CN101496076B - 交通优先权系统通讯方法 - Google Patents
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Abstract
一种远程控制交通优先权系统和方法，包括编码电路、光源、光检测器和解码电路。该编码电路适宜于产生一系列信号脉冲。数据字的至少一个比特位被编码为信号脉冲集的第一子集的振幅调制的函数，并且数据字的至少另一个比特位被编码为信号脉冲集的第二子集的频率调制的函数。光源适宜于发送具有用于所述信号脉冲集的每个信号脉冲的各自光脉冲的光脉冲集。光检测器适宜于接收光脉冲集。解码电路适宜于根据在光检测器处接收到的光脉冲集而产生数据字。
Description
技术领域
本发明涉及通过使用高集成度数据通讯，例如引入从光发射机到光检测器的光脉冲传输，而允许交通灯系统被远程控制的系统和方法，其中光检测器与在交叉路口处的交通灯控制器通讯耦合。
背景技术
交通信号长久以来被用于调节交叉路口处的交通流量。通常，交通信号依靠计时器或汽车传感器来确定何时改变交通信号灯的状态，从而交替指示出禁止通行和其他允许通行的方向。通常把此场景作为紧急车辆应用的示例。
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。紧急车辆典型地依靠喇叭、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
当前有许多已知的光学交通优先系统允许在数据流中嵌入固定码从而能够识别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。然而这种方法不利于应用在某些特定的场合和环境。例如，当传输数据协议是公知的或易于被非授权用户所截取并重新构建时，此方法会产生问题。一旦传输数据被破译或传输数据被记录而用于将来的重用，则非授权设备就可以被用于激活此系统。而且，非授权设备也可以不用截取任何传输数据而是通过使用各种代码作激活尝试直到发现可以成功激活此系统的代码。
有一些简单的方法可以防止这种非授权设备接入此交通灯控制系统。一种方法是从系统数据库中全部除去这些已被截取或发现的代码。然而，此除去行为也随之带来了繁重的工作量和昂贵的花费，因为车辆代码和在每个交叉路口处的授权码表都需要被改变。另一个可防止非授权使用的方法是在所有授权车辆以及交叉路口(交通灯控制)系统上安装具有特殊通讯收发器，该通讯收发器在提供对交通灯控制系统的接入服务前通过相互作用而提供另一层安全性。这种方法也会带来繁重的工作量和昂贵的花费，因为每个车辆以及在每个交叉路口处的系统都需要附加的设备。
发明内容
本发明的目的在于克服与上面所讨论类型的方法和实施以及其他应用形式相关的上述挑战和其他缺点。本发明以多个实施和应用的方式被示例，这些实施和应用将在下文中被概述。
根据一个实施例，本发明的实施允许通过使用高集成度数据通讯而远程控制交通灯系统。一个这种实施例使用被传输到位于交叉路口处的交通灯控制设备上的光学编码数据。
在更特定的实施例中，远程控制交通优先权系统包括编码电路、光源、光检测器和解码电路。编码电路适宜于产生一系列信号脉冲。数据字的至少一个比特位被编码为信号脉冲集的第一子集振幅调制的函数，并且数据字的至少另一个比特位被编码为信号脉冲集的第二子集频率调制的函数。光源适宜于传输一系列光脉冲，该一系列光脉冲包括有信号脉冲集中的每个信号脉冲的各自的光脉冲。光检测器适宜于接收光脉冲集。解码电路适宜于根据在光检测器处接收的光脉冲集而产生数据字。
在另一个更特定的实施例中，提供了一种用于远程控制交通优先权系统中的通讯方法。数据字的至少一个比特位被编码为信号脉冲集的第一子集振幅调制的函数，并且数据字的至少另一个比特位被编码为信号脉冲集的第二子集频率调制的函数。光脉冲集被传送到光检测器中。数据字根据在光检测器处接收到的光脉冲而被解码。
本发明的以上概述并不意在描述每个被例举的示例和本发明的所有实施方式。随后的附图和详尽的描述是这些实施例的更详细的示例。
附图说明
结合本发明的各种实施例以及附图的详细描述，本发明可以被更完整的理解，其中：
图1是靠近典型的交叉路口的公共汽车和救护车的立体图，其中，公共汽车、救护车和摩托车上安装有发射机，并且每个上述发射机均发送根据本发明的光脉冲；
图2是图1所示光学交通优先权系统的组件的框图；
图3是根据本发明的实施例中用于光学交通优先权系统的发射机组件的框图；
图4A，4B，4C，4D和4E示出了本发明使用各种示例通讯协议在车辆和交叉路口处的装置之间传输的光脉冲；
图5是本发明在车辆和交叉路口处的光学交通优先权系统操作的流程图。
本发明的特征已经通过附图中示例的方式被展示出来并将被详细的描述，同时，本发明可以被修改为各种改进和可选形式。然而，应该理解本发明不局限于所描述的特殊实施例。相反，本发明涵盖所有落入由所附权利要求所限定的本发明的主旨和范围之内的修改，等同或可选的方案。
具体实施方式
本发明被确信可以应用于光学交通优先权系统中的各种不同类型的操作请求的认证。尽管本发明不需局限于这些方法，本发明的各个方面可以通过使用这些和其他本文中对各种示例的讨论而被更好的理解。
图1所示的光学交通优先权系统以常规的程度被示出以便展示出用于本发明具体实施例的基本电路。在这里，图1展示了具有交通灯12的典型的交叉路口10。交通信号控制器14通过状态序列而控制交通灯12的次序，从而允许车辆交替通过交叉路口10。交叉路口10装有光学交通优先权系统，该光学交通优先权系统具有根据本发明特定的特点和特征而能够以有效、灵活和实用的方式提供通讯。
在图1所示的光学交通优先权系统中，是通过光发射机24A，24B和24C，检测器组合16A和16B以及状态选择器18来提供这种通讯。安装的检测器组合16A和16B用于检测从靠近交叉路口10的授权车辆发射来的光脉冲。检测器组合16A和16B与状态选择器18相通讯，该状态选择器典型的与交通控制器14位于同一个壳室内，并且用高集成度并实用的方法区分授权车辆和非授权车辆。
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位于救护车20上并且光发射机24B位于公共汽车22上。光发射机24A和24B均发射光脉冲流。该光脉冲流可以传输标识了请求命令或操作的代码。检测器组合16A和16B接收这些光脉冲并发送输出信号到状态选择器18上。状态选择器18处理并且认证来自于检测器组合16A和16B的输出信号。对于特定的认证输出信号，状态选择器18向交通信号控制器14发送交通优先权命令，从而优先于交通灯12的常规操作。
在各种实施例中，通过使用光脉冲特定子集的振幅调制和频率调制对请求命令或操作进行编码而提供通讯。在特定实施例中，可以修改对请求命令或操作的编码，包括通过改变接收振幅调制的光脉冲和/或改变接收频率调制的光脉冲而进行的修改。应该理解特定的光脉冲可以仅有振幅调制、仅有频率调制或既具有振幅调制也具有频率调制。用于编码的特定的振幅调制和频率调制可以是基于密钥的，从而可以通过密钥值的更新对请求命令编码进行修改。发射机24A、24B和24C包括对用于请求命令或操作的识别代码进行编码所需的密钥，并且状态选择器18同样包括用于解码识别代码的密钥。
发射机24A、24B和24C的密钥可以是时变密钥，该时变密钥与状态选择器18的时变密钥是同步或大体同步的。通过在密钥更新后对记录的传输进行重放，时变密钥可以防止未授权激活。
图1还展示了操作便携式光发射机24C的授权个人21，如图所示，该光发射机安装在摩托车23上。在一个实施例中，发射机24C用于在状态选择器18中设置密钥，该密钥被用于选择请求命令或操作的编码。典型地，每个状态选择器的设置，包括设置密钥，是通过授权维护人员的手工操作完成的。在另一个实施例中，发射机24C被授权个人21用于在需要人工控制交叉路口10的情况下控制交通灯12。
本发明的各种实施例可以以固定长度的代码把请求命令或操作从发射机24A、24B和24C传送到检测器组合16A和16B中。示例的操作识别代码包括优先权请求的车辆识别代码和从发射机24C下载信息到状态选择器18的代码。对于对交通灯12的常规操作的优先权请求，该代码在从发射机24A和24B发送期间可以是重复持续的，以便一旦发射机24A或24B进入交叉路口10的范围内，就能够确保优先权的初始化。对于不需要状态选择器18限时反应的操作，代码可以在传输期间变化，从而允许能够把更多地信息从发射机24A、24B和24C传送到检测器组合16A和16B中。例如，从发射机24C下载信息到状态选择器18的操作，诸如更新密钥，可以开始于在光脉冲流内的第一代码里的下载命令，紧接着的是在光脉冲流内的后续代码里的要下载的信息。
在一个实施例中，从发射机24A、24B和24C传送到检测器组合16A和16B中的操作识别代码可以被进一步划分为不同的区域。例如，具有固定长度14比特位的代码有16，384个潜在值，而这些代码可以被进一步划分为10,000个车辆识别代码和6384个其他“特殊”的代码，如代码表25所示的那样。零值可以对应于不与任何特定车辆相关的缺省的车辆认证码。车辆识别代码可以被发射机24A、24B和24C所传输从而请求对交通灯12的优先权。在状态选择器18对车辆认证码进行认证后，状态选择器可以向交通信号控制器14发送交通优先权命令，从而选择交通灯12的特殊状态。特殊代码可以被用于命令其他操作，包括命令从发射机24C下载密钥到状态选择器18上。
在一个实施例中，每个车辆20、22和23具有被车辆的管理员或操作者所使用的指轮开关，以便可以从代码表25中的代码中为该车辆选择车辆识别代码。而且，指轮开关可以被用于手工提供全部或部分密钥，该密钥确定了各自安装在车辆20，22和23上的光发射机24A、24B和24C的编码方式。例如，代码表25可以包括10,000个车辆认证码和6384个特殊代码，并且选择指轮开关上的6384个特殊代码中的一个可以更新包含在密钥中的值。在一个实施例中，通过发向状态选择器18的手工初始密钥下载命令，来自于发射机24C的指轮开关的这种特殊代码可以被授权个人21所传输，以用于解码密钥。通常，在更新被状态选择器18接受之前，密钥的更新必须经过任何当前有效和可能附加的安全层的认证过程。
根据本发明所构建的状态选择器可以被构造为以各种方式使用识别代码。在一种构造中，状态选择器18设置有授权识别代码列表。状态选择器18确证车辆是确实被授权而可优先权常规交通信号序列。如果被传输的代码与列表中的授权代码中的任何一个都不匹配，优先权是不会发生的。
在另一个构造中，通过记录优先权时间、优先权方向、优先权持续时间、识别代码、检测器预定范围内的请求车辆的通过确认以及由于不正确的授权而对优先权请求的否定，状态选择器18记录所有优先权请求。对光学交通优先权系统的滥用尝试可以通过检查所记录的信息而被发现。
在本发明的另一个实施例中，光学交通优先权系统有助于更有效率的运行大运量客运系统。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20，装配有光发射机的大运量客运车辆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22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，实际的偏移可以固定。以允许大运量客运车辆22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，交通优先权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或从交通信号控制器撤回状态请求，而交通信号控制器14确定状态请求是否应该被接受。交通信号控制器14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14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18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，优先权系统可以对交通交叉路口10产生影响并创建交通信号偏移。
根据特定的示例性的实施例，图1所示的交通优先权系统通过使用被修改来实现了上面讨论的用于编码和解码的代码和算法的已知的实现方案而被实现。例如，OpticomTM优先权控制系统(由明尼苏达州圣保罗(Saint Paul，Minnesota)的3M公司制造)可以被修改为可实现上面讨论的用于编码和解码的代码和算法。与OpticomTM优先权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，另一个特定的示例性的实施例通过使用另一个市场上可买到的交通优先权系统而被实现，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)。
图2显示了图1所示的光交通优先权系统的框图。在图2中，来自于光发射机24B和24C的光脉冲通过探测器组合16A被接收，所述探测器组合与状态选择器18的信道一相连接。来自于光发射机24A的光脉冲通过探测器组合16B被接收，所述探测器组合与状态选择器18的信道二相连接。
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，每个信道具有信号处理电路(36A和36B)和解码器电路(38A和38B)。主状态选择器处理器40与交通信号控制器14相通信，该交通信号控制器依次控制交通信号灯12。
关于信道一，信号处理电路36A接收由探测器组合16A所提供的模拟信号。信号处理电路36A处理该模拟信号并产生被解码器电路38A所接收的数字信号。解码器电路38A从该数字信号中提取出数据，认证正确的授权信息并把数据提供给主状态选择器处理器40。信道二以相似的方式被构造，其中探测器组合16B被耦合到信号处理电路36B上，而信号处理电路36B又被耦合到解码器电路38B上。
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连接到主状态选择器处理器40上并用于存储授权识别代码列表和记录数据。应该理解，密钥39可以被存储在长期存储器42内。
解码器电路38A和38B可以使用可选密钥39而解码接收到的来自于检测器组合16A和16B的信号。在一个实施例中，接收到的车辆识别代码通过使用密钥而被解码，并且已被解码的车辆识别代码与存储在长期存储器42内的授权识别代码列表相比较而被检查。
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。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，密钥39和授权识别代码列表被存储在状态选择器18中。通过使用有线或无线调制解调器、局域网或其他类似设备，外部端口43也可以被远程接入。
密钥39可以通过外部数据端口43而从便携式计算机处更新。而且，主状态选择器处理器40可以更新密钥39以响应从检测器组合16A和16B处接收到的更新密钥39的命令。
实时时钟44为主状态选择器处理器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，包括密钥39的更新时间。在一个实施例中，在特定的时间，例如一天一次，从存储在长期存储器42上的列表中选择出密钥39。在另一个实施例中，密钥39产生于日期和时间或者其他由实时时钟44所提供的基于时间的参数或者其他自然参数。例如，日期、时间和/或由人为设定的基值的当前值的哈希(hash)算法，用于定期自动产生密钥39。然而在又一个实施例中，密钥39在特定的时间被更新为新值，例如在接收到用于密钥39的新值后的当天早晨3点。
在可选实施例中，认证算法使用多密钥。例如，实时时钟44可以与在每个发射机24A、24B和24C中的相似的实时时钟不完全同步，并且使用两个密钥解码可以补偿使用不完全同步的实时时钟定期更新的密钥。在用于基于实时时钟44的密钥的周期的前半部分或其他初始部分期间，解码电路38A和38B可以使用密钥和在前密钥而执行解码过程。如果两次解码尝试之一成功了，则表示解码过程是成功的。在用于基于实时时钟44的密钥的周期的后半部分或其他最后的部分期间，解码电路38A和38B可以使用密钥和下一个密钥而相似地执行解码过程。
图3为本发明一个实施例的光学交通优先权系统的发射机组件的框图。在车辆上的光源102，诸如氙脉冲管或高集成度发光二极管，发射光短脉冲，该光短脉冲被交通灯控制器的检测器所接收，从而请求交通灯常规操作的优先权，以便加速该车辆通过交通灯。
信号产生电路104产生输出信号从而控制从光源102发出的光的闪烁。信号产生电路104包括用于产生具有高压脉冲的输出信号的变压器，每个上述高压脉冲可以触发氙闪光灯发射光脉冲。指定输出信号的脉冲的特定时间的数据可以由协议电路106提供，并且输出信号的脉冲使用振幅调制和频率调制。
协议电路106可以产生用于被光源102所发射的光脉冲的时间规则。通过产生将被嵌入进光脉冲流的数据字，以及编码这些数据字而产生用于脉冲的时间规则，协议电路106可以产生用于被光源102所发射的光脉冲的时间规则，。嵌入进光脉冲流的数据字可以包括在用户接口108上的特定信息。
在一个实施例中，接口108包括被车辆操作者或管理员使用的输入设备，该车辆携带有发射机100，从而指定了一个或多个车辆识别代码。示例的输入设备包括指轮开关和辅助键盘。设置了车辆识别代码的操作者可以附加地指定用于发射机100的键110。例如，多数字车辆认证码的一个数字可以指定键110，从而导致发射机100使用振幅调制和频率调制的特定组合而发射光脉冲流。出于使操作者使用便利的考虑，操作者可能不会意识到每个车辆识别代码的一部分实际上选择键110，从而代替或附加在把识别代码嵌入在被传输的光脉冲流内的方式。在另一个实施例中，接口108包括在制造后指定发射机缺省操作或构造发射机操作的机构，诸如发射机外壳内的跳线装置或外部可配置的非易失性存储器。
协议电路106可以产生光脉冲流规则，包括嵌入接收到的来自用户接口108的车辆识别代码。协议电路106包括存储电路112以便向特定光脉冲的振幅调制和/或频率调制提供协议信息，例如车辆识别码特定比特位的映射。
在一个实施例中，存储电路112内的信息可以是协议算法，例如协议状态迁移图或处理器可执行代码。协议电路106包括处理器，例如微处理器，上述处理器执行可执行代码从而创建数据，例如光脉冲流规则。
在另一个实施例中，存储电路112中的信息可以是逻辑实现，例如构造有用于调制方式的程序数据的可编程逻辑阵列或可编程逻辑器件。而在又一个实施例中，存储电路112中的信息可以是协议表，例如作为当前状态和输入的函数结果的下一个状态和输出。协议算法、逻辑实现和协议表的结合可以被协议电路106用于可选实施例。存储电路112的内容可以由外部存取，从而允许制造者或车队管理员更新协议电路106能够支持的调制方式。
光发射机100可以具有实时时钟114。来自于实时时钟的数据和/或时间或者其他基于时间的参数以及其他自然参数可以被用于选择或修改密钥110。例如，日期和时间的哈希算法和潜在的手工更新的基本密钥可以被用于每隔十分钟产生密钥110的更新值。密钥110可以依据手工提供的基本密钥，例如设置在指轮开关上的基本密钥和/或来自于相连接的便携式计算机的基本密钥，和/或当前日期和时间。密钥110可以手工更新，例如，响应于检测到非授权用户的使用，和/或基于当前日期和时间的自动更新。
图4A、4B、4C、4D和4E示出在用于本发明的示例通信协议的车辆和交叉路口处的设备之间传输的光脉冲。如图4A所示，光脉冲流200可以在使用振幅调制的光脉冲集202和使用频率调制的光脉冲集204之间交替。图4B和4C示出了每个该光脉冲集202和294的示例，并且被放大以显示细节。
如图4B所示，光脉冲流200的子集202具有主闪频光脉冲206，该脉冲发生在特定的频率并且典型的额定频率是10Hz或14Hz。在主脉冲之间，是在光脉冲流200的子集202中嵌入了可选的已编码数据字的光数据脉冲208、210和212。
例如，如果脉冲208出现，则已编码数据字的第一比特位是1，而如果脉冲208不出现，则已编码数据字的第一比特位是0。已编码数据字的第一比特位的值确定了用于脉冲208的全等级或零等级振幅调制。如果脉冲210出现，则已编码数据字的第二比特位是1，而如果脉冲210不出现，则已编码数据字的第二比特位是0。相似的，如果脉冲212出现，则已编码数据字的第三比特位是1，而如果脉冲212不出现，则已编码数据字的第三比特位是零。典型地，光脉冲208、210和212位于主脉冲206之间的中部。另一个仅包括脉冲202子集的光脉冲流可以符合OpticomTM优选控制系统的通信协议。
如图4C所示，光脉冲流200的子集204具有闪频光脉冲，该闪频光脉冲发生在特定的额定频率，典型的约为10Hz或14Hz，但是该脉冲偏移于额定频率以便在光脉冲流200中嵌入已编码数据字。例如，在初始脉冲214之后，仅仅脉冲216和218中的一个出现并且如果前脉冲216出现，则已编码数据字的第一比特位是0，而如果后脉冲218出现，则已编码数据字的第一比特位是1。已编码数据字的第一比特位的值确定了前脉冲216或后脉冲218的频率调制。仅仅脉冲220和222中的一个出现并且如果前脉冲220出现，则已编码数据字的第二比特位是0，而如果后脉冲222出现，则已编码数据字的第二比特位是1。相似地，仅仅脉冲224和226中的一个出现并且如果前脉冲224出现，则已编码数据字的第三比特位是0，而如果后脉冲226出现，则已编码数据字的第三比特位是1。
典型地，脉冲216至226中的每个脉冲与前面的脉冲是相互独立的，这些脉冲具有与额定频率相对应的额定时间周期，并且通过稍微小于或稍微大于额定时间周期，这些脉冲与前面的脉冲之间的实际间隔提供了频率调制。与前面的脉冲的间隔稍微小于额定时间周期的前脉冲嵌入数据比特位0，并且与前面的脉冲的间隔稍微大于额定时间周期的后脉冲嵌入数据比特位1。例如，如果脉冲216出现，则当脉冲220与脉冲216的间隔稍微小于额定时间周期时，值为0的第二比特位被嵌入，而如果脉冲218出现，则当脉冲220与脉冲218的间隔稍微小于额定时间周期时，值为0的第二比特位被嵌入。另一个仅包括脉冲集204的光脉冲流可以符合Strobecom II系统的通信协议。
图4D所示的光脉冲流240具有主闪频光脉冲242，该闪频光脉冲发生在特定的额定频率，典型的约为10Hz或14Hz。在主脉冲之间，可选数据脉冲244至260嵌入已编码数据字。光脉冲流240在每个主光脉冲242之间编码已编码数据的两个比特位。与在每个主脉冲之间仅允许编码一个比特位数据的光脉冲流相比，光脉冲流240允许更多的编码数据或复制的编码数据在给定的时间间隔内被传输。例如，光脉冲流240可以使用于编码的数据的位数增倍，即从14位增加到28位，相应的增加了车辆识别代码可能的数量，即从16384个可能的代码增加到超过268×106个可能的代码。
远程控制交通优先权系统的典型安装可以被构造为具有1000个授权车辆识别代码。当16384个可能的代码中的1000个被授权时，非授权用户可以容易的“猜出”授权车辆识别代码。然而，当268×106个可能的代码中的1000个代码被授权为车辆识别代码时，猜测授权车辆识别代码是不太可能的。
光脉冲流240可以编码数据脉冲244、246和248中的第一和第二比特位。第一和第二比特位的组合具有四个可能的值，而脉冲244、246和248具有四个相应的数据脉冲组合。在第一个组合中，所有脉冲244、246和248是不出现的。在第二个组合中，脉冲244出现而脉冲246和248不出现。在第三个组合中，脉冲246出现而脉冲244和248不出现。在第四个组合中，脉冲248出现而脉冲244和246是不出现的。
典型地，光脉冲流240由具有氙闪光灯的光发射机所产生。该氙闪光灯可以通过把存储在电容器内的能量转化为闪光而发射光脉冲。通常，向氙闪光灯提供能量需要一些时间来为下次闪光而对电容器进行充电。因此，光脉冲之间的时间间隔通常应该超过电容器充电所需要的时间。典型地，光脉冲244、246和248的位置是由时间周期所分开的，该时间周期允许光脉冲中的至多一个可以被发射。
因此，光脉冲244、246和248中的任何一个不出现或者光脉冲244、246和248中的一个脉冲可以对应于位于光脉冲246的额定脉冲位置处的光脉冲的振幅调制和/或频率调制。脉冲244、246和248不出现可以对应于零振幅的振幅调制和未知的频率调制。仅仅光脉冲246出现可以对应于全振幅振幅调制和零偏移频率调制。仅仅光脉冲244出现可以对应于全振幅振幅调制和前偏移频率调制。仅仅光脉冲248出现可以对应于全振幅振幅调制和后偏移频率调制。
图4E所示的光脉冲流270组合了如图4所示的光脉冲流200的子集202和204的脉冲位置，从而允许更多的编码数据或复制编码数据在给定时间间隔内被传输。发射机发送初始脉冲272后，脉冲274的出现或不出现分别使得第一比特位为1或0，并且相互排斥的脉冲276或278的出现使得第二比特位为0或1。光脉冲274、280和286具有各自的全振幅或零振幅振幅调制，并且光脉冲276或278，282或284，288或290具有前偏移或后偏移的频率调制。附加比特位三至六相似地被嵌入脉冲280至290中。
在一个实施例中，脉冲274、280和286被发射机在前一个脉冲后的额定周期的中间处发送。例如，如果脉冲276出现，则脉冲280在脉冲276后的额定周期的中间处被发送，而如果脉冲278出现，则脉冲280在脉冲278后的额定周期的中间处被发送。在另一个实施例中，脉冲274，280和286在前一个脉冲和随后的脉冲之间的中部被发送。
用于传输光脉冲流200、240和270的脉冲的额定频率可以设定优先权。例如，约10Hz的频率可以对应用于紧急车辆的高优先权，而约为14Hz的频率可以对应于大运量客运车辆的低优先权。
图5是本发明在车辆和交叉路口处的光学交通优先权系统操作的流程图。如图5所示，在车辆上的设备的操作/行为被展示在图的左边，而在交叉路口处的设备的操作/行为被展示在图的右边。在车辆处，车辆的操作者或系统管理员的代理为车辆(和车辆所附的发射机设备)选择唯一的车辆识别代码。这种代理被展示在节点64处，显示了唯一的车辆识别代码的连接数据线被指向在活动节点66处的车辆上。编码车辆识别代码的密钥可以预先安装在车辆内，经过代理(线76)，和/或作为自然参数(例如，每月第二个星期二上午的中部时间11:58)的函数而自动改变，作为某一算法(数据线72和87处的每个更新)的函数，和/或作为非常规参数的函数，例如标识密钥改变的时间和/或密钥改变的方式的伪随机序列。节点70描述了另一个可选特征，该特征为在节点66处的编码操作只在响应手工输入的特殊的激活命令时有效。每个这种手工数据入口可以通过使用便捷触摸键或其它类型的用于选择合适代码的开关而容易的实现。
一旦装备并激活合适的代码选择，光脉冲信号就从安装在车辆上的设备处被发送到交叉路口处的设备上，如节点68所示。如节点84所示，光脉冲信号在交叉路口处被检测到并且数据信号被传送到节点86处。假设车辆识别代码是被授权的，则数据信号包括使用上面讨论的所选密钥而被编码的车辆识别代码，如图1中的25所示。在节点86处，接收到的数据使用密钥而被解密，并且如果密钥和/或算法被更新(线87)，则使用更新后的信息。在状态选择之前，另一个数据处理模块通过把解码数据信号(例如，车辆识别代码)与存储在代码管理表(节点90)内的授权代码相比较而验证优先权尝试(节点88)。优先权尝试(不论是否成功)均被记录，这在上面所讨论的实施例或商业系统是惯例。
本发明的一些方面通过参考几个特定的示例性实施例而被描述，本领域的技术人员应该理解可以在其上进行很多变化。例如，光发射机和检测器电路以及数字信号处理(数据查找，数据发送和格式化，以及数据编码和解码)可以使用信号处理电路阵列来实现，该信号处理电路阵列包括一个或多个处理器、非永久和/或永久存储器、和一个或多个模拟、数字、离散、可编程逻辑、半可编程逻辑、不可编程逻辑电路。这种与信号处理任务相匹配的电路的示例在前面讨论的商业设备和各种参考实例中被描述，包括美国专利No.5172113，No.5519389，No.5539398和No.4162447。这些实现和变化在不超出本发明的主旨和范围的前提下被上述实施例所涵盖，并且本发明的前面所述的各个方面在随后的权利要求中被描述。
Claims (18)
1.一种远程控制交通优先权系统，包括：
编码电路，所述编码电路用于产生一系列信号脉冲，其中数据字的至少一个比特位被编码为信号脉冲集的第一子集的振幅调制的函数，并且数据字的至少另一个比特位被编码为信号脉冲集的第二子集的频率调制的函数；
光源，所述光源用于发送具有用于所述信号脉冲集的每个信号脉冲的各自光脉冲的光脉冲集；
光检测器，所述光检测器用于接收光脉冲集；和
解码电路，所述解码电路用于根据在光检测器处接收到的光脉冲集而产生数据字，还用于对响应数据字的相关交通灯发出交通优先权命令。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述编码电路和所述解码电路均还用于修整包括在响应于密钥的第一和第二子集内的光脉冲。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源安装在车辆上并且数据字包括与车辆相联系的车辆识别代码。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号脉冲集的第一子集和所述信号脉冲集的第二子集不共享任何信号脉冲。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号脉冲集的第一子集和所述信号脉冲集的第二子集共享至少一个信号脉冲。
6.一种用于远程控制交通优先权系统的通信方法，所述方法包括：
把数据字的至少一个比特位编码为光脉冲集的第一子集的振幅调制的函数的步骤；和
把数据字的至少另一个比特位编码为光脉冲集的第二子集的频率调制的函数的步骤；
把光脉冲集传送到光检测器的步骤；
根据在光检测器处接收到的光脉冲而解码数据字的步骤；和
验证所述数据字并选择用于相关交通灯的状态以响应对所述数据字的验证结果。
7.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于，所述通信方法还包括响应于密钥而修整包括在第一和第二子集内的光脉冲的步骤。
8.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于，光发射机安装在车辆上，所述数据字包括与车辆相联系的车辆识别代码，并且所述把光脉冲集传送到光检测器的步骤包括从所述光发射机发送所述光脉冲集和在所述光检测器处接收所述光脉冲集。
9.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于，所述光脉冲集的第一子集和所述光脉冲集的第二子集不共享任何信号脉冲。
10.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于，所述光脉冲集的第一子集和所述光脉冲集的第二子集共享至少一个信号脉冲。
11.一种用于根据权利要求1所述的远程控制交通优先权系统的光发射机，所述光发射机包括：
编码电路，所述编码电路用于产生一系列信号脉冲，其中数据字的至少一个比特位被编码为信号脉冲集的第一子集的振幅调制的函数，并且数据字的至少另一个比特位被编码为信号脉冲集的第二子集的频率调制的函数；和
光源，所述光源用于传输具有用于所述信号脉冲集的每个信号脉冲的各自光脉冲的光脉冲集。
12.根据权利要求11所述的光发射机，其特征在于，所述编码电路还用于响应于密钥而修整包括在第一和第二子集内的光脉冲。
13.根据权利要求11所述的光发射机，其特征在于，所述光源安装在车辆上并且数据字包括与车辆相联系的车辆识别代码。
14.根据权利要求11所述的光发射机，其特征在于，所述信号脉冲集的第一子集和所述信号脉冲集的第二子集不共享任何信号脉冲。
15.根据权利要求11所述的光发射机，其特征在于，所述信号脉冲集的第一子集和所述信号脉冲集的第二子集共享至少一个信号脉冲。
16.一种用于远程控制交通优先权系统的状态选择器，所述状态选择器包括：
光检测器，所述光检测器用于接收光脉冲集，其中数据字的至少一个比特位被编码为光脉冲集的第一子集的振幅调制的函数，并且数据字的至少另一个比特位被编码为光脉冲集的第二子集的频率调制的函数；和
解码电路，所述解码电路用于根据在所述光检测器处接收到的光脉冲集而产生数据字，还用于对响应数据字的相关交通灯发出交通优先权命令。
17.根据权利要求16所述的状态选择器，其特征在于，所述数据字包括与发送光脉冲集的车辆相联系的车辆识别代码，并且所述解码器电路还用于验证车辆识别代码。
18.根据权利要求17所述的状态选择器，其特征在于，所述解码电路还用于响应对车辆识别代码的验证结果而发出相关交通灯的状态选择命令。
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