PL176110B1

PL176110B1 - Sposób lokalizacji pojazdu przy określaniu opłat za użytkowanie wydzielonej trasy komunikacyjnej

Info

Publication number: PL176110B1
Application number: PL95315553A
Authority: PL
Inventors: Reinhold Mertens; Werner Kremer; Uwe Pertz
Original assignee: Deutsche Telekom Mobil
Priority date: 1994-01-28
Filing date: 1995-01-27
Publication date: 1999-04-30
Also published as: NO963057D0; PL315553A1; CZ224496A3; HU9602057D0; AU1704495A; NO312050B1; HU220572B1; EP0742890B2; HUT76004A; ES2137497T3; EP0742890B1; ES2137497T5; DE59506587D1; US5717389A; NO963057L; WO1995020748A1; DK0742890T3; DE4402614A1; EP0742890A1; ATE183307T1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób lokalizacji pojazdu przy określaniu opłat za użytkowanie wydzielonej trasy komunikacyjnej, przy czym położenie geograficzne pojazdu określa się na bieżąco za pomocą radiolokacji, w szczególności systemem GPS i porównuje z położeniami gegraficznymi wirtualnych stanowisk pobierania opłat.

Znane są różne sposoby lokalizacji pojazdów w celu pobierania opłat za użytkowanie tras komunikacyjnych, w szczególności dróg. Jednak ogólnie rozpowszechnione zostały dotychczas tylko stanowiska opłat, przy których pojazdy zatrzymują się i po uiszczeniu opłaty poruszają się po drodze płatnej. Na drogach o dużym ruchu prowadzi to do korków, mimo dużej liczby miejsc opłat. Także urządzenia, w których przy zmniejszonej szybkości wrzuca się monetę do automatu, pomagają tylko w ograniczonym stopniu.

176 110

Znany jest system opisany w Wiadomościach VDI z 20 sierpnia 1993, strony od 2 do 3, który wykorzystuje określenie położenia pojazdu przez Global Positioning System GPS, przy pomocy którego następuje określenie położenia przez satelitę. Wymagane są przy tym tylko wirtualne stanowiska pobierania opłat, więc nie trzeba ponosić kosztów budowy budynków.

Ponadto złożone równocześnie zgłoszenie patentowe zgłaszającego, dotyczące sposobu i urządzenia do określania opłat za użytkowanie tras komunikacyjnych i/lub powierzchni komunikacyjnych, dotyczy sposobu, w którym również jest wykorzystywany system GPS. Określanie położenia za pomocą systemu GPS obarczone jest błędem pomiaru około 100 m. Przy pobieraniu opłat jest jednak ważne, czy pojazd przejeżdża po płatnej autostradzie, czy po drodze bezpłatnej znajdującej się obok autostrady.

Sposób według wynalazku polega na tym, że wirtualne punkty detekcji tworzy się w każdym przypadku przez sektor detekcji w kształcie paska wzdłuż łańcucha punktów na określonym odcinku poszczególnej trasy komunikacyjnej, porównuje się te określane ciągle położenia z punktami w sektorze detekcji, przy czym przyjmuje się, że pojazd minął punkt detekcji, jeżeli określa się, że pojazd przejechał przez sektor detekcji na całej długości i zbiera się opłaty za użytkowanie przejechanego sektora detekcji.

Korzystnie, punkty dobiera się tak, że tworzy się je z wielu punktów odniesienia określonych przez położenia geograficzne, których odległość jest mniejsza od błędu pomiarowego systemu radiolokacyjnego i przyjmuje się, że pojazd minął stanowisko ustalania, jeśli wszystkie punkty odniesienia wykazują odległość od położeń określonych dla pojazdu mniejszą od odległości założonej.

Korzystnie, punkty dobiera się tak, że tworzy się je z wielu punktów odniesienia określonych przez położenia geograficzne, których odległość jest mniejsza od błędu pomiarowego systemu radiolokacyjnego, a przez część punktów odniesienia odcinka ustalania tworzy grupę odniesienia i przyjmuje się, że pojazd minął stanowisko ustalania, jeśli wszystkie grupy odniesienia wykazują odległość od położeń określonych dla pojazdu mniejszą od odległości założonej.

Korzystnie, punkty dobiera się tak, że tworzy się je z jednego albo wielu punktów odniesienia określonych przez położenia geograficzne i funkcji charakteryzującej przebieg drogi wewnątrz odcinka ustalania.

Korzystnie, przyjmuje się, że pojazd przekroczył stanowisko ustalania, jeśli żaden punkt krzywej nie leży dalej od jednego z określanych na bieżąco położeń geograficznych pojazdu, niż wynosi błąd pomiarowy systemu radiolokacyjnego.

Korzystnie, przed znalezieniem się pojazdu na odcinku ustalania, sprawdza się przez porównanie położenia, czy pojazd znajduje się w obszarze o większej powierzchni, w zasadzie obejmującym odcinek ustalania.

Korzystnie, jako obszar o większej powierzchni stosuje się prostokąt.

Zaletą wynalazku jest umożliwienie, przy zastosowaniu systemu radiolokacyjnego, niezawodnego ustalania, czy pojazd przejeżdża przez stanowisko pobierania.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przykład odcinka ustalania lokalizacji pojazdu, fig. 2 - schematycznie dwa odcinki ustalania lokalizacji pojazdu dla każdego kierunku ruchu i jeden odcinek ustalania lokalizacji pojazdu dla obu kierunków ruchu, fig. 3 - odcinek pobierania opłat wraz z obszarem o większej powierzchni, dalej zwanym obszarem parasola i fig. 4 charakterystykę fuzzy.

Zostanie teraz opisany model stanowiska ustalania i odcinek ustalania jako stanowisko ustalania. Jako stanowisko ustalania lokalizacji pojazdu określane jest ogólnie miejsce pobierania opłaty na autostradzie. W systemie zorientowanym słupkowo jest ono realizowane technicznie jako układ punktowy, właśnie poprzez słupki wskaźnikowe.

Z powodu niedokładności określania położenia za pomocą systemu GPS, nie można niezawodnie rozpoznać czy pojazd znajduje się w określonym miejscu. Aby tolerować niedokładność systemu GPS, stanowisko ustalania jest rozmieszczone nie punktowo, ale powierzchniowo jako odcinek ustalania, co widać na fig. .1. Jako odcinek ustalania określa się szereg punktów odniesienia. Za pomocą punktów odniesienia porównuje się aktualne wartości zmierzone przez system GPS. Każdy punkt odniesienian = 1...N jest określany przez współrzędne: długość geograficzną punktu odniesienia [°/7] i szerokość geograficzną punktu odniesienia [°/7].

Określanie punktów odniesienia następuje przy organizowaniu odcinka ustalania. Liczba i układ punktów odniesienia na odcinku ustalania są zależne od przedziału czasowego między pomiarami położenia, maksymalnej szybkości na odcinku autostrady, kształtu charakterystyki fuzzy w nieostrym modelu decyzyjnym algorytmu lokalizującego, dającego się zaakceptować nakładu przy zapamiętywaniu współrzędnych punktów odniesienia, dającego się zaakceptować nakładu w czasie obliczania na przyporządkowanie do punktu odniesienia w algorytmie pomiarowym, w pierwszej części algorytmu lokalizującego.

Duża łączna liczba punktów odniesienia jest potrzebna, gdy przejeżdża się z dużą szybkością obok pojedynczego punktu i szybko znajduje się w dość dużej od niego odległości. Pomaga tutaj duża liczba punktów odniesienia z zależnością typu LUB. Jest wówczas wszystko jedno, do którego punktu odniesienia grupy odniesienia przybliżono się, a potem następuje przypisanie do niego.

Punktom odniesienia przyporządkowuje się obszary położeń. Uwzględniają one nieostrość w określaniu położenia, ponieważ są obejmowane zbliżone wartości pomiarowe. Obszary położenia mają postać odciętych kół. Odpowiednia cięciwa odpowiada prostopadłej przeprowadzonej w punkcie środkowym między dwoma sąsiednimi punktami odniesienia.

Wszystkie obszary położenia odcinka ustalania tworzą rurkę w kształcie gąsienicy z fig. 1, z długością i [m] rurki, szerokością b [m] rurki równą średnicy obszaru położenia.

Rurka jest nakładana jako struktura pokrywają łańcuch punktów odniesienia i służy algorytmowi decyzyjnemu do oceny związku oddalone/bliskie autostradzie punkty pomiarowe, który jest ważnym wskaźnikiem co do pobierania opłaty. Długość zależy od liczby punktów odniesienia na odcinku pobierania N, odległość A [m] punktów odniesienia.

Szerokość rurki/średnica obszaru położenia musi być znacznie większa od odległości punktów odniesienia (A < b), aby wgłębienia rurki były dostatecznie małe.

Im większy wybierze się odcinek ustalania, tym większa pewność, że wykluczy się z pobierania opłaty te pojazdy, które znajdują się na drogach przecinających, stycznych albo przebiegających równolegle. Z kolei pojazd musi na autostradzie przejechać przez rurkę na całej jej długości, nim dojdzie do decyzji o pobraniu opłaty. Tak więc dlajedynego odcinka autostrady w obszarze leśnym wystarczy, aby odcinek ustalania zawierał tylko 6-8 punktów odniesienia. Z kolei przy wielu przecinających się i stycznych drogach i trasach, musi zostać przedłużony od 3 do 8-krotnie, jeśli ma być zachowana wymagana pewność lokalizacji.

Odcinki ustalania można ustawić w otwartym systemie AGE pobierania opłat za autostradę, parami po jednej stronie, co obowiązuje tylko dla jednego kierunku ruchu, lub dwustronnie, co obowiązuje dla obu kierunków ruchu.

Ważnym warunkiem brzegowym jest to, że odcinki ustalania nie mogą się pokrywać, jeśli proponowany tu algorytm lokalizujący ma funkcjonować. Dla otwartych systemów AGE nie przedstawia to żadnego dużego ograniczenia, ponieważ odcinki ustalania są ustawione między punktami wyjazdowymi. Dla zamkniętych systemów AGE powstaje pytanie, czy za pomocą prostego GPS w ogóle można zorganizować niezawodne odcinki ustalania przy dość krótkich wjazdach na autostradę albo zjazdach z autostrady. Tolerancje określania położenia są bardzo duże, więc różnicowy GPS wydaje się bardziej odpowiedni.

Zostanie teraz opisane tworzenie grup odniesienia. Dla algorytmu decyzyjnego, w drugiej części algorytmu lokalizującego, punkty odniesienia rozdziela się na grupy odniesienia, przy czym każda grupa odniesienia zawiera mniej więcej tyle samo punktów odniesienia, logicznie powiązanych w opisany sposób zależnością typu LUB. Numeracja grup odniesienia następuje przy jednostronnych odcinkach ustalania po kolei w kierunku jazdy, przy dwustronnych odcinkach ustalania przy dowolnym zwrocie kierunku, np. odpowiednio do odległości w kilometrach. Grupa odniesienia g = 1...G jest charakteryzowana przez liczbę punktów odniesienia Ng oraz odległość A punktów odniesienia.

Liczbę grup odniesienia na odcinku ustalania określa się poprzez żądaną niezawodność lokalizacji odcinka ustalania, która zwiększa się wraz ze wzrostem tej liczby. Równocześnie podwyższa się też nakład lokalizacji i przede wszystkim czas do podjęcia decyzji co do pobrania

17(6 110 opłaty. Liczbę grup odniesienia trzeba określić i zoptymalizować uwzględniając konkretne warunki lokalne - drogi równoległe, nieprzepisowe wyjazdy z autostrady, zakłócenia odbioru. Pobieranie opłat nie może w żadnym razie objąć przebiegających równolegle dróg krajowych albo miejskich. Dla pozytywnej decyzji co do pobrania opłaty jedną z przesłanek jest to, że w każdej czynnej grupie odniesienia przynajmniej jedna wartość pomiarowa będzie mała.

Stałą odległość A punktów odniesienia należy traktować jako wartość maksymalną. Mniejsze, a więc także nieregularne odstępy są możliwe, ale nieefektywne. W trudnych warunkach lokalnych, przy zakłóceniu odbioru przez stoki, mosty, tunele itd., można powiększyć grupy odniesienia albo utworzyć nieczynne grupy odniesienia, co nie sprawi problemu rozwiniętemu algorytmowi lokalizującemu. Zwiększa sięjednak łączna długość rurki i przez to czas do podjęcia decyzji o pobraniu opłaty. Zanotowane wartości pomiarowe w nieczynnych grupach odniesienia nie są uwzględniane przez algorytm decyzyjny.

Zostaną teraz opisane nałożone obszary parasola. Dla efektywnego funkcjonowania algorytmu lokalizującego trzeba zastosować kolejną strukturę modułową, która jest nakładana na cały odcinek ustalania. Obszar parasola jest prostokątny i obejmuje całkowicie rurkę odcinka ustalania z wyjątkiem pewnych obszarów brzegowych, co widać na fig. 3. W zasadzie jest to praktyczne przybliżenie rurki. Na twór w kształcie gąsienicy nakładany jest prostokąt, którego krawędzie skierowane są na południki i równoleżniki.

Obszary parasola w kształcie prostokąta umożliwiają bardzo łatwe sprawdzenie, czy ktoś w ogóle znajduje się blisko punktów odniesienia, tj. odcinka ustalania. Przy rurce w kształcie gąsienicy nakład przy czasie liczenia i danych porównawczych byłby znacznie większy. Przy około 4000 stanowiskach ustalania na autostradach w Niemczech szybkie rozpoznanie odcinka ustalania jest bardzo ważne. W punkcie przecięcia przekątnych leży punkt środkowy obszaru parasola. Obszar parasola opisują następujące parametry: długość geograficzna punktu środkowego [7'/], szerokość geograficzna punktu środkowego [77], długość 1 [m] obszaru parasola, szerokość b [m] obszaru parasola.

Na obszar parasola nakłada się z kolei jeszcze obszar histerezy jako ramkę, aby algorytm pomiarowy działał niezawodnie i był odporny na nieznaczne zmiany położenia.

Histereza H [m] jest szerokością ramki. Powinna być ustawiona na 10 m <H<50 m. Przypadkowe odchylenia poprzeczne prostopadłe do linii autostrady większe niż 50 m są rzadkie. Mniejsze wartości szkodzą algorytmowi lokalizującemu tylko o tyle, że częściej może dochodzić do niepotrzebnych uruchomić algorytmu decyzyjnego przez krótkotrwałe przejechanie i opuszczenie obszaru parasola, jeśli kierunek jazdy przebiega wzdłuż brzegu obszaru. Traci się wtedy cenny czas na obliczenia.

Figura 3 przedstawia określanie ograniczenia obszaru histerezy i parasola. Zewnętrzna granica obszaru histerezy przebiega przez ostatni punkt odniesienia rurki. Pokazano róg a i brzeg b obszaru histerezy. Szerokość ramki jest określona jednoznacznie przez histerezę H. Wszystkie punkty odniesienia, których obszary położenia nie leżą całkowicie wewnątrz obszaru parasola, są zbierane do nieczynnej brzegowej grupy odniesienia.

Zostaną teraz opisane algorytm lokalizacji przez system GPS, algorytm pomiarowy i ciągły pomiar położenia. Cały algorytm lokalizacji stanowisk pobierania opłat opiera się na ciągłym określaniu położenia za pomocą systemu GPS. Odstęp pomiaru pomiędzy dwoma określeniami położenia jest zależny od zastosowanego odbiornika GPS. W odbiornikach dostępnych obecnie odstępy pomiaru wynoszą między 0,5 s i 1 s. Dłuższe odstępy pomiaru wydają się wątpliwe, ponieważ szybkość jazdy ma autostradach jest dosyć duża.

Nie powinno się zakładać ograniczeń szybkości w obszarze stanowisk pobierania opłat, tak więc za maksymalną szybkość jazdy przyjęto vmax = 216 km/godz. = 60 m/s. Przy odstępie pomiaru 0,5 s przejedzie się wtedy drogę 30 m. Przy odstępie pomiaru 1 s będzie to już 60 m.

Zostanie teraz opisane osiąganie obszaru parasola i opuszczanie obszaru histerezy. W stanie podstawowym pojazd znajduje się daleko od wszystkich stanowisk pobierania opłat na autostradzie. Stan ten w algorytmie pomiarowym jest oznaczony jako OUT. Przeciwieństwem jest stan IN, gdy pojazd położony jest wewnątrz obszaru parasola albo obszaru histerezy.

Przejście z OUT do IN:

Chwilowa wartość pomiarowa, złożona ze współrzędnych długości i szerokości, jest porównywana z punktami środkowymi wszystkich obszarów parasola. Obszar parasola został osiągnięty, jeśli zachodzi:

Kl*\L-N\<- oraz

K_g*\B-B\< — (2.1)

Określany jest indeks obszaru parasola, odcinka ustalania, następnie dane odniesienia ładuje się do wszystkich obszarów położenia odcinka ustalania.

Przejście z IN do OUT:

Chwilowa wartość pomiarowa, złożona ze współrzędnych długości i szerokości, jest porównywana z punktem środkowym aktualnego obszaru parasola albo histerezy. Jeśli po raz pierwszy zachodzi:

Kl*\L-N\>^-H albo Ks*\B-P>\>^-H (2.2) algorytm przechodzi do stanu pośredniego OUT_PROVE. Jako wartość potwierdzająca C oznaczana jest liczba następujących bezpośrednio po sobie punktów pomiarowych, dla których musi być spełniony związek (2.2), zanim nastąpi zmiana ze stanu OUT_PROVE na stan OUT. Parametr leży korzystnie, zależnie od histerezy, w zakresie pomiędzy 1..5.

Po ostatecznym przejściu z IN (albo OUT_PROVE) nas OUT, aktywowany jest algorytm decyzyjny. Ten krótkotrwały stan, w którym przebiega algorytm decyzyjny, jest określany jako OUT_DECIDE.

Współczynniki użyte we wzorach (2.1) i (2.2) to: czynnik przeliczający stopnie na metry dla różnic długości KL = 72000, czynnik przeliczający stopnie na metry dla różnic szerokości KB = 108000, obwód ziemi = promień ziemi * 2π = 6 378 000 m * 2 π = 40 074 155 m, 1/10 sekundy kątowej w szerokości geograficznej = obwód ziemi/360/36000 = 3,092 m = 3 m, 1/10 sekundy kątowej w długości geograficznej na 50-tym równoleżniku = 3,092 m * cos 50° = 1,987 m = 2 m.

Zaokrąglenie do całości zwiększa szybkość przy technicznym przekształceniu obliczeniowym.

Zostanie teraz przedstawione przypisywanie wartości pomiarowych do punktów odniesienia.

W stanie IN chwilowa wartość pomiarowa, złożona ze współrzędnych długości i szerokości, porównywana jest ze wszystkimi punktami odniesienia rurki. Określana jest odległość radialna do każdego punktu odniesienia za pomocą:

R_n = a/[Kl(L - Ln)]² + [Kb(B - B_n)]² (2.3)

Następnie należy odpowiedzieć na pytanie, w otoczeniu którego punktu odniesienia leży zmierzona pozycja. Jako kryterium stosuje się w tym celu minimalną wartość ze wszystkich Rn. Interpretacja geometryczna wynika z nałożenia obszarów położenia z fig. 1. Prostopadła przebiegająca przez punkt środkowy między dwoma sąsiednimi punktami odniesienia rozdziela, czy następuje przypisanie do jednego, czy do drugiego punktu odniesienia. Ważne jest, że najpierw następuje przypisanie wartości pomiarowych w kierunku poprzecznym do autostrady również poprzez obszary położenia, jeśli leżą one wewnątrz obszaru parasola albo histerezy. Te przypisane wartości mają oczywiście tylko tymczasowe znaczenie dla algorytmu pomiarowego, ponieważ algorytm decyzyjny je zignoruje. Przedwczesne ograniczenie do obszarów położenia zniekształciłoby uwzględnienie precyzji wartości pomiarowych.

Odległość radialna jest modyfikowana według poniższego związku:

pn = Rn[1 + h_E(P-1)l (2.4)

176 110

Zawarte w nim parametry to zmodyfikowana odległość radialna m, precyzja P i współczynnik wpływu precyzji hE.

Wartość pomiarowa przypisana jest temu punktowi odniesienia, do którego zmodyfikowana odległość radialna jest najmniejsza. Związek (2.4) wymaga wyjaśnienia. Istnieją skoki poprzeczne i wartości nietypowe, które jednak korelują z podwyższoną PDOP przy osłabieniu precyzji. Mogą stać się istotne, gdy pojazdy poruszają się po drogach równoległych i we wszystkich grupach odniesienia można znaleźć wartości nietypowe, które leżą w bezpośredniej bliskości autostrady. Proponowana modyfikacja umożliwia lepsze odważenie względem siebie bliskich wartości pomiarowych z podwyższonym PDOP i oddalonych wartości pomiarowych z niższym PDOP. Bliskie wartości pomiarowe z niskim i średnim PDOP, które występują w zwykłym przypadku przy jeździe autostradą, są silniej podkreślane.

Ideę powiązania odległości poprzecznej albo radialnej i PDOP można zrealizować tylko empirycznie. Związki analityczne są zbyt skomplikowane, aby można je było ustalić rozsądnym kosztem. PDOP przekształca się następnie na precyzję, przy zastosowaniu poniższego związku:

{PDOP: gdy Sat# = 4

P = hu * PDOP = {(1.15..1.35) * PDOP gdy Sat# = 3 (2.5)

Porównywane są przy tym wartości trój- i dwuwymiarowe. Zawarty parametr zwany jest współczynnikiem przeliczania precyzji hu. Inną możliwością jest otrzymanie precyzji ogólnie przez HDOP.

Zmodyfikowana odległość radialna jest identyczna z właściwą odległością radialną dla współczynnika wpływu precyzji hE = 0. Współczynnik wpływu precyzji wzmacnia i tłumi oddziaływanie mnożenia przez precyzję. W wyniku: hE - brak modyfikacji, r=R, hE<1 - tłumiona modyfikacja, hE>l - wzmocniona modyfikacja.

Zmodyfikowana odległość radialna stosowana jest tylko w algorytmie pomiarowym i zgęszczaniu wartości pomiarowych w algorytmie decyzyjnym, ale nie przy decydowaniu o pobraniu opłaty w logice fuzzy.

Przykład z h = 0,8 i Sat# = 4:

wartość: R = 90 m, P = 3,1 (dalsza wartość z mniejszym PDOP/większa dokładność), wartość: R = 60 m, P = 8,4 (bliższa wartość z większym PDOP/mniejsza dokładność), [1+0,8(3,1-1) = 241,2< 60 [1+0,8(8,4-1)] = 415,2

Wartością przyporządkowanąjest ta o większej dokładności, również jeśli leży w większej odległości. Przypadkowy skok w pobliże autostrady jest eliminowany, ponieważ wykazuje większy PDOP.

Aby przyspieszyć operacje obliczeniowe przy związkach (2.3) i (2.4), stosuje się równania podniesione do kwadratu. Odpada wtedy kosztowne obliczanie pierwiastka kwadratowego.

Rn = [K_L(L-Ln)]² + [Kb(B-B„)]² (2.3)' p„ = R„[1 + h(P-1)]² (2.4)'

Jeśli wartość pomiarowa jest już zapisana dla punktu odniesienia, jest ona porównywana z wartością właśnie otrzymana. Wartość pomiarowa o mniejszej, podniesionej do kwadratu, zmodyfikowanej odległości radialnej jest dalej zaznaczana. Jeśli wystąpi zmiana w przyporządkowaniu do punktu odniesienia , zaznaczona ostatnio wartość pomiarowa z najmniejszą, podniesioną do kwadratu, odległością radialną jest przyprządkowywana wiążąco staremu punktowi odniesienia. Dla nowego punktu odniesienia zaznaczanie zaczyna się od początku.

W algorytmie pomiarowym biegnie licznik F, który przy wejściu do obszaru parasola jest inicjalizowany na FO = 1 i zawsze zwiększa się o DF = 1, gdy następuje zmiana z jednego punktu odniesienia na następny. Stan licznika jest przyporządkowywany punktowi odniesienia i służy do oceny kolejności przejazdu w algorytmie decyzyjnym (punkt 2.2).

17(6110

Zostanie teraz opisane przetwarzanie położeń odległych od rurki. Jako odległe od rurki określane są te zmierzone położenia, które leżąjeszcze wewnątrz obszaru parasola albo histerezy, ale już nie w rurce. Nie spełniają one warunku (2.6).

R <— albo R² < — (2.6)

4

Wskazują w dużym stopniu, że pojazd nie porusza się po autostradzie. Jest jednak również możliwe, że wskutek trudnych do wyznaczenia wpływów w kolejności pomiaru wystąpiły przypadkowe skoki, wskazujące położenie poza rurką. Poniższe czynności przygotowują ocenę tych informacji w algorytmie decyzyjnym, w szczególności określenie współczynnika rurki.

W algorytmie pomiarowym biegną dwa liczniki J1 i J2, które przy wejściu do obszaru parasola są inicjalizowane na J01=0 i J02=0. Pierwszy licznik dotyczy zmierzonych położeń leżących wewnątrz rurki i spełniających warunek (2.6) i zwiększa się o DJ1=1. Drugi licznik dotyczy zmierzonych położeń leżących poza rurką i nie spełniających warunku (2.5) i zwiększa się w tym przypadku o DJ2=1.

Aby obliczanie funkcjonowało bezbłędnie, rurka musi trochę wystawać za zewnętrzną granicę obszaru histerezy z fig. 3. Gdyby rurka była krótsza, w obszarze między końcem rurki a zewnętrzną granicą obszaru histerezy mogłyby występować położenia pomiarowe leżące bardzo blisko autostrady, ale nie przyporządkowane juz żadnemu obszarowi położenia. Przez to błednie zwiększyłby się drugi licznik, a nie pierwszy. Konstrukcja obszaru brzegowego nie jest jednak również bardzo istotna, ponieważ przy przejeżdżaniu przez rurkę obliczanych jest bardzo dużo położeń leżących wewnątrz, tak że kilka leżących na zewnątrz nie ma zbyt wielkiego znaczenia. Reguła, że zewnętrzna granica obszaru histerezy przebiega przez ostatni unkt odniesienia rurki, jest prostym rozwiązaniem opisanego problemu.

Zostaną teraz opisane algorytm decyzyjny i określanie współczynnika rurki.

Współczynnik rurki J jest zdefiniowany jako:

^I=lX^{;o£,sl (2}.⁷⁾

Podaje on, j aka część położeń pomiarowych pobranych w odcinku ustalania leży wewnątrz rurki. Wysoka wartość bliska 1 wskazuje na to, że pojazd z dużym prawdopodobieństwem porusza się po autostradzie. Wartość poniżej 0.5 pozwala wnioskować, że pojazd jechał pewien odcinek równolegle do autostrady, a potem zboczył lub przekroczył autostradę.

Porównanie współczynnika rurki z wartością zadaną rurki W jest pierwszym krokiem algorytmu decyzyjnego i realizuje w zasadzie wstępne, szybkie przybliżone zdecydowanie, czy aktywacja kolejnych skomplikowanych modeli decyzyjnych w ogóle się opłaca. Algorytm decyzyjny jest przerywany, jeśli zachodzi J <W. W tym przypadku pojazd nie podlega opłacie.

Ustalenie wartości zadanej W jest przedmiotem optymalizacji parametrów (punkt 6.3), znajduje się on mniej więcej w zakresie 0,6...0,9.

Zostanie teraz opisane zgęszczanie wartości pomiarowych. Kolejny algorytm decyzyjny nie pracuje z pojedynczymi punktami odniesienia, ale z czynnymi grupami odniesienia.

Zgęszczanie wartości pomiarowych, złożonych ze współrzędnych długości i szerokości, znowu zachodzi według kryterium najmniejszej, podniesionej do kwadratu, odległości radialnej. Dla logicznego powiązania typu LUB punktów odniesienia grupy odniesienia, największą moc orzekającą ma ta wartość przyporządkowana, która jest najbliższa punktowi odniesienia. Dokładny dowód matematyczny tego faktu można przeprowadzać na podstawie logiki fuzzy.

Zapamiętana wartość pomiarowa punktu odniesienia, którego zmodyfikowana odległość radialna jest najmniejsza, jest stosowana jako znacząca wartość pomiarowa grupy odniesienia. Dla tej wartości pomiarowej w n-tym punkcie odniesienia ważne są poniższe parametry: różnica długości do punktu odniesienia 6L = Kl(L-L„), różnica szerokości do punktu odniesienia δΒ = Kb(B-B„), precyzja DOP

176 110

Wszystkie inne wartości pomiarowe w odniesieniu do modelu decyzyjnego z logiką fuzzy nie maja znaczenia. Jeśli w czynnej grupie odniesienia w ogóle nie jest zapisana żadna wartość pomiarowa, tutaj nie ma to jeszcze żadnych skutków, ale prowadzi później do negatywnej decyzji co do pobrania opłaty. Nieczynne grupy odniesienia przy zgęszczaniu nie mają już żadnego znaczenia.

Zgęszczanie zapisanych stanów licznika F, kolejność przejazdu, odbywa się arytmetycznnie po wszystkich zapamiętanych wartościach pomiarowych grupy odniesienia. Waga kolejności przejazdu Fg g-tej grupy odniesienia jest obliczana ze wzoru:

Fg _1_

Mg

Ml i=l (2.8)

Fi - zapamiętany stan licznika F i-tej wartości pomiarowej

Mg - liczba wartości pomiarowych w grupie odniesienia

Zostanie teraz opisana ocena kolejności przejazdu. Kolejność przejazdu dla grup odniesieniajest ważnym wskaźnikiem, czy pojazd rzeczywiście porusza się po autostradzie. Wewnątrz odcinka ustalania systemów otwartych zawracanie nie jest przepisowo możliwe, ponieważ nie ma w nim żadnego wyjazdu z autostrady. Jeśli szereg wag kolejności przejazdu nie jest silnie rosnący (albo malejący, w przypadku dwustronnego odcinka ustalania), pojazd korzysta zapewne z dróg krajowych albo miejskich. Dla jednostronnych odcinków ustalania malejąca kolejność przejazdu jest wykluczona.

Jeśli w grupie odniesienia nie jest w ogóle zapisana żadna waga kolejności przejazdu (=0), nie ma to tutaj jeszcze żadnych skutków, ale później prowadzi do negatywnej decyzji co do pobrania opłaty.

Zakłócenie kolejności przejazdu zachodzi, gdy przy rosnącej kolejności waga następnika jest większa o mniej niż Q niż waga poprzednika, przy malejącej kolejności waga następnika jest mniejsza o mniej niż Q niż waga poprzednika.

Jest wtedy podejmowana negatywna decyzja co do pobrania opłaty.

Wartość oddzielającą Q można uważać za wysokość progu między sąsiednimi grupami odniesienia, która musi zostać przekroczona przez różnicę wag kolejności przejazdu. Poprawna kolejność przejazdu jest ustalana przez poniższe zależności:

F_g+i - F_g > Q (rosnąca kolejność przejazdu) (2.9)

F_g - F_g+i > Q (malejąca kolejność przejazdu)

Ustalenie wartości oddzielającej Q jest przedmiotem optymalizacji parametrów, wynosi ona około 1.

Przykład z Q=l:

Szereg: F = 2,7/4,8/7,2/10,1 - silnie rosnąca kolejność przejazdu, różnica między następującymi po sobie wartościami wynosi przynajmniej 1,

Szereg : F = 3,2/4,0/5,9/1,8 - zmienna kolejność przejazdu, różnica między następującymi po sobie wartościami dwa razy jest mniejsza niż 1, raz nawet ujemna, czyli jest to pętla w obszarze autostrady, ale nie na autostradzie.

Zostanie teraz opisane sprawdzanie średniej precyzji. Został już opisany sposób oddziaływania precyzji DOP. W żadnych okolicznościach nie może się zdarzyć, aby pojazd na drodze przebiegającej równolegle został poddany pobraniu opłaty, dlatego że wiele położeń pomiarowych o małej precyzji (wysokiej DOP) wchodzi na autostradę. Zmodyfikowana odległość radialnajest środkiem ograniczenia tej możliwości. Kolejnym środkiem jest porównanie średniej precyzji PIN wszystkich położeń pomiarowych w stanie IN ze średnią precyzją wszystkich wartości przyporządkowanych czynnych grup odniesienia PG według poniższej reguły: Jeśli zachodzi PIN+P < G, to podejmowana jest negatywna decyzja co do pobrania opłaty.

176 110

Wartość porównawcza precyzji P ma tu duże znaczenie. Jeśli jest zbyt mała, normalne wahania DOP wewnątrz szeregu pomiarowego odcinka ustalania będą źle wyrównywane, tak że zbyt dużo będzie decyzji negatywnych. Jeśli jest zbyt duża, sprawdzane średniej precyzji w ogóle jest zbyteczne. Właściwy zakres wartości to 1...3.

Dzięki sprawdzeniu precyzji jest bardziej pewne, że opłata nie zostanie naliczona omyłkowo pojazdowi. Mniejszym złem jest, jeśli wskutek tej reguły w pewnych okolicznościach pojazdowi znajdującemu się na autostradzie uda się uniknąć zapłacenia opłaty.

Przykłady z P = 1,5 i P=3,5 PIN = 3,22; PG = 5,67

P = 1,5: 3,22+1,5 = 4,72< 5,67 - negatywna decyzja z powodu wyraźnych różnic DOP P = 3,5: 3,22+3,5 = 6,72> 5,67 -na razie brak decyzji negatywnej mimo wyraźnych różnic DOP z powodu zbyt dużej wartości porównawczej precyzji.

Zostanie teraz opisana decyzja o pobraniu opłaty w logice fuzzy. Podstawy logiki fuzzy znane są jako takie. Jeśli sprawdzenie współczynnika rurki, kolejności przejazdu i średniej precyzji nie dało żadnych wyników negatywnych, na końcu za pomocą modelu w logice fuzzy nastąpi decyzja co do pobrania opłaty. Ocenia on różnice długości i szerokości wszystkich grup odniesienia, przy czym orzeczenie o bliskości punktu odniesienia jest podejmowane nieostro ze stopniem spełnienia mg E [0,1] odnośnie g-tej grupy odniesienia.

Jest on określany z obu charakterystyk fuzzy dla różnicy długości i szerokości, których pojedyncze parametry muszą być jeszcze poddane kwantowaniu. Obie charakterystyki fuzzy powinny być identyczne w parametrach.

Figura 4 pokazuje kształt takiej charakterystyki fuzzy z trzema parametrami decydującymi: tolerancją t, szerokością wpływu e, intensywnością kontrastu a E [1,=6].

Trzeci parametr niejest przedstawiony dostatecznie wyraźnie, opisuje stopień rozszerzenia w górnej połowie albo zwężenia w dolnej połowie boku względem prostej. Otrzymana w wyniku krzywa boczna spełnia równanie:

μ° = 0.5[2μ]“; μ< 0.5 (2.10) μ^θ = 1 - 0.5[2(1-μ)]“; μ> 0.5

Kształt charakterystyki fuzzy można interpretować tak, że dla małych odległości od punktu odniesienia ustawiany jest maksymalny stopień spełnienia 1 przy warunku spełnionym w 100%, dla średnich odległości szara strefa ze stopniem spełnienia spadającym do zewnątrz, przy warunku spełnionym w pewnym procencie, a dla dużych odległości stopień spełnienia jest ustawiany na 0, przy warunku w ogóle nie spełnionym.

Dla każdej grupy odniesienia ustalane są: stopień spełnienia dla różnicy długości mLg, stopień spełnienia dla różnicy szerokości mBg.

Jak pokazuje fig. 4, odmierza się na osi x różnicę długości albo szerokości, ustala się punkt przecięcia powstałej linii pionowej z charakterystyką fuzzy i prowadzi linię poziomą do osi y, gdzie odczytuje się stopień spełnienia. Różnicę długości i szerokości trzeba oceniać oddzielnie, ponieważ konstrukcja charakterystyki wynika z oddzielnej statystyki tolerancji odbiornika GPS dla współrzędnych długości i szerokości.

Stopień spełnienia jest określany przez powiązanie FUZZY-AND:

gg = yMIN^Lg, μ_Βδ) + (l-γ) * l/2(HŁ_g + μ_Βε) (2. 11)

Ważną rolę odgrywa tu g-operator E [0,1], który odważa między minimum a średnią arytmetyczną, i którego dokładna wartość będzie przedmiotem optymalizacji parametrów. Stopień spełnienia m E [0,1 ] względem całego odcinka ustalaniajest określany przez wielokrotne FUZZY-AND z tym samym g-operatorem, co w równaniu (2.11):

^G μ = γΜΙΝ(μι, μ₂. . . μ₆) + (1 - γ) * - £ μ₉G _π=, (2. 12)

176 110

Dzięki tej zależności wszystkie grupy odniesienia są zjednakowym znaczeniem stosowane w podejmowaniu decyzji. Nie ma żadnych pojedynczych czynników istotności dla poszczególnych grup odniesienia. Równoważność grup odniesienia jest ważnym warunkiem brzegowym dla kształtu odcinków ustalania.

Ostatnim krokiem decyzji co do pobrania opłaty jest porównanie z ustawioną wartością progową pobrania S opłaty za pomocą reguły: płać, jeśli m> S, w przeciwnym razie nie.

Wartość progowa leży w zakresie około 0,6.. .0,8. Ważnym punktem zaczepienia jest to, że w przypadku bardzo małego stopnia spełnienia w grupie odniesienia, np. = 0, gdy przez tą grupę odniesienia w ogóle nie przejeżdżano, stopień spełnienia względem całego odcinka ustalania musi na pewno być mniejszy od wartości progowej pobierania.

Przykład z g = 0,5 i S = 0,7.

Stopień spełnienia	Grupa 1	Grupa 2	Grupa 3	Łącznie
Długość	0,75	0,98	0,88
Szerokość	0,86	1,00	0,62
Razem	0,7775.	0,985	0,685.	0,7504 >0.7

Łączny stopień spełnienia jest większy od wartości progowej pobierania. Dzięki powiązaniu według logiki fuzzy, oddziaływanie pojedynczej wartości minimalnej 0,62 jest relatywizowane.

Znacznik Płacić tak/nie? jest najważniejszym parametrem wyjściowym całego algorytmu lokalizującego. Ma on dwa stany:

VOID - brak pobrania opłaty, stan podstawowy, nie, 0 oraz PAY - pobranie opłaty, tak, 1.

Ponadto wskazywana jest liczba kodowa przekraczanego odcinka ustalania.

m

Fig. 4

176 110

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób lokalizacji pojazdu przy określaniu opłat za użytkowanie wydzielonej trasy komunikacyjnej, w funkcji mijania punktów detekcji na trasie komunikacyjnej, podczas którego określa się ciągle położenie geograficzne pojazdu, stosując radiolokację, w szczególności stosując system GPS i porównuje się te określone położenia, z położeniami geograficznymi wirtualnych punktów detekcji, których położenia zapamiętuje się jako wybrane punkty trasy komunikacyjnej, znamienny tym, że wirtualne punkty detekcji tworzy się w każdym przypadku przez sektor detekcji w kształcie paska wzdłuż łańcucha punktów na określonym odcinku poszczególnej trasy komunikacyjnej, porównuje się te określane ciągle położenia z punktami w sektorze detekcji, przy czym przyjmuje się, że pojazd minął punkt detekcji, jeżeli określa się, że pojazd przejechał przez sektor detekcji na całej długości i zbiera się opłaty za użytkowanie przejechanego sektora detekcji.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że punkty dobiera się tak, że tworzy się je z wielu punktów odniesienia określonych przez położenia geograficzne, których odległość jest mniejsza od błędu pomiarowego systemu radiolokacyjnego i przyjmuje się, że pojazd minął stanowisko ustalania, jeśli wszystkie punkty odniesienia wykazują odległość od położeń określonych dla pojazdu mniejszą od odległości założonej.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że punkty dobiera się tak, że tworzy się je z wielu punktów odniesienia określonych przez położenia geograficzne, których odległość jest mniejsza od błędu pomiarowego systemu radiolokacyjnego, a przez część punktów odniesienia odcinka ustalania tworzy grupę odniesienia i przyjmuje się, że pojazd minął stanowisko ustalania, jeśli wszystkie grupy odniesienia wykazują odległość od położeń określonych dla pojazdu mniejszą od odległości założonej.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że punkty dobiera się tak, że tworzy się je z jednego albo wielu punktów odniesienia określonych przez położenia geograficzne i funkcji charakteryzującej przebieg drogi wewnątrz odcinka ustalania.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że przyjmuje się, że pojazd przekroczył stanowisko ustalania, jeśli żaden punkt krzywej nie leży dalej od jednego z określanych na bieżąco położeń geograficznych pojazdu, niż wynosi błąd pomiarowy systemu radiolokacyjnego.
6. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że przed znalezieniem się pojazdu na odcinku ustalania, sprawdza się przez porównanie położenia, czy pojazd znajduje się w obszarze o większej powierzchni, w zasadzie obejmującym odcinek ustalania.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że jako obszar o większej powierzchni stosuje się prostokąt.