CN101484346B - 使用捕获的图像导航的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在此公开了一种涉及通过陆标识别的移动平台导航的方法。该方法包括：用移动平台上的至少一个成像设备捕获图像，并且通过比较捕获的图像和存储在标记了位置的陆标图像的数据库中的陆标的图像来识别捕获的图像。该方法还包括通过跟踪相对于标记了位置的陆标图像的位置的移动平台的位置，导航该移动平台。

Description

使用捕获的图像导航的系统和方法
本发明涉及导航系统和方法，更具体地，涉及用于移动平台的导航系统和方法。 
在移动平台(如机车、汽车、船只和飞行器)中使用导航系统已经变得普遍。一种最普通的导航系统是全球定位系统，这里也称为GPS。GPS使用从多个近地轨道卫星接收的信号来确定地球上的GPS接收器的位置。GPS接收器同时利用来自若干卫星的信号、使用三角测量来计算它的位置。因此，为了GPS精确地确定它的位置，需要连续接收若干卫星信号。为了GPS接收器接收足够的信号强度，每个卫星必须处于接收器的直接视线中。 
因此，只要障碍物阻碍视线(如公路天桥、树叶、高大的建筑物等)就变得不起作用对GPS接收器来说非常普遍。因此，一些导航系统给GPS接收机增加航位推算(dead reckoning)能力，以便在GPS接收器不起作用时允许连续导航。航位推算通过保持跟踪相对于在GPS丢失其信号前移动平台的最后已知位置的移动平台位置来工作。 
航位推算依赖于来自其它设备(如陀螺仪、加速计、速度计和转速计)的输入。系统在航位推算模式下运行越久，航位推算系统的精度降低。换句话说，依赖于航位推算而没有由例如GPS接收器提供的正确位置的确认越久，偏离真实位置的误差越大。 
因此，现有技术中需要改进导航系统。 
这里公开了一种涉及通过陆标识别的移动平台导航的方法。该方法包括： 用移动平台上的至少一个成像设备捕获图像，并且通过比较捕获的图像和存储在标记了位置的陆标图像的数据库中的陆标的图像来识别捕获的图像。该方法还包括通过跟踪相对于标记了位置的陆标图像的位置的移动平台的位置，导航该移动平台。 
这里还公开一种涉及用于提供计算机环境中的移动平台的导航的计算机程序产品的方法。该计算机程序产品包括由处理电路可读并且存储指令的存储介质，所述指令由处理电路执行，用于便利所述方法。所述方法包括：从移动平台处的至少一个成像设备接收图像，并且通过比较捕获的图像和存储在标记了位置的陆标图像的数据库中的陆标的图像来识别捕获的图像。所述方法还包括通过跟踪相对于标记了位置的陆标图像的位置的移动平台的位置，导航该移动平台。 
这里还公开一种涉及用于移动平台的导航系统。所述系统包括：用于捕获陆标的图像的移动平台处的成像设备，以及用于存储多个标记了位置的陆标图像的陆标数据库。所述系统还包括用于比较和识别接收的陆标图像与存储的陆标图像、并且基于识别的陆标的已知位置跟踪移动平台的位置的处理器。 
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施例的示例性机车视频记录器和记录系统的方块图； 
图2是描述具有集成诊断、遥测和记录系统的示例性车载系统的方块图； 
图3描述示例性机车视频记录器和记录系统的示例性数据流图； 
图4描述示例性机车视频记录器和记录系统的另一实施例的示例性数据流图； 
图5描述图1的机车视频记录器和记录系统的示例性实施例；以及 
图6描述用于选择和取回图像数据的示例性计算机系统。 
具体实施方式
参照图1，通常显示为5的机车视频记录器和记录系统包括系统200的车载组和“车外”系统300。事件记录器功能包括记录和传输相关的视频、地理数据和机车操作参数，以便辅助解决涉及RR道口(crossing)事件、列车出 轨、碰撞和路旁设备检查和维护的问题。另外，该视频记录器和记录系统5可以用来执行跟踪条件、路旁设备和操作者列车管理的远程监控和诊断。此外，该视频记录器和记录系统5可以用来协助导航。 
由机车视频记录器和记录系统5提供的数据收集、处理和无线传输使得用户能够迅速地响应于发生在遍及铁路网络运动的许多机车内和机车周围的问题。事件数据传输可以配置为基于各种机车条件、地理位置和情况而发生。另外，事件数据可以从机车拉出(请求)或推出(传输)。例如，基于选择的操作条件(例如，紧急制动应用)、地理位置(例如，在铁路道口的附近)、选择的或导出的关注运行区域(例如，高车轮滑动或机车超速区域限制)、或时间驱动消息(例如，一天发送一次)，数据可以从机车22发送到车外数据和监控中心310。车外中央监控和数据中心310也可以根据需要从特定机车请求和取回数据。 
无线通信连接也使得车外数据和监控中心310能够提供额外的功能，包括系统的远程监控和诊断以及移动车载系统200的远程配置管理。 
图2是描述具有集成诊断、遥测和记录系统系统5(以下表示为系统5)的示例性车载系统200的方块图。系统5包括管理单元10或处理器(以下表示为管理单元10)，其提供如可以实现的各种接口和处理的命令和控制。另外，管理单元10还可以包括诊断和事件记录能力。事件记录例如确定选择的参数来观察、评估，并且如果需要则保存或记录。 
管理单元10可以包括但不限于如要求来执行这里描述的处理的计算机或处理器、逻辑、存储器、存储、寄存器、定时、中断和输入/输出信号接口。管理单元10接收来自各种传感器和系统的输入，并且生成到各种传感器和系统的输出信号。图3描述集成的诊断、遥测和记录系统5的处理功能和数据流的顶级方块图。将要理解的是，尽管在示例性实施例中多数处理描述为驻留在管理单元10中，但这种配置只是说明性的。各种处理和功能可以分布在一个或多个系统元件中，而不偏离权利要求的范围和宽度。 
在示例性实施例中，管理单元10执行或便利以下处理： 
来自各种输入的数据(视频、GPS、机车数据)的收集； 
数据的处理； 
数据的记录和存储； 
用于确定适当的系统动作(发送数据、文件(file)管理、视频控制)的 逻辑计算； 
视频设备的控制(开/关、时间和位置激活、图像质量设置等)； 
音频/视频数据与参数和事件数据的关联； 
与无线网络接口； 
处理来自车外数据和监控中心310的命令；以及 
系统诊断和健康状态。 
管理单元10的事件记录能力接收来自机车系统30的机车数据，其包括但不限于加速度、速度、方向、制动条件、车轮滑动等。管理单元10和/或数据存储12可以基于先进先出(first-in，first-out)连续地指引和便利各种机车数据存储在数据存储12中。这允许系统获取导致(lead up to)事件的机车数据。可替代地，在检测事件时或经由操作者在车上或从车外数据和监控中心310控制机车22，管理单元10可以开始在数据存储12中存储机车数据。使用已知技术(例如，车辆传感器，如加速计、速度传感器、机车操作传感器等)执行事件的检测。 
管理单元10在执行上述处理中可以与存储的信息的数据库32(下面描述)一起和与其对照地利用各种信号。数据库32可以用来便利选择的数据与选择的或指定的事件的关联。此外，数据库32可以用来识别一类事件或各事件和一组选择的图像、操作参数、或优选地与这种事件关联或有关的环境参数数据。数据库32不但可以用来例如确定列车在铁路轨道上占据的位置，还可以用来确定感兴趣的即将到来的目标相对于列车的位置的定位或用于事件和视频记录的期望输入。例如，路旁信号设备、道口80、桥、轨道中的弯道等。该信息可以用来确定传感器或成像设备(这里也表示为音频/视频系统14的相机142)的选通。例如，在示例性实施例中，管理单元10确定列车关于存储在上述车载数据库32中的轨道路线定位数据所处的位置。通过这种处理，列车的地理坐标可以与上述数据库32信息比较，以便不但确定列车正在哪条轨道上进行，而且确定列车在轨道上占据的特定段和位置。当管理单元10已经确定或建立期望的定位和希望的输入的位置(例如，即将到来的道口80、路旁信号设备等)时，管理单元10可以可选地指引音频视频系统14和传感器装置142(例如，相机或特定相机)来聚焦即将到来的期望输入(例如，即将到来的路旁信号设备)。另外，管理单元10可以指引涉及机车22的操作的选择的参数或环境参数和数据的记录。这些数据然后可以容易地与选 择的视频数据相关联，以便提供对机车22的操作和过去的事件的详细洞察。 
进一步展开上面列举的一些优点，本发明的各实施例可以从多个平行轨道中识别列车实际所处哪个特定轨道。这种信息的益处是用于积极的列车控制和自动列车操作系统的能力。自动列车操作系统需要精确地知道列车位于哪条轨道，使得其可以实施不同的速度限制和运动授权。 
在另一示例性实施例中，管理单元10可以用来便利车载系统诊断的操作和对系统5或其组件的健康监控。例如，在示例性实施例中，管理单元10、数据存储12和车载通信系统50可以用来检测和存储相关操作系统参数和信息(如管理单元10、数据存储12或系统5的其它组件的诊断和/或故障)、并且将相关操作系统参数和信息发送到车外中心数据中心310。诊断还可以识别组件状态和故障或不可操作性，包括但不限于掉电、音频/视频系统14和其组件的操作的失败、成像数据的丢失、故障的定位和时间。 
车载系统200还可以包括数据存储12。数据存储12配置为展示用于捕获和记录数据的足够容量，以便便利在此公开的功能的执行。数据存储12提供合适的存储容量，如在示例性实施例中的2G字节的存储器。在一个实施例中，数据存储12使用闪速存储器。数据存储12还可以包括非易失性随机存取存储器(RAM)。此外，在一个配置中，管理单元10可以包括用于诊断和状态数据的存储的非易失性存储器作为数据存储12的一部分。 
如图2所示，数据存储12包括外壳13，外壳13优选地在事件(例如，选择的定位、操作条件、或涉及机车的事故)期间保护数据存储设备12免受机械和电子损害，以便保护保持在数据存储设备12中的数据。数据存储设备12优选为足够存储容量的固态、非易失性存储器，以便提供与选择的事件相关联的重要时间段(例如，15分钟)的机车数据、环境数据、视频数据和音频数据的长期数据存储。再次，将要理解的是，尽管数据存储设备12在此描述为与管理单元10分离的实体，但任一或两者都可以配置为分离或组合的，以及与这里公开的系统5的其它元件组合。另外，应该理解尽管这里描述了处理和功能性的特定划分，但是这种划分只是说明性的以便于公开。许多其它相似功能性的安排和划分现在可能是显而易见的。 
数据存储12还可以用来存储数据库32，其包括可以与获取的数据和参数结合使用的各种信息。特别地，数据库32可以用来将获取的数据与选择的事件或各事件相关联。例如，数据库32可以与导航系统20(例如，全球定 位系统(GPS))协作用来便利位置确定、局部化(localizing)和用于用作定位、位置、时间、路旁状态等功能的数据和视频记录的选通的确定或评估、以及包括前述至少一项的组合。数据块32可以包括数据，该数据包括但不限于：(i)铁路轨道路线的位置和轨道绘图，(ii)在这些铁路轨道路线中的弯道和道岔(switch)的位置和方位，(iii)在每条铁路轨道路线上的每个路旁设备的位置，(iv)每个路旁设备的类型(例如，道口门、道岔、信号、背景形状、灯的数目、可能的颜色组合)，(v)每个路旁设备指向的方向(例如，往东或往西等)和与每个路旁设备相关的特定轨道(例如，主轨道或旁轨)，(vi)相对于特定轨道的每个路旁设备的定位和列车正进行的方向(例如，向右、向左、向上)，(vii)应该开始目标的成像的与每个路旁设备的距离，以及(viii)路旁设备的工作(例如，灯正在工作、喇叭或铃正在工作、道口栏木(gate arm)正在移动等)。如下所述，数据库32还可以包括属于以下的特征数据：(x)在全部相关铁路轨道路径上的其它类型的道口80或每条公路的位置，以及(xi)应该开始成像的每个道口的距离。该位置数据典型地通过参照里程碑78距离而固定到每条铁路路线的标识。此外，数据库32还包括与各种类型的事件相关联的各种操作和环境参数。数据库32可以用来识别特定类型的事件、将与选择的事件相关的环境和操作参数。 
音频/视频系统14耦合到数据存储12，并且可选地耦合到管理单元10。音频/视频系统14生成音频数据和视频数据，其直接存储在数据存储12中或与系统5中可用的操作和环境参数数据协调存储。在示例性实施例中，音频/视频系统14获取数字音频和数字视频信息。然而，可选地可以使用模拟设备。音频/视频系统14包括一个或多个相机和/或麦克风，其根据希望指向获得希望的视频和音频信息。音频/视频系统14包括输入/或传感装置142，其可以例如采取多种已知相机和/或麦克风(包括这类相机，其特征为即使在相对长的距离也可以被外部控制来用高清晰度将相机对准即将到来的目标的对准和缩放机制)的任一种的形式。此外，在示例性实施例中，可以使用具有照明效果的控制、分辨率、对音频的音量控制、成像的频率、数据存储和关于音频/视频系统参数的信息的传感单元142。传感单元142(例如，相机和/或麦克风)用来生成指示目标(如即将到来的路旁设备、道口80或被聚焦的轨道条件)的图像的视频信号。此外，音频/视频系统14和更具体的传感装置142还可以利用便利低/无光图像收集或指定图像的收集的视频技术。例如特定图 像的红外线和检测，例如，闪光的红色道口灯。 
音频/视频系统14还可以包括处理装置144，其可以采取在信号处理领域已知的若干类型的硬件和软件实施例的任一种的形式，用于操作和处理捕获的数据。使用任意数目的适当建立的信号处理技术，处理装置144用来处理通过传感装置142(例如，(各)相机和/或麦克风)生成的视频信号，使得即将到来的路旁信号设备、从那里来的信号方向信息、道口80或轨道条件为可辨别的。选择用于处理装置144的特定技术和硬件/软件实现是公知的，并且是希望的性能、特性、成本等的函数(function)。 
由传感装置142(例如，相机和/或麦克风)生成的音频/视频数据可以由处理装置144处理，以试图使得即将到来的希望的输入以及在那附近出现的任何信息为可辨别的。此外，处理可以包括即将到来的希望输入的特性(例如，特定的信号信息、道口状态或障碍物、道口门状态、道口门照明状态、道口门可听见的警报等)的确定。 
传感装置142(例如，(各)相机和/或(各)麦克风)可以指向机车的前面。另外，传感装置142可以指向机车22的任一侧或机车22的后面，或多个相机142可以用来捕获来自多个区域的图像。这种配置保留路旁信号信息、道口状态和在灾难事件中的轨道上或附近的项目(item)的视觉记录。此外，连同管理单元10的事件和数据记录能力，可以捕获视频数据并且以与其它机车参数(如诊断、以及机车操作特性和参数)通用的时间标签方式存储，以便便利事件调查和操作者评估。另外，一个或多个麦克风可以用来记录音频，如路旁设备灯、声音和操作、机车操作声音、或机车喇叭的应用。 
音频/视频系统14可以可选地以显示单元146为特征，以便为列车操作者显示很多种收集的数据情报或信息来便利机车的操作或诊断。显示单元146可以以选择的视频数据和操作参数为特征，选择的视频数据和操作参数包括但不限于路旁信号方向、速度、动力(power)等。显示单元146还可以以用来为列车操作者提供由(各)相机142产生的实际视频图像的图形显示为特征。显示单元146还用来显示补充信息，如即将到来的铁路轨道部分的轮廓、制动列车所需的估计距离、铁路运行授权的区域覆盖或其它数据等。 
音频/视频系统14还可以用来检测和反应铁路轨道上的障碍物。该配置将协助沿着铁路路线行进的列车的操作者，所述铁路路线与公路或其它类型的铁路轨道道口相交。
视频数据和音频数据(如果使用)可以基于先进先出使用连续回路方法连续地存储在数据存储12中。在事件出现时，音频/视频数据被保留在数据存储12中。这增强了确定事件的原因的能力。数据存储12的容量可以根据需要增加以便存储额外的音频/视频数据或机车数据。此外，这允许管理单元10指引导致事件的预定量的视频/音频数据的记录。可替代地，音频/视频系统14可以配置来开始成像/观测，并且在检测事件、选择的事件时或基于操作和环境参数等时，将视频/音频数据传输到数据存储12用于记录。 
通过收集数据存储12中的机车数据、音频/视频数据和环境数据等，集成的诊断、遥测和视频记录系统5便利机车事件的分析。存储在相同数据存储12中的环境和机车操作参数数据的增加简化了系统5的配置和集成，并且进一步增强了调查机车事件的能力。此外，如在此所公开的，将如所公开的存储和事件或数据记录能力与可远程配置通信系统50链接进一步便利数据捕获、分析和事故调查，如可以由车外数据和监控中心310指引。 
现在继续图1和图2的描述，集成的诊断、遥测和视频记录系统5还可以包括通信系统50，其与数据存储12并且可选地与音频/视频系统14和管理单元10集成。在示例性实施例中，通信系统50包括用作可以便利特定通信或环境的多个通信系统，其包括但不限于无线卫星通信系统、蜂窝通信系统、无线电、私人网络、无线局域网络WLAN等，以及包括前述的至少一种的组合。在示例性实施例中，无线通信系统可以用来传输对应于选择的事件或各事件的图像数据、环境和操作参数数据到车外数据和监控中心310。 
无线通信系统50可以包括车载接收器52和发送器54。无线通信系统50提供在各机车之间和从机车22到车外处理中心300传输数据的装置。可选地，无线通信系统可以用于到系统5的通信用于诊断、数据下载、上载等。另外，无线通信系统50提供从车外处理中心300接收命令和请求的装置。例如，关于传输协议、信道、传输格式、传输定时器、分组大小、频率等以及包括前述至少一个的组合的命令。此外，还可以经由手动(有线的)接口从安装了管理单元10的机车取回数据，并且下载到另一计算机或甚至管理单元10存储器移除。 
再一次继续图1和图2的描述，集成的诊断、遥测和视频记录系统5还可以包括导航系统20。导航系统20可以用来确定列车/机车22在地球上占据的位置。在示例性实施例中，导航系统采取全球定位系统(以下GPS)的形 式，GPS可以接收信号并且确定全球坐标(如纬度和经度)、方向信息、速度和时间。GPS提供地理、运动和时间数据到管理单元10，以便便利选择的图像、操作和环境参数与序时时间和/或地理位置的相关。时间标签数据可以包括但不限于序时时间、传输时间等。地理数据可以包括但不限于纬度、经度、速度等。在示例性实施例中，GPS系统包括但不限于机车22安装的天线和接收器/计算机，其处理来自近地轨道卫星的信号以提供上述数据。 
在示例性实施例中，GPS接收器应该优选地足够精确以便识别列车所在的弯道或道口。因而，GPS接收器自身可以提供的数据可以只是列车的精确位置的估计。GPS还可以与其它导航辅助设备结合，以便进一步便利位置的精确确定。GPS信息可以进一步与存储的关于轨道的信息结合，以便进一步便利机车(从而列车)在轨道上相对于固定路点或实体(例如路旁信号设备或道口)的位置的确定。 
机车系统30包括但不限于各种传感器和数据源，其提供输入到数据存储12和/或管理单元10。一个源是提供关于操作性能和机车的状态的数据的机车控制系统30。例如，关于动力命令、引擎速度、机车速度、牵引反馈、气动制动、制动压力、动态制动、负载、节流阀、操作故障、环境温度、命令的参数等的数据。另一数据源是机车“列车线(trainline)”-这些(分立)信号在列车中的各机车之间进行，并且提供机车的操作状态。例如，“列车线”包括关于操作者的动力/制动命令、方向呼叫、动力模式等。此外，还可以直接从各种机车和环境传感器40、控制电路和设备(例如，轨道几何监视器、烟雾和火灾探测器、化学或燃料探测器)、备用引擎和备用紧急制动或其它数据收集设备(如数据事件记录器、机车喇叭和指示铃等)收集数据。可以观测和记录的另外的环境和操作参数可以包括但不限于：天气条件，例如雨、雪、雾等；喇叭和灯、轨道条件、轨道拓扑、仰角方向和运行方向(heading)。 
返回图1和图2，车外数据处理中心300与无线通信系统接口，并且管理到机车和来自机车的文件和命令。车外数据处理中心300采用车外无线通信系统320来与车载系统200接口。无线通信系统320可以包括但不限于发送器和接收器(未示出)，用于卫星通信、无线电、蜂窝等以及包括前述的至少一个的组合。车外数据处理中心300将数据处理为对用户有价值的数据。监控和诊断服务中心(MDSC)310处理由该系统收集的数据，并且提供事件重放服务和诊断建议。MDSC 310还使用该系统来执行机车22和周围元件(如 铁轨、信号和道口设备)的远程监控。具有通信系统320的MDSC 310发送请求到车载系统200，用于希望的图像、环境和操作参数数据的选择。有利地，该系统可以用来选择在选择的条件(如当机车22在指定的时间接近或到达希望的位置、路旁信号设备等)下要被存储和/或传输到车外MDSC 310的指定数据。MDSC 310还可以用来远程修改无线通信系统50的配置。MDSC310还监控音频/视频系统14、机车系统30、导航系统20和无线通信系统50的健康，并且执行需要的维护(例如，硬件和软件版本跟踪)。原始数据和诊断建议由MDSC 310经由web页或商业到商业(business-to-business)文件传输与各个顾客交换。 
管理单元10、数据存储12、音频/视频记录系统14、通信系统50、导航系统20、机车控制系统30和环境传感器40可以在正常操作期间从机车电源VL供电。机车电源VL的源可以是由机车引擎驱动的发电机。管理单元10、数据存储12、音频/视频记录系统14、通信系统50和导航系统20可以可选地包括辅助电源(如电池34)。在机车电源VL故障或中断期间，可以使用辅助电源34来便利继续的操作。可替代地，代替用于每个组件的分离的辅助电源，辅助电源可以在机车电源VL出故障或中断的情况下补充机车电源VL，以便为系统5的选择的各组件供电。在示例性实施例中，数据存储12和音频/视频记录系统14可以用辅助电源34供电。可选地，管理单元10、通信系统50、导航系统20、机车控制系统30和环境传感器40也可以用一个或多个辅助电源34供电。 
图4描述示例性机车视频记录器和记录系统5的另一个实施例的示例性数据流图。系统5可以包括车载系统200，车载系统200包括从音频/视频系统14、机车系统30和导航系统20接收数据的管理单元10。无线通信系统50提供车载系统200和车外数据处理中心300之间的双向通信。车载系统200还包括环境传感器70，其提供环境数据(如时间、天气和照明条件)到管理单元10。管理单元10集成从各个数据源(如音频/视频系统14、机车系统30和环境传感器70)接收的数据，并且将集成的信息存储在存储器60中。集成的信息可以包括视频/音频数据、机车控制数据、位置数据(如GPS位置)和时间数据。可移除存储器62可以冗余地存储存储在存储器60中的信息。可移除存储器62可以从车载系统200移除，并且安装到兼容设备(如下载播放器66)中，用于访问存储在可移除存储器62中的内容。
在本发明的一个方面，时间标准信息(例如，以编码在GPS信号中的时间标准的形式从导航系统20接收的)可以用来同步由管理单元10从各数据源接收的数据。例如，从每个源接收的数据可以用从GPS时间标准得到的时间标签来标记时间。因此，数据可以同步到统一的时间标准，而不是依赖于由各个数据源应用到它们提供到管理单元10的数据的、可能相互不同步的独立时间标准。通过为接收的数据提供统一的时间标准，可以解决从具有独立编码的时间标准的不同的源接收的数据之间的时间差异。在一个实施例中，统一的时间标记可以由管理单元10应用到数据；例如，在从各个数据源接收数据以便生成时间相关的集成信息时。在另一个实施例中，统一的时间标记可以提供到各个数据源(如音频/视频系统14、机车系统30和环境传感器70)的每一个。在数据被提供到管理单元10之前，统一的时间标记可以由各个数据源用到由该源生成的时间标签数据，使得由管理单元10接收的数据以统一的时间标记到达。在另一个实施例中，统一的时间信息可以由另外的时间标准源(如由机车通信模块单元或靶场仪器组(Inter-Range InstrumentationGroup，IRIG)时间标签生成器提供的机车时钟)提供，以便同步由管理单元10接收的数据。 
车载系统200还可以包括铁路(RR)陆标数据库68，用于提供铁路陆标标签到管理单元10。在数据生成时，陆标标签可以与从对应于机车的地理位置的数据源接收的数据(例如，由导航系统20传感的)相关联。这些陆标标签(如里程碑78标记、车站和道口标签)可以包括在数据捕获的适当地理相关位置处的集成视频数据中，以便创建与陆标相关的图像数据来允许用户直观地选择陆标标签，用于从集成信息取回数据。例如，代替使用时间或地理位置参数来搜索集成的视频数据，用户可以选择一个或多个陆标标签(如里程碑)来定位希望的数据。通过使用陆标标签，用户可能不需要知道特定的时间或特定的地理位置来搜索希望的数据。结果，陆标标签可以用来提供搜遍由管理单元10记录的与陆标相关的图像数据的替代手段。 
在本发明的一个方面，当由导航系统20提供的位置数据指示机车22处于对应于陆标76的位置的位置时，可以从数据库68取回陆标标签。然后可以将陆标标签插入对应于为该位置收集的数据的集成的视频数据中。在另一个实施例中，来自导航系统20的位置信息可以直接提供到数据库68，使得当该位置数据指示机车22处于对应于某个陆标76的位置的位置时，由数据 库68提供合适的陆标标签到系统10，用于并入集成的视频数据中。 
在本发明的另一个实施例中，捕获的视频图像可以与陆标数据库68相关联，以便改进导航系统20的精度。例如，该关联可以由管理单元10执行，管理单元10可以执行在根据导航系统20的地理位置处捕获的视频图像与存储在陆标数据库68中、位置标记为位于相同的地理位置处或附近的图像的比较。一旦陆标76已经被识别，导航系统20的地理位置就可以更新为附于数据库68中的陆标76的精确位置。为了帮助管理系统20比较和识别处理，可以根据列车正在进行的方向和速度，从数据库68中拉出即将到来的图像的预期。在此情况下，例如可以通过调整视频捕获的帧速率、图像的分辨率和相机142瞄准的方向来控制视频捕获系统，以便改进识别处理。 
除了通过用附于数据库68中的陆标76的位置标签的精确位置更新列车的地理位置来改进导航系统20的精度外，可以基于数据库68中的标注位置的陆标76的识别来执行导航本身。在由于例如正穿过隧道或穿过城市区域(其中高大建筑物可能阻挡从列车到GPS卫星的直接视线)而使GPS出现故障时，这可以提供一种导航的手段。实际上，基于陆标识别的导航系统20可能只是列车的车载导航系统20。 
单独通过陆标识别而没有GPS的导航依赖于标注位置的陆标的精确识别。因此，可以采用若干方法来提高列车的位置相对于存储在数据库68中的陆标76的精度。这些方法包括但不限于：航位推算法(dead reckoning)、陀螺仪、速度计、里程表和卡尔曼滤波器的并入，以便基于刚刚列举的各种输入来预测列车的位置。这些输入将帮助车载管理单元10来限制可能在任何给定的时间可捕获的数据库68中的陆标的可能数目，从而最大化成功识别的可能性。通过基于在连续的、均匀间隔的、由视频相机142观察的铁路枕木之间通过的时间间隔来计算速度，可以获得列车速度的额外精度。 
对捕获的视频图像的识别的依赖要求图像有足够的质量，使得它们可以与存储在数据库68中的图像可靠地比较。环境条件可以大大地影响捕获图像的质量，因此现在将对处理这些条件进行额外讨论。黑暗和交替照明可以显著影响捕获的图像，因此列车上的头灯或多个头灯瞄准来照明正被捕获的陆标76可以为陆标76提供已知强度和方向的照明，以便确保捕获的图像的足够质量。雨、雪、雨夹雪、雾和烟雾全部在空气中展示微粒，其也可能使捕获的图像模糊。因为可见光波长容易被微粒散射，所以可能希望在捕获期间 用非可见波长光源来照明陆标76。例如，红外光不像可见光一样容易被微粒偏转，并且可以由视频相机142捕获，因而是用于列车上头灯的良好候选。 
为了更进一步改进一些陆标76的识别的可靠性，可以并入放置发射特定辐射的发射陆标76。通过选择通常不使用的辐射的波长，发射陆标76应该容易地由管理系统10识别。这种发射陆标76还可以是活动的(active)，用作信标(beacon)并且发出例如编码的光脉冲的信号，所述信号将容易地被视频相机142捕获并且由管理系统10解码。除了允许管理系统10精确地查明列车的位置外，这种信标可以发送例如即将到来的交通情况的信息。这种发射陆标76可以只在具有相机142的机车22在陆标76附近时被激活。发射陆标76的激活可以由车载系统200通过经由无线通信系统50的无线通信来控制。发射陆标76的激活可以被维持，只要机车22在陆标76的指定范围内，或者可以被编程来在预定时间长度内保持活动。 
捕获的图像的处理甚至可以用来识别路标上的文本，如例如符号。例如，英里里程碑符号或里程碑78将是路标76，其通过除了由数据库68确定的位置外、通过英里位置来确定路标76的位置，提供第二水平的位置验证。 
因为例如城市区域密集地分布有陆标76，并且是GPS容易由于高大的建筑物而可不操作的区域，所以城市区域是很可能使用更高图像分辨率的区域。陆标76的额外高的数量和可能的位置，使得单个相机142难以能够充分地捕获感兴趣的全部陆标76。因此，可能希望在一些区域并入两个或更多用于捕获陆标的相机142。多个相机142可以减少复位视场的需要和与单个相机142相关的时间。多个相机142还将允许在几乎相反的方向观察，如同时向右和向左。 
尽管在此描述的各实施例已经指向铁路列车，但是应该理解的是，移动平台可以是任何移动结构，如汽车、轮船、飞行器等。 
在图5中描述的本发明的另一个方面，车载系统200可以包括与管理单元10通信的陆标传感器69，用于提供陆标标签。陆标传感器69可以配置为当机车22足够接近陆标76时检测接近机车22的实际陆标76(如里程碑78或道口80)，以便允许陆标传感器69检测实际陆标76。由陆标传感器69检测的实际陆标76可以并入集成的信息，以便提供陆标相关的图像数据。在一个实施例中，陆标传感器69可以包括检测位于接近要由通过的机车22检测的实际路标76的、各个发射机应答器84(如自动的设备标识符(AEI)标签) 的发射机应答器读取器82(如AEI标签读取器)。如上所述，相机142只是可能的陆标传感器69的一个示例。 
为了减少需要存储的集成的视频数据量，系统10还可以包括数据分辨率模块72，用于确定取决于各因素(如位置、时间、机车22的速度和RR陆标76)要存储的数据的分辨率。例如，在某些情况下，如如果机车22正以高速度行进、接近道口80或在城市区域进行，则可能比正常需要更高的分辨率数据(如更高的视频帧速率和/或图像质量)。结果，在某些情况下，如在机车22正以低速度在未开发的区域沿着平直铁路行进时，比正常需要更低的分辨率数据(如更低的视频帧速率和/或图像质量)可以是符合要求的。因此，通过取决于机车运行条件和机车22正行进过的环境来减少数据存储要求，可以节约数据存储容量。基于从各数据源(如机车系统30和环境传感器70)接收的数据，数据分辨率模块72可以动态地控制存储在存储器62中的数据的分辨率。在另一个实施例中，数据分辨率模块72可以配置来例如通过改变数据源的操作模式(如音频/视频系统14的操作模式)，直接地控制由各个数据源提供的数据的分辨率。 
在本发明的另一个方面，经由无线系统50与车载系统200通信的车外处理中心300可以包括系统更新模块74，用于提供系统更新到车载系统200。系统更新模块74可以提供系统配置更新，控制例如存储什么数据和数据收集的采样率。模块74还可以配置用于用新的或修改的RR陆标标签更新RR陆标数据库68。可以以周期性的方式和/或根据需要(如当新的RR陆标安装在铁路系统中时)执行系统更新。无线系统50可以配置为与无线电型通信系统、蜂窝型通信系统、或卫星型通信系统兼容。通过配置用于不同类型的通信系统，可以选择最经济的通信系统，以便在车载系统200和车外处理中心300之间提供通信。 
下载设备64(如膝上型计算机)可以连接到车载系统200，用于例如从存储器60下载信息。在本发明的一个方面，下载设备64可以配置用于下载存储器60的整个内容，或用于下载存储在存储器60中的信息的希望的部分。希望下载的部分可以基于标准(如时间标签、GPS位置和/或由管理单元10并入集成信息的RR陆标标签)选择。下载设备64可以连接到下载播放器66，用于重放存储在下载设备64上的信息。当可移除存储器62安装在下载播放器66中时，下载播放器66还可以用来播放存储在可移除存储器62中的信息， 并且播放从车外处理中心300提供的信息。下载播放器66能够显示集成信息(包括数据、视频和图形信息)，并且还能够同步在集成信息中编码的时间标签、位置信息和/或RR陆标标签。 
在本发明的另一个方面，陆标相关的图像数据可以存储在存储器设备(如机车22车载的存储器60和/或机车车外的存储器304)中，用于之后取回并且提供到希望回顾该陆标相关的图像数据的用户。可以压缩陆标相关的图像数据，以便最优化存储容量和正传输的陆标相关的图像数据的传输带宽。在本发明的一个方面，陆标相关的图像数据可以以标准视频格式(如MPEG或HDTV格式)格式化。 
在一个实施例中，车外数据和监控中心300可以包括与存储器304通信的处理器302，配置为用于从一个或多个机车车载系统200和/或其它源(如固定图像记录系统)接收陆标相关的图像数据，并且例如经由因特网306将图像数据或图像数据的某些请求的部分提供给用户。车外数据和监控中心300可以通过因特网306从希望观看例如对应于某些感兴趣的陆标或地理位置的存储的数据的用户接收请求。请求的用户可以通过指定陆标位置(如一个或多个里程碑78)，选择要观看的图像数据的希望的部分。处理器302通过访问例如存储在存储器304中的图像数据以便取回与指定的里程碑或各里程碑78相关联的图像数据来响应该请求。因此，更熟悉陆标位置(例如，与地理坐标相反)的用户，能够更容易的通过选择希望的陆标或各陆标76来请求要观看的与希望的陆标相关的图像数据。另外，用户能够通过时间标签选择图像数据，例如括出(bracket)要观看的图像数据的希望的时间段。 
在另一方面，通过各种不同源(如机车安装的相机142、固定相机或其它源)获得的图像数据可以根据公共图像位置来组织和存储(如在存储器304中)。因此，可以给请求对应于某个陆标76(如某个里程碑78附近)图像数据的用户提供在由不同成像系统记录的陆标76附近记录的图像数据。 
如图6所示，用于通过陆标位置访问陆标相关的图像数据的计算机系统86可以包括输入设备94(如键盘)，用于通过例如经由因特网306提供的陆标位置选择陆标相关的图像数据。计算机系统86可以包括存储设备88(如存储器)，其存储用于访问陆标相关的图像数据以便根据陆标位置取回选择的陆标相关的图像数据的计算机代码。响应于输入设备94的中央处理单元(CPU)90用存储在存储设备88中的计算机代码操作，以便从陆标数据库 68取回选择的陆标相关的图像数据，例如用于在输出设备92(如监视器)上显示给用户。用户还可以经由输入设备94请求之前没有存储在陆标数据库68中的额外的图像，从而指引相机142记录感兴趣的陆标76附近的区域的图像。用户还可以控制如上所讨论的可能影响图像质量的其它参数或例如如机车22的速度的附加参数。 
基于前面的说明书，描述的方法可以使用计算机编程或工程技术实现，包括计算机软件、固件、硬件或其任何组合或子集，其中技术效果是提供用于生成例如从铁路机车取得的陆标相关的图像的成像系统。任何这种作为结果的具有计算机可读代码手段的程序可以实现或提供在一个或多个计算机可读介质中，从而使得计算机程序产品(即，它的商品)不旨在由此被限制，而是旨在广泛覆盖权利要求的范围和精神内的本发明。

Claims (15)

1.一种通过陆标识别的移动平台导航的方法，包括：
用移动平台处的至少一个成像设备捕获图像；
通过比较捕获的图像和存储在标记了位置的陆标图像的数据库中的陆标的图像，识别捕获的图像；
基于该识别，确定相对于标记了位置的陆标图像的位置的移动平台的位置。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
用车载全球定位系统(GPS)增强该确定。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
并入航位推算法以增强导航精度。
4.如权利要求1所述的方法，其中：
用卡尔曼滤波器计算移动平台的未来位置的预测。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：
通过处理捕获的图像计算地面速度。
6.如权利要求5所述的方法，其中：
图像包括均匀间隔的铁路枕木。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：
捕获可见波长外的图像，其中图像包括红外线图像。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：
通过从移动平台发射辐射来照明陆标。
9.如权利要求1所述的方法，还包括：
处理捕获的图像以识别文本。
10.如权利要求1所述的方法，其中：
捕获的图像包括视频图像。
11.如权利要求1所述的方法，还包括：
识别发射陆标，所述发射陆标发射可由成像设备捕获的辐射；
响应于移动平台正处于发射陆标附近，激活该发射陆标；以及
解码在由发射陆标发射的辐射中编码的信息。
12.如权利要求1所述的方法，还包括：
改变图像捕获参数以适应正行进的附近区域。
13.如权利要求1所述的方法，还包括：
明确地识别移动平台在多条轨道的哪条上。
14.一种用于移动平台的导航系统，包括：
在移动平台处的成像设备，用于捕获陆标的图像；
陆标数据库，用于存储多个标记了位置的陆标图像；
处理器，用于比较和识别接收的陆标图像和存储的陆标图像，并且基于识别的陆标的已知位置确定移动平台的位置。
15.如权利要求14所述的导航系统，还包括：
全球定位系统(GPS)，用于增强基于陆标识别的导航系统。
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