DE69929815T2

DE69929815T2 - Detektor zur fernmessung für mehrere spuren

Info

Publication number: DE69929815T2
Application number: DE69929815T
Authority: DE
Inventors: D. John Tucson DIDOMENICO; A. James Tucson JOHNSON; H. Donald Denver STEDMAN; A. Gary Louisville BISHOP; W. John Littleton WILLIAMS
Original assignee: Envirotest Systems Inc Tucson; Envirotest Systems Inc
Current assignee: Envirotest Systems Inc Tucson; Envirotest Systems Inc
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1999-11-01
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2019-11-02
Also published as: WO2000026641A1; ATE317542T1; BR9914211A; DE69929815D1; US7164132B2; EP1137927A1; ES2258858T3; HK1041519B; AU1332400A; EP1137927A4; US20020092988A1; HK1041519A1; EP1137927B1

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S. Anmeldung mit der Seriennummer 60/106281, eingereicht am 30. Oktober 1998.
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Fernmessung von Fahrzeugemissionen auf einer mehrspurigen Fahrstraße.
Hintergrund der Erfindung
Fernerfassungssysteme für Emissionen sind grundsätzlich bekannt. Üblicherweise werden bestehende Systeme benutzt, um Emissionsdaten eines einzelnen Fahrzeugs zu ermitteln, das sich auf einer einzelnen Fahrspur wie etwa einer Autobahnausfahrt bewegt. Eine derartige Anordnung schränkt die möglichen Einsatzorte der Vorrichtung ein und begrenzt die Anzahl von Fahrzeugen, die in einem gegebenen Zeitraum verarbeitet werden können.
Ein weiterer Nachteil von bestehenden Fernerfassungssystemen für Emissionen ist, dass es schwierig ist, jedes Fahrzeug seinen Emissionsdaten richtig zuzuordnen, wenn mehr als ein Fahrzeug anwesend ist. Wenn zum Beispiel mehrere Fahrzeuge an der Überwachungsstelle anwesend sind, kann die Auspuffabgasfahne jedes Fahrzeugs Emissionen beitragen. Bestehende Systeme sind nicht in der Lage, zwischen verschiedenen Auspuffabgasfahnen zu unterscheiden.
Diese und andere Nachteile bestehen.
Die US 5 726 450 offenbart einen unbemannten Emissionsfernmessfühler zur Erfassung von Fahrzeugemissionen. Ein Sensorstrahl quert eine einzelne Fahrbahn, um die Emissionsfahne eines einzelnen Fahrzeugs zu erfassen. Die Vorrichtung kann die Nummernschilder von Fahrzeugen mit Emissionen außerhalb zulässiger Bereiche aufzeichnen.
Die US 5 719 396 ist der US 5 726 450 ähnlich, verfügt aber über zwei Erfassungsstationen, die in Fahrtrichtung des Fahrzeugverkehrs in einem Abstand voneinander aufgestellt sind. Das System überwacht Daten von einer einzelnen Fahrspur.
Die US 5 797 682 offenbart einen Emissionsfernmessfühler, der einen Detektor zur Bestimmung der Temperatur der Auspuffabgasfahne enthält, um den Betriebszustand des Katalysators eines Fahrzeugs zu ermitteln.
Die US 5 591 975 ist der US 5 726 450 ähnlich und überwacht lediglich eine einzelne Fahrspur.
Zusammenfassung der Erfindung
Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System bereitgestellt, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist.
Dadurch ist es möglich, diese und andere Nachteile bestehender Vorrichtungen zu überwinden.
Die Erfindung ist in der Lage, ein Emissions-Fernerfassungssystem für mehrere Fahrspuren bereitzustellen, das die Anzahl potentieller Einsatzorte für Emissions-Fernmessungen erhöht.
Die Erfindung ist in der Lage, ein Emissions-Fernerfassungssystem für mehrere Fahrspuren bereitzustellen, das die Emissionen, die auf ein einzelnes Fahrzeug zurückgehen, unter Bedingungen, wo mehr als eine Fahrzeugauspuffabgasfahne vorhanden sein kann, abgrenzen kann.
Weiterhin sind bestimmte Ausbildungsformen der Erfindung in der Lage, einen Emissions-Ferndetektor für mehrere Fahrspuren bereitzustellen, der im Wesentlichen unauffällig ist und den Fahrzeugverkehr nicht behindert.
Zusätzlich sind bestimmte Ausbildungsformen der Erfindung in der Lage, ein Emissions-Fernerfassungssystem für mehrere Fahrspuren bereitzustellen, das die Aufmerksamkeit der Kraftfahrer nicht auf sich zieht oder diese ablenkt.
Diese und andere Eigenschaften der Erfindung werden durch verschiedene Ausbildungsformen der Erfindung bewerkstelligt. Dementsprechend wird ein System und ein Verfahren zur Fernerfassung der Emissionen von einzelnen Fahrzeugen, die sich auf einer mehrspurigen Fahrstraße bewegen, zur Verfügung gestellt. Das Fernerfassungssystem umfasst eine Quelle für Strahlung, die durch die Auspuffabgasfahne eines vorbeifahrenden Fahrzeugs zu richten ist, zumindest einen Detektor zur Aufnahme der Quellenstrahlung, die nach dem Durchtreten durch die Auspuffabgasfahne verbleibt und einen Prozessor zur Verarbeitung der vom Detektor aufgezeichneten Daten und zur Zuordnung dieser Daten zu einem bestimmten Fahrzeug.
Wahlweise können einige Ausbildungsformen der Erfindung ein System zur Erfassung von Geschwindigkeit und Beschleunigung umfassen. Einige Ausbildungsformen können ein Bildaufnahmesystem umfassen, um ein Bild von zumindest einem Teil des vorbeifahrenden Fahrzeugs aufzuzeichnen oder ein Identifikationsschild an dem Fahrzeug zur Identifizierung des Fahrzeugs zu lesen. Manche Ausbildungsformen der Erfindung können ein System und Verfahren zur verlässlichen und genauen Bestimmung der Temperatur von Bereichen eines vorbeifahrenden Fahrzeugs vorsehen.
Eine weitere Ausbildungsform der Erfindung sieht ein unbemanntes, gebunkertes Emissionserfassungssystem vor, das unüberwacht betrieben werden kann und ein robustes und unauffälliges Emissionsüberwachungssystem am Straßenrand zur Verfügung stellen kann.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm von Bestandteilen einer Ausbildungsform eines Emissions-Fernerfassungssystems.
2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausbildungsform einer Temperaturerfassungseinheit.
3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer alternativen Ausbildungsform einer Temperaturerfassungseinheit.
4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausbildungsform der Erfindung, die eine Einheit zur Erfassung von Geschwindigkeit und Beschleunigung enthält.
5 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausbildungsform eines Emissions-Fernerfassungssystems für mehrere Fahrspuren.
6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausbildungsform eines Emissions-Fernerfassungssystems für mehrere Fahrspuren.
7 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines gebunkerten Emissions-Fernerfassungssystems.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausbildungsform eines gebunkerten Emissions-Fernerfassungssystems.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausbildungsform eines aufgehängten angebrachten Emissions-Fernerfassungssystems.
Eingehende Beschreibung der bevorzugten Ausbildungsformen
1 zeigt eine schematische Darstellung von Bestandteilen des Emissions-Fernmesssystems (remote emission sensing device, RSD). Ausbildungsformen der Erfindung können einige oder alle der vielfältigen unten beschriebenen Bestandteile enthalten.
Strahlungsquelle
Vorzugsweise umfasst ein RSD eine Quelle 10 für elektromagnetische Strahlung, die in der absorptionsspektroskopischen Messung verschiedener Bestandteile von Fahrzeugabgasemissionen eingesetzt werden kann. Vorzugsweise kann die Quelle 10 eine infrarote (IR) Strahlungsquelle umfassen. Einige Ausbildungsformen des RSD können andere Arten von Strahlungsquellen enthalten, beispielsweise eine ultraviolette (UV) Quelle, eine Quelle sichtbaren Lichts oder eine Kombination von Strahlungsquellen.
Strahlungsdetektor
Das RSD kann weiter ein Detektorfeld 12 zur Erfassung von Strahlung umfassen. Das Detektorfeld 12 wird vorzugsweise so ausgewählt, dass es die Erfassung von elektromagnetischer Strahlung, die von der Quelle 10 abgestrahlt wird, erlaubt. Zum Beispiel kann das Detektorfeld 12 einen Photodetektor (z.B. eine Photodiode), eine Photomultiplier-Röhre (photomultiplier tube, PMT), ein Spektrometer oder jeden anderen geeigneten Strahlungsdetektor umfassen. Zum Beispiel kann ein Quecksilber-Cadmium-Tellurid (Hg-Cd-Te) Photodetektor verwendet werden, um IR-Strahlung zu erfassen. Auch andere geeignete Detektoren oder Detektorfelder 12 können verwendet werden.
Entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung kann das RSD einen einzelnen Detektor mit vielfachen Filtern anstelle eines Feldes mit einer Vielzahl von Detektoren umfassen. Die vielfachen Filter können beweglich sein, wie etwa rotierende Filter, um eine Vielzahl von Bestandteilen erfassen zu können. Auf diese Weise kann ein einzelner Detektor verwendet werden, um eine Mehrzahl von verschiedenen Abgasbestandteilen zu erfassen, da jeder der beweglichen Filter eingerichtet ist, nur den Wellenlängenbereich zum Detektor durchzulassen, der für einen bestimmten Abgasbestandteil von Interesse ist. Entsprechend einer anderen Ausbildungsform der Erfindung kann das RSD ein Spektrometer oder eine andere Erfassungsvorrichtung umfassen, die verwendet werden kann, um mehr als einen Bestandteil zu erfassen.
Reflektor
Vorzugsweise kann das RSD einen Reflektor 14 umfassen, der so angebracht ist, dass er die Reflexion der von der Quelle 10 stammenden Strahlung zum Detektorfeld 12 zur Analyse erlaubt. Der Reflektor 14 kann einen Spiegel, einen Planspiegel, einen seitlichen Übertragungsspiegel (lateral transfer mirror, LTM), einen vertikalen Übertragungsspiegel (vertical transfer mirror, VTM), einen Retroreflektor oder eine andere Vorrichtung umfassen. In einer Ausbildungsform kann der Reflektor 14 einen seitlichen Übertragungsspiegel zur Reflexion von Strahlung von der Quelle 10 über einen, abhängig von der Orientierung, seitlich oder in der Höhe zur Einfallsrichtung versetzten Weg umfassen.
Bildaufnahmeeinheit
Das RSD kann eine Bildaufnahmeeinheit 16 zur Aufnahme und/oder Aufzeichnung eines Bildes eines am RSD vorbeifahrenden Fahrzeugs beinhalten. Die Bildaufnahmeeinheit 16 kann eingerichtet sein, ein Bild eines Fahrzeugs an einer bestimmten Position relativ zum Erfassungssystem aufzuzeichnen. Die Bildaufnahmeeinheit 16 kann zum Beispiel eine Kamera umfassen, wie etwa eine Film-, Video- oder Digitalkamera. Auch andere Bildaufnahmevorrichtungen können verwendet werden.
Vorzugsweise kann die Bildaufnahmeeinheit 16 ein Bild des Fahrzeugerkennungsschildes (also des amtlichen Kennzeichens) aufzeichnen. Die Information des Schildes kann unter Benutzung eines geeigneten Datenprozessors verarbeitet werden, um zusätzliche Information über das Fahrzeug zu erhalten. Zum Beispiel kann auf Datenbanken der Kraftfahrzeugzulassungsstelle zugegriffen werden, um Information über Halter, Marke, Modell, Baujahr und andere Informationen zu erhalten. In einigen Ausbildungsformen kann diese zusätzliche Information in die Analyse der Emissionsmessdaten eingebracht werden. Zum Beispiel können Marke und Modelljahr eines Fahrzeugs benutzt werden, um Eingabeinformation für bestimmte Verarbeitungsschritte zu gewinnen, einschließlich Information wie etwa ob das Fahrzeug über einen Vergaser oder eine Einspritzdüse verfügt, ob das Auto mit Diesel oder Benzin betrieben wird etc..
Geschwindigkeit und Beschleunigung
Das RSD kann auch eine Geschwindigkeits- und Beschleunigungserfassungseinheit 18 enthalten. Vorzugsweise kann die Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung eines Fahrzeugs mit der Geschwindigkeitserfassungseinheit 18 gemessen werden, wenn es am RSD vorbeifährt. Zum Beispiel kann die Geschwindigkeits- und Beschleunigungserfassungseinheit 18 eine Anordnung von Laserstrahlen oder anderen Lichtstrahlen in Verbindung mit einer Zeiterfassungsschaltung umfassen. Entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung können die Laser- oder Lichtstrahlen so angeordnet sein, dass sie den Weg eines Fahrzeugs an mehreren Stellen kreuzen. Wenn ein Fahrzeug vorbeifährt, erzeugt es Unterbrechungen der Laser- oder Lichtstrahlen. Die Zeitpunkte, an denen die Strahlunterbrechungen auftreten, können benutzt werden, um die Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs zu berechnen. Auch andere Methoden zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Beschleunigung können angewendet werden.
Entsprechend einer anderen Ausbildungsform der Erfindung können die Laser- oder Lichtstrahlen so angeordnet werden, dass sie den Weg eines Fahrzeugs an einer einzigen Stelle im Weg des Fahrzeugs kreuzen. Zum Beispiel können Radarsysteme benutzt werden, um die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder -beschleunigung zu bestimmen. Alternativ können Transducer, piezoelektrische Elemente oder andere „Überfahrdetektoren" an Einbauorten in der Fahrbahn platziert werden, um die Vorbeifahrt von Fahrzeugen zu überwachen. Vorzugsweise können die Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsdaten in eine Datenverarbeitungseinheit 22 eingegeben werden, um dazu beizutragen, den Betriebszustand (z.B. Beschleunigen oder Abbremsen) des Fahrzeugs zu charakterisieren oder zu bestimmen, welches Fahrzeug einem bestimmten Messwert zuzuordnen ist. Andere Verwendungen der Geschwindigkeits- und Beschleunigungsdaten sind ebenfalls möglich.
Temperaturerfassungseinheit
Einige Ausbildungsformen der Erfindung können eine Temperaturerfassungseinheit 20 enthalten. Vorzugsweise kann die Temperaturerfassungseinheit 20 ein kontaktloses Thermometersystem umfassen. Zum Beispiel kann ein IR-Thermometer verwendet werden, um die Temperatur entfernter Objekte optisch zu erfassen. Auch andere Temperaturerfassungssysteme können verwendet werden.
Vorzugsweise wird die Temperaturerfassungseinheit 20 verwendet, um die Temperatur von Teilen des am RSD vorbeifahrenden Fahrzeugs zu bestimmen. Einige Ausbildungsformen können eine direkte Messung des interessierenden Bereichs durchführen. Zum Beispiel kann ein IR-Thermometer auf die Unterseite eines vorbeifahrenden Fahrzeugs gerichtet sein, um die Temperatur(en) von Fahrzeugteilen (z.B. Motor, Katalysator, Auspufftopf etc.) zu erfassen. Auch indirekte Messmethoden können angewendet werden. Zum Beispiel kann ein IR-Thermometer auf die Straße gerichtet werden, um die Wärme eines vorbeifahrenden Fahrzeugs zu messen, die vom Straßenbelag reflektiert wird.
Vorzugsweise kann die von der Temperaturerfassungseinheit 20 aufgezeichnete Wärmeinformation verwendet werden, um anzuzeigen, dass der Motor erst vor kurzem gestartet wurde (d.h. der Motor ist „kalt" oder hat die normale Betriebstemperatur noch nicht erreicht). Ein derartiger Messwert, der einen kalten Motor anzeigt, kann zum Beispiel verwendet werden, um eine alternative Datenverarbeitungsroutine aufzurufen. Bestimmte Ausbildungsformen der vorliegenden Erfindung können auch die Wahrscheinlichkeit eines möglicherweise irreführenden Messwerts verringern, indem auch die Temperatur anderer Fahrzeugbereiche erfasst wird. Andere Anwendungsbereiche für erfasste Temperaturdaten sind ebenfalls möglich.
Die Temperaturerfassungseinheit 20 kann verschiedene Anordnungen von Erfassungseinrichtungen umfassen. Zum Beispiel zeigt 2 ein Temperaturerfassungssystem, das in eine Ausbildungsform eines RSD integriert werden kann. Wie gezeigt, sind zwei Temperaturdetektoren 20A, 20B angeordnet, um ein auf einer Fahrspur 102 fahrendes Fahrzeug 100 zu erfassen. Vorzugsweise sind die Temperaturdetektoren 20A, 20B an Stellen angebracht, die verschiedene Blickwinkel 20a', 20b' auf das Fahrzeug 100 ermöglichen. Zum Beispiel können die Temperaturdetektoren 20A, 20B nahe den Positionen der Geschwindigkeits- und Beschleunigungserfassungseinheiten platziert sein (d.h. beabstandet mit einigem Abstand zwischen den Detektoren). Räumliche Trennung der Detektoren 20A, 20B und die unterschiedlichen Blickwinkel 20a', 20b' erhöhen die Wahrscheinlichkeit, die Temperatur in den interessierenden Bereichen des Fahrzeugs (z.B. Motor, Katalysator etc.) zu erfassen und ermöglichen ebenso eine Zeitsequenz von Messwerten, da das Fahrzeug zuerst den einen Detektor passiert und zu einem späteren Zeitpunkt den anderen. In manchen Ausbildungsformen kann ein zusätzlicher Temperaturdetektor 20C in das RSD integriert sein. Der Detektor 20C kann an einer geeigneten Stelle zur Erfassung der Temperatur der Fahrzeugfront (z.B. des Kühlers oder des Motors) platziert sein. Zum Beispiel kann Detektor 20C an einer der beiden Seiten der Fahrspur 102 in einer ausreichenden Höhe, um die Fahrzeugfront zu erfassen, platziert sein, oder Detektor 20C kann in die Fahrspur 102 eingelassen sein, um eine Frontalansicht eines ankommenden Fahrzeugs aufzunehmen.
Einige Ausbildungsformen der Erfindung können Felder von Temperaturdetektoren umfassen um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, die erwünschten Temperaturmesswerte zu erhalten. Zum Beispiel kann in einer Ausbildungsform, die ein IR-Thermometer enthält, ein Bündel von Erfassungsstrahlen 20a'', 20b'' auf das Fahrzeug 100 gerichtet sein. Das Bündel kann vertikale und horizontale Bereiche abdecken, wie in 3 gezeigt. Die Verwendung eines derartigen Bündels von Erfassungsstrahlen ermöglicht es der Temperaturerfassungseinheit 20, die Temperatur von Fahrzeugen unterschiedlicher Größe und Form zu erfassen. Zusätzlich können einige der Strahlen des Bündels verwendet werden, um von der Fahrbahndecke der Fahrspur 102 reflektierte Wärme zu erfassen.
Die Verwendung eines Bündels von Erfassungsstrahlen 20a'', 20b'' kann auch für größere Genauigkeit der Temperaturmessungen sorgen. Der Brennfleck jedes Erfassungsstrahls in dem Bündel kann verengt werden, um die Temperatur eines kleinen interessierenden Bereiches zu erfassen. Auf diese Weise kann eine genauere Temperaturmessung jeder Steile erzielt werden. Zum Beispiel wird ein Erfassungsstrahl mit einem Brennfleckdurchmesser von vier Zoll (10,16 cm) eine gemittelte Temperatur über den gesamten, vier Zoll (10,16 cm) großen Bereich innerhalb des Brennflecks aufnehmen. Wenn der interessierende Bereich nun zufällig ein einzölliges (2,54 cm) Auspuffrohr eines Fahrzeugs ist, wird der Detektor die Temperatur des interessierenden Bereiches (d.h. das ein Viertel des Brennflecks umfassende Rohr) mit Gegenständen außerhalb des interessierenden Bereiches (d.h. der anderen drei Viertel des Brennflecks) mitteln. Im Gegensatz dazu wird ein Feld von Detektorstrahlen mit kleinerem Brennfleck (z.B. je ein Zoll (2,54 cm) Durchmesser), sofern korrekt ausgerichtet, eher eine exakte Temperaturmesswerterfassung für einen kleinen interessierenden Bereich zur Verfügung stellen.
Verarbeitungseinheit
Das RSD enthält vorzugsweise eine Datenverarbeitungseinheit 22. Die Datenverarbeitungseinheit 22 kann eine geeignete Verarbeitungseinrichtung beinhalten, zum Beispiel einen Computer oder anderen Mikroprozessor. Die Datenverarbeitungseinheit 22 kann optional Software verwenden, um die gewünschte Analyse von aufgenommenen und/oder gespeicherten Daten durchzuführen. Zum Beispiel kann Software verwendet werden, um die relativen Anteile von verschiedenen Auspuffgasbestandteilen, Konzentrationen von verschiedenen Auspuffgasbestandteilen (z.B. HC, CO₂, NO_x, CO etc.), die Abklingrate (z.B. Dissipation über der Zeit) der Auspuffgasbestandteile, die Trübung der Auspuffabgasfahne, die Temperatur, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeugs zu berechnen und um ebenso auch weitere erwünschte Information zu bestimmen.
In einer bevorzugten Ausbildungsform wird die Datenverarbeitungseinheit 22 verwendet, um die relativen Anteile verschiedener Auspuffgasbestandteile durch Berechnung des Verhältnisses der Absorption für einen bestimmten Auspuffgasbestandteil zu der CO₂-Absorption zu berechnen. Diese bevorzugte Methode beseitigt das Erfordernis, die Gesamtmenge der vorhandenen Auspuffabgasfahne zu berechnen, da die berechneten Verhältnisse alleine ausreichende Information bieten, Fahrzeuge zu identifizieren, die vorgegebenen Verschmutzungsgrenzwerten nicht entsprechen. Sollte die Berechnung absoluter Konzentrationen verschiedener Komponenten erforderlich sein, kann für diesen Zweck auch ein auf Basis des Fahrzeugtyps, des Treibstofftyps, von Kalibrationsmesswerten oder anderen Methoden geschätzter Wert der CO₂-Konzentration verwendet werden.
Die Datenverarbeitungseinheit 22 kann auch Software zur Erledigung anderer Datenanalysefunktionen umfassen. Zum Beispiel können Fahrzeugemissionsdaten auf Auslaufverluste untersucht werden. Auslaufverluste können typischerweise Emissionsmesswerte aufgrund von Lecks im Treibstoffsystem des Fahrzeugs (z.B. undichter Tankdeckel, Treibstoffleitung etc.), Nebenstromemissionen (z.B. Emissionen aus dem Kurbelgehäuse, die an den Kolbenringen vorbei erfolgen), Emissionen aufgrund anderer Fahrzeuge in der Umgebung oder andere systematische Verluste einschließen.
Die Datenverarbeitungseinheit 22 kann auch Software für verschiedene Funktionen zur Benachrichtigung des Fahrzeughalters enthalten. Zum Beispiel kann der Halter eines Fahrzeugs, das als übereinstimmend mit vorbestimmten Emissionsgrenzwerten protokolliert wurde, darüber eine Benachrichtigung erhalten. Es kann eine Abstimmung mit örtlichen Behörden vereinbart werden, so dass Fahrzeugeignern nach Erhalt einer derartigen Benachrichtigung ein Erlass oder das Bestehen von örtlichen Abgasuntersuchungen gewährt wird. Gleichermaßen können Fahrzeuge, die vorbestimmte Emissionsgrenzwerte nicht einhalten, eine Benachrichtigung erhalten, die den Eigner zwingt, die Überschreitung zu beheben. Weitere Datenverarbeitungsfunktionen sind ebenfalls möglich.
Entsprechend einer Ausbildungsform kann die Emissionsdetektion durch eine Fernmessvorrichtung, wie etwa RSD-1000^TM oder RSD-2000^TM, hergestellt von RSTi in Tucson, Arizona (USA) stattfinden, wobei die Detektionseinrichtung und die Prozesssteuerungssoftware angepasst werden, um die hier beschriebenen neuen Funktionen auszuführen.
Mehrspur-RSD-Einheit
Die Erfindung umfasst eine Mehrspur-RSD-Einheit, die die Erfassung von Fahrzeugemissionen an Stellen ermöglicht, wo Fahrzeuge in mehreren, im Wesentlichen parallelen Fahrspuren fahren können. Verschiedene Anordnungen für Mehrspur-RSDs sind weiter unten beschrieben. Der Ausdruck „mehrfache Fahrspuren" wie hier gebraucht bedeutet zwei oder mehr Fahrspuren, und schließt zwei oder mehr Fahrspuren, bei denen Fahrzeuge auf verschiedenen Fahrspuren in dieselbe oder in entgegengesetzte Richtung fahren, ein.
Eine Ausbildungsform einer Mehrspur-RSD-Einheit umfasst Bestandteile wie in 1 gezeigt. In dieser Ausbildungsform kann ein Reflektor 14 gegenüber einem Detektorfeld 12 über eine mehrspurige Straße hinweg platziert sein. In jeder Ausbildungsform der Erfindung kann das Detektorfeld 12 durch einen Einzeldetektor ersetzt werden. Der Einzeldetektor kann verwendet werden, um eine einzelne interessierende Sorte zu erfassen, oder er kann in Kombination mit einer Mehrzahl von beweglichen Filtern eingesetzt werden, um eine Vielzahl verschiedener interessierender Sorten zu erfassen. In dieser Ausbildungsform sind die beweglichen Filter so ausgewählt, dass jeder Filter ein Strahlungsband an den Detektor weiterreicht, das im Wesentlichen zentriert um die charakteristische Wellenlänge einer speziellen interessierenden Sorte liegt. Auf diese Weise kann ein Einzeldetektor verwendet werden, um eine Vielzahl verschiedener Abgaskomponenten zu erfassen, indem die Strahlung für jede Abgaskomponente durch ein anderes Filter passiert. Bei denjenigen Ausbildungsformen, die eine aktive Quelle verwenden, kann die Quelle 10 ebenso gegenüber dem Reflektor 14 platziert werden, so dass die Strahlung von der Quelle 10 zum Reflektor 14 und dann zum Detektorfeld 12 gelangt.
Ausbildungsformen von Mehrspur-RSDs, bei denen das Detektorfeld 12 und der Reflektor 14 durch mehr als eine Fahrzeugfahrspur getrennt sind, können eine von mehreren Techniken benutzen, um zu ermitteln, welches Fahrzeug zu einem bestimmten Satz Emissionsdaten gehört. Zum Beispiel kann Datenverarbeitungssoftware verwendet werden, um eine Abklingratenkurve für eine gegebene Auspuffabgasfahne zu erzeugen. Die Abklingrate kann vorzugsweise auf Dissipationscharakteristiken für einige Abgasbestandteile (z.B. HC, CO₂, CO, NO_x etc.) beruhen. Der Vergleich dieser Dissipationscharakteristiken einer gegebenen Auspuffabgasfahne mit bekannten oder vorhergesagten Standardkurven kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob die gegebene Abgasfahne von mehr als einer Emissionsquelle stammt. Wenn zum Beispiel zufällig zwei Fahrzeuge sehr nahe beieinander durch das Mehrspur-RSD fahren, wird die Abklingratenkurve der Auspuffabgasfahne üblicherweise zwei verschiedene Abklingraten enthalten, was die Anwesenheit von zwei Fahrzeugen anzeigt. Wenn die Abklingkurven für mehrfache Fahrzeuge nicht unterschieden werden können, können alternative Datenverarbeitungsmethoden verwendet werden. Zum Beispiel können die Daten als ungültig verworfen werden, die Fahrzeuge können für einen späteren Test identifiziert werden oder andere Vorgehensweisen zur Zuordnung eines bestimmten Fahrzeugs zu einer bestimmten Auspuffabgasfahne können eingeleitet werden.
Eine weitere Ausbildungsform des Mehrspur-RSD kann die Benutzung einer Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmesseinheit 18 und/oder Bildaufnahmeeinheit 16 umfassen, um die Ermittlung, welches Fahrzeug zu einer erfassten Auspuffabgasfahne gehört, zu unterstützen. Verschiedene Ausgestaltungen werden in Hinblick auf 4 beschrieben. Eine Ausbildungsform stimmt Bilddaten eines Fahrzeugs mit erfassten Abgasfahnenemissionsdaten ab, um Fahrzeuge und Abgasfahnen in Beziehung zu setzen. Es können zum Beispiel eine Quelle 10 und ein Detektorfeld 12 zur Überdeckung einer mehrspurigen Straße ausgerichtet werden, von der zwei Spuren, 102a, 102n, gezeigt sind (eine andere Ausgestaltung kann Quelle 10 und Detektorfeld 12 auf einer Seite der Straße mit einem Reflektor 14 auf der anderen umfassen, wie zum Beispiel in 1 gezeigt). Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmesseinheiten 18a, 18n können vorzugsweise zwischen den Fahrspuren 102a, 102n angebracht und so ausgerichtet werden, dass sie Geschwindigkeits- und Beschleunigungsdaten für eine einzelne der Fahrspuren 102a, 102n aufzeichnen. Die Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmesseinheiten 18a, 18n können zum Beispiel Laserstrahlen umfassen, die in die eine oder die andere Fahrspur geworfen werden, Transducer, piezoelektrische Vorrichtungen, oder andere „Überfahrdetektoren", die in jede Fahrspur eingelassen sind oder Radarpistolen, die auf die entsprechenden Fahrspuren gerichtet sind. Auf diese Weise können individuelle Geschwindigkeits- und Beschleunigungsdaten für jedes Fahrzeug gewonnen werden und mit den Emissionsdaten abgeglichen werden. Zum Beispiel kann die Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmesseinheit 18a für Fahrspur 102a eine Fahrzeuggeschwindigkeit zu einer Zeit registrieren kurz bevor die Einheit 18n für Fahrspur 102n eine Fahrzeuggeschwindigkeit und -beschleunigung aufnimmt. Dann können die ersten auftretenden Emissionsdaten dem Fahrzeug in Fahrspur 102a zugeordnet werden und die zweiten dem Fahrzeug in Spur 102n.
Andere Ausbildungsformen können die gleiche Unterscheidung durch die Benutzung einer Bildaufnahmeeinheit 16 erzielen. Zum Beispiel können Bildaufnahmeeinheiten 16 eingerichtet sein, um Fahrzeuge zu beobachten, die sich auf einer bestimmten Fahrspur 102a, 102n (oder, bei Fahrspuren mit Verkehr in entgegengesetzter Richtung, in einer bestimmten Richtung) bewegen. Auf diese Weise können aufgezeichnete Fahrzeugbilddaten mit aufgezeichneten Emissionsdaten verknüpft werden. Es kann zum Beispiel das Bild eines auf Fahrspur 102a fahrenden Fahrzeugs unmittelbar vor dem eines auf Fahrspur 102n fahrenden Fahrzeugs aufgezeichnet werden, dann können die ersten auftretenden Emissionsdaten dem Fahrzeug auf Fahrspur 102a zugeordnet werden und die zweiten dem Fahrzeug auf Fahrspur 102n. Andere Ausbildungsformen, die verschiedene Kombinationen von Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmesseinheiten 18 und Bildaufnahmeeinheiten 16 umfassen, sind ebenso möglich.
Eine weitere Ausbildungsform des Mehrspur-RSD ist schematisch in 5 dargestellt. Wie gezeigt, kann diese Ausbildungsform eine Quelle 10 und ein Detektorfeld 12 umfassen, die je auf der Seite jeder Fahrspur 102a, 102n einer Fahrbahn platziert sind. In dieser Ausgestaltung wird die Emissionsmessung vorzugsweise für eine zweispurige Strecke durchgeführt. Dennoch kann eine Messung an einer geeigneten Position entlang der Strecke über mehr als zwei Fahrspuren möglich sein. In einer Ausbildungsform kann ein Reflektor 14 in der Straße platziert werden. Die Platzierung des Reflektors 14 in der Fahrbahn kann einen verlässlichen, unauffälligen, sicheren und robusten Reflektor zur Verfügung stellen, der kein Hindernis oder Gefährdung für den Fahrzeugverkehr darstellt. Vorzugsweise kann der Reflektor 14 zwischen den Fahrspuren 102a, 102n angebracht werden. Andere Positionen sind möglich.
Vorzugsweise kann der Reflektor 14 in einer Weise platziert werden, dass er die reflektierte Strahlung durch die Auspuffabgasfahne eines Fahrzeugs hindurchtreten lässt. Eine Höhe des reflektierten Strahls von zum Beispiel ungefähr zwölf (12) bis achtzehn (18) Zoll (30,48 cm bis 45,72 cm) über der Oberfläche der Straße in der Mitte jeder Fahrspur 102a, 102n dürfte ausreichen, um die Auspuffabgasfahne der meisten Fahrzeuge zu schneiden. Auf diese Weise werden jede Quelle 10 und Detektorfeld 12 die Emissionsdaten für eine Fahrspur (z.B. 102a, 102n) aufzeichnen. In einigen Ausbildungsformen kann es zu bevorzugen sein, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmesseinrichtung(en) 18 und Reflektor(en) 14 an derselben Stelle anzuordnen (z.B. zwischen den Fahrspuren 102a, 102n).
6 zeigt eine noch weitere Ausbildungsform des Mehrspur-RSD, die eine aufgehängt montierte Ausgestaltung verwendet. Die Quellen 10 und das Detektorfeld 12 können vorzugsweise oberhalb einer Fahrbahn platziert werden. Jeder geeignete aufgehängte Einsatzort 50 kann für die Quellen 10 und das Detektorfeld 12 gewählt werden. Der aufgehängte Einsatzort 50 kann zum Beispiel eine Straßentafel, Mautstelle, Überführung, Brücke oder ähnlichen Platz umfassen. In dieser Ausbildungsform können die Reflektoren 14 in der Fahrbahn angebracht werden, zum Beispiel in jeder Fahrspur 102a, 102n. Auf diese Weise können Emissionsdaten für Fahrzeuge in jeder Fahrspur 102a, 102n aufgezeichnet werden.
Entsprechend einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung können mehrere Messgeräte für jede Fahrspur zur Messung von Fahrzeugemissionen verwendet werden. Jede Fahrspur einer Straße kann über zwei oder mehr Messgeräte zur Messung von Fahrzeugemissionen verfügen, wodurch es ermöglicht wird, genauere Messergebnisse zu erzielen. So können zum Beispiel mehrere Messgeräte Seite an Seite platziert werden und so ausgerichtet werden, dass Strahlung von jedem Messgerät im Wesentlichen zur selben Zeit durch dieselbe Auspuffabgasfahne hindurchtritt. Um ein anderes Beispiel zu nehmen, können mehrere Messgeräte in einer Reihe platziert und so angeordnet werden, dass die Strahlung von jedem Messgerät zu einem anderen Zeitpunkt durch die Auspuffabgasfahne eines einzelnen Fahrzeugs hindurchtritt. Auch andere Methoden der Benutzung mehrerer Messgeräte in derselben Fahrspur können angewendet werden.
Gebunkerte Einheit
Eine noch weitere Ausbildungsform der Erfindung umfasst ein kompaktes, unbemanntes RSD, das zur bedienerlosen Überwachung von Fahrzeugemissionsdaten verwendet werden kann (auch als „gebunkerte" Einheit bezeichnet). 7 zeigt schematisch eine mögliche gebunkerte Einheit. In der gezeigten Ausbildungsform sind die Komponenten des RSD in zwei Gruppen 70, 72 gebündelt. Gruppe 70 kann vorzugsweise Quelle 10, Detektorfeld 12, Datenverarbeitungseinheit 22, Bilderfassungseinheit 16, Komponenten der Geschwindigkeits- und Beschleunigungserfassungseinheit 18 und der Temperaturerfassungseinheit 20 und Kommunikator 74 umfassen. Gruppe 72 kann Reflektor 14 und Komponenten der Geschwindigkeits- und Beschleunigungserfassungseinheit 18 und der Temperaturerfassungseinheit 20 umfassen. Komponenten der Geschwindigkeits- und Beschleunigungserfassungseinheit 18 und der Temperaturerfassungseinheit 20 sind als aufgeteilt zwischen den beiden Gruppen 70, 72 dargestellt, um Einheiten 18 und 20 zu zeigen, die Fahrspuren überspannen (z.B. kann eine Geschwindigkeits- und Beschleunigungserfassungseinheit 18 einen Laserstrahl und Sensoren zur Erfassung des Laserstrahls umfassen). Andere Ausbildungsformen erfordern keine Aufteilung der Geschwindigkeits- und Beschleunigungserfassungseinheit 18 und der Temperaturerfassungseinheit 20. In solchen Ausbidungsformen können die Einheiten 18 und/oder 20 vollständig in einer der Gruppen 70, 72 untergebracht sein. In manchen Ausbildungsformen kann (können) die Geschwindigkeits- und Beschleunigungserfassungseinheit(en) 18 unmittelbar bei der Datenverarbeitungseinheit 22 platziert sein. Zum Beispiel kann die Geschwindigkeits- und Beschleunigungserfassungseinheit 18 innerhalb von fünf (5) Fuß (152,4 cm) von der Datenverarbeitungseinheit 22 platziert werden. Andere Gruppierungen von Komponenten können ebenfalls möglich sein. Zum Beispiel kann die Bilderfassungseinheit 16, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, an anderen Stellen platziert sein (z.B. bei Gruppe 72). Zusätzlich können manche Ausbildungsformen eine Quelle 10 in einer Gruppe und ein Detektorfeld 12 in einer andern umfassen und so das Erfordernis eines Reflektors 14 beseitigen. Eine derartige Anordnung ist durch die in Gruppe 72 eingeschlossene gestrichelte Quelle 10/Detektorfeld 12 angedeutet. Der Kommunikator 74 kann Information, wie etwa gemessene Fahrzeugemissionen und Indentifikationsschildinformation, vom RSD übermitteln. Der Kommunikator 74 kann über eine drahtgebundene Verbindung, wie ein Kabel oder eine Telephonleitung, oder eine drahtlose Verbindung, wie durch Funk, Mobiltelefonie, Satellitenübertragung oder andere geeignete Arten drahtloser Kommunikation, kommunizieren. Es können Informationen zu einer anderen Stelle zur Speicherung, Verarbeitung, Ansicht, oder anderem Gebrauch der Informationen, übermittelt werden. Auch andere Arten von Kommunikation können verwendet werden.
Eine Ausbildungsform der gruppierten oder gebunkerten Einheit kann es umfassen, ein oder mehrere RSDs in bestehende Streckenbauwerke zu integrieren. Vorzugsweise können Streckenbauwerke wie Mautstationen, Betonspurtrenner (z.B. Jersey-Barrieren), Mittelstreifentrenner oder andere Aufbauten ein oder mehrere RSDs beherbergen. Zum Beispiel zeigt 8 ein RSD, das in Betonspurtrennungsbauten 80, 82 integriert ist. Wie in 8 gezeigt, können die Bauten 80, 82 Modifikationen enthalten, die die Funktion der verschiedenen Komponenten erlauben. Zum Beispiel können Öffnungen 84 der Quelle 10 und dem Detektorfeld 12 ermöglichen, den Emissionserfassungsstrahl auszusenden und zu empfangen. Gleichermaßen können Öffnungen 86 der Geschwindigkeits- und Beschleunigungserfassungseinheit 18 und/oder der Temperaturerfassungseinheit 20 Zugang zur Fahrbahn geben. Andere Modifikationen können möglich sein.
Eine Ausbildungsform der gebunkerten RSD-Einheit kann Modifikationen bei Datenroutinen oder der Software im Prozessor 22 umfassen. Diese Modifikationen kompensieren vorzugsweise durch die Gruppierung von Komponenten entstehende Änderungen in der Messroutine. Die Bilderfassungseinheit 16 in unmittelbare Nähe der Gruppe 70 zu rücken kann Änderungen hinsichtlich der Art der Aufnahme des Bildes eines Fahrzeugs verursachen. Zum Beispiel kann es die erforderliche Verzögerung zur rechtzeitigen Auslösung der Bilderfassungseinheit 16 zur Aufnahme eines erfassten Fahrzeugs verlängern, wenn die Bilderfassungseinheit näher oder ganz an die Gruppe 70 herangerückt wird. Andere Änderungen können ebenfalls erforderlich werden.
Eine Ausbildungsform der Erfindung liest ein Identifikationsschild auf einem Fahrzeug, um das Fahrzeug zu identifizieren und um bestimmte gemessene Fahrzeugemissionsinformationen mit dem Fahrzeug zu verknüpfen. Wie vorher angeführt kann entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung ein Identifikationsschild ein amtliches Kennzeichen umfassen. Eine Bilderfassungseinheit 16, wie etwa ein automatischer Kennzeichenleser, kann die Kennzeicheninformation aufzeichnen, um Information über das Fahrzeug zu erhalten. Alternativ kann ein Identifikationsschild, das einen Transponder auf oder in einem Fahrzeug umfasst, verwendet werden, um ein bestimmtes Fahrzeug zu identifizieren und/oder Fahrzeuginformation zu erhalten. Ein Transponder kann sich in einem Schild befinden, das im Fahrzeug platziert ist (z.B. am Rückspiegel hängend, auf dem Armaturenbrett liegend etc.) oder das fest im Fahrzeug eingebaut ist (z.B. ein Teil eines Globalen Positionsbestimmungssystems (global positioning system, GPS), das sich im Motor des Fahrzeugs oder an einer anderen Stelle befindet). Ein Transponder kann Informationen über das Fahrzeug, einschließlich Marke und Modell des Fahrzeugs, Motoreigenschaften, Treibstofftyp, den Halter des Fahrzeugs und andere möglicherweise sachdienliche Informationen übertragen. Entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung kann ein Transponder im Zusammenhang mit anderen Funktionen genutzt werden. Als Beispiel kann ein Transponder auch zusammen mit einem Mautpass benutzt werden, mit dem ein Fahrer über den Transponder elektronisch Maut entrichten kann, ohne das Fahrzeug anzuhalten.
Ein Identifikationsschild kann auch ein Schild oder eine Plakette umfassen, das/die ein Lesegerät erfordert. Nur als Beispiel kann ein Identifikationsschild eine Plakette mit Identifikationsmarken (z.B. Barcodes, Infrarotmarkierungen etc.) umfassen, die Informationen über das Fahrzeug enthalten. Die Plakette kann außerhalb des Fahrzeugs angebracht sein, wie etwa an der vorderen oder hinteren Stoßstange, auf der Unterseite des Fahrzeugs oder an jeder anderen Stelle am Fahrzeug, wo die Plakette in geeigneter Weise gelesen werden kann. Ein Lesegerät kann die Plakette wahrnehmen und daraus Information über das Fahrzeug erlangen. Eine bevorzugte Ausbildungsform verwendet einen auf dem Dach des Fahrzeugs angebrachten Barcode, der von einem oberhalb des Fahrzeugs platzierten Lesegerät gelesen werden kann.
Es kann ein Empfänger verwendet werden, um Information von einem Identifikationsschild zu erhalten. Entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung kann eine Antenne Signale von einem Identifikationsschild, das einen Transponder enthält, empfangen. Jede Art üblicher Empfänger kann zum Empfang von Signalen verwendet werden. Entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung kann ein Lesegerät und/oder Empfänger im Zusammenhang mit mehreren Fahrspuren verwendet werden. Basierend auf dem empfangenen Signal oder der gelesenen Plakette kann ein Empfänger oder Lesegerät ermitteln, auf welcher Fahrspur sich ein bestimmtes Fahrzeug zu einer bestimmten Zeit befindet.
Eine Datenverarbeitungseinheit 22 kann Informationen über ein Fahrzeug von einem Lesegerät und/oder Empfänger erhalten. Entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung kann die Datenverarbeitungseinheit 22 Fahrzeuginformationen erhalten. Die Fahrzeuginformationen und Informationen, die bei der Messung der Fahrzeugemissionen erhalten wurden, können gespeichert werden. Die Datenverarbeitungseinheit 22 kann die von einem Identifikationsschild erhaltene Fahrzeuginformation mit den Ergebnissen der Fahrzeugemissionsmessung in Beziehung setzen. Die Datenverarbeitungseinheit 22 kann den Datensatz eines Fahrzeugs aktualisieren, um die bei der Verarbeitung der Fahrzeugemissionsdaten erhaltenen Ergebnisse, wie etwa die Anzeige, ob ein Fahrzeug vorherbestimmte Emissionsrichtwerte bestanden oder nicht bestanden hat, zu berücksichtigen.
Entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung kann, bei einer üblichen zweispurigen Überland-Autobahn, ein System an einer Überführung an der Rückseite der Brücke platziert sein und kann aus einem linearen Feld von optischen Fernsensoren bestehen, die in vorherbestimmten Abständen (z.B. Abständen von ungefähr zwei Fuß (60,96 cm)) senkrecht auf die Fahrbahn hinunterblicken. Als Beispiel würden bei einer Fahrbahn von 24 Fuß (7,31 m) Breite dreizehn Einheiten hinunterblicken und auf jede Seite von zwölf Fuß (3,66 m) breiten Fahrspuren, um eine im Wesentlichen vollständige Abdeckung zu gewährleisten. In der Fahrbahn können strapazierfähige Reflektoren eingelassen sein, exakt in einer Ebene mit der Fahrbahnoberfläche, so dass sie von vorüberfahrenden Fahrzeugen nicht gespürt werden. Als Beispiel können in einem System mit dreizehn Einheiten dreizehn Reflektoren mit einem Abstand von ungefähr zwei Fuß (60,96 cm) unterhalb der dreizehn Detektorfelder angebracht sein. Jede Einheit hätte einen abgehenden und einen zurückkehrenden Strahl, die wie gezeigt die Form eines sehr spitzwinkligen V bildeten.
Die Zeitsteuerung der Datenaufnahme von einem Detektorfeld kann von einem einzelnen Zentralcomputer bestimmt und gespeichert werden. Detektoreinheiten oder Detektorfelder können dem Zentralcomputer einen Datenstrom liefern, der aus Zeiten und Detektorspannungen oder aus Zeiten und kalibrierten Gasabsorptionsmesswerten besteht. Der Zentralcomputer kann ein nach Zeit und Ort aufgespanntes Feld von Emissionsdaten erzeugen. Als Beispiel können mindestens zwei Strahlen durch irgendein Fahrzeug, das breiter als ein Motorrad ist und durch die Strahlen fährt, unterbrochen werden. Die Position und Zeit aller Fahrzeuge, die vorbeifahren, kann aus dieser Strahlunterbrechung bestimmt werden und alle Detektorfelder, die Auspuffabgasfahnen beobachten, einschließlich derer, die erst kürzlich unterbrechungsfrei geworden sind, können verwendet werden, um Emissionsdaten zu gewinnen. Bei einer zwölf Fuß (3,66 m) breiten Fahrspur mit im Abstand von zwei Fuß (60,96 cm) angebrachten Detektorfeldern können zwei Strahlen unterbrochen sein, während fünf Strahlen von anderen Detektorfeldern empfangen werden. Mit dieser Anordnung und einem System, das eine präzise Zeitsteuerung aufrechterhält, ist es möglich zu bestimmen, von welchem Fahrzeug eine gegebene Auspuffabgasfahne stammt, selbst wenn zwei Fahrzeuge gleichzeitig in parallelen Fahrspuren vorbeifahren oder wenn die Abgase beispielsweise durch Turbulenzen hinter Fahrzeugen oder Querwinde verteilt werden.
Eine Anzahl von Videokameras, die auf einem Mast am Straßenrand in Fahrtrichtung oberhalb des RSD angebracht sind, kann durch die Beendigung der Strahlunterbrechung (genauso wie bei üblichen Systemen mit horizontalen Strahlen) ausgelöst werden, um ein Bild der Rückseite des Fahrzeugs aufzunehmen, sofern eine individuelle Fahrzeuginformation gewünscht ist. Dieses Konzept kann auch auf mehrere Fahrspuren ausgedehnt werden.
9 stellt ein Beispiel eines aufgehängten Systems entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung dar. Ein Feld von Lichtquellen 91 und Detektoren 92, die mit beweglichen Filtern 93 ausgestattet sind, kann auf einem Brückenbauwerk 90 über eine mehrspurige Fahrbahn angebracht sein. Entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung kann zur Messung von Schadstoffen, die CO, CO₂ und HC einschließen, Infrarotstrahlung für die Lichtquellen 91 benutzt werden. Entsprechend einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung kann, wenn NO-Daten erforderlich sind, eine Lichtquelle mit einer Kombination aus UV- und IR-Strahlung verwendet werden, oder eine hochauflösende IR-Quelle aus einem Diodenlaser kann verwendet werden. Licht von jeder Lichtquelle 91 kann von einem Reflektor 95 auf seinen einzelnen Detektor 92 reflektiert werden. Jeder Detektor 92 kann einzeln die mit den gewünschten Schadstoffmessungen verbundenen Wellenlängen messen. Entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung kann jede Lichtquelle 91 und jeder Detektor 92 der Zeitsteuerung eines Prozessors 96 unterworfen sein, so dass alle Ereignisse (Strahlunterbrechungen und Emissionsmessungen) einen gemeinsamen Zeitstempel tragen.
Jeder Detektor 92 kann Ereignisse an den Prozessor 96 zurückmelden, der mit spezialisierter Software ausgestattet sein kann, die es ihm ermöglicht, aus dem Vektor aus Zeit, Ort, Strahlunterbrechung und Detektorinformation zu erkennen, welches Fahrzeug einem bestimmten Abgasfahnenmesswert zuzuordnen ist. In manchen Fällen können Abgasfahnenmessungen durch den Prozessor 96 einer Mehrzahl von Fahrzeugen zugeordnet werden, worauf diese Abgasfahnenmessung verworfen wird oder verwendet wird, indem eine alternative Berechnung zur Berücksichtigung der Mehrzahl von Fahrzeugen eingesetzt wird. Der Prozessor 96 kann die Videokameras 97 steuern, um Bilder von Fahrzeugen aufzunehmen, wenn eine Fahrzeugidentifikation erwünscht ist.
Entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung kann jedes Paar von Lichtquelle 91 und Detektor 92 als unabhängige Straßenmesseinheit arbeiten. Diejenigen Paare, die einen vollständig unterbrochenen Strahl sehen, können weitestgehend wie die normalen Systeme mit horizontalen Strahlen behandelt werden. Das Freiwerden eines Strahls durch die Weiterfahrt eines Fahrzeugs aus dem Strahl hinaus kann eine Videokamera 97 zur Aufnahme eines Bildes veranlassen und die verschiedenen Emissionsmessungen können mit Messungen, die vor der Strahlunterbrechung aufgenommen wurden, verglichen werden, um sicherzustellen, dass das beobachtete Abgas von diesem Fahrzeug stammt. Daten von einem Quelle/Detektor-Paar, das keine Strahlunterbrechung sieht, können vom Prozessor 96 ausgewertet werden um zu bestimmen, ob eine Auspuffabgasfahne gesehen wurde, und wenn, wo diese örtlich und zeitlich relativ zu irgendwelchen lokalen Strahlunterbrechungen und -freigaben und/oder anderen Auspuffabgasfahnenmessungen auftrat. Faktoren wie Windgeschwindigkeit, Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder -beschleunigung und Windrichtung können in derartige Analysen einfließen. Die Bestimmung der Quelle einer bestimmten Auspuffabgasfahne kann unter bestimmten Umständen Mehrfachmustererkennungssoftware erfordern.
Die Lichtquelle 91 kann jede beliebige Lichtquelle, wie etwa infrarote Strahlung sein. Entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung, kann infrarote Strahlung erforderlich sein, um eine vernünftige Helligkeit bei Wellenlängen von 3–4 μm zu erzielen. Als Beispiel kann eine Siliziumkarbid (SiC) Quelle mit resistiver Heizung verwendet werden. Andere Möglichkeiten können lichtemittierende Dioden und Diodenlaser einschließen. Mit Diodenlasern können harmonische Wellenlängen im nahen Infrarot verwendet werden. Entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung kann, wenn NO-Messungen erforderlich sind, entweder ein abstimmbarer Diodenlaser oder eine UV-Quelle benutzt werden. Andere Beispiele von Lichtquellen 91, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung genutzt werden können, schließen einen Hitzdraht, Siliziumkarbid oder einen anderen Karbid-Glühfaden, eine Heißglas-/Quarzumhüllung um einen Draht, oder andere heiße Materialien wie etwa Aluminium-IR-Quellen ein. Entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung kann die Temperatur der Lichtquelle 91 so warm wie möglich sein. Als Beispiel wird die SiC-Lichtquelle vorzugsweise bei etwa 1700°K (1400°C) gehalten.
Detektoren 92 können jede Art von Detektoren, die erforderliche Signal/Rauschverhältnisse einhalten, sein. Entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung können elektrisch gekühlte Bleiseleniddetektoren eingesetzt werden. Auch andere Arten von Detektoren können in Verbindung mit dieser Erfindung verwendet werden. Beispiele von Detektoren, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schließen Bleisulfid, HgCdTe und IbSb ein. Für einen IR-Wellenlängenbereich kann ein IbSb bei einer Temperatur von 77°K (–223°C) eingesetzt werden. Bleiselenid kann optimal eingesetzt werden, wenn es auf eine Temperatur von 210°K (–90°C) gekühlt wird. Diese niedrige Temperatur kann thermoelektrisch schwer zu erzielen sein, so dass alternativ auch eine höhere Temperatur verwendet werden kann.
Entsprechend einer Ausbildungsform der Erfindung kann der Reflektor 95 auf der Fahrbahn 94 ein Flachspiegel sein, so dass der Reflektor 95 bündig mit der Fahrbahn 94 sein kann. Als Beispiel kann eine flache Saphirplatte mit Goldbeschichtung auf der Rückseite benutzt werden, da Saphir ein äußerst hartes Material und transparent in den IR- und UV-Bändern ist. Als weiteres Beispiel kann, wenn Reflexivität im UV-Bereich erforderlich ist, eine Aluminiumbeschichtung anstelle einer Goldbeschichtung verwendet werden. Entsprechend einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung kann ein vollständiger Winkelreflektor oder ein Paar von Spiegeln im rechten Winkel zueinander verwendet werden, um die erforderliche Rückkehr des Strahls zum Detektor 92 zu erzielen. Andere Beispiele von Reflektoren 94, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schließen Materialien ein, deren Front verspiegelt werden kann, so dass eine polierte Aluminiumplatte oder eine Goldbeschichtung verwendet werden könnte. Ein rückseitig verspiegeltes Material, das sowohl IR-Transparenz als auch beträchtliche Härte erfordert, oder manche Arten von synthetischen Spinellmaterialien mit einer Gold- oder Aluminiumbeschichtung können ebenfalls verwendet werden.
Andere Ausbildungsformen und Anwendungen der Erfindung werden dem Fachmann aus der Betrachtung der Beschreibung und aus dem Gebrauch der hier offenbarten Erfindung offensichtlich sein. Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich als musterhaft betrachtet werden und der Schutzbereich der Erfindung soll durch die hieran angefügten Ansprüche bestimmt werden.

Claims

System zur Fernmessung von Fahrzeugemissionen in einem mehrspurigen Szenario mit einer Mehrzahl von Fahrspuren (102a, 102n) für Fahrzeuge, wobei das System umfasst: mindestens eine Strahlungsquelle (10, 91), die einen Strahl über zwei oder mehr Fahrspuren hinweg und durch mindestens eine Auspuffabgasfahne hindurch aussendet; mindestens einen Strahlungsdetektor (12, 92) zum Empfang des Strahls; und mindestens einen Prozessor (22), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Prozessor dazu dient, gestützt auf von dem mindestens einen Strahlungsdetektor empfangene Emissionsdaten, zu bestimmen, ob die Emissionsdaten den Emissionen von zwei oder mehr Fahrzeugen entsprechen, wobei der mindestens eine Prozessor eine Abklingratenkurve für die mindestens eine Auspuffabgasfahne erzeugt, die auf Dissipationscharakteristiken von zumindest einigen in der mindestens einen Auspuffabgasfahne enthaltenen Abgasbestandteilen basiert, und die Abklingratenkurve mit bekannten oder vorhergesagten Abklingratenkurven vergleicht, um zu bestimmen, ob die mindestens eine Auspuffabgasfahne von zwei oder mehr Fahrzeugen stammt.
System nach Anspruch 1, wobei das System mindestens eine mit dem Prozessor (22) zusammenwirkende Fahrzeugidentifikationseinheit umfasst und der Prozessor erfasste Fahrzeugemissionsdaten, gestützt auf von der mindestens einen Fahrzeugidentifikationseinheit erhaltene Information, einem bestimmten, identifizierten Fahrzeug zuordnet.
System nach Anspruch 1, weiter umfassend mindestens einen Reflektor (14) zur Lenkung des von der mindestens einen Strahlungsquelle (10) ausgesendeten Strahls zu dem mindestens einen Strahlungsdetektor (12).
System nach Anspruch 3, wobei der mindestens eine Reflektor (14) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Spiegel, einem Planspiegel, einem seitlichen Übertragungsspiegel, einem vertikalen Übertragungsspiegel oder einem Retroreflektor.
System nach Anspruch 1, wobei das System mindestens eine Strahlungsquelle (10) und mindestens einen Strahlungsdetektor (12) pro Fahrspur in dem mehrspurigen Szenario umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei das System eine Mehrzahl von Strahlungsquellen (10) und eine Mehrzahl von Strahlungsdetektoren (12) pro Fahrspur umfasst.
System nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine Fahrzeugidentifikationseinheit ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem automatischen Fahrzeugkennzeichenleser, einem photographischen Apparat, mindestens einem Empfänger zum Empfang eines Fahrzeugidentifikationssignals von einem an einem Fahrzeug befindlichen Transponder, und mindestens einem Lesegerät, das auf einem Fahrzeug befindliche Fahrzeugidentifikationsinformation liest.
System nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Wärmeerfassungseinheit (20) zur Bestimmung der Temperatur einer oder mehrerer Fahrzeugkomponenten.
System nach Anspruch 3, wobei die mindestens eine Strahlungsquelle (10) und der mindestens eine Strahlungsdetektor (12) direkt über einer Fahrspur angeordnet sind und der mindestens eine Reflektor unter oder bündig mit der Fahrspur angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, weiter umfassend mindestens eine Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmesseinrichtung (18) zur Bestimmung von Geschwindigkeit und Beschleunigung eines Fahrzeugs.
System nach Anspruch 10, wobei die mindestens eine Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmesseinrichtung (18) einen aus einer beliebigen Richtung über eine Fahrspur gerichteten Lichtstrahl umfasst.
System nach Anspruch 10, wobei die mindestens eine Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmesseinrichtung (18) einen Überfahrdetektor umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei das System in bestehende Streckenbauwerke eingebaut ist.
System nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Prozessor (22) räumlich entfernt von der mindestens einen Strahlungsquelle (10) und dem mindestens einen Strahlungsdetektor (12) angeordnet ist und Information von dem mindestens einen Strahlungsdetektor zu dem mindestens einen Prozessor über drahtlose Kommunikation übertragen wird.
System nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Prozessor (22) gestützt auf eine Kombination von zeitlichen und örtlichen Fahrzeugemissionsdaten und Fahrzeugidentifikationsdaten bestimmt, welche Fahrzeugemissionsdaten welchem Fahrzeug zugeordnet werden.
System nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine Mehrzahl von beweglichen Lichtfiltern (93); und mindestens einen Reflektor (95) zur Lenkung des Strahlenbündels von der mindestens einen Strahlungsquelle (91) zu dem mindestens einen Strahlungsdetektor (92) über die beweglichen Lichtfilter.
System nach Anspruch 16, wobei das System mindestens eine Strahlungsquelle (91), mindestens einen Strahlungsdetektor (92) und mindestens einen Reflektor (95) pro Fahrspur umfasst.
System nach Anspruch 16, wobei das System eine Mehrzahl von Strahlungsquellen (91), eine Mehrzahl von Strahlungsdetektoren (92) und eine Mehrzahl von Reflektoren (95) pro Fahrspur umfasst.
System nach Anspruch 16, wobei die mindestens eine Strahlungsquelle (91) und der mindestens eine Strahlungsdetektor (92) direkt über einer Fahrspur angeordnet sind, und der mindestens eine Reflektor (95) direkt unterhalb der Fahrspur angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, wobei eine Abklingratenkurve, die zwei verschiedene Abklingraten umfasst, anzeigt, dass die Emissionsdaten von der mindestens einen Auspuffabgasfahne zwei Fahrzeugen entsprechen.
System nach Anspruch 1, wobei eine Abklingratenkurve, die mehrere verschiedene Abklingraten umfasst, anzeigt, dass die Emissionsdaten von der mindestens einen Auspuffabgasfahne mehreren Fahrzeugen entsprechen.