tramo de detección formen un
grupo de referencia.
En este caso, para la valoración de la
comparación puede estar previsto que se considere que un vehículo ha
pasado por delante del punto de recaudación cuando todos los puntos
de referencia, respectivamente todos los grupos de referencia,
presenten una separación de las posiciones determinadas para el
vehículo que sean menores que una separación predeterminada.
En una segunda forma de realización del
procedimiento acorde con la invención se puede ahorrar en algún caso
espacio de memoria haciendo que los puntos de recaudación consten de
uno o de varios puntos de referencia determinados mediante su
posición geográfica y de una función (recta, curva) que caracterice
el curso de la carretera dentro del tramo de detección. En este
caso, se puede realizar una valoración considerando que un vehículo
pasa por delante de un punto de recaudación cuando ninguno de los
puntos de la curva se encuentre más alejado que el error de medida
del sistema de radiolocalización de una de las posiciones
geográficas del vehículo determinadas continuamente.
La continua comprobación de si el vehículo se
encuentra en uno de los posiblemente muchos tramos de detección
implica un considerable requerimiento de ordenador. Esto contrasta
con el hecho de que al circular por un tramo de detección es
necesaria una rápida computación.
Por ello, en un perfeccionamiento del
procedimiento acorde con la invención se encuentra previsto que
antes de realizar una comprobación de si un vehículo se encuentra en
el tramo de detección, se comprueba mediante comparaciones de
posición, si el vehículo se encuentra en una región de mayor
superficie que comprende sustancialmente al tramo de detección. La
región de mayor superficie es preferentemente un rectángulo.
Unos ejemplos de realización de la invención se
encuentran representados en el dibujo en base a varias figuras, y se
encuentran descritos más detalladamente en la siguiente descripción.
Se muestra:
fig. 1 un ejemplo de un tramo de detección,
fig. 2 una representación esquemática de dos
tramos de detección para, respectivamente, un sentido de
circulación, y de un tramo de detección para ambos sentidos de
circulación,
fig. 3 otra representación de un tramo de
detección junto con una región de mayor superficie - denominada en
lo sucesivo región paraguas -, y
fig. 4 una línea de característica difusa.
Como punto de detección se designa en general el
lugar de la recaudación de tasas en la autopista. En los sistemas de
orientación por baliza se realiza técnicamente en forma de un
sistema de puntos, concretamente a través de la baliza.
Debido a la imprecisión de la determinación de
la posición con el sistema GPS, no se puede reconocer de forma
fiable el hecho de que un vehículo se detenga en un punto
determinado. Con el objeto de tolerar la imprecisión del sistema
GPS, se erige el punto de detección no en forma de punto, sino en
forma de superficie como tramo de detección (fig. 1). Como tramo de
detección se designa a una cadena de los puntos de referencia. Con
los puntos de referencia se comparan los valores de medida del
sistema GPS actuales. Cada punto de referencia n (n = 1 .. N) se
define a través de sus coordenadas:
- grado de longitud del punto de referencia Ln [º / ' / ''][realº]
- grado de latitud del punto de referencia Bn [º / ' / ''][realº]
La determinación de los puntos de referencia se
realiza mediante la disposición del tramo de detección. Sobre este
problema circular se ocupa especialmente el párrafo 1.4. El número y
la disposición de los puntos de referencia en el tramo de detección
se ajusta a:
- -
- el intervalo de tiempo entre las medidas de posición,
- -
- la velocidad máxima de circulación sobre el tramo de autopista,
- -
- la forma de la línea característica difusa en el modelo de decisión indeterminada del algoritmo de localización (párrafo 2.2.5),
- -
- un gasto aceptable para el almacenamiento de las coordenadas de los puntos de referencia,
- -
- un requerimiento aceptable de tiempo de cálculo para la asignación a un punto de referencia en el algoritmo de medida (primera parte del algoritmo de localización).
Es necesario disponer en total de un gran número
de puntos de referencia, puesto que para una alta velocidad se habrá
circulado rápidamente por delante de un punto individual, y se puede
encontrar rápidamente a una distancia de separación relativamente
grande con respecto al mismo. Varios puntos de referencia con enlace
O ayudan a ello. De esta forma será indiferente a qué punto de
referencia [de un grupo de referencia (párrafo 1.2)] se haya
acercado uno, al que se produce la asignación.
A los puntos de referencia se les asignan
regiones de posiciones. Éstas tienen en cuenta la indeterminación de
la determinación de la posición mediante la "captación" de
valores de medida circundantes. Las regiones de posición tienen la
forma de círculos recortados. La línea de corte correspondiente se
corresponde con la perpendicular que pasa por el punto medio entre
dos puntos de referencia adyacentes. El modo de asignación se
describe en el párrafo 2.1.
Todas las regiones de posición del tramo de
detección forman un tubo en forma de oruga (fig. 1) con:
- la longitud del tubo 1 [m]
- la anchura del tubo b [m] = diámetro de una región de posición
El tubo se debe concebir como una estructura
superpuesta a la cadena de los puntos de referencia y le sirve al
algoritmo de decisión (párrafo 2.2) para la estimación de la
relación entre puntos de medida lejanos a la autopista/próximos a la
autopista, y que supone un indicador importante para la recaudación
de tasas. La longitud se ajusta según:
- el número de puntos de referencia en el tramo de detección N
- la distancia de separación entre los puntos de referencia A [m]
La anchura del tubo/el diámetro de una región de
posición tiene que ser notablemente mayor que la distancia de
separación entre los puntos de referencia (A < b), para que las
entalladuras del tubo se vuelvan lo suficientemente pequeñas.
Cuanto mayor se elija el tramo de detección,
mayor es la seguridad de excluir de la recaudación de tasas a los
vehículos que circulan sobre carreteras que cruzan, son tangentes o
discurren en paralelo. Como contrapartida, un vehículo sobre la
autopista tiene que atravesar el tubo en toda su longitud antes de
que se pueda tomar la decisión acerca de la recaudación de tasas. De
esta forma, para un tramo de autopista en una región de bosque
inhabitada puede ser más que suficiente el que el tramo de detección
contenga sólo 6-8 puntos de referencia. En cambio,
ante múltiples carreteras y caminos que se cruzan y son tangentes se
tiene que ampliar hasta entre 3 y 8 veces, en el caso de que se
tenga que mantener la seguridad necesaria de la localización.
La determinación de los parámetros de estructura
del tramo de detección no se puede describir detalladamente antes de
llegar al párrafo 6.
Los tramos de detección pueden situarse en el
sistema AGE abierto (fig. 2)
- por un lado, por parejas (sólo válido para una calzada)
- por dos lados (válido para ambas calzadas).
Como importante condición de borde se tiene que
tener en cuenta que los tramos de detección no se pueden solapar si
se desea que funcione el algoritmo de localización aquí propuesto.
Para los sistemas AGE abiertos ello no supone ninguna limitación
importante con respecto a la libertad de conformación, puesto que en
éstos, los tramos de detección se encuentran dispuestos entre los
puntos de conexión. Para sistemas AGE cerrados se plantea la
pregunta de si con el "sencillo sistema GPS" se pueden
establecer en realidad tramos de detección seguros en las entradas
(o salidas) relativamente cortas de las autopistas. Las tolerancias
de la determinación de la posición son muy grandes, de forma que
parece adecuarse mejor el sistema GPS diferencial.
Para el algoritmo de decisión (segunda parte del
algoritmo de localización), los puntos de referencia se reparten en
grupos de referencia, conteniendo cada grupo de referencia
aproximadamente el mismo número de puntos de referencia, los cuales
se enlazan de la forma descrita con lógica ODER. La numeración de
los grupos de referencia se produce en los tramos de detección de un
lado de forma continua en la dirección de la marcha, mientras que
para los tramos de detección por dos lados se produce en un sentido
de dirección libre (por ejemplo, de acuerdo con la numeración
kilométrica) (a. párrafo 2.2.3). El grupo de referencia
g(g=1..G) se caracteriza por
- el número de puntos de referencia Ng y por
- la distancia de separación entre los puntos de referencia A.
El número de los grupos de referencia en el
tramo de detección G se determina a través de la fiabilidad deseada
para la localización del tramo de detección, la cual crece según
crece la cantidad. Al mismo tiempo también se eleva el coste de la
localización y, sobre todo, también el tiempo hasta tomar la
decisión acerca de la recaudación de tasas. El número de los grupos
de referencia se tiene que fijar y optimizar teniendo en cuenta las
condiciones concretas del lugar (carreteras paralelas, salidas
clandestinas, zonas de sombra para la recepción). La recaudación de
tasas no puede solaparse en ningún caso con carreteras o calles que
discurran paralelas. Para lograr una decisión positiva acerca de la
recaudación de tasas uno de los requisitos consiste en que en cada
grupo de referencia eficaz tiene que obtenerse al menos un valor de
medida (párrafo 2.2.5).
La distancia de separación constante entre los
puntos de referencia A se debe respetar como valor máximo. Son
posibles otras distancias de separación menores, pero también
irregulares, si bien resultan ineficaces (párrafo 6). Ante unas
difíciles condiciones locales (zonas de sombra para la recepción
debidas a taludes, puentes, túneles, etc.) se pueden ampliar los
grupos de referencia, o introducir grupos de referencia ineficaces,
lo cual no supondrá para el algoritmo de localización desarrollado
ningún problema. Sin embargo se aumenta la longitud global de tubo y
con ello el tiempo hasta tomar una decisión acerca de la recaudación
de tasas. Los valores de medida registrados en los grupos de
referencia ineficaces no se emplean para el algoritmo de decisión
(párrafo 2.2).
Para el funcionamiento eficaz del algoritmo de
localización se tiene que prever otra estructura de modelo, que se
superpone a todo el tramo de detección. La región paraguas es
rectangular y encierra completamente al tubo de un tramo de
detección, a excepción de determinadas regiones de borde (fig. 3) En
principio, es una aproximación practicable del tubo. La estructura
en forma de oruga se superpone con un rectángulo cuyas aristas se
encuentran orientadas de acuerdo con los meridianos y con los
paralelos.
Las regiones paraguas rectangulares permiten una
comprobación muy sencilla de si uno se encuentra realmente en la
proximidad de puntos de referencia, es decir, de un tramo de
detección. En el tubo en forma de oruga, el coste de tiempo de
cálculo y datos de comparación sería inigualablemente mayor. Para un
número aproximado de 4000 puntos de detección sobre las autopistas
de Alemania es muy importante un rápido reconocimiento del tramo de
detección. En el punto de intersección entre las diagonales se
encuentra el punto central de la región paraguas. La región paraguas
se describe mediante las siguientes medidas características:
- grado de longitud del punto medio 1[º / ' / ''][realº]
- grado de latitud del punto medio B[º / ' / ''][realº]
- longitud de la región paraguas l[m]
- anchura de la región paraguas b[m]
Alrededor de la región paraguas también se
dispone una región de histéresis a modo de marco, con el objeto de
que el algoritmo de medida pueda trabajar de una forma segura y
robusta frente a mínimas modificaciones de la posición.
La histéresis H[m] es la anchura del
marco. Se tendría que aplicar con 10 m < H < 50 m. Rara vez se
producen saltos laterales ocasionales transversales con respecto a
la línea de la autopista mayores que 50 m. Los valores más pequeños
son perjudiciales para el algoritmo de localización sólo en tanto
que se pueden producir más frecuentemente activaciones erróneas del
algoritmo de decisión debido a un breve tránsito y abandono de la
región paraguas, cuando la dirección de la marcha sigue al borde de
la región. En este caso se regala un preciado tiempo de cálculo.
La fig. 3 también representa la determinación de
la limitación de la región de histéresis y de la región paraguas.
El límite exterior de la región de histéresis discurre a través del
Último punto de referencia del tubo. La razón para ello se indica en
el párrafo 2.1.4. El caso a describe una esquina, mientras que el
caso b describe una arista de la región de histéresis. La anchura
del marco se indica de forma inequívoca mediante H. Todos los puntos
de referencia, cuyas regiones de posición no se encuentren
completamente dentro de la región paraguas, se agrupan como grupos
de referencia de borde ineficaces.
El algoritmo global para la localización de
puntos de recaudación de tasas se basa en la determinación continua
de la posición con la ayuda del sistema GPS. El intervalo de medida
T entre dos determinaciones de posiciones depende del receptor GPS
empleado. Para los receptores existentes en la actualidad, los
intervalos de medida se encuentran entre 0,5 s y 1 s. Intervalos de
medida más largos parecen ser críticos, puesto que la velocidad de
circulación v en autopistas es relativamente elevada.
Las limitaciones de velocidad en la región de
puntos de recaudación de tasas no deberían prefijarse, de forma que
se aplicó para una velocidad máxima de circulación de vmax = 216
km/h = 60 m/s. De esta forma, en el intervalo de medida de 0,5 s se
recorre aproximadamente un recorrido de 30 m. Para un intervalo de
medida de 1 s serían ya 60 m.
En el estado inicial, el vehículo se encuentra
muy alejado de cualquier punto de recaudación de tasas sobre
autopistas. Este estado se designa en el algoritmo de medida como
OUT. El estado opuesto es IN, cuando la posición del vehículo se
encuentra dentro de una región paraguas, respectivamente una región
de histéresis.
Transición de OUT a IN:
El valor de medida actual, que consta de
coordenadas de longitud y de latitud, se compara con los puntos
medios de todas las regiones paraguas. Se ha alcanzado una región
paraguas cuando se cumple que:
(2.1)K_{L.} \
|L-\Lambda| \ \leq \ \lambda/2 \hskip0,5cm y \hskip0,5cm K_{B.} \
|B-B|
\leq\beta/2
\newpage
El índice de la región paraguas (tramo de
detección) se determina, ya continuación se cargan los datos de
referencia para todas las regiones de posición del tramo de
detección.
Transición de IN a OUT:
El valor de medida actual, que consta de
coordenadas de longitud y de latitud, se compara con los puntos
medios de la región paraguas actual, respectivamente de la región de
histéresis actual. Cuando se cumpla en primer lugar que:
(2.2)K_{L.} \
|L-\Lambda| \ > \lambda/2-H \hskip0,5cm o \ bien
\hskip0,5cm K_{B.} \ |B-B| >
\beta/2+H
el algoritmo pasa al estado
intermedio OUT_PROVE. Como valor de confirmación C se designa el
número de puntos de medida inmediatamente consecutivos para los que
se tiene que cumplir la relación (2.2) antes de que se produzca el
cambio desde el estado OUT_PROVE al estado OUT. El parámetro se
encuentra preferentemente según la histéresis en la región entre 1
..
5.
Después de producirse la transición definitiva
desde IN (respectivamente OUT_PROVE) a OUT, se activa el algoritmo
de decisión. Este breve estado en el que transcurre el algoritmo de
decisión se denomina OUT_DECIDE. La representación global del
diagrama como diagrama de flujo se encuentra contenida en el párrafo
2.3.
Los coeficientes empleados en las fórmulas (2.1)
y (2.2) son:
- el factor de conversión[realº]->[m]para diferencias de longitud KL \approx 72000
- el factor de conversión[realº]->[m]para diferencias de latitud KB \approx 108000
- perímetro de la tierra = radio de la tierra .2\Pi = 6378000 m .2\Pi = 40 074 155 m 1/10 de segundo de arco en el grado de latitud = perímetro de la tierra /360/36000 = 3.092 m \approx 3 m
- 1/10 de segundo de arco en el grado de longitud sobre el 50-avo grado de latitud = 3.092 m.cos 50° = 1.987 m \approx 2 m
El redondeo a números enteros ofrece las
ventajas de una mayor velocidad para la conversión de cálculo
técnico.
En el estado IN se compara el valor de medida
actual, que consta de coordinadas de longitud y de latitud, con
todos los puntos de referencia del tubo. Se calcula la distancia de
separación radial con respecto a cada punto de referencia a través
de:
(2.3)R_{n} =
\sqrt{[K_{L}(L-L_{n})]^{2} +
[K_{B}(B-B_{n})]^{2}}
A continuación se tiene que contestar a la
pregunta de en el entorno de qué punto de referencia se encuentra la
posición medida. Como criterio para ello se toma el valor mínimo de
todos los Rn. Una interpretación geométrica se obtiene de la
superposición de las regiones de posición (fig. 1). La perpendicular
trazada a través del punto medio entre dos puntos de referencia
adyacentes determina si la asignación se realiza a uno o al otro
punto de referencia. Es importante destacar que en primer lugar se
realiza la asignación de valores de medida en la dirección
perpendicular con respecto a la autopista también sobre aquellas
regiones de posición cuando se encuentren dentro de una región
paraguas, respectivamente de una región de histéresis. Estos valores
de asignación tienen, en cualquier caso, sólo un significado
temporal para el algoritmo de medida, puesto que el algoritmo de
decisión ignorará a éste con sus medios (párrafo 2.2.5). La
limitación prematura a las regiones de posición deformaría la
consideración de la precisión de los valores de medida.
La distancia de separación radial se modifica a
través de la siguiente relación:
(2.4)P_{n} =
R_{n} \ [ 1 + \eta_{E} \ (P -
1)]
Los parámetros contenidos son:
- distancia de separación radial modificada rn
- la precisión P
- el coeficiente de influencia sobre la precisión hE
\newpage
El valor de medida se asigna al punto de
referencia para el que la distancia de separación radial modificada
es la menor. La relación (2.4) necesita de una explicación. Existen
saltos transversales y valores extraños transversales, pero que se
encuentran correlacionados con una elevada PDOP (debilitación de la
precisión). Éstos pueden resultar peligrosos, cuando se desplacen
vehículos sobre carreteras paralelas y se encuentren valores
extraños en todos los grupos de referencia, que se encuentran en
proximidad inmediata a la autopista. La modificación propuesta
ofrece una posibilidad de ponderar mejor entre sí valores de medida
próximos con una elevada PDOP y valores de medida lejanos con una
baja PDOP. Los valores de medida próximos con PDOP baja y media, tal
y como se encuentran presentes en el caso normal de circulación
sobre la autopista, se destacan más fuertemente.
La idea de enlazar la distancia de separación
transversal, respectivamente radial y la PDOP sólo se puede llevar a
la práctica de forma empírica.
Las relaciones analíticas son demasiado
complicadas para que se puedan determinar con un coste adecuado. En
primer lugar, la PDOP se transfiere a la precisión empleándose la
siguiente relación:
De esta forma se comparan medidas en tres
dimensiones y en dos dimensiones. El parámetro contenido se denomina
coeficiente de conversión de precisión hU. Otra posibilidad es la de
obtener la precisión de forma general a través de la HDOP.
La distancia de separación radial modificada es
idéntica a la distancia de separación radial real para un
coeficiente de influencia de precisión de hE = 0. El coeficiente de
influencia de precisión amplifica y atenúa la acción de la
multiplicación con la precisión.
- hE = O: sin modificación, r = R
- hE < 1: modificación atenuada
- hE > 1: modificación amplificada
La distancia de separación radial modificada se
emplea sólo en el algoritmo de medida y para la compresión de los
valores de medida en el algoritmo de decisión (párrafo 2.2.2.), y
no, en cambio, en la decisión de lógica difusa acerca de la
recaudación de tasas (párrafo 2.2.5).
Ejemplo con h = 0.8 y Sat # = 4:
- 1.
- valor: R = 90 m, P = 3.1 (valor lejano con pequeña PDOP/mayor precisión),
- 2.
- valor: R = 60 m, P = 8.4 (valor lejano con gran PDOP/menor precisión),
- 90[1+0.8(3.1-1)] = 241.2 < 60[1+0.8(8.4-1)] = 415.2
El valor de asignación es aquel que presente una
mayor precisión, aunque éste se encuentre más alejado. El salto
ocasional en la proximidad de la autopista se elimina, puesto que
éste presenta una PDOP grande.
Con el objeto de acelerar las operaciones de
cálculo relacionadas con las relaciones (2.3) y (2.4), se
implementan las ecuaciones cuadráticas. De esta forma desaparece el
costoso cálculo de la raíz cuadrada.
(2.3)'R_{n}{}^{2} =
[K_{L}(L-L_{n})]^{2} +
[K_{B}(B-B_{n})]^{2}
(2.4)'P_{n}{}^{2} = R_{n}{}^{2}
[1+\eta
(P-1)]^{2}
En el caso de que se haya anotado ya un valor de
medida para un punto de referencia, éste se compara con el valor
inmediatamente obtenido. El valor de medida con la menor distancia
de separación radial modificada (cuadrática) se mantiene anotado. En
caso de que se produzca un cambio en la asignación a un punto de
referencia, se asigna obligatoriamente el último valor anotado con
la menor distancia de separación radial (cuadrática) al antiguo
punto de referencia. Para el nuevo punto de referencia la anotación
comienza desde el principio.
\newpage
En el algoritmo de medida participa un contador
F, que se inicializa a F0 = 1 al penetrar en la región paraguas, y
se incrementa siempre en DF = 1, cuando se produce el cambio de un
punto de referencia al siguiente. El estado del contador se asigna
al punto de referencia y sirve para la valoración de la secuencia de
paso en el algoritmo de decisión (párrafo 2.2).
Como posiciones alejadas del tubo se designan
aquellas posiciones que se midan tales que se encuentren aún dentro
de la región paraguas, respectivamente de la región de histéresis,
pero ya no más en el tubo. Estas posiciones no cumplen la condición
(2.6):
(2.6)R_{n}
\leq b/2 \hskip0,5cm respectivamente \hskip0,5cm R_{n}{}^{2} \leq
b^{2}/4
Éstas apuntan en gran medida a que el vehículo
no se mueve sobre la autopista. Sin embargo, también es posible, que
debido a unas influencias difíciles de determinar sobre la secuencia
de medida se produzcan saltos ocasionales que indiquen posiciones
fuera del tubo. Las siguientes medidas preparan la valoración de
estas informaciones en el algoritmo de decisión (párrafo 2.2.1), en
particular en lo que se refiere a la determinación del coeficiente
del tubo.
En el algoritmo de medida participan dos
contadores J1 y J2, que se inicializan a J01 = 0 y J02 = 0 en caso
de penetrar en la región paraguas. El primer contador se refiere a
posiciones medidas, que se encuentran dentro del tubo y que cumplen
la condición (2.6), incrementándose en DJ1 = 1. El segundo contador
se refiere a posiciones medidas que se encuentran fuera del tubo y
que no cumplen la condición (2.5), incrementándose en este caso en
DJ2 = 1.
Con el objeto de que la cuenta funcione de forma
verdadera, el tubo tiene que sobresalir en una porción más allá del
límite exterior de la región de histéresis (fig. 3). En caso de que
el tubo fuese más corto, dentro de la región de histéresis
existirían posibles posiciones de medida que se encontrasen muy
próximas a la autopista, pero que no se asignasen más a ninguna
región de posición. De esta forma se incrementaría de forma errónea
el segundo contador y no el primero. No obstante, la construcción de
la región de borde no es exageradamente crítica, puesto que al pasar
a través del tubo se cuentas muchas posiciones que se encuentran en
su interior, de tal forma que unas pocas que se encuentren fuera no
tienen un peso excesivo. La regla de que el límite exterior de la
región de histéresis discurre a través del último punto de
referencia es una sencilla solución para e problema descrito.
El coeficiente de tubo se define por:
(2.7)J =
\frac{J_{1}}{J_{1} + J_{2}}; \ \sigma \leq J \leq
1
Éste indica, que parte de las posiciones de
medida recogidas en el tramo de detección se encuentran dentro del
tubo. Un valor elevado, próximo a 1, apunta a que el vehículo se ha
desplazado muy probablemente sobre la autopista. Un valor por debajo
de 0,5 permite deducir que el vehículo ha circulado un tramo
paralelo a la autopista y se ha desviado a continuación o bien ha
cruzado la autopista.
La comparación del coeficiente de tubo con el
valor nominal de tubo W es el primer paso del algoritmo de decisión
y personaliza en principio una primera y rápida selección básica
acerca de si merece la activación de otros complicados modelos de
detección. El algoritmo de decisión se interrumpe cuando se cumpla
que J < W. En este caso, el vehículo no tiene que pagar.
La determinación del valor nominal de tubo W es
objeto de la optimización de los parámetros (párrafo 6.3), y se
encuentra aproximadamente sobre 0,6 .. 0,9.
El siguiente algoritmo de decisión no trabaja
con los puntos de referencia individuales, sino tan sólo con los
grupos de referencia activos.
La compresión de los valores de medida, que
constan de coordenadas de longitud y de latitud, se realiza de nuevo
de acuerdo con el criterio de la menor distancia de separación
radial modificada (cuadrática). Para un enlace lógico O de los
puntos de referencia de un grupo de referencia, aquel valor de
asignación que se encuentra más próximo al punto de referencia
tendrá la mayor fuerza proposicional. La exacta demostración
matemática para ello se puede construir en base a las bases de la
lógica difusa.
\newpage
El valor de medida almacenado de un punto de
referencia, cuya distancia de separación radial modificada sea la
menor, se emplea como valor de medida significativo del grupo de
referencia.
Para este valor de medida, en el punto de
referencia n-ésimo, se deben observar los siguientes parámetros:
- diferencia de longitud con respecto al punto de referencia \deltaL = KL(L-Ln)
- diferencia de latitud con respecto al punto de referencia \deltaB = KB(B-Bn) precisión (DOP).
Todos los otros valores de medida resultan
insignificantes con respecto al modelo de decisión de lógica difusa
(párrafo 2.2.3). En caso de que en un grupo de referencia activo no
se haya registrado ningún valor de medida, ello no tiene aquí
todavía ningún efecto, si bien posteriormente conduce a una decisión
negativa sobre la recaudación de tasas. Los grupos de referencia no
activos no juegan ningún papel más en la compresión.
La compresión de los estados de los contadores F
(secuencia de paso) registrados se realiza mediante la media
aritmética de todos los valores de medida del grupo de referencia
almacenados. El peso de la secuencia de paso Fg del grupo de
referencia g-ésimo se calcula mediante:
(2.8)Fg =
\frac{1}{Mg} \ \sum\limits^{M_{1}}_{i = 1} \
Fi
- Fi - estado F almacenado del contador del valor de medida i-ésimo
- Mg - número de los valores de medida en el grupo de referencia
La secuencia de paso de los grupos de referencia
es un indicador importante acerca de si el vehículo se ha desplazado
realmente sobre la autopista. Dentro del tramo de detección del
sistema abierto, no es posible que quede impune el hecho de dar la
vuelta, puesto que en este caso no existe ningún punto de conexión
con la autopista. En caso de que la sucesión de los pesos de la
secuencia de paso no sea estrictamente alternante (o decreciente, en
el caso del tramo de detección de doble sentido), el vehículo habrá
tenido que emplear las carreteras o las calles de la región. Para
tramos de detección de un único sentido se debe excluir la sucesión
de paso decreciente.
En el caso de que no se haya registrado ningún
peso de la secuencia de paso (= 0) en un grupo de referencia, ello
no tiene aquí todavía ningún efecto, si bien posteriormente conduce
a una decisión negativa sobre la recaudación de tasas.
Se produce una perturbación de la secuencia de
paso cuando:
- con la secuencia alternante, el peso del sucesor es mayor en una cantidad Q que el del predecesor,
- con la secuencia decreciente, el peso del sucesor es menor en una cantidad Q que el del predecesor.
En este caso, la decisión resultante de la
recaudación de tasa es negativa.
El valor de separación Q se puede ver como la
altura del escalón entre grupos de referencia adyacentes que debe
sobrepasar la diferencia de los pesos de las secuencias de paso. La
secuencia de paso correcta se determina a través de las siguientes
relaciones:
F_{g+1} -
F_{g} \geq \ Q (secuencia de paso
creciente)
(2.9)F_{g} -
F_{g+1} \geq \ Q (secuencia de paso
decreciente)
La determinación del valor de separación Q es
objeto de la optimización de parámetros (párrafo 6.7) y se encuentra
aproximadamente en 1. Ejemplo con Q = 1:
1. serie: F = 2,7/4,8/7,2/10,1 (sucesión de paso
estrictamente creciente, entre valores consecutivos existe al menos
una diferencia de 1)
2. serie: F = 3,2/4,0/5,9/1,8 (sucesión de paso
alternante, entre valores consecutivos existe dos veces una
diferencia menor que 1, incluso una vez es negativa, es decir, la
banda se encuentra en la región de la autopista pero no sobre la
autopista).
En el párrafo 2.1.3 se ha descrito ya la forma
de actuación de la precisión (DOP). En ningún caso puede ocurrir que
un vehículo sobre una carretera que discurre paralela entre en la
recaudación de tasas, porque muchos puntos de medida con peor
precisión (elevado DOP) "caigan en la autopista". La distancia
de separación radial modificada es un medio para limitar esta
posibilidad. Otro medio es la comparación de la precisión media de
todas las posiciones de medida en el estado IN, PIN, con la
precisión media de todos los valores de asignación de los grupos de
referencia activos, PG, de acuerdo con las siguiente regla:
Si se cumple que PIN+P<PG, la decisión
resultante acerca de la recaudación de tasas es negativa.
En este caso, el valor de comparación de la
precisión P tiene una gran responsabilidad. En caso de que sea
demasiado pequeño, las oscilaciones normales de la DOP dentro de la
serie de medidas de un tramo de detección se compensa difícilmente,
de forma que se decidirá demasiado frecuentemente de forma negativa.
Si es demasiado grande, sobraría en realidad la comprobación de la
precisión media. Un rango de valores razonable se encuentra en 1 ..
3.
Mediante la comprobación de la precisión se
encuentra uno un poco más seguro de no asignar de forma errónea
tasas a un vehículo. Es menos perjudicial el hecho de que a través
de esta regla, entre otras, un vehículo que se encuentre sobre la
autopista escape de la recaudación de tasas.
Ejemplos con P = 1,5 y P = 3,5:
- PIN = 3,22; PG = 5,67
- P = 1,5:3,22 + 1,5 = 4,72<5,67 (decisión negativa debido a evidentes diferencias de DOP)
- P = 3,5:3,22 + 3,5 = 6,72>5,67 (en primer lugar no existe decisión negativa, a pesar de existir evidentes diferencias de DOP debido a un valor de comparación de precisión demasiado elevado).
Las bases de la lógica difusa son por sí mismas
conocidas. En caso de que la comprobación del coeficiente del tubo,
de la secuencia de paso y de la precisión media no haya aportado
ningún resultado negativo, finalmente, se decide en base a un modelo
de lógica difusa acerca de la recaudación de tasas. En este caso se
valoran las diferencias de longitud y de latitud de todos los grupos
de referencia, determinándose de forma incierta la afirmación acerca
de la proximidad al punto de referencia con el grado de cumplimiento
mg E [0,1] con respecto al g-ésimo grupo de referencia.
Éste se determina a partir de las dos líneas de
característica difusa para la diferencia de longitud y de latitud,
cuyos parámetros aún se deban de cuantificar individualmente. Ambas
líneas de característica difusa tienen que ser idénticas en lo que
se refiere a sus parámetros.
La fig. 4 muestra la forma de una línea de
característica difusa de este tipo con sus tres parámetros
decisivos:
La tolerancia t
La anchura de influencia e
La intensificación de contraste a E [1,
\approx6]
El tercer parámetro no es evidente en base a la
representación, y describe el grado del ensanchamiento (en la mitad
superior), respectivamente del estrechamiento (en la mitad inferior)
del flanco con respecto a una línea. La curva de flanco cumple la
ecuación:
\mu^{o} =
0,5[2 \mu] \ \alpha; \ \mu <
0,5
(2.10)\mu^{o}
= 1-0,5[2(1-\mu)] \ \alpha; \ \mu >
0,5
La forma de la línea de característica difusa se
puede interpretar en que para pequeñas separaciones del punto de
referencia, se fija un grado de cumplimiento máximo de 1 (condición
cumplida al 100%), para separaciones medias se introduce una "zona
gris" con un grado de cumplimiento decreciente hacia el exterior
(condición cumplida en un determinado porcentaje), y para grandes
separaciones se fija el grado de cumplimiento a O (condición no
cumplida).
Para cada grupo de referencia 9 se
determina:
El grado de requerimiento para la diferencia de
longitud mLg
El grado de requerimiento para la diferencia de
latitud mBg
Tal y como se muestra en la fig. 4, en caso de
que se lleve sobre el eje x la diferencia de longitud,
respectivamente la diferencia de latitud, se determina el punto de
intersección de las verticales trazadas con la línea de
característica difusa y se traza desde ese punto la horizontal hasta
el eje y, donde se lee el grado de cumplimiento. Las diferencias de
longitud y de latitud tienen que valorarse de forma independiente,
puesto que la construcción de la línea característica se obtiene a
partir de la estadística de tolerancia independiente del receptor
GPS para coordenadas de longitud y de latitud.
El grado de cumplimiento mg se determina a
través de un enlace Y difuso:
(2.11)\mu_{g}
= \gamma \ MIN (\mu_{Lg}, \mu_{Bg}) + (1-\gamma) \cdot 1/2 \
(\mu_{Lg} +
\mu_{Bg})
Un papel importante lo juega aquí el
operador
g E
[0,1]
que se encontrará entre el mínimo y
la media aritmética, y cuyo valor exacto será objeto de la
optimización de parámetros. El grado de cumplimiento m E [0,1] con
respecto a todo el tramo de detección se determina a través de un Y
difuso múltiple con el mismo operador g que en
(2.11):
(2.12)\mu =
\gamma(MIN(\mu_{1},\mu_{2} . . . \mu_{G}) + (1-\gamma) \cdot
\frac{1}{G} \sum\limits^{G}_{g = 1} \
\mu_{g}
Con esta relación se integran todos los grupos
de referencia de una forma completamente equitativa en la obtención
de la decisión. No existe ningún factor de importancia individual
para los grupos de referencia individuales. La igualdad entre los
grupos de referencia es una importante condición de borde para la
conformación de los tramos de detección.
El último paso de la decisión acerca de la
recaudación de tasas es la comparación con un valor umbral (de
recaudación) S fijado en base a la regla; pagar, cuando m > S, y
¡no pagar en caso contrario!.
El valor umbral se encuentra aproximadamente en
el rango de 0,6 .. 0,8. Un importante punto de referencia lo supone
el hecho de que en caso de un grado de cumplimiento muy pequeño en
un grupo de referencia (por ejemplo, = O, en el caso de que no se
haya ni tan siquiera circulado por este grupo de referencia), el
grado de cumplimiento no alcanzará con seguridad el valor umbral de
recaudación para el tramo de detección global.
El grado de cumplimiento global se encuentra por
encima del valor umbral de recaudación. Gracias al enlace de lógica
difusa, el efecto del valor mínimo individual de 0,62 se
compensa.
La bandera "¿Pagar sí / no?" es el
parámetro de salida más importante del algoritmo de localización.
Son posibles dos estados:
- VOID - no hay recaudación de tasas (estado inicial, "no", O)
- PAY - recaudación de tasas ("sí", 1)
Asimismo, también se indica el número clave del
tramo de detección que se ha pasado.
Claims (7)
1. Procedimiento para la determinación de
tasas para la utilización de rutas de tráfico por parte de vehículos
en función del paso por delante de puntos de detección dispuestos en
las rutas de tráfico, determinándose continuamente la posición
geográfica de un vehículo con la ayuda de radiolocalización, con el
sistema GPS, y comparándose con las posiciones geográficas de puntos
de recaudación virtuales, cuyas posiciones se almacenan como puntos
seleccionados de las rutas de tráfico, caracterizado porque
cada uno de los puntos de detección virtuales están formados por un
tramo de detección en forma de banda dispuesto a lo largo de una
cadena de puntos a lo largo de una longitud predeterminada de la
ruta de tráfico correspondiente, y porque se considera que un
vehículo ha pasado por el punto de detección, cuando se determina, a
través de una comparación de las posiciones detectadas continuamente
con puntos del interior del tramo de detección, que el vehículo ha
pasado a través del tramo de detección en toda su longitud,
constando la cadena de puntos de varios puntos de referencia fijados
a través de sus posiciones geográficas, cuya distancia de separación
es menor que el error de medida de 100 m aproximadamente del sistema
de radiolocalización.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la cadena de puntos consta de varios
puntos de referencia fijados a través de sus posiciones geográficas,
cuya distancia de separación es menor que el error de medida del
sistema de radiolocalización, y porque se considera que un vehículo
ha pasado el punto de detección cuando todos los puntos de
referencia presentan una distancia de separación respecto a las
posiciones determinadas para el vehículo que son menores que una
distancia de separación predeterminada.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la cadena de puntos consta de varios
puntos de referencia fijados a través de sus posiciones geográficas,
cuya distancia de separación es menor que el error de medida del
sistema de radiolocalización, porque una parte de los puntos de
referencia de un tramo de detección forma, respectivamente, un grupo
de referencia, y porque se considera que un vehículo ha pasado el
punto de detección cuando todos los grupos de referencia presentan
una distancia de separación respecto a las posiciones determinadas
para el vehículo que son menores que una distancia de separación
predeterminada.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la cadena de puntos consta de uno o
varios puntos de referencia fijados a través de su posición
geográfica, así como de una función que caracteriza el recorrido de
la carretera dentro del tramo de detección.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque se considera que un vehículo ha pasado
el punto de detección cuando ninguno de los puntos de la curva se
encuentra más alejado que el error de medida del sistema de
radiolocalización de una de las posiciones geográficas del vehículo
determinadas de forma continua.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque antes de
una comprobación acerca de si el vehículo se encuentra en el tramo
de detección, se comprueba a través de las comparaciones de posición
si el vehículo se encuentra en una región de mayor superficie que
comprende esencialmente al tramo de detección.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque la región de mayor superficie es un
rectángulo.
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