CN101233550A - 多模式交通优先/先占交叉路口装置 - Google Patents

Abstract

一种包括至少一个参数和信号解码电路的交通灯控制系统。一个参数或多个参数有助于区分多通信模式。信号解码电路具有前置电路和后置电路。前置电路适宜于接收各自在多通信模式下传输的信号。前置电路适宜于产生表示各自信号的至少一部分的数据。后置电路适宜于根据各自与多通信模式相关联的多交通灯控制协议中至少之一解析和处理所产生的数据。信号解码电路适宜于访问所述的至少一个参数并把所产生的数据与多通信模式中之一相关联。

Description

多模式交通优先/先占交叉路口装置

技术领域

本发明涉及允许通过使用数据通信而远程控制交通灯系统的方法和系统，特别涉及从光发射机到光探测器的光脉冲传输，所述光探测器与交叉路口的交通灯控制器是通讯耦合的。

背景技术

交通信号很早就被使用以控制交叉路口处的交通流。通常，交通信号依靠计时器或车辆传感器而确定何时改变交通信号灯的状态，从而从而指示出交替的禁止通行和其它可通行的交通方向。

紧急车辆，例如警车，救火车，救护车，通常被允许不必考虑交通信号而穿过交叉路口。紧急车辆典型的依靠喇叭，汽笛和警示灯来警示接近交叉路口的其他司机紧急车辆将要穿过交叉路口。然而，由于听觉障碍、空调、音频系统和其他使注意力分散的事物，靠近交叉路口的车辆的司机经常没有意识到由接近的紧急车辆所发出的警示。

当前有许多光学交通优先系统允许紧急车辆先占在其所处的交叉路口的交通信号的常规操作从而使车辆能够迅速通过交叉路口。这些光学交通优先系统允许在光通信系统中嵌入代码从而能够标识每个车辆并提供安全性。这种代码能够与在交叉路口处的授权码表相比较从而限制非授权用户的通过。然而，各种光学交通优先系统是不兼容的，因为用于每个光学交通优先系统的车辆识别码是通过使用不一致的调制方式被嵌入在光通信系统内的。

通常，使用特殊调制方式的光学交通优先系统是独立购买的并在每个管辖区域内实施，比如一个城市。因而，此管辖区域内的交通灯和紧急车辆被装配而使用此特殊的调制方式。然而，邻近管辖区域可能使用利用不兼容的调制方式嵌入车辆识别码的装置。通常，警车追击或救护车的路线可能会穿越几个使用不兼容的调制方式嵌入车辆识别信息的管辖区域。授权允许从邻近管辖区域内来的车辆先占交通灯同时保持合适的安全性而防止非特许用户先占交通灯可能是繁重的和昂贵的。

发明内容

本发明集中于克服上述挑战和其他与上面讨论的和其他应用中的方法和实施相关的类型。本发明以大量实施例和应用作为示例，其中一些将在下面概述。

关于第一实施例，本发明集中于允许通过使用多通信系统而远程控制交通灯系统的实现方案。

在更多特殊的实施例中，交通灯控制系统包括至少一个参数和信号解码电路。这一个或多个参数有助于多通信模式间的区分。信号解码电路具有前置电路和后置电路。前置电路适用于接收在多通信模式中传输的各自的信号。前置电路适用于产生代表各自信号的至少一部分的数据。根据各自与多通信模式相关联的多交通灯控制协议中的至少之一，后置电路适用于解释和处理所产生的数据。信号解码电路适用于访问至少一个参数并把所产生的数据与多通信模式之一相关联。

本发明的上述概括不意味着描述了每个有附图的实施例或每一个本发明的实现。下面的附图和详细描述是这些实施例的更特别的示例。

附图说明

通过参考本发明的各种实施例的详细的描述以及结合附图，本发明可能会被更完全的理解，其中：

图1所示为接近一个典型交通交叉路口的公共汽车和救护车的立体图，安装在公共汽车和救护车上的发射机各自使用本发明的各自不一致的通信模式发送光信号；

图2A，2B和2C所示为在车辆和交叉路口处的装置间传输的光脉冲，其用于本发明的各种示例通信模式；

图3所示为用于本发明一个实施例的光学交通先占系统的组件的框图；

图4所示为本发明的另一个实施例的光学交通先占系统的组件的框图；

附图中的示例展示了本发明的特点并将在下文中详细描述，同时，本发明可以通过修改以形成各种改进和替代形式。然而，应该理解本发明不应该局限于所描述的特殊的实施例。相反，本发明涵盖所有落入被所附权利要求所定义的本发明的思想主旨和保护范围内的改进，等同和替代方案。

具体实施方式

本发明被认为可以应用于光学交通先占系统中的各种不同通信模式。在本发明不应该被局限于这些途径的同时，通过使用这些和其他相关文字对各种具体实施例的讨论，本发明的各个方面可以被更好的理解。

图1中所示的光学交通先占系统以概括的方式展示出用于实现本发明具体实施例的基本电路。关于这一点，图1展示了典型的具有交通信号灯12的交叉路口10。交通信号控制器14通过状态序列对交通信号灯进行序列控制，该状态序列允许交通流交替通过交叉路口10。交叉路口10安装有光学交通先占系统，所述光学交通先占系统具有本发明相关的特定的方面和特性以便能够以有效、灵活和实用的方式支持多通信模式。

通过光发射机24A、24B和24C、探测器集合16A和16B，和状态选择器18的方式，这种对多通信模式的支持功能被提供在图1所示的光学交通先占系统中。探测器集合16A和16B被配置以便探测来自安装在接近交叉路口的授权车辆上的光发射机24A、24B和24C的光脉冲。探测器集合16A和16B与状态选择器18通信，所述状态选择器典型地位于与交通控制器14所处的位置相同的盒体内。

在图1中，救护车20和公共汽车22正接近交叉路口10。光发射机24A安装在救护车20上并且光发射机24B安装在公共汽车22上。光发射机24A和24B均发送光脉冲流。光脉冲流能够传输标识了所要求的操作的数据值，例如先占交通灯12的常规操作从而允许车辆20或22能够迅速穿过交叉路口10。探测器集合16A和16B接收这些光脉冲并发送输出信号到状态选择器18。状态选择器18处理并验证来自于探测器集合16A和16B的输出信号。

光发射机24A和24B可以使用不兼容的通信模式和调制方式把数据值嵌入在光脉冲流中。不管特殊的光发射机24A和24B使用的是何种通信模式，本发明的不同的实施例能够通过监测器集合16A和16B以及状态选择器18提供对嵌入在光脉冲流中的数据值的提取和验证。在对要求的操作进行了提取和成功的验证之后，状态选择器18能够向交通信号控制器14发出状态请求从而先占交通信号灯12的常规操作。

图1还显示出操作便携式光发射机24C的授权个人21，显示出所述便携光发射机安装在摩托车23上。在一个实施例中，根据各自与多通信模式相关联的多交通灯控制协议，发射机24C被用于构造探测器集合16A和16B和/或状态选择器18的参数，包括用于区分各种通信模式和用于验证嵌入在光脉冲流中的数据值的参数。在另一个实施例中，发射机24C被授权的个人21用于在需要人工控制交叉路口10的情况下控制交通信号灯12。

典型地，用于请求操作的数据值包括有车辆识别码。根据本发明构造的状态选择器可以被配置为以各种不同的方式使用车辆识别码。在一种配置中，状态选择器18设置有可提供授权识别码表的参数。在这一配置中，状态选择器18确认车辆是否确实被授权可先占常规交通信号序列。如果接收的车辆识别码不与列表中的某个授权识别码相匹配，则先占行为不能发生。在另一个配置中，状态选择器18设置有可以特定限制授权识别码值的范围的参数，并且对于紧急车辆20和大运量客运车辆22来说所述参数可能具有单独的范围。如果接收到的车辆识别码没有在合适的值的范围内，则先占行为不能发生。

在另一个配置中，通过记录先占时刻、先占方向、先占持续时间、识别码、在探测器的预定义范围内的请求车辆的通过证实、和由于不正确的授权信息而对先占请求的拒绝，状态选择器18纪录所有先占请求。在此配置中，可以通过检查记录信息发现光学交通先占系统的滥用企图。

在本发明的另一个实施例中，光学交通先占系统有助于使得大运量客运系统运行更有效率。具有根据本发明构造的光发射机的授权大运量客运车辆，如图1所示的公共汽车22，可以花费更少的时间等待交通信号，因而节省了燃料并允许大运量客运车辆服务于更长的路线。这也鼓励人们利用大运量客运运输工具从而代替私人汽车，因为授权的大运量客运车辆比其他车辆能够更快的通过拥挤的市区区域。

不像紧急车辆，装配有光发射机的大运量客运车辆可能不需要完全的先占。在一个实施例中，使用交通信号偏移给大运量客运车辆以优先权的同时，仍然允许所有靠近交叉路口的车辆也有获得通过的机会。例如，通常允许在每个方向上的交通流通时间为50％的交通信号控制器响应来自于状态选择器的重复的状态请求时，交通信号控制器允许在大运量客运车辆所在的方向上的交通流通时间为65％，而在其他方向上的交通流通时间为35％。在这一实施例中，实际的偏移适宜于允许大运量客运车辆具有可预期的优势。通常，正确的授权信息应该在执行用于大运量客运车辆的偏移之前进行验证。

在典型的安装实施中，交通先占系统实际上不控制在交通交叉路口上的交通灯。而是，状态选择器18交替发出状态请求给交通信号控制器14或从交通信号控制器14撤回状态请求，并且交通信号控制器确定状态请求是否应该被接受。交通信号控制器也可以接收来自于其他信息源的状态请求，例如附近的铁路交叉口，在这种情况下交通信号控制器可以确定来自于其他信息源的状态请求是否应该在来自于状态选择器的状态请求之前被接受。然而，实际上，通过监视交通信号控制器序列以及重复发出最有可能被接受的状态请求，先占系统可以对交通交叉路口产生影响并创建交通信号偏移。

根据特殊的示例性的实施例，图1所示的交通先占系统通过使用被修改而支持多通信模式的已知的实现方案而被实现。例如，OpticomTM优选控制系统(由明尼苏达州圣保罗(Saint Paul，Minnesota)的3M公司制造)可以被修改为除了支持OpticomTM优选控制系统的通信模式之外还支持一个或多个通信模式。与OpticomTM优选控制系统的特征相一致，美国第5,172,113号专利的一个或多个实施例可以以这一方式被修改。根据本发明，另一个特殊的示例性的实施例通过使用另一个市场上可买到的交通先占系统而被实现，例如，Strobecom II系统(由亚利桑那州菲尼克斯(Phoenix，Arizona)的TOMAR电子股份有限公司制造)可以被修改而支持一个或多个附加的通信模式。

图2A-2C展示了在车辆和交叉路口处本发明的各种示例性通信模式的装置之间传输的光脉冲。如图2A所示的第一个通信模式具有光脉冲流100。如图2B所示的第二个通信模式具有光脉冲流120。如图2C所示的第三个通信模式具有结合了光脉冲流100和120的特征的光脉冲流140。

光脉冲流100具有在特殊的频率上发生的光主闪频脉冲102，该特殊频率名义上典型地为10Hz或14Hz。在主脉冲之间，可选数据脉冲104，106和108携带嵌入在光脉冲流100内的数据值。例如，如果脉冲104存在，则数据值的第一比特位为1，如果脉冲104不存在，则数据值的第一比特位为0。如果脉冲106存在，则数据值的第二比特位为1，如果脉冲106不存在，则数据值的第二比特位为0。相似的，如果脉冲108存在，则数据值的第三比特位为1，如果脉冲108不存在，则数据值的第三比特位为0。典型地，可选数据脉冲104，106和108在主脉冲102之间是位于中间的。光脉冲流100可能对应于OpticomTM优选控制系统的通信模式。

光脉冲流120具有名义上在特殊的频率上发生的光闪频脉冲，所述特殊频率典型地约为10Hz或14Hz，但是这些脉冲偏移额定频率从而把数据值嵌入光脉冲流120中。例如，在初始脉冲122之后，仅仅脉冲124和126的一个或另一个存在并且如果前脉冲124存在，则数据值的第一比特位为0，而如果后脉冲126存在，则数据值的第一比特位为1。仅仅脉冲128和130的一个或另一个存在并且如果前脉冲128存在，则数据值的第二比特位为0，而如果后脉冲130存在，则数据值的第二比特位为1。相似的，仅仅脉冲132和134的一个或另一个存在并且如果前脉冲132存在，则数据值的第三比特位为0，而如果后脉冲134存在，则数据值的第三比特位为1。

另一个光脉冲流与光脉冲流120是相似的，同样具有名义上在特殊的频率上发生的光闪频脉冲，所述特殊频率典型的约为10Hz或1 4Hz，并且这些脉冲偏移额定频率从而把数据值嵌入光脉冲流120中。然而，每个脉冲都与在前脉冲隔开一额定时间周期，该额定时间周期与额定频率相对应，而在一个脉冲和在前脉冲之间的实际间隔时间比额定时间周期略微短一些或略微长一些。与在前脉冲之间的间隔时间略短于额定时间周期的前脉冲嵌入数字比特位0，而与在前脉冲之间的间隔时间略长于额定时间周期的后脉冲嵌入数字比特位1。这种光脉冲流可以对应于Strobecom II系统的通信模式。

光脉冲流140结合了光脉冲流100和120的可能的脉冲位置，从而具有了在给定的时间周期内可以把更多的数据值嵌入进脉冲流中的优点。附加数据可以被用于提供附加的操作，从而增强了使用加密方法的安全性，和/或通过增加不加长光交通控制系统的响应时间的错误检测或纠正步骤而增强了健壮性。在初始脉冲142之后，脉冲144的出现或不出现分别会使第一比特位为1或0。脉冲146、150和148中仅仅之一存在于脉冲流140中。脉冲146的存在会使第二比特位为0，而脉冲148的存在会使第二比特位为1。脉冲150的存在表示第二比特位没有值或第二比特位具有未知的值。包括第三比特位到第六比特位的附加比特位相似地被嵌入数据值。

应该理解与光脉冲流140相似的光脉冲流可以组合脉冲流100和第二光脉冲流的可能脉冲位置，所述第二光脉冲流通过相对额定时间周期略微移位每个脉冲和在前脉冲之间的时间周期而嵌入数据值。这种组合的脉冲流可以使光脉冲流100的中间脉冲104、106和108位于代替光脉冲流100的脉冲102的被轻微移位的脉冲之间的中间位置。

被布置用于提取被嵌入在光脉冲流140内的数据值的检测电路具有支持更高数据通信速率和与光脉冲流100和120都兼容的优势。接收到光脉冲流140和提取出被嵌入的数据值后，第二、第四和第六比特位的任何一位具有未知值的数据值，如脉冲150、152或154的出现所指示出的，与光脉冲流100相对应。第二、第四和第六比特位的任何一位没有未知值，如脉冲150，152或154的未出现所指示出的，并且第一、第三和第五比特位的任何一位的值均为1，如脉冲144、156或158的出现所指示出的，与光脉冲流140相对应。第二、第四和第六比特位的任何一位没有未知值并且第一、第三和第五比特位的任何一位的值均不为1，如脉冲144、156或158的未出现所指示出的，与脉冲流120相对应。因而，不仅光脉冲流100和120任一所嵌入的数据可以被支持光脉冲流140的检测电路提取出来，而且脉冲流100、120和140可以被容易的区分出来。

用于传输光脉冲流100、120和140的脉冲的额定频率可以确定优先级。例如，约为10Hz的频率可以对应于高优先级并适宜于紧急车辆，而约为14Hz的频率可以对应于低优先级并适宜于大运量客运车辆。

图3显示了图1所示的光交通先占系统的框图。在图3中，来自于光发射机24A和24B的光脉冲通过探测器集合16B被接收，所述探测器集合与状态选择器18的信道一和信道二相连接。状态选择器18的主处理器40与交通信号控制器14相通信，而交通信号控制器14又控制交通信号灯12。

在一个实施例中，探测器集合16B是接收来自于具有各自通信模式的发射机24A和24B的信号的前置电路。信号处理电路36A和36B和处理器38A、38B和40是解析和处理由探测器集合16B根据接收到的信号所产生的数据的后置电路。信道一信号处理电路36A和处理器38A能够根据与发射机24A的通信模式相对应的交通灯控制协议而解析和处理数据，而信道二信号处理电路36B和处理器38B能够根据与发射机24B的通信模式相对应的交通灯控制协议而解析和处理数据。应该理解，如结合图4所讨论的，可以在各种具有单信号处理信道的实施例中解析和处理用于多通信模式的协议。电路16B、36A、36B、38A、38B和40可以使用存储在各自电路内部或存储在长期存储器42内的参数而工作，并且这些参数中的一些对于通过各自的信道对发射机24A和24B的通信模式进行区分是非常有用的。

在另一个实施例中，探测器集合16B和信号处理电路36A和36B是接收来自于具有各自通信模式的发射机24A和24B的信号的前置电路。处理器38A，38B和40是解析和处理来自于信号处理电路36A和36B的数据的后置电路。处理器38A能够根据与发射机24A的通信模式相对应的交通灯控制协议而解析和处理数据，而处理器38B能够根据与发射机24B的通信模式相对应的交通灯控制协议而解析和处理数据。电路16B、36A、36B、38A、38B和40可以使用存储在各自电路内部或存储在长期存储器42内的参数而工作，并且这些参数中的一些对于通过处理器38A，38B和40对发射机24A和24B的通信模式进行区分是非常有用的。

状态选择器18包括两个信道、主处理器40、长期存储器42、外部数据端口43和实时时钟44，所述每个信道具有信号处理电路(36A和36B)和处理器(38A和38B)。关于信道一，信号处理电路36A接收由探测器集合16B所提供的模拟信号。信号处理电路36A处理模拟信号并且产生被信道处理器38A所接收的数字数据。信道处理器38A从数字数据中提取出被嵌入的数据并给主处理器40提供数据值。信道二以相似的方式被构造，其中探测器集合16B被连接到信号处理电路36B上，而信号处理电路36B又被连接到信道处理器38B上。每个信道被专用于根据各自的交通信号控制协议来解析和处理数据。应该理解信道二可以与信道一同时处理所接收到的数据，或者在信道一已经确定接收到的信号被确认与信道一的通信模式不相对应之后处理数据。

长期存储器42通过使用电可擦可编程只读存储器(EEPROM)而实现。长期存储器42被连接到主处理器40上并被用于记录数据和存储构造参数及授权识别码列表。主处理器40通过核检接收到的车辆识别密码是否与授权识别列表中的条目相匹配而检查正确的授权信息。

外部数据端口43被用于把状态选择器18连接到计算机上。在一个实施例中，外部数据端口43是RS232串行端口。典型地，便携式计算机在现场被用于与状态选择器交换数据并构造状态选择器的参数。通过外部端口43，从状态选择器18删除所记录的数据，并且通过外部端口43，参数和授权识别密码列表被存储在状态选择器18中。通过使用调制解调器、局域网或其他类似设备，外部端口43也可以被远程接入。

实时时钟44为主处理器40提供实际时间。实时时钟44提供可被记录在长期存储器42上的时间戳并被用于记时其他事件，例如提供与在探测器集合16B处接收到的每个光脉冲相联系的时间标记。

图4为本发明的另一个实施例的光学交通先占系统的组件的框图。来自于光发射机24A和24B的光脉冲通过与状态选择器18相连接的探测器集合16B而被接收。状态选择器18支持具有对应的交通灯控制协议的多通信模式。例如，光发射机24A可以使用一个通信模式，而光发射机24B可以使用另一个通信模式，并且状态选择器18对发射机24A和24B都支持，包括提取嵌入在接收自发射机24A和24B的光脉冲流内的数据值。状态选择器18包括解码器160、数据库162和外部端口163。

数据库162包括用于构造解码器160的操作的参数，并且在一个实施例中包括单一的表164而在另一个实施例中包括多个表164和166。单一的表164可以包括用于多通信模式的信息。例如，即使用不同的调制方式在两种通信模式中嵌入车辆识别码，在表164中可以维护一套用于两种通信模式的识别码。另一个例子，表164可以包括用于一种通信模式的识别码，而表166可以包括用于另一种通信模式的识别码。

数据库162也可以包括先占行为的日志168。例如，每个接收到的成功的和不成功的先占请求可以被记录在日志168中，其包括用于先占请求的车辆识别码和用于传递先占请求的通信模式。外部端口163提供对数据库162的访问，包括下载和擦除日志168和更新模式表164和166。

前置电路170可以包括采样模数转换器(ADC)和数字信号处理器(DSP)。ADC可能具有构造参数，如采样率，并且DSP可以具有构造参数，如过滤器软件程序，这些参数由数据库162提供。从前置电路170所产生的一系列数据可以被存储在存储器172中。存储器172可以暂时存储一系列数据流直到一个或多个完整操作请求可用于被后置电路174所处理，并且直到鉴别器176通过使用通信模式的各种区别特征而确定了被使用的通信模式。使用来自于鉴别器176的通信模式，后置电路174提取嵌入在光脉冲流内的数据值。后置电路174根据对应于该通信模式的交通灯控制协议验证数据值内的操作请求。

Claims (11)

1.一种交通灯控制系统，包括：

至少一个用于协助区分多通信模式的参数；

具有前置电路和后置电路的信号解码电路，所述前置电路适宜于接收在多通信模式下传输的各自信号，并产生表示所述各自信号的至少一部分的数据，所述后置电路适宜于根据各自与所述多通信模式相关联的多交通灯控制协议中至少之一解析和处理所产生的数据；

并且其中所述信号解码电路适宜于访问所述的至少一个参数并把所述所产生的数据与所述多通信模式中之一相关联。

2.根据权利要求1所述的交通灯控制系统，其特征在于，所述信号解码电路适宜于在所述后置电路解析和处理所述所产生的数据之前访问并使用所述的至少一个参数。

3.根据权利要求1所述的交通灯控制系统，其特征在于，所述后置电路适宜于使用所述至少一个参数而解析和处理所述所产生的数据。

4.根据权利要求1所述的交通灯控制系统，其特征在于，所述信号解码电路适宜于在两种模式的解码模块的另一个模块之前传输所述所产生的数据通过所述两种模式的解码模块的第一个模块，并在从而帮助解析所述所产生的数据，其中所述两种模式的解码模块各自与多通信模式中的两个模式相对应。

5.根据权利要求1所述的交通灯控制系统，其特征在于，所述信号解码电路包括适宜于使用所述至少一个参数区分多通信模式的电路。

6.根据权利要求1所述的交通灯控制系统，其特征在于，所述后置电路适宜于纪录所述所产生数据的一部分，并且因此提供到外部显示器的接入。

7.根据权利要求1所述的交通灯控制系统，其特征在于，所述后置电路适宜于根据所述多交通灯控制协议中至少之一验证所述所产生的数据。

8.根据权利要求7所述的交通灯控制系统，其特征在于，所述至少一个参数包括各自与所述多通信模式相关联的多个表，并且所述后置电路适宜于使用所述多个表中之一验证所述所产生的数据。

9.根据权利要求7所述的交通灯控制系统，其特征在于，所述至少一个参数包括含有与每个多通信模式相关联的信息的表，并且所述后置电路使用所述表验证所述所产生的数据。

10.根据权利要求1所述的交通灯控制系统，其特征在于，所述后置电路包括接入含有所述至少一个参数的数据库的处理器。

11.根据权利要求1所述的交通灯控制系统，其特征在于，所述至少一个参数包括至少一个包括有用于多交通灯控制协议的车辆识别码的表。

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