专利名称：地面交通用永磁体构成的航线和信标的方法及编码的制作方法
技术领域：
本发明涉及地面机动运载装置的自动控制和自动化管理技术，它只是该技术领域最基础的一部分即地面交通用永磁体构成的航线和信标的方法及编码。
目前GPS卫星定位系统及其它无线电导航系统能为机动载体提供位置及导航信息，但它还难以满足地面机动运载装置自动驾驶对位置精度及其它某些信标方面的要求，虽有基本上采用主动测控方式实现汽车自动驾驶及智能运载机器人的报道，但这项技术与实用化尚有很大距离。
本发明的目的在于给出一种能够被检测系统容易识别的信息量大的可靠的道路标志，它能够用于测控系统对地面机动载体的自动化控制和自动化管理。本发明可以达到测控装置的要求，提供固定的地面导航、交通管理及其它信息。是实现对机动载体的自动化控制和管理的重要一环，也是一项最基础的技术内容。
本发明包含两部分内容1.地面交通用永磁体构成的磁性航线和信标的方法a)有关问题的说明及定义航线指设定的一条机动载体运行的轨迹线；信标符合一定信息编码与传输格式的信息标志；步距指航线上两个相临永磁体之间的间距；Hev地磁场的垂直分量；Ham永磁体的轴向分量；Hfm合成磁场；Bh高于路面400毫米，横向偏离永磁体，轴向磁场强度分量Ham(-3db)幅度半衰宽度；本发明中定义，在北半球N、S磁极自上而下，在南半球自下而上设置为正向，并用代码“1”代表其状态；反之为负向，并用代码“0”代表其状态。永磁体的编排间距称之为步距，公路交通中的步距分A、B、C、D、E五个等级，分别用Sa、Sb、Sc、Sd、Se代表。其中Sa＝8M；Sb＝4M；Sc＝2M；Sd＝1M；Se＝1.5M。Sa、Sb、Sc、Sd为速度步距，Se为编码步距。本发明中定义地磁场垂直分量向下为正，因而地磁场垂直分量北半球为正，南半球为负。
b)永磁体的主要构成形式永磁体采用直径26毫米、长度280毫米(允许拼装)圆柱体，材料选择铁氧体35；或采用直径16毫米、长度280毫米(允许拼装)钕铁硼永磁体。永磁体充磁并经过老化处理，装在带有黑(在“N”磁极端)、白色(在“S”磁极端)堵头的外径32或20毫米、长290毫米的PVC塑料管中，然后密封。塑料管外面涂有分档色标。永磁体按距N极端头轴线方向0.6米给定点处的磁场强度分档，并用色标表示，色标分档如下棕色16±0.5A/M红色17±0.5A/M橙色18±0.5A/M黄色19±0.5A/M绿色20±0.5A/M青色21±0.5A/M兰色22±0.5A/M紫色23±0.5A/M灰色24±0.5A/Mc)永磁体的埋设永磁体周围路基必须稳固，轴线与路面垂直，按照信标的信息编码及传送格式，沿航线按步距要求单线排列，带管子的永磁体在埋设时，任意连续的100只永磁体组中，仅允许连续档次的两种永磁体出现。根据道路等级、路面强度的不同及磁性能要求，埋设深度Ld(永磁体上部与地面的距离)可在150-250mm范围内选择或调节，埋设的永磁体轴向高于路面400毫米处的磁场强度(不包含地磁场)要求如下磁场强度Ham大于16A/M相临步距间磁场强度差不大于1.6A/M任意100个步距内最大与最小之差不大于2A/M任意1000个步距内最大与最小之差不大于3A/MHam(-3db)幅度半衰宽度Bh0.6±0.1Md)步距S的选择范围根据道路等级、具体路况及相适应的车速选择步距。一般情况下，高速公路、一级公路选择Sa步距；一级、二级公路选择Sb步距；三级及以下等级选择Sc步距；Sd步距用于10公里/小时以下速度及8米以下小半径转弯的场合；在编码的路段均使用Se编码步距。
2.地面交通用永磁体构成的磁性航线和信标的编码a)有关问题的说明这里着重阐述地面交通磁性航线和信标技术在公路交通领域应用中，一般编码原则及数据传输格式，比较典型的状态和控制的确定与编码等。经过一个步距传送一位二进制编码。一个信标在公路上的标定位置是信标信息帧中的停止位或停止符的最末一位。除有信息帧的航线段外，其余航线段每位编码均为“1”状态。公路(道路)的交会点是网络的转换点，将可能产生信标编码的不连续，须在这里设置直接编码信标及网络保持标识信标。网络保持状态下的网络保持标识字段编码值相同；网络交会状态，各不同网络上的网络保持标识字段编码值互不相同。通过间接编码可用递推方法求出相对应的直接编码。
b)数据传输有两种格式b1)多车道线路信息帧传输格式根据地面交通磁性航线和信标技术及机动载体运行的具体特点，多车道线路信标编码数据采用无定波特率、无定长、串行移位帧传输格式。每一信息帧(信标)中数据段的长、短取决于“C/I”位及后续的D0～D7位。最短的信息帧为11位，最长的信息帧为67位(方案二)，数据段D0～Dn必须是整数字节，低位在先。这种信息帧传输格式称为“M”制式，其格式为B0位为起始位，代码为“0”；B1位为“C/I”控制/信息标志位，代码分别为“1/0”；B2～Bn+2为数据(D0～Dn)；Bn+3最末位为停止位，代码为“1”。
b2)单车道线路数据传递格式根据单车道一道两向运行的具体特点，对原多车道数据传输帧格式作如下更改原起始位“0”用标识符“011111100”代替，原停止位用标识符“101111110”代替，并对连同“C/I”位一起的数据采用“零位插入技术”处理。其处理方法是当数据串中“0”位后连续出现5个“1”时，插入一个“0”，从而保证数据串中不出现标识符“011111100”或“101111110”。检测系统需要对接受到的数据串做“零位删除技术”处理，过程与“零位插入”相反，以恢复原数据。在设置编码信标时，无论正向或反向信标，每帧相间间距应在9位以上。这种数据传输格式称为“S”制式，其格式为B0-B8九位起始标识符“011111100”；B9位为“C/I”控制/信息标志位，代码分别为“1/0”；B10～Bn+10位为数据(D0～Dn)；Bn+11～Bn+19九位停止标识符“101111110”；
信息帧在检测系统反向运行条件下，逐位逆向传入检测系统，检测系统应把字符“011111101”认定为信息帧逆向输入起始标志，把字符“001111110”认定为信息帧逆向输入停止标志。从而，摒弃这组输入。这就使得反向输入的信标编码能够被检测系统正确识别。
c)信标的信息编码在公路交通中，按功能信标大致可分为两大类一类主要是面向自动驾驶装置，向其提供诸如限定速度、向左或向右转弯及半径、上坡或下坡及坡度等控制信息的信标，特点是要求简明、快速、可靠，称其为控制信标，其编码称控制信息字段；另一类主要是指面向导航装置或驾驶员的信标，向它提供诸如交通警告或提示、交通管理或导航信息及其它提示信息，称其为提示信标，其编码称提示信息字段。在控制信息字段中，有一个字节、两个字节和三个字节形式之分；在提示信息字段中，根据其规模、构成形式、功能特点的不同，又分为公路交通信标、城市交通信标和交通管理信标。控制信息字段直接提供控制信息，而提示信息需要采用数据库的管理形式，提示信息字段仅形成诸多信息组的代码。对应三种不同形式的提示信标，其数据库分别为公路交通信息库、城市交通信息库、交通管理信息库。
c1)控制信息字段在信息帧中，C/I位是控制/信息标志位，C/I＝1代表所传输的数据是控制信息字段。C/I位后续的D0-D7位为控制信息字段的第一字节，低位在先，各位所代表的状态定义如下D0-D2限定速度标志位；D3-D4道路状态标志位；00平直；01转弯；10有坡直行；11有坡转弯；D5转向标志位；0左转弯；1右转弯；D6上、下坡标志位；0下坡；1上坡；D7控制字段单字节/双字节标志位；0单字节
1双字节；D8停止标志位；0停止；1运行；D9禁行标志位；0禁行；1通行；D10陡坡标志位；0缓坡；(0°-5°)1陡坡；(5°以上)D11协调转弯标志位；0非协调转弯；1协调转弯；D12转弯半径上、下偏离标志位；0下偏离；1上偏离；D13偏离挡数标志位；0偏离一挡；1偏离两挡；D14多道线路标志位；0多道线路；1单道线路；D15保留位；D16-D21转弯步距数；D22保留位；D23保留位；限定速度上限按下式求出V＝2.5×2NKm/H式中N＝(D2、D1、D0)BCD＝0-7，限定速度共分八挡，即Nv＝0-7，各挡速度容差为V(0)＝0～2.5Km/H；V(1)＝2.5～5 Km/H……依次类推。
道路转弯半径R同样分八挡，即Nr＝0～7，在协调转弯的设置条件下，与限定速度挡次一一对应。协调转弯条件下各挡转弯半径在道路设计中统一规定。
在永磁体的设置中，速度步距S与限定速度挡Nv对应关系为Nv＝6～7选择S＝8M；Nv＝4～5选择S＝4M；Nv＝3选择S＝2M；Nv＝0～2选择S＝1M。
在单字节的控制信息字段情况下，转弯默认为协调大转弯，坡度默认为缓坡。
对于存在Nr＝0～4转弯挡的控制字段，扩展了第三字节，称其为扩展控制字段。其中D16-D21六位表示转弯步距数。
控制字段中D11＝0表明该转弯为非协调型转弯，D12位表明了转弯挡Nr相对于限定速度挡Nv是向上偏离还是向下偏离，D13位表明了偏离量。
c2)提示信息字段提示信息字段的第一字节提示信息字段的第一字节提供了该提示信息字段的类别及其它信息，其构成形式为D2D1D0提示信息字段的类型标志000短交通管理信息字段001长交通管理信息字段010里程信标间接编码011里程信标直接编码100间接编码标志101直接编码标志110网络连续标志111保留D3城市/公路交通信标(方案二为保留)0城市交通信标1公路交通信标D4交会节点/普通节点标志0交会节点标志1普通节点标志D5递增/递减标志位0递增1递减D7D6网络级别标志位00一级网络01二级网络10三级网络11四级网络当D2D1D0为“000”状态，表明该提示信息字段是短交通管理信息字段，信息代码由该字节的D3-D7位提供；
当D2D1D0为“001”状态，表明该提示信息字段是长交通管理信息字段，由两个字节组成，信息代码D3-D15位提供；当D2D1D0为“010”状态，表明该提示信息字段是里程信标间接编码，在这种情况下，D5＝0表明里程属递增形式；D5＝1表明里程属递减形式；当D2D1D0为“011”状态，表明该提示信息字段是里程信标直接编码，信标编码给出的是里程的真实值。该提示信息字段由两个字节构成，里程由D3-D15十三位二进制数表示，最大可表示8191公里；当D2D1D0为“100”状态，表明该提示信息字段采用的是间接编码。在这种情况下，D5＝0表明编码属递增形式，D5＝1表明编码属递减形式；当D2D1D0为“101”状态，表明该提示信息字段采用的是直接编码；当D2D1D0为“110”状态，表明该提示信息字段的D3-D7是网络保持标识代码，该提示信息字段称网络保持标识字段；在不是交通管理信息字段的情况下，D3-D7所代表的提示信息字段的类型如下D3＝0时，表明该提示信息字段是城市交通信息型；D3＝1时，表明该提示信息字段是公路交通信息型；D4＝0时，表明该提示信息字段是公路交会节点型信标；D4＝1时，表明该提示信息字段是其它节点型信标；D7、D6是网络级别标志位，D7D6＝00时，表明该提示信息帧是一级网络信标；D7D6＝01时，表明该提示信息帧是二级网络信标；D7D6＝10时，表明该提示信息帧是三级网络信标；D7D6＝11时，表明该提示信息帧是四级网络信标。
提示信标有两种划分方案方案一提示信标分三种类型，分别称为公路交通信标、城市交通信标、交通管理信标，对应了三种不同类型的提示信息字段；方案二提示信标分两种类型，分别称为公路(含城市道路)交通信标、交通管理信标，对应了两种不同类型的提示信息字段。
方案一、公路交通中信标编码的构成形式在公路线路上有三种特定点一、城市(在某条公路线路上用一特定点标定它)；二、公路交会点；三、公路线路上的其它信标设置点。这些点泛称公路线路上的节点，连接这些节点的线路泛称网络。对于国家统一标定的干线公路，仍沿用原公路编号，称一级网络，用16位二进制代码表示；与干线公路有交会点的支线公路称二级网络，用12位二进制代码表示；与上述支线公路有交会点的公路称三级网络，用12位二进制代码表示。一级网络上的节点用16位二进制代码表示；二级网络上的节点用12位二进制代码表示；三级网络上的节点用8位二进制代码表示。与上一级网络有两个以上交会点的网络只定义为其中代码值最小的一条网络的下级网络，一条道路只定义一次。完整的三级网络节点编码由D0-D55七个字节组成，其结构形式为从第2字节开始，即D8-D23十六位为一级网络代码；D24-D35十二位为二级网络代码；D36-D47十二位为三级网络代码。当节点为一级网络节点时(即机动载体运行在一级网络上)，D24-D39十六位为节点代码；当节点为二级网络节点时，D36-D47十二位为节点代码；当节点为三级网络节点时，D48-D55八位为节点代码。以上叙述的是网络上节点的直接编码，凡是节点须设置信标，同一网络上节点的直接编码应是连续的。
城市交通中信标编码的构成形式城市交通中信标编码采用一、二、三级网络的构成形式。城市中的行政单位、道路交会点、交通管理及其它信标设置点均称作节点，连接这些节点的城市道路称作网络。道路编码首先从一级网络开始，城市主要干道及过境公路段定义为一级网络；与一级网络交会的具有双相通过能力的道路定义为二级网络；与二级网络交会的道路定义为三级网络；其余未定义的道路均定义为一个节点。与上一级网络有两个以上交会点的道路只定义为其中代码值最小的一条网络的下级网络，一条道路只定义一次。完整的三级网络节点编码由D0-D55七个字节组成，其结构形式为从第2字节开始，即D8-D23十六位为一级网络代码；D24-D35十二位为二级网络代码；D36-D47十二位为三级网络代码。当节点为一级网络节点时(即机动载体运行在一级网络上)，D24-D39十六位为节点代码；当节点为二级网络节点时，D36-D47十二位为节点代码；当节点为三级网络节点时，D48-D55八位为节点代码。以上叙述的是城市交通网络上节点的直接编码，凡是节点须设置信标，同一条网络上相临节点的直接编码应是连续的。
交通管理信标编码的构成形式一般的情况下，这些信标信息具有必读性强、重读性高、信息量小的特点。交通管理信息代码构成形式为交通管理信息字段分长、短两种。短交通管理信息字段由提示信息字段第一字节中的D3-D7位确定，代表重要且出现频率高的32种交通管理或提示信息；长交通管理信息字段由D3-D15位确定，可代表8192种交通管理或提示信息。
方案二、公路交通中信标编码的构成形式方案二采用四级网络结构形式。在公路线路上有四种特定点一、城市(在某条公路线路上用一特定点标定它)；二、公路(含城市道路，下同)交会点；三、公路线路上的其它信标设置点；四、行政单位，这些点泛称公路线路上的节点，连接这些节点的线路泛称网络。对于国家统一标定的干线公路，仍沿用原公路编号，称一级网络，并且地区级以上城市定义一条主干道为一级网络，一级网络用16位二进制代码表示；与干线公路有交会点的支线公路称二级网络，用12位二进制代码表示；与上述支线公路有交会点的公路称三级网络，用12位二进制代码表示；与称为三级网络有交会点的公路为四级网络，用8位二进制代码表示；其余未定义的道路均定义为一个节点，用8位二进制代码表示；一级网络上的节点用16位二进制代码表示；二级网络上的节点用12位二进制代码表示；三级网络上的节点用8位二进制代码表示；四级网络上的节点用8位二进制代码表示。与上一级网络有两个以上交会点的网络，只定义为其中代码值最小的一条网络的下级网络，一条道路只定义一次。完整的四级网络节点编码由D0-D63八个字节组成，其结构形式为从第2字节开始，即D8-D23十六位为一级网络代码；D24-D35十二位为二级网络代码；D36-D47十二位为三级网络代码；D48-D55八位为四级网络代码。当节点为一级网络节点时(即机动载体运行在一级网络上)，D24-D39十六位为节点代码；当节点为二级网络节点时，D36-D47十二位为节点代码；当节点为三级网络节点时，D48-D55八位为节点代码；当节点为四级网络节点时，D56-D63八位为节点代码。以上叙述的是网络上节点的直接编码，凡是节点须设置信标，同一网络上节点的直接编码应是连续的。以上所述是方案二与方案一的差别部分，其余部分与方案一完全相同。
地面交通磁性航线和信标所提供的离散化磁性轨迹，以及加载其上的信息编码，能被相适应的检测装置所检测。向其提供固定的地面交通信息，以用于地面机动载体的自动控制和交通管理。它促使机动载体从目前的人工驾驶状态向自动驾驶状态的过渡。与其它的可能被用于确定航线和信标的技术相比，它具有系统可靠性高、经济有效的特点。
权利要求
1.一种地面交通用永磁体构成的磁性航线和信标的方法，其特征在于a)将永磁体充磁并经老化处理后，按其磁场强度分档，装在带有黑、白色堵头的塑料管中，密封，黑色堵头在“N”磁极端，白色堵头在“S”磁极端，塑料管外涂有磁场强度分档色标；b)道路上埋设永磁体的步距选择一般情况下，高速公路、一级公路选择8M，一级、二级公路选择4M，三级以下的公路选择2M，10公里/小时以下速度及8米以下小半径转弯的场合选择1M，编码步距选择1.5M；在永磁体的设置中，速度步距S与限定速度挡Nv对应关系为Nv是6～7时，选择S为8M；Nv是4～5时，选择S为4M；Nv是3时；选择S为2M；Nv是0～2时，选择S为1M；c)永磁体轴向垂直于道路表面，沿航线单线排列，信标编码中的“1”用“S”磁极朝下状态表示，信标编码中的“0”用“N”磁极朝下状态表示；埋设深度150-250毫米，埋设的永磁体在路面上方400毫米处不包含地磁场的磁场强度要求如下磁场强度Ham大于16A/M相临步距间磁场强度差不大于1.6A/M任意100个步距内最大与最小之差不大于2A/M任意1000个步距内最大与最小之差不大于3A/MHam(-3db)幅度半衰宽度Bh0.6±0.1M
2.一种地面交通用永磁体构成的磁性航线和信标的编码，其特征在于a)数据传输格式经过一个步距传送一位二进制编码，除有信息帧的航线段外，其余航线段每位编码均为“1”状态；一个信标在公路上的标定位置是信标信息帧中的停止位或停止符的最末一位；多车道线路信标编码数据采用无定波特率，无定长，串行移位帧传输格式，每一信息帧中数据段的长、短取决于“C/I”位及后续的数据第一字节，即D0～D7位。在信息帧中，第1位为起始位，代码为“0”，第2位为“C/I”控制/信息标志位，代码分别为“1/0”，其后D0～Dn为数据，数据必须是整数字节，最末位为停止位，代码为“1”；单车道线路数据传递格式对原多车道数据传输帧格式作如下更改原起始位“0”用标识符“011111100”代替，原停止位“1”用标识符“101111110”代替，并对连同“C/I”位一起的数据采用“零位插入技术”处理，其处理方法是当数据串中“0”位后连续出现5个“1”时，插入一个“0”，从而保证数据串中不出现标识符“011111100”或“101111110”，在设置编码信标时，无论正向或反向信标，每帧相间间距应在9位以上；b)控制信标的编码在信息帧中，C/I位是控制/信息标志位，C/I＝1代表所传输的是控制信息字段，在C/I位后续的D0-D7位为控制信息字段的第一字节，D8-D15位为第二字节，D16-D23位为第三字节，低位在先，各位所代表的状态如下D0-D2限定速度标志位D3-D4道路状态标志位00平直01转弯10有坡直行11有坡转弯D5转向标志位0左转弯1右转弯D6上、下坡标志位0下坡1上坡D7控制字段单字节/双字节标志位0单字节1双字节D8停止标志位0停止1运行D9禁行标志位0禁行1通行D10陡坡标志位0缓坡1陡坡D11协调转弯标志位0非协调转弯1协调转弯D12转弯半径上、下偏离标志位0下偏离1上偏离D13偏离挡数标志位0偏离一挡1偏离两挡D14多道线路标志位0多道线路1单道线路D15保留位D16-D21转弯步距数D22保留位D23保留位c)提示信标的编码c1)提示信息字段的第一字节，各位所代表的状态如下D2D1D0提示信息字段的类型标志000短交通管理信息字段001长交通管理信息字段010里程信标间接编码011里程信标直接编码100间接编码标志101直接编码标志110网络连续标志111保留D3城市/公路交通信标0城市交通信标1公路交通信标D4交会节点/普通节点标志0交会节点标志1普通节点标志D5递增/递减标志位0递增1递减D7D6网络级别标志位00一级网络01二级网络10三级网络11四级网络c2)公路交通中提示信标编码的构成形式1(不含城市道路)在公路线路上给出三种特定点分别是城市、公路交会点、公路线路上的其它信标设置点，连接这些点的线路组成网络；国家统一标定的干线公路，用原公路编号为一级网络，用16位二进制代码表示；与干线公路有交会点的支线公路为二级网络，用12位二进制代码表示；与上述支线公路有交会点的公路为三级网络，用12位二进制代码表示；一级网络上的节点用16位二进制代码表示，二级网络上的节点用12位二进制代码表示，三级网络上的节点用8位二进制代码表示；与上一级网络有两个以上交会点的网络只定义为其中代码值最小的一条网络的下级网络，一条道路只定义一次；完整的三级网络节点编码由D0-D55七个字节组成，其结构形式为从第2字节开始，即D8-D23十六位为一级网络代码，D24-D35十二位为二级网络代码，D36-D47十二位为三级网络代码；当节点为一级网络节点时，D24-D39十六位为节点代码；当节点为二级网络节点时，D36-D47十二位为节点代码；当节点为三级网络节点时，D48-D55八位为节点代码；以上是网络上节点的直接编码，同一网络上节点的直接编码应是连续的；c3)公路交通中提示信标编码的构成形式2(含城市道路)在公路线路上给出四种特定点，分别是城市、公路交会点、公路线路上的其它信标设置点、行政单位，连接这些点的线路组成网络；国家统一标定的干线公路，用原公路编号为一级网络，地区级以上城市定义一条主干道为一级网络，一级网络用16位二进制代码表示；与干线公路有交会点的支线公路为二级网络，用12位二进制代码表示；与支线公路有交会点的公路称三级网络，用12位二进制代码表示；与三级网络有交会点的公路为四级网络，用8位二进制代码表示；其余未定义的道路均定义为一个节点，用8位二进制代码表示；一级网络上的节点用16位二进制代码表示，二级网络上的节点用12位二进制代码表示，三级网络上的节点用8位二进制代码表示，四级网络上的节点用8位二进制代码表示；与上一级网络有两个以上交会点的网络，只定义为其中代码值最小的一条网络的下级网络，一条道路只定义一次；完整的四级网络节点编码由D0-D63八个字节组成，其结构形式为从第2字节开始，即D8-D23十六位为一级网络代码，D24-D35十二位为二级网络代码，D36-D47十二位为三级网络代码，D48-D55八位为四级网络代码；当节点为一级网络节点时，D24-D39十六位为节点代码；当节点为二级网络节点时，D36-D47十二位为节点代码；当节点为三级网络节点时，D48-D55八位为节点代码；当节点为四级网络节点时，D56-D63八位为节点代码；以上是网络上节点的直接编码，同一网络上节点的直接编码应是连续的；c4)交通管理提示信标编码交通管理信息字段分长、短两种，分别由一个字节、两个字节组成，短交通管理信息字段由D3-D7位确定，代表重要且出现频率高的32种交通管理或提示信标信息，长交通管理信息字段由D3-D15位确定，代表8192种交通管理或提示信标信息。
全文摘要
本发明涉及地面机动运载装置的自动控制和自动化管理技术领域。它采用永磁体,按照一定间距沿一定轨迹单线排列,其N、S磁极正或反向垂直于路面且符合一定信息编码与传输格式埋设,从而构成地面交通磁性航线和信标。本发明可以达到测控装置的要求,提供固定的地面导航、交通管理及其它信息。是实现对机动载体的自动化控制和管理的重要一环。
文档编号G01S3/00GK1252527SQ9812376
公开日2000年5月10日 申请日期1998年10月27日 优先权日1998年10月27日
发明者李善伯 申请人:李善伯