CN100592349C - 具有间隔管理的交通优先权系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

一种从车辆向交通位置发送识别码的交通优先权系统和方法。交通灯控制设备，例如在每个受控区域的交叉口处的接收机和交通灯电路，用于管理公交系统中的间隔，并为紧急车辆提供交通灯优先权。在受控区域中的每个交通灯电路都具有位于交通位置处并用于从公交车接收识别码的接收机。通过尝试识别公交车并确定在所识别的路线上的定时，解码电路响应所接收的识别码，这改善了所识别的车辆的间隔和/或路程定时。响应于所确定的定时，为在识别的路线上的交通灯产生交通优先权命令。

Description

具有间隔管理的交通优先权系统及其实现方法

技术领域

本发明通常涉及利用从发射机向接收机的传输来远程控制交通灯系统的系统和方法，该接收机可通信地耦合至交叉口处的交通灯控制器。

背景技术

交通信号长期用于调节交叉口的交通流量。通常，交通信号都依靠计时器或车辆传感器来确定何时改变交通信号灯的状态，从而交通的信号交替方向停止，并且另一方通行。这种情况通常在紧急车辆的应用中来举例说明。

紧急车辆，例如警车、救火车和救护车，通常都被允许逆着交通信号穿越交叉口。紧急车辆通常使用喇叭、警报和闪光来警告其他靠近交叉口的驾驶员有紧急车辆准备穿越交叉口。但是，由于听力损伤、空气状况、音频系统和其他分心的事情，靠近交叉口的驾驶员经常不能意识到由靠近的紧急车辆发出的警告。

使用了交通优先权系统(traffic preemption system)的市政部门通常还具有公共交通(mass-transit)的能力，例如公共汽车系统、电车或其它载人能力。公共交通系统对交通控制和对大量交通车辆的调度方面产生了其自己的问题。随着交通和拥堵的增加，要想维持对与公众共享资源，例如道路，有关的公共交通车辆的调度就变得更加困难了。随着人口的增加，上述问题可能更严重。

发明内容

本发明是用于解决上述问题和其他涉及在上面和在其他应用中所讨论到的方法和实施的类型的问题。本发明使用多个实施方式和应用来举例，下面简述其中的一些。

根据一个实施例，本发明涉及能够远程控制交通灯系统的实施方式。一种这样的实施方式使用发送至交通灯控制设备的数据，该交通灯控制设备位于控制区域中的每一个交叉口处。该交通灯控制设备是用于管理公共交通系统中的间隔，以及为紧急车辆提供交通灯优先权。

在一个更特别的典型实施例中，交通灯控制设备，例如在控制区域的每个交叉口处的交通灯电路，用于管理公共交通系统中的间隔，并向紧急车辆提供交通灯优先权。在控制区域中的每个交通灯电路都具有各自的位于交通位置并用于接收公共交通车辆发送的识别码的接收机。解码电路用于通过尝试识别公共交通车辆而对所接收到的识别码做出响应，并确定出在所识别的路线上的定时，该定时能够改进所识别的车辆的间隔和/或路线定时。响应于确定该定时，可以在所识别出的路线上为交通灯产生交通优先命令。

本发明的上述简述不是用于描述每个详细的实施例或每个本发明的实施方式。之后的附图和详细描述更详细地对这些实施例进行了解释。

附图说明

结合附图和本发明各个实施例的详细描述，可以更完整地理解本发明，在附图中：

图1是根据本发明的靠近交通交叉口的公交车和救护车的立体图，在公交车和救护车上都安装有天线，并且每个都发送识别码；

图2是根据本发明公共交通车辆靠近并利用交通灯优先权控制多个交通交叉口的视图；

图3是图1和图2中所示的交通优先权系统的组件的结构图；和

图4是根据本发明在车辆和交叉口对交通优先权系统的操作流程图。

虽然本发明适应各种修改和替换形式，并且已经在附图中以例子的方式表示了其细节，并会进行详细描述。但是，应当理解，并不需要将本发明限制为特定实施例所描述的发明。相反，本发明覆盖了所有在所附权利要求所定义的本发明的精神和范围之间的修改、等同和替换。

具体实施方式

相信本发明可以用于交通优先权系统中的各种类型的间隔管理(headway management)中。虽然本发明并不限于这些方法，但是通过讨论使用了这些和其他环境的各种例子，本发明的各个方面可以更清楚。

本发明的特定实施例涉及使用交通优先权系统来控制穿过通道(corridor)的车辆通道，该车辆例如是公交车，以在每辆车之间保维预定的间隔和/或保持预定的路程定时，在此，命名为间隔管理。通过向交叉口控制器发出优先权请求，交通优先权系统帮助授权车辆(警车、救火或其他公共安全或运输车辆)穿过有信号灯的交叉口。通过将进入的车辆方向的交叉口的交通灯变绿控制器响应来自该车辆的请求。该系统提高了公共安全人员的反应时间，同时减少了当紧急车辆试图穿越红灯时交叉口的危险情况。根据本发明的优先权系统还能够由运输车辆用于维持间隔。

在另一个特定实施例中，将公共交通车辆的时间和位置与预定的进度进行比较。如果公共交通车辆落后于进度，则优先权设备触发为请求绿灯，以协助公共交通车辆恢复其预定进度。但是，也存在这种情况，没有预定进度，但是需要公共交通车辆以有规律的间隔穿过特定地点，例如每10分钟。这可以通过记录每个车辆穿过该交叉口的时间，并且向后面的车辆发送数据，如果早了则等待，如果晚了则向其提供绿灯来实现。

前面对间隔管理的实施方式利用车辆探测器和路边指示器来通知公交车司机自从上一辆车通过该交叉口以后所经过的时间。在这种方法中，通常无法告诉司机偏差量是多少。另外，无法帮助司机恢复到所需要的间隔。根据本发明方法的特定实施例的设备和方法使用了交叉口与车辆之间的双向通信，从而以分秒来提供间隔状态的车内指示。本发明的特定实施例还可以结合车辆优先权系统，以便在如果开始偏离时帮助车辆返回标准的间隔。

一个例子是公交车通道(bus corridor)的情况，其中需要公交车每10分钟经过每个站。每个公交车向其所经过的每个交叉口发送其ID。交叉口设备向车辆ID添加时间标签(time tag)，并存储该数据。另外，当公交车接近交叉口时，将之前车辆的时间标签与当前的时间进行比较，并计算与所需的间隔之间的偏差。将该偏差发送至所述接近的车辆，以向司机显示。如果该间隔超过了所需的间隔，则发出对绿灯的请求，以帮助公交车恢复到所需的间隔。应该清楚，公交车能够根据从交叉口向公交车提供的之前车辆的时间标签来计算偏差。

图1所示的交通优先权系统在整体水平上表示出用于实现本发明典型实施例的基本电路。在该环境中，图1表示了具有交通灯12的典型交叉口10。交通信号控制器14通过状态序列来将交通灯12排序，该状态序列使交通流量能够交替通过交叉口10。交叉口10具有交通优先权系统，该交通优先权系统具有根据本发明所实现的特定方面和特定，以高效、灵活和可操作的方式来提供间隔管理。

通过发射机或接收机的天线24A和24B、接收机或收发机的天线16，和状态选择器18在图1的交通优先权系统中提供安全通信。天线16配置为接收从接近交叉口10的授权车辆发送的识别码。天线16的接收机与状态选择器18通信，该状态选择器通常位于与交通控制器14相同的机柜中，且其通过使用高集成的方法，例如通过使用数据加密，来区分出授权车辆和未授权的车辆。数据加密方法在2005年6月16日所提交的专利申请号为11/154,348的共同申请中进一步描述。

在图1中，救护车20和公交车22接近交叉口10。天线24A安装在救护车20上，天线24B安装在公交车22上。天线24A和24B每个都发射射频信号。应当清楚，在另一实施例中可以使用光脉冲束从车辆20或22发送车辆识别码。除了识别码以外，该射频信号可以传送用于识别请求命令或操作的代码。天线16接收该射频信号，并向状态选择器18发送输出信号。状态选择起18对来自天线16的输出信号进行处理和验证。对于特定的验证后的输出信号，状态选择器18向交通信号控制器14发出交通优先权命令，以优先于交通灯12的正常操作。

图1还表示了授权人员21操作具有天线24C的便携式发射机或接收机，其表示为安装在摩托车23上。在一个实施例中，包括设置任何包含公共交通车辆调度的间隔管理信息16的状态选择器18的结构都是由授权的维护人员21手工设置的。在另一个实施例中，天线24C由授权人员21用于在需要对交叉口10进行手工控制的情况下，操作交通灯12。

根据本发明实施例，如果公交车22和救护车20都接近交叉口10，并且都请求交通信号控制器14的优先权，则对交通信号控制器14提供分级，以确定哪辆车被授予优先权。在该特定例子中，救护车20可以具有高于公交车22的预定级别，这样救护车20的优先权请求就通常会优先于公交车22的请求。在另一种情况中，例如两辆公交车从垂直的方向靠近交叉口10，则相对于其进度具有较长延迟的公交车可以比基本上准时的公交车具有优先权。

图2是根据本发明公共交通车辆102靠近并控制其路程上的多个交通交叉口104和106的视图。交叉口104在受控区域112内，例如是在城市交通路线上，而交叉口106在受控区域114中，其可以例如是公共交通车辆102的交通路线上，同时也在其他交通车辆在其他路线上行驶的控制区域内。控制区域112的管理实体，例如市政府，可以为交通灯108安装交通灯控制系统，允许优先于交通灯108的正常操作，以使具有最高优先权的紧急车辆加速通过交叉口104，并使公共交通车辆102具有较低优先权而实现优先权，以维持间隔。

交叉口104具有交通灯控制器116，所述交通灯控制器控制交通灯108的操作并支持交通灯108的正常操作的优先权。通常，交叉口104的交通灯控制系统包括天线118，该天线接收来自公共交通车辆102的天线120的数据。通常，天线120安装在公共交通车辆102的顶部，并且可以定向地朝向在公共交通车辆102的行驶方向上能够最佳地发出射频信号的方向。由公交车辆102请求对交通灯108的优先权的来自天线118的信号被耦合至交通灯控制器116。响应于优先权请求，交通灯控制器116调整交通灯108的状态，以允许公交交通车102通过交叉口104。交叉口106可以类似地具有用于交通灯110的天线122和控制器124。

每个交通灯控制器都可以包括各自间隔管理信息126的副本。间隔管理信息126可以包括每个通过交叉口的公交车路线的进度信息，例如路线B进度128和路线A进度130，以及用于之前经过交叉口的公交车的每个路线的时间标签132。进度128和130可以包括在每条路线上的每辆公交车到达相应交叉口的进度时间，和/或在一天、一周或一年的不同时间，公交车之间所需要的间距间隔。

在一个实施例中，当识别出从天线120所发送的公共交通车102的ID时，就更新时间标签132。在另一个实施例中，定时信息，例如公共交通车102在其路程上的相对时间，可以被公共交通车102发送至交通灯控制器116，或可以使用网络，例如互联网，连接至交通灯控制器116和交通灯控制器124的网络。并且，可以通过天线118和120将信息从交通灯控制器116发送至公共交通车102，或可以使用蜂窝技术或其他通信机制，将公共交通车102可通信地连接至中央设备和/或管理系统。

在本发明另一个实施例中，交通优先权系统有助于更有效地运行公共交通系统。根据本发明所构造的授权公共交通车辆，例如图1中的公交车22，花费更少的时间等待交通信号，从而节省了燃料，并使该公共交通车能够应用于更远的路程。由于授权公共交通车比其他车辆更快地行驶过拥堵的市区，因此这还鼓励人们使用公共交通而不是私家车。

重新参考图1，与紧急车辆20不同，公共交通车22可能不需要完全的优先权。在一个实施例中，使用交通信号偏移量来给公共交通车22优先权，并同时仍然为所有靠近该交叉口的车辆服务。例如，通常使每个方向的车辆在50％的时间通行的交通信号控制器响应于来自状态选择器的重复状态请求，使交通车辆在公共交通车22的方向通行65％的时间，在另一方向的交通车辆通信35％的时间。在本实施例中，可以将实际的偏移量固定为使公共交通车22具有可预见的优势。通常，在为公共交通车22设置偏移量之前，应当验证适当的授权。

在一种示例的装置中，交通优先权系统实际并不控制交通交叉口处的灯。而是由状态选择器18交替地向交通信号控制器发出状态请求，和从交通信号控制器收回状态请求，交通信号控制器14确定是否可以接受状态请求。交通信号控制器14还可以接收从其他来源发出的状态请求，例如附近的铁路交叉口，在这种情况下，交通信号控制器14可以确定在对来自状态选择器的状态请求授权之前对其他来源的状态请求授权。但是，在实际操作上，通过监视交通信号控制器序列并重复地发出最可能被授权的状态请求，优先权系统可以影响交通交叉口10并产生交通信号偏移量。

根据特定典型实施例，使用已知的实施方式来实现图1的交通优先权系统，将该已知的实施方式修改为实施上述用于交通优先权和集成间隔管理的代码和算法。例如，可以将OPTICOM优先权控制系统修改为实现上面所讨论的用于交通优先权和集成间隔管理的代码和算法(OPTICOM是由明尼苏达，圣保罗的3M公司制造的交通优先权系统的商标名)。与OPTICOM优先权控制系统一致的特征，可以以这种方式对美国专利号为5,172,113、5,539,398和5,602,739的一个或多个实施例进行修改。还是根据本发明，可以使用另一种这样修改的商业可获得的交通优先权系统来实施另一个特定典型实施例，该系统例如是Strobecom II系统(由亚利桑那州菲尼克斯的TOMAR Electronic公司制造)。

图3是表示图1的交通优先权系统的结构图。在图3中，由连接至状态选择器18的天线16接收发送自天线24A、24B和24C的射频信号。状态选择器18可以包括接收机信号处理电路36和解码电路38、主状态选择处理器40、长期存储器42、外部数据端口43和实时时钟44。主状态选择器40与交通信号控制器14通信，该交通信号控制器反过来控制交通灯12。

信号处理电路36接收天线16所提供的模拟信号。信号处理电路36处理该模拟信号，并产生数字信号，该数字信号由解码电路38接收。解码电路38从数字信号中提取数据，验证合适的授权并将该数据提供给主状态选择处理器40。

长期存储器42是利用电子可擦除可编程只读存储器(EEPROM)来实现的。该长期存储器42耦合至主状态选择处理器40，并用于存储授权识别码的列表和记录数据。另外，可以在长期存储器42中存储间隔信息45，例如公共交通车的进度和时间标签。

外部数据端口43是用于将状态选择器18连接至计算机。在一个实施例中，外部数据端口43是RS232串行端口。通常，便携式计算机用在与状态选择器交换数据和配置状态选择器的领域。通过外部数据端口43从状态选择器18删除记录的数据，并通过外部数据端口43将间隔信息45和授权识别码的列表存储在状态选择器18中。外部数据端口43还可以使用有线或无线调制解调器、局域网或其他这种设备来远程访问。

实时时钟44向主状态选择处理器40提供实际时间。该实时时钟44提供可以被录入长期存储器42中的时间戳，并用于定时事件，包括车辆，例如公交交通车，的经过时间。在一个实施例中，实时时钟44用于检查公共交通车对其有关进度的相对到达时间，以确定是否需要交通灯优先权。

图4是根据本发明在车辆和交叉口的交通优先权系统的操作流程图。在图4中，方法400涉及从与公共交通车相关联的发射机或收发机发送数据410。该数据可以包括用于公共交通车的识别码和/或路线信息和/或定时信息。在安装在交通位置的接收机或收发机处接收该数据420。使用识别码来识别公共交通车430，例如通过识别路线、车辆标识、车辆进度的到达时间和/或其他识别信息。将公共交通车到达交通位置的时间与预定进度相比较440，例如通过将标识中所提供的时间信息与实际时间相比较、将到达时间与已知进度相比较，或其他比较方法。确定到达时间与预定进度中的所需达到时间之间的差值450，并根据所确定的差值为交通灯产生交通优先权命令460。例如，如果确定了该车辆落后进度超过了预定时间长度，则产生优先权命令以缩短在停止灯的等候。在另一个实施例中，如果在相同路线上的前面的公共交通车是在预定的时间长度之内，则交通信号可以提供指示，建议公共交通车应当例如在交通信号前暂时停在公交车站，以隔开公共交通车辆，从而维持间隔。可以选择将差值发送至公共交通车470，以向该车的驾驶员显示。驾驶员可以根据所限似的差值来调整公交车的行驶。例如，驾驶员可以在下一个公交站停另外的时间量，以将所显示的差值减少到可以接受的程度。

虽然已经参考几个特定典型实施例对本发明的特定方面进行了描述，但是本领域技术人员应当认识到，可以对其做很多变化。例如，可以使用信号处理电路装置来实现识别码发射机和解码电路以及数据信号处理(数据查找、数据发送和格式化、优先权等级和数据加/解密)，所述信号处理电路装置包括一个或多个处理器、易失性和/或非易失性存储器和一个或多个模拟、数字、离散、可编程逻辑、半可编程逻辑、非可编程逻辑电路的结合。这种用于比较信号处理任务的电路的例子已经在之前所讨论过的商用设备和各种参考中进行了描述，该参考包括例如美国专利5,172,113、5,519,389、5,539,398和4,162,447。这种实施方式和修改都包括在上述实施例中，而不偏离本发明的精神和范围，其各方面在后面的权利要求中给出。

Claims (20)

1、一种交通优先权系统，包括：

用于发送公交车的识别码的发射机；和

交通灯电路，具有

位于交通位置并用于接收识别码的接收机，和

解码电路，用于尝试用识别码识别公交车，将公交车到达交通位置的时间与预定的进度相比较，并且，响应于到达时间与预定进度之间确定的差值，为交通灯产生交通优先权命令。

2、根据权利要求1所述的交通优先权系统，其特征在于，解码电路进一步用于为交通位置处的交通灯产生交通优先权命令。

3、根据权利要求1所述的交通优先权系统，其特征在于，解码电路进一步用于为进一步沿着公交车路线的交通位置处的交通灯产生交通优先权命令。

4、根据权利要求1所述的交通优先权系统，其特征在于，解码电路进一步用于根据优先权等级来为交通灯产生交通优先权命令。

5、根据权利要求1所述的交通优先权系统，其特征在于，接收机进一步用于从第二公交车接收识别码；且解码电路进一步用于尝试识别第二公交车，将第二公交车到达交通位置的时间与预定进度进行比较，并且，响应于对于两辆公交车所确定的到达时间与预定进度之间的差值，根据具有最大差值的公交车为交通灯产生交通优先权命令。

6、根据权利要求1所述的交通优先权系统，其特征在于，公交车进一步包括接收机，所述接收机配置为促进公交车与交通灯电路之间的双向通信，从而可以向公交车发送差值信息。

7、一种用于在交通优先权系统中管理交通位置处的公交车间隔的方法，包括：

从与公交车相连的发射机发送识别码；

在位于交通位置处的接收机接收识别码；

使用识别码识别公交车；

将公交车到达交通位置的时间与预定进度相比较；

确定到达时间与预定进度之间的差值；和

根据所确定的差值为交通灯产生交通优先权命令。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括响应于超过阈值的所确定的差值，为交通灯产生交通优先权命令。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，为交通位置处的交通灯产生交通优先权命令。

10、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，为进一步沿着公交车的路线的交通位置处的交通灯产生交通优先权命令。

11、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据优先权等级而产生交通优先权命令。

12、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，产生交通优先权命令，以促使公交车与其他公交车之间形成规定间隔。

13、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，产生交通优先权命令以促使公交车遵守调度。

14、一种交通优先权系统，包括：

与公交车相连接并用于发送公交车的识别码和接收编码信息的第一收发机；和

在多个交叉口中的每一个配备的控制器；

分别连接至每个控制器，并且用于从第一收发机接收所发送的识别码和向第一收发机发送编码信息的第二收发机；和

分别连接至每个控制器并用于尝试使用识别码识别公交车的解码电路；

其中控制器用于将公交车到达一个交叉口的时间与预定进度相比较，并且，响应于所确定的到达时间与预定进度之间的差值，为交通灯产生交通优先权命令，并向公交车发送差值信息。

15、根据权利要求14所述的交通优先权系统，其特征在于，控制器进一步用于为公交车的当前交叉口处的交通灯产生交通优先权命令。

16、根据权利要求14所述的交通优先权系统，其特征在于，控制器进一步用于为进一步沿着公交车的路线的交叉口处的交通灯产生交通优先权命令。

17、根据权利要求14所述的交通优先权系统，其特征在于，控制器进一步用于根据优先权等级而为交通灯产生交通优先权命令。

18、一种交通优先权系统，包括：

用于从与公交车相连接的发射机发送识别码的装置；

用于在位于交通位置的接收机接收识别码的装置；

用于使用识别码识别公交车的装置；

用于将公交车到达交通位置的时间与预定进度相比较的装置；

用于确定到达时间与预定进度之间的差值的装置；和

用于根据所确定的差值为交通灯产生交通优先权命令的装置。

19、根据权利要求18所述的交通优先权系统，其特征在于，产生装置包括用于确定差值是否超过阈值的装置。

20、根据权利要求19所述的交通优先权系统，其特征在于，产生装置包括用于确定交通优先权命令等级的装置。

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