CN110446988A - 用于紧急响应和路边操作的网络和连接设备 - Google Patents

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Huilun Engineering Co
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Abstract

自组织网络被配置为自动且动态地连接在承载车辆和行人交通的道路上或附近执行的操作中使用的设备。连接现有设备和新设备的自动自组网络可用于通过收集和交换安全关键信息来增强安全性。在某些情况下，现有装置可以通过网络控制器和射频通信进行扩充，以允许设备加入无线局域网并通过网络交换信息。包括可穿戴设备的新设备可以被配置为充当无线局域网上的节点。在所公开的自组无线网络上建立车辆、传感器、可穿戴设备和其它节点的相对位置允许基于位置进行功能协调。

Description

用于紧急响应和路边操作的网络和连接设备
背景技术
本申请涉及采用自组织(self-assembling)无线局域网设备以增强在工作道路上或附近实施诸如执法、紧急响应、工地和例如拖车的路边服务提供之类的操作的人员的安全性的系统、装置和方法。
众所周知，在交通道路上或旁边实施的操作极其危险，其他驾车者可能会与装置和人员发生碰撞而造成伤亡。视觉和听觉警告通常被用来向正在靠近的驾车者和行人告警路边操作，这些警告已成功减少事故。但是，仍然存在重大风险，并且有机会部署最近开发的通信和传感器技术，以进一步提高路边人员的安全。
目前，用于在工作道路上或附近操作的装置是独立设备，该设备的操作不与其他设备协调。例如，如果两个或更多个紧急车辆在事故现场成排停止，则所有车辆显示各种类型的警告光信号是很常见的。这些警告光信号不协调，并且可能对接近的驾车者、行人或其他紧急响应者产生令人困惑的眩光。线路前方的紧急车辆持续向后投射警告光信号是很常见的，这可能使从第一辆车后面接近事故的紧急响应者看不见。理想情况下，只有最后面的车辆会向后方显示警告光，以警告接近的交通。协调的交通引导信号也可以减少接近交通的混乱。目前，除了手动地将每个车辆的警告系统设置为期望的设置之外，没有办法在事故现场有效地协调几个紧急车辆之间的警告信号活动。即便如此，每辆车的灯光发出的闪光模式也不会与其他车辆的闪光模式及时协调。
来自紧急车辆、服务车辆和施工装置的警告信号可以通过诸如锥体、便携式障碍物和便携式灯之类的产生交通引导光信号或发光字的交通引导设备来增强。当交通引导设备的活动被协调时，这种装置的有效性得到增强。如果交通引导设备包括用于检测将进入工作区周围的安全边缘的接近的车辆或目标的传感器，则进一步的改进是可能的。来自这些传感器的信息如果被协调并传达给工作区内的人员，则是最有效的。
现在，用于道路服务、施工和紧急响应的机动车辆具有控制和协调由每个车辆产生的可用音频和视觉警告信号的计算机化设备是很常见的。这些计算机化设备具有计算机处理器、存储器和有限的通信能力。通信通常限于从中央模块控制机动车辆上的信号设备。可以采用中央模块和车辆通信总线之间的一些通信来获得关于车辆状态的信息，包括车辆是停放还是移动，制动，速度，航向等。
通过在犯罪现场、紧急响应位置以及工作区中在应对紧急情况时将设备连接到无线局域网以交换信息并协调警告信号和其它活动，有机会提高紧急响应者、施工人员和道路服务人员的安全性。
发明内容
本公开包括使用联网设备来增强第一响应者安全性的方法、被编程为执行所公开方法的联网可编程设备的系统以及包括具有用于执行所公开方法的计算机可读程序代码的计算机可用介质的设备。可编程设备可以包括允许用户从所述设备接收信息并向所述设备输入命令的用户界面、用于存储程序代码的存储器、用于执行代码的处理器以及用于与网络上的其它设备通信的通信接口。
自组织网络被配置为自动且动态地连接在承载车辆和行人交通的道路上或附近执行的操作中使用的设备。连接现有设备和新设备的自动自组(adhoc)网络可被用于通过收集和交换安全关键信息来增强安全性。在某些情况下，现有装置可以通过网络控制器和射频通信进行扩充，以允许所述设备加入无线局域网并通过该网络交换信息。包括可穿戴设备的新设备可以被配置为充当无线局域网上的节点。
根据本公开的各方面，来自诸如州、县或市警察或消防部门的第一响应者组织的紧急车辆被提供有无线通信装置(收发器)并且被配置为当处于其它节点的无线通信装置的范围内时自动加入自组局域网络。车辆可以是网络上的节点，并且网络上的车辆之间的通信可以用于协调车辆上的警告装置的功能。网络上的车辆还可以交换与车辆位置、速度、航向、制动有关的信息(通常称为“车辆远程信息处理”)，以便基于车辆的相对位置协调车辆上的警告装置的功能。在车辆之间传递的车辆远程信息处理还可以用于通过向快速减速的领先车辆的尾随车辆提供增强的警告来改善第一响应者的安全性。诸如佩戴在第一响应者身上的设备之类的外围设备无线连接到车辆并且扩展连接到网络。诸如交通安全锥或障碍物之类的便携式设备无线连接到网络并被配置为在连接的设备之间传送消息和命令。便携式设备可以配备有传感器，以检测在紧急情况或工作区的现场对安全区的侵入或入侵。
位置检测可以由全球定位卫星(GPS)确定，或者更精确地由差分全球定位卫星(DGPS)确定，如本领域所熟知的。使用航位推算、车辆远程信息处理以及布置在车辆、可穿戴设备或便携式节点(例如交通锥或障碍物)上的传感器，可以提高位置精度。传感器包括微机电(MEM)传感器，加速度计，陀螺仪，磁力计，摄像头，超声波传感器，红外或激光雷达以及RFID标签。车辆导航系统还可以提供可用于提高位置检测精度的信息。车辆导航系统和相关的地图数据库允许车辆检测他们在道路上的位置，并且可以与其它位置感测方法结合使用以确定车辆相对于彼此的位置。在所公开的自组无线网络上建立车辆、传感器、可穿戴设备和其它节点的相对位置允许基于位置来协调功能。
附图说明
图1以图形方式说明了通信协议栈中的层以及适用于栈中每个层的相关国际标准；
图2示出了根据本公开的方面的由无线局域网连接的设备的系统的示例；
图3是用于所公开的系统和无线局域网中的设备的示例性控制器的功能框图；
图4是适用于在所公开的系统和无线局域网中使用的代表性交通引导锥体或障碍物的图形表示；
图5是适用于在所公开的系统和无线局域网中使用的代表性可穿戴设备的图形表示；
图6是示出可以与所公开的系统和无线局域网交互的代表性车辆控制单元的功能框图；和
图7是根据本公开的方面的对系统进行操作的方法中的代表性步骤的框图。
具体实施方式
无线局域网10用于自动且动态地将车辆、交通引导装置和可穿戴设备连接到系统200中，以增强在道路上或附近进行操作的第一响应者的安全性。与所公开的系统200和方法兼容的网络拓扑的一个示例是无线网状网络。网状网络是本地网络拓扑，其中节点直接、动态地和非分层地连接到尽可能多的其它节点，并且彼此协作以在节点之间有效地路由数据。网状网络动态地自组织和自配置，这可以减少安装开销。自配置的能力可以动态分配工作负载，尤其是在一些节点出现故障的情况下。这反过来又有助于提高容错性并降低维护成本。所公开的无线局域网是自配置的并且执行许多功能而无需使用连接到网络的装置的人员的干预，允许他们专注于他们的工作。
网状拓扑可与传统的星状/树状本地网络拓扑形成对比，在传统的星状/树状本地网络拓扑中设备直接链接到其它设备的仅一小部分子集，并且设备之间的链路是分层的。网状是一种网络拓扑，在该网络拓扑中，每个节点都为网络中继数据。所有网状节点在网络中的数据分布中协作，因此彼此超出范围的设备可以通过它们之间的其它设备进行通信。网状网络可以被设计为没有单点故障。执行特定功能的设备可以由配备特定功能的其它设备替换。可能存在一些没有备份功能的特定功能，例如充当网状网络和互联网之间的网关的设备。如果这样的网关断电，则可能无法切换到另一个网关。
用于通过无线局域网进行设备到设备通信的协议的一个示例是由Thread Group公司开发的线程(Thread)栈，并且在本公开中用作能够被用作网状网络上的安全性、通信和数据传输的基础的代表性标准。图1左侧是线程协议中各层的图形表示，其中标准与右侧每层的内容和操作相关。基于线程的网状网络上的节点之间的射频(RF)通信由IEEE802.15.4管理，其定义了在2.4GHz频带中以250kbps的数据速率操作的媒体访问控制(MAC)层。MAC层包括MAC安全性，用于加密网状网络上的通信以增强安全性。
线程使用IEEE 802.15.4通信标准作为其RF(射频)连接协议，该标准专为低速率、低功率WPAN(无线个域网)而设计。线程采用IPv6连接，该IPv6连接允许设备相互通信，访问云中的服务，或通过线程移动应用与用户交互。通过开发能够在IPv6网络层要求和802.15.4链路层功能之间顺利适应的层，解决了统一IPv6和802.15.4技术的需求。该层称为6LoWPAN，如图1所示。
基于由软件栈的较高层建立和配置的密钥，MAC层加密和完整性保护被用在消息上。节点由授权人员使用称为授权方(commissioner)的设备对网络进行身份验证，并且必须共享相同的网络密钥。授权方通常是与网络分离的设备，例如智能手机，其可以与网络通信并向新设备提供加入网络所需的安全信息。授权方设备也可以是网络本身的一部分，或专用节点。
将以“节点”的形式讨论本公开中的无线局域网，“节点”可与“设备”或“车辆”互换使用。每个节点代表网状网络中的一个点。图2示出了代表性网状网络10，其中三个紧急车辆12彼此连接。代表性道路14包括紧急车辆12对其进行响应的事故16。紧急车辆12可包括警车、消防车、救护车/EMT和救援车辆，以及DOT、清障车和拖车。每个车辆12包括控制器18，该控制器18具有存储器20、处理器22和存储在存储器20中以供处理器22执行的程序指令，如图3中更详细地示出。控制器18还包括呈现接口24以及用户输入接口26，其中呈现接口24向用户呈现信息以及用户输入接口26供用户与控制器18交互。控制器18包括通信接口28，用于经由无线收发器30管理控制器与包括在所公开的无线局域网10上的设备在内的其它设备之间的通信。控制器18可操作地连接到天线32，用于通过本领域已知的蜂窝通信系统访问因特网34。根据本公开的方面，每个车辆12配备有与诸如无线网状网络的低功率局域网兼容的专用无线收发器30。每个车辆12的控制器18可以被配置为当无线收发器30在范围内时动态地和自动地连接到其它车辆12。图2示出了三个车辆12在彼此的范围内并且全部以全网状拓扑结构彼此连接以形成无线局域网10的情况。诸如蜂窝电话的智能设备可以是无线局域网10上的节点。
每个车辆12配备有至少一个多功能音频警告设备36(例如电子警报器)和至少一个多功能视觉警告设备38(例如灯条)。多功能音频设备36能够产生若干听觉警告声音，例如已知为哀号，吼叫和气喇叭的警笛声。多功能视觉警告设备38可以是配备有若干能够产生各种视觉警告信号的灯的灯条，其可以包括如本领域中已知的闪光灯，稳定灯，交替的警告闪光模式，连续的交通引导模式。灯条38可以被配置成产生远离灯条38的前部38a和/或后部38b突出的视觉警告光信号。灯条38还能够选择性地产生光以照亮车辆12周围的区域，其中照明光指向车辆12的前方，侧面和/或后方的区域。三个车辆12可以实现协调的闪光模式，其中该模式合并所有三个车辆12的视觉警告信号设备38。当另一车辆12进入无线收发器30的范围内并自动加入网络10时，其视觉警告信号设备38可根据控制器18中的程序指令并入闪光模式中。可以修改或关闭可能会使现场人员分心的警示光，同时可以打开交通引导信号或照明灯。
车辆12还可以配备有至少一个传感器40，用于收集关于车辆12或车辆12周围环境的信息。传感器40包括但不限于相机，雷达，超声波或基于声音的传感器，距离测量设备，加速度计等。可以选择传感器40来补充诸如GPS或DGPS的位置感测装置，以确定车辆12相对于彼此的位置。传感器的一个示例是布置在车辆前部的雷达或接近检测设备，其中传感器检测车辆与前方车辆之间的距离。如果车辆之间的距离突然减小，则该信息可被用于向车辆操作者提供警告，从而指示碰撞的可能性。
所公开的系统200中的节点(设备)的相对位置被用于协调无线局域网10上的设备或节点的活动。例如，到达现场的第二(和后来的)车辆12可以被配置为熄灭它们的前向警告光信号，以有利于前向照明，从而改善现场的可视性。第一和第二车辆12可以被配置成熄灭它们的后向警告光，因为另一车辆12已经加入该组并且将保持后向警告光以警告即将到来的交通。在这种情况下，第一和第二车辆12可以配置成在每个灯条38的后部投射替代的警告信号模式，例如交通引导(连续的琥珀色光)模式或稳定的低强度模式。
图2还描绘了作为所公开的无线局域网上的节点的外围设备。一排交通引导锥或障碍物42被示出布置成从最后(后部)车辆12的左后角延伸的一排。如图4所示，每个锥体或障碍物42包括电源44、控制器19以及无线收发器30，从而允许锥体/障碍物42加入自组织无线局域网10，其中控制器19包括处理器22和存储器20。每个锥体或障碍物42还可以包括视觉警告设备，例如用于产生可见光信号的灯46和/或用于产生听觉信号的扬声器或音调发生器48。每个锥体或障碍物42还可以包括传感器40或其它硬件，用于确定障碍物42相对于其它障碍物42以及相对于一个或多个紧急车辆12的相对位置。锥体或障碍物42的功能可以部分地由它们的相对位置确定。例如，每个锥体42的警告灯46可以以顺序模式照明，以引导现场周围的即将到来的交通。障碍物42可以通过红外激光器或光束50彼此连接，红外激光器或光束50允许检测在障碍物42之间通过的目标。该特征可以用于在响应现场周围形成“虚拟围栏”，并且障碍物42可以被配置为在这种入侵的现场警告第一响应者。交通锥或障碍物42中的一个或多个还可以包括传感器，例如雷达或激光雷达50，其被布置成检测接近响应现场的车辆的速度和轨迹，系统200被编程为使用来自雷达50的信息来计算入侵的可能性并向可能进入现场的、车辆现场处的第一响应者发出警告。每个交通锥42可以包括RFID标签54，以向系统200验证交通锥42。可选地，可以在交通锥42上的固件或硬件中提供认证令牌或代码，并且与网络10上的其它节点交换该认证令牌或代码。
图2还以第一响应者的人身上的可穿戴设备52的形式描绘了所公开的无线局域网10上的另一节点。如图5中更详细地所示，可穿戴设备52将包括电源44、控制器19以及收发器30，以允许可穿戴设备52加入所公开的无线局域网10，其中控制器19包括处理器22和存储器20。可穿戴设备52可以包括触觉设备56，用于产生振动以警告第一响应者危险状况，包括入侵或可能入侵响应现场。可穿戴设备52可以包括传感器58，用于检测人员的状况和方向，例如，该人员是直立且移动的还是已经跌倒并且没有移动。可穿戴设备52可以通过一个或多个传感器58检测人员的生命体征。可穿戴设备52可以包括用于识别佩戴可穿戴设备52的特定第一响应者的RFID标签54或其它机构。响应者标识可以被报告给无线局域网10，以便在人员加入或离开现场时对他们进行跟踪以及获得这些人员在现场时的状况。系统200和无线局域网10可以被配置为通过因特网和/或经由蜂窝网络向一个或多个紧急响应协调中心报告和更新响应现场的车辆12和人员的标识。可穿戴设备52可以包括听觉音调发生器48和归航信标(homing beacon)60，以便于在黑暗、密集的树叶、陡峭的垂直地形、烟雾或其它可能难以定位可能无意识和不能动的人员的环境中对第一响应者进行定位。来自归航信标60的信号强度可以用于以类似于本领域中已知的雪崩信标的功能的方式指导搜索工作。可穿戴设备52可以被编程为向无线局域网10报告归航信标的激活，而系统200被配置为将该信息一起传递给响应协调者和指挥者。
可穿戴设备52和紧急车辆12可以被配置为检测可穿戴设备52(并且由此检测所述人员)相对于紧急车辆12的接近度。RFID标签54与车辆12的连接可以用作第一响应者在车辆12处的存在的代理，因为RFID标签的操作范围相对较小。结合车辆12和可穿戴设备52的系统200可以被编程为仅当第一响应者存在于车辆12处时才启用某些车辆功能。例如，当可穿戴设备52在距车辆12的预定距离内时，该车辆将正常工作，但是如果可穿戴设备52离开预定距离(或者车辆12移动超过预定距离)，则车辆12可以被禁用或被限制为有限的速度。当可穿戴设备52不存在时，车辆12的其它功能可以被禁用，例如行李箱锁和/或保护车辆12中的枪支的任何锁。可穿戴设备52可用于在每个班次开始时将特定人员与特定车辆12相关联。所述人员的指挥角色可用于改变作为所公开的无线局域网10上的节点的车辆12的功能或作用。例如，如果所述人员处于指挥角色，则车辆12可以被配置为在无线局域网10中承担主角并且具有与网络10上的其它车辆不同的功能。可穿戴设备52还可以包括硬件或软件令牌或其它安全设备，从而允许由所述人员占用的车辆加入相邻的本地无线网络。例如，在假设已经向本地无线网络10验证了所述人员的指挥状态的情况下，警察部门或消防部门的指挥车辆可以被授权加入相邻的警察或消防部门无线网络。
所公开的网络中的所有节点具有一些共同特征：每个节点都包括用于执行程序指令的处理器22(可以称为计算机处理器)、用于存储程序指令的机器可读存储介质(存储器)20以及用于在无线局域网10上接收和发送数据的收发器30。例如，在线程网络中，网状网络中的每个节点都被分配了一个角色，该角色可以根据节点在网络中的位置而改变。如在本公开中使用的，网络中的位置不同于设备或节点相对于其它设备的物理位置。每个设备都可以充当路由器，由此它可以将数据从一个节点转发到另一个节点。一个节点(设备)可以被指定为领导者，并处理网络上的某些路由和其它信息。如果所公开的网络10中的领导者离开网络，则另一个设备被选为领导者。根据本公开的方面，加入和离开所公开的网状网络的过程是自动的，不需要人为干预。这允许与所公开的无线局域网10兼容的产品在网状配备的设备到达或被部署在特定位置时形成“自组”网络。所公开的无线局域网10和连接设备的系统200的自主形成和操作在辅助信息交换、第一响应者和公共安全的同时还使得第一响应者从一些例行功能中摆脱出来。
根据本公开的方面，可以根据每个设备相对于无线局域网10上的其它设备的物理位置来改变每个设备的功能。上面已经关于车辆位置、人员接近度以及诸如交通引导锥或障碍物42的设备描述了该概念的各种实施方式。通过GPS的位置感测可能不具有系统200确定图2中所示的车辆12的相对位置所必需的特性。
同一网络的多个分区可以同时存在。每个分区可以拥有自己的领导者，并独立于任何其它分区运行。如果这些分区进入彼此的范围内，则它们可以无缝地合并在一起，并为合并的网络指定单个领导者。无线局域网的设计和每个节点或设备中的程序指令的设计将建立关于加入和离开该网络以及相邻网络何时以及是否合并的规则。
网状网络的安全性最好在对网络进行运营的组织内进行管理，而且网络的安全信息不应在组织外部共享。因此，不相关的网络可能无法像共享相同网络密钥的节点和设备的情况那样直接自动地彼此合并。例如，由县Sherriff的部门运营的网络可能无法直接与州警察局运营的网络合并，因为他们之间不会共享安全密钥。可以通过充当可用数据网络的因特网的网关的边界路由器建立在所公开的网状网络之间进行通信的安全方法。还可以在网络协议内建立安全通信。示例包括软件控制和维护的密码或令牌。可以允许诸如指挥车辆的指定节点“参与”与其它网络的通信。
无线局域网10中的设备或节点之间的可靠通信和数据传输可能需要用于同步的公共时间参考。此外，无线网络上的时间同步允许在多跳无线网络上使用时分多址“TDMA”方法。所公开的自组织网络的一个方面是无线连接部署在车辆12、人员或交通引导装置42上的传感器40、50、58。每个节点(设备)可以包括一个或多个传感器，具有存储器20的计算机处理器22，信号处理，无线收发器30和诸如具有有限容量的电池的电源44。这些节点必须快速将结果报告给数据收集节点或接入点。由于这些节点是电池供电的，因此媒体访问控制(MAC)协议有助于确定网络寿命。用于传感器网络的所建议的MAC协议提供基于竞争的接入或时分多址(TDMA)。前者(例如IEEE 802.11(载波侦听多址访问CSMA))比TDMA协议消耗更多能量，因为它们在冲突和空闲侦听方面浪费能量。而且，他们不提供延迟保证。TDMA协议更节能，因为网络中的节点可以进入非活动(休眠)状态，直到它们的分配时隙。最近的标准，如IEEE 802.15.4，允许设计人员配置自己的时序模式。关于信道接入，802.15.4使用具有冲突避免的载波侦听多址访问(CSMA-CA)。这种多路复用方法允许多个用户或节点在不同时间访问同一信道而不受干扰。
一些时间同步方法可能在网状网络上不可用，因为MAC层不能对发送/接收消息的确切时刻加时间戳。这使得MAC层延迟，或者消息被发送和击中空中之间的时间完全不确定。协调所公开的网状网络上的定时的一种可能方法是接收器-接收器同步(RRS)，如本领域中已知的。在RRS方法中，“参考节点”发送几乎同时由多个接收器共同见证的消息。接收器然后交换这个被共同见证的事件的时间戳。在该同步方法中，发送器侧的延迟是无关紧要的，因为多个接收器同时检测到该消息，从而建立了公共时间参考。网状网络中的RRS需要三个设备，一个设备用于发送，至少两个设备用于接收，并且这三个设备必须是“全网状”的以避免与多跳通信相关的延迟。术语“全网状”指的是RRS方法中涉及的三个网络节点(设备)直接连接到每个其它网络节点(设备)的情况。
GPS定时消除了对用于进行同步的至少三个全网状设备的需求。即使没有与所公开的无线局域网10的连接，也可以同步任何数量的配备GPS的设备。在GPS信号可用的情况下，GPS接收器可以以脉冲的形式提供准确的时间同步替代。然而，这种信号在城市、山区地形或室内环境中并不总是可靠的。专用的GPS定时模块将定时功能扩展到GPS信号不可用的环境中。通过使用高精度温控晶体振荡器(TCXO)，设备可在丢失GPS信号后长时间保持精确的时钟脉冲。在大多数环境中，GPS信号被隧道、车库和高层建筑物短时间中断，并且GPS定时模块可用于在网状网络上的节点之间提供必要的时间参考。
现代机动车辆包括由一个或多个电子控制单元协调的先进电子系统。图6示出了代表性控制单元62和相关的外围装置、传感器和车辆系统。控制单元62包括用于存储可执行计算机代码的存储器63以及用于协调内部车辆功能的精确时钟65。车辆可以包括GPS接收器64、DGPS接收器66、车辆间通信68和用于与智能基础设施交互的基础设施通信70。车辆传感器包括加速度计72，陀螺仪74，摄像头76，雷达78，激光雷达80，速度传感器82，天气传感器84和红绿灯传感器(stoplight sensor)86中的一个或多个。车辆包括用于提供信息的至少一个显示器88以及用于提供输入以指导车辆操作的操作员控制器90。车辆可以被配备成产生车辆内的操作员可察觉的警告光信号和听觉音调92，或者在紧急车辆12的情况下，视觉信号和听觉音调对于紧急车辆12外部的行人和驾车者是可感知的。车辆系统可以包括地图数据库94，用于在地图上跟踪车辆的位置，该地图可以被显示给车辆操作者。车辆系统从车辆电气系统接收电力96，如本领域已知的，该车辆电气系统通常是包括电池和发动机驱动的交流发电机的DC系统。控制单元62可以与制动伺服系统98，转向伺服系统100，节气门伺服系统102和车辆诊断装置104通信。车辆可以包括RFID54或其它标识符，以提供可以在电子通信中和诸如所公开的无线局域网10的网络上使用的电子可读标识符。
在车辆控制单元62中运行的计算机代码可以被配置为处理来自一些或所有所连接的系统和设备的数据，以计算车辆位置并将车辆放置在显示给操作员的地图上。车辆控制单元62可以利用来自车辆传感器72、74、76、78、80、82的数据来补充GPS和DGPS信息，以执行精确的定位计算并向操作员发出关于危险车辆运动或道路状况的警告。根据本公开的方面，车辆控制单元62可以与控制器18共享一些车辆数据、位置信息或其它数据和计算，其中控制器18与所公开的无线局域网10和所连接的外围装置42、52相关联。或者，所公开的系统200可以包括其自己的传感器40、50、58，并且与车辆控制单元62分开执行计算。所公开的网状网络上的每个节点可以使用GPS接收器，DGPS接收器，或者通过来自加速度计、陀螺仪、雷达的传感器反馈或来自其它节点的信号进行补充的这些中的一个来确定其自身位置，并且将其位置广播给网络上的其它节点。
GPS的细化在本领域中通常是已知的。GPS和DGPS的精度可以通过广域增强系统(WAAS)，局域增强系统(LAAS)或利用载波相位的其它系统来提高。关于GPS和DGPS精度改进的其它细节由Breed等人的US6,405,132提供。通过使用上述的车辆远程信息处理、基于基础设施的定位辅助设备、射频识别(“RFID”)标签、相机、红外或光学传感器、雷达和激光雷达或建立相对或绝对位置的其它传感器来改进GPS位置，可以实现精确定位。
每个节点可以被编程为维护网络上的其它节点的当前位置的数据库(或其它记录)。该信息可用于生成网络上的节点的相对位置的虚拟“映射”，该虚拟“映射”可用于协调节点活动。例如，可以协调由停到现场或到达现场的紧急车辆12产生的警告信号以提高安全性。在现场的单个警车应该使用其指向前和指向后的警告光38a、38b来警告两个方向上的即将到来的交通。然而，到达现场的第二辆警车改变了这种情况，并且车辆12之间的协调将允许前车的后向警告光38b被关闭或被改变为不太动态的交通引导模式，而后车的前向光38a可以被关闭或被改变为照亮现场。
网状网络上的节点之间的这种协调可能需要比仅使用GPS通常可用的定位精度更高的定位精度，其通常限于大约3米。通过从车辆的内部通信总线(也称为CAN总线)访问车辆速度和航向信息，可以提高定位精度。其它位置和接近传感器可以与软件串联使用，以确定网络上的其它车辆(节点)的相对位置和方向。可以使用相对位置和车辆方向信息来改善安全性的一种情况是紧急车辆彼此跟随的追逐或响应情况。该信息可用于控制前车的警告光，因此他们不会使得紧随其后的车辆看不见。警告光还可以被配置为警告前车突然制动或减速以帮助避免碰撞。
可以通过逻辑输入和网络控制器将网状网络能力(network capability)添加到现有控制模块。新的“可扩展”警告信号模式可以被添加到现有的警告光信号库中。可以通过根据节点(在这种情况下为紧急车辆12和/或交通引导设备42)可用的同步时间信号激活在所分配时隙处的分段来对交通顾问模式进行排序。
可以实施网状网络连接和信息传输，使得信息和控制的交换是由系统200处理的无缝过程，且很少或没有人为干预。网络能力可以被集成到现有装置中，而不是作为额外的附加系统(add-on system)。节点被编程为根据为网络建立的规则加入和离开无线局域网10。网络10被配置为在很大程度上是自组织和自主的。这解放了第一响应者使得他们去做自己的工作，同时所连接的装置自动提供安全增强功能。一个示例是被编程为在特定响应现场周期性地报告车辆12和人员的系统200。响应协调员将获得有关特定现场处的资源的准确和及时的信息，这使他们能够评估是否需要额外的资源或者甚至将资源重新引导到其它更优先的情况。
另一个例子是工作区，其中位于工作区开始处的车辆配备有检测即将到来的车辆的速度和轨迹的传感器。以过快的速度接近或在将进入工作区的轨迹上的车辆触发所公开的无线局域网10上的警报。在这种情况下，工作区中佩戴被配置为接收警报的连接设备52的警察和工人，被提供有预期入侵的听觉和/或振动信号。这样的警告可以为工作区中的人员采取规避行动提供宝贵的时间。另外，可穿戴设备52可以实现诸如加速度计之类的运动传感器，以检测工人或人员跌落到地面的情况。在执法情况下，该事件可以触发打开车门以允许警犬对警察进行协助或触发特定模式的光和/或警报器以引起对现场的注意。可穿戴的连接设备还可以被配置为报告人员的健康和状态信息，例如当这些信息表明需要帮助时的心率和问题警报。
所提出的无线局域网10可以通过便携式和可穿戴节点的方式在结构内进行扩展，以帮助跟踪紧急人员的位置。在该实施例中，节点可以包括路点，例如被部署以保持门打开的楔形物，以及还可以包括在结构内移动的人员上的可穿戴设备52。所公开的无线局域网的该实施例将采用与上述用于其它实施例的基础设施相同的基础设施，并且将动态地连接传感器、可穿戴设备和路点。位置感测可用于跟踪结构内人员的位置，包括高度。可穿戴设备52可以监视诸如温度，空气中的化合物，人员的生命体征等条件，并将该信息报告给建筑物外部的情况管理者。了解结构内人员的位置有助于协助遇险人员，并可用于指导人员如何摆脱危险情况。
图7示出了根据本公开的方面的在无线局域网上对设备的系统进行操作的方法中的代表性步骤。在步骤110，设备被配置为自动加入兼容设备的本地无线网络，所述兼容设备包括至少一个紧急车辆。在步骤112，设备通过网络传输数据。在步骤114，系统处理来自所连接设备的数据以确定所述设备相对于彼此的位置。在步骤116，系统记录所连接设备的相对位置，以及在步骤118，系统将设备的标识及设备的位置发送到位于无线局域网的远程的指挥中心。步骤118处的这种设备和位置的传输还可以包括无线局域网中包括的一个或多个紧急车辆的与地图上的位置相对应的绝对位置。在步骤120，系统根据连接设备的相对位置对连接设备进行操作。以上详细地描述了基于位置的替代功能。该系统被编程为周期性地重复步骤112-118，以确保关于响应现场处的车辆和设备的信息在条件改变时是准确的。步骤120采用更新的设备和位置信息来根据最新的设备和位置信息改变网络上的设备的操作。

Claims (30)

1.一种用于管理由无线局域网连接的与紧急响应和路边操作相关联的多个设备的系统，每个所述设备代表所述无线局域网中的节点，并且每个所述节点包括：
一个或多个计算机处理器；
一个或多个计算机可读存储介质；
一个或多个传感器，用于从每个所述节点周围的周围环境中收集信息；
无线收发器；以及
存储在所述计算机可读存储介质上的程序指令，所述程序指令由所述一个或多个计算机处理器中的至少一个处理器执行，所述程序指令包括：
用于自动连接到无线信号可用的所有其他节点的程序指令；
用于周期性地确定每个节点的位置的程序指令；
用于使每个节点发送与其位置相对应的信息的程序指令；
用于利用每个节点的位置来定义每个节点相对于其他节点的位置的程序指令；和
用于根据所述节点的相对位置来协调所述节点的活动的程序指令。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，至少一个所述设备是机动车辆，所述机动车辆具有多功能视觉警告设备和多功能音频警告设备中的至少一者，并且所述程序指令包括：
用于建立所述机动车辆的位置的程序指令；以及
用于根据所述机动车辆的位置来操作所述多功能视觉警告设备或所述多功能音频设备的程序指令。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述机动车辆包括多个机动车辆，所述多个机动车辆中的每一个机动车辆包括产生警告信号的警告信号发生器，并且所述程序指令包括：
用于根据所述机动车辆的相对位置来协调所述无线网络上所述机动车辆的警告信号与其他机动车辆的警告信号的程序指令。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述程序指令包括：
用于在所述无线网络上周期性地发送时间参考的程序指令；
用于在收到所述时间参考后，建立收到所述时间参考的时间的程序指令；以及
用于在所述无线网络上发送与所述时间参考相关联的时间戳的程序指令。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述无线网络是网状网络，并且至少三个节点是全网状的。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，多个所述节点被配备成接收GPS定时信号，并且所述程序指令包括：
使用所述GPS定时信号来同步所述多个节点之间的通信。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，被配备成接收所述GPS定时信号的所述多个节点包括含有温控晶体振荡器的定时模块，并且所述程序指令包括：
参考最新的GPS定时信号，通过所述温控晶体振荡器维持用于在所述无线网络上进行通信的定时信号。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述节点包括多个交通引导设备，所述多个交通引导设备中的每一者具有一个或多个功能并且被配置为通过所述网络发送位置数据，所述程序指令包括：
用于计算所述多个交通引导设备中的每一者相对于其他所述交通引导设备的位置的程序指令；以及
用于根据每个所述交通引导设备相对于所述多个交通引导设备中的其他交通引导设备的位置协调所述交通引导设备的功能的程序指令。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个传感器选自包括红外、雷达、摄像头、加速度计、陀螺仪、温度、空气质量、心率监测器和磁力计的组。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，至少一个所述设备是机动车辆，并且所述机动车辆配备有传感器以检测靠近所述机动车辆的目标和车辆的运动，并且所述程序指令包括：
使用来自所述传感器的信息建立目标相对于所述机动车辆的速度和航向；以及
当目标将侵入所述机动车辆周围的安全边缘时，通过所述无线网络向其他节点发送警告。
11.一种路边操作安全系统，包括：
通过无线网状网络连接的多个节点，每个所述节点包括：
计算机处理器；
计算机可读存储介质；
位置传感器，用于建立每个节点的位置；
无线收发器；以及
存储在所述计算机可读存储介质上的程序指令，所述程序指令由所述计算机处理器执行，所述程序指令包括：
用于自动连接到无线信号可用的所有其他节点的程序指令；
用于周期性地确定每个节点的位置的程序指令；
用于使每个节点周期性地发送与其位置相对应的信息的程序指令；
用于利用每个节点的位置来定义每个节点相对于其他节点的位置的程序指令。
12.根据权利要求11所述的路边操作安全系统，其中，至少一个节点是配置有多功能警告信号设备的机动车辆，所述程序指令包括：
用于根据所述机动车辆相对于所述无线网状网络上的其他节点的位置来协调所述多功能警告信号设备的操作的程序指令。
13.根据权利要求11所述的路边操作安全系统，其中，所述多个节点包括多个机动车辆，每个机动车辆配备有多功能警告信号设备，所述程序指令包括：
用于根据每个所述机动车辆相对于所述多个机动车辆中的其他机动车辆的位置来协调所述多个机动车辆的所述多功能警告信号设备的操作的程序指令。
14.根据权利要求11所述的路边操作安全系统，其中，至少一个所述节点被配备有用于接收GPS定时脉冲的GPS接收器以及包括温度稳定晶体振荡器的定时模块，所述程序指令包括：
用于参考最新的GPS定时脉冲，通过所述温度稳定晶体振荡器维持用于所述无线网状网络的通信定时信号的程序指令。
15.根据权利要求11所述的路边操作安全系统，其中，至少一个节点包括至少一个传感器以检测目标相对于所述至少一个节点的运动，所述程序指令包括：
用于使用来自所述至少一个传感器的信息来确定目标相对于所述节点的速度和方向的程序指令；以及
用于当目标将侵入所述节点周围的安全边缘时，向所述无线网状网络上的其他节点发送警告的程序指令。
16.根据权利要求15所述的路边操作安全系统，其中，所述至少一个传感器选自包括红外、雷达、摄像头、加速度计、陀螺仪、温度和磁力计的组。
17.一种用于多个紧急车辆的警告系统，包括：
用于相关紧急车辆的第一警告设备，该第一警告设备具有由控制模块控制的多个警告功能，所述控制模块包括控制器并且包括与收发器通信的处理器；
用于相关紧急车辆的第二警告设备，该第二警告设备具有由控制模块控制的多个警告功能，该控制模块包括控制器并且包括与收发器通信的处理器；
其中，所述第一警告设备的收发器和所述第二警告设备的收发器用作无线网状网络中的节点，并且所述处理器处理来自所述收发器的数据以指示所述相关紧急车辆的相对位置和速度，并且每个所述控制器响应于所述相关紧急车辆的所述相对位置和速度来激活警告功能。
18.根据权利要求17所述的警告系统，其中，所述第一警告设备和所述第二警告设备中的每一者的所述警告功能各自包括前向紧急指示器功能和后向紧急指示器功能。
19.根据权利要求18所述的警告系统，其中，所述第一警告设备的所述控制器激活前向紧急指示器功能，并且所述第二警告设备的所述控制器激活后向紧急指示器功能。
20.根据权利要求17所述的警告系统，其中，其中一个所述警告设备的控制器激活碰撞指示器警告功能。
21.根据权利要求17所述的警告系统，其中，每个所述控制模块包括安全密钥，并且所述警告系统还包括用于相关紧急车辆的第三警告设备，该第三警告设备具有由拥有安全密钥的控制模块控制的多个警告功能，其中所述第三设备的安全密钥被传送到所述第一警告设备和所述第二警告设备，以允许所述第三警告设备用作无线网状网络中的节点。
22.根据权利要求21所述的警告系统，其中，所述安全密钥允许警用紧急车辆设备和消防车警告设备用作同一无线网状网络中的节点。
23.根据权利要求17所述的警告系统，其中，所述警告功能包括从由警告信号灯、交通引导灯、防撞指示器、前向光信号和后向光信号组成的组中选择的两个或更多个信号模块。
24.一种用于操作网络中的设备的方法，所述设备包括至少一个紧急车辆，所述紧急车辆具有多功能视觉警告设备或多功能音频警告设备，所述方法包括：
在没有人为干预的情况下在包括所述至少一个紧急车辆的所述设备之间建立无线网络；
通过所述网络发送数据；
处理所述数据以确定每个设备相对于包括所述至少一个紧急车辆的所述设备中的其他设备的位置；以及
根据所述至少一个设备相对于所述设备中的其他设备的位置来操作至少一个所述设备。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述设备包括多个紧急车辆，每个所述紧急车辆具有多功能视觉警告设备或多功能音频警告设备，所述方法包括：
基于通过所述网络发送的数据计算多个紧急车辆之间的相对运动；以及
当所计算的相对运动指示第一紧急车辆和第二紧急车辆之间有可能发生碰撞时，将碰撞警告从所述第一紧急车辆发送到所述第二紧急车辆。
26.根据权利要求24所述的方法，还包括：
在所述至少一个紧急车辆和与所述至少一个紧急车辆物理分离的至少一个独立设备之间发送数据；以及
在所述独立设备上和在所述至少一个紧急车辆上的所述多功能视觉警告设备或者所述多功能音频警告设备之一上产生协调警告信号，所述警告信号的协调是根据所述独立设备相对于所述至少一个紧急车辆的位置确定的。
27.根据权利要求24所述的方法，其中，所述设备包括配备有传感器和控制器的至少一个独立设备，所述独立设备具有多个功能，所述功能中的一些功能依赖于所述设备相对于所述至少一个紧急车辆的位置，所述方法包括：
在所述独立设备和所述至少一个紧急车辆之间交换数据；
计算所述独立设备相对于所述至少一个紧急车辆的相对位置；以及
基于所述独立设备相对于所述至少一个紧急车辆的所述相对位置，从所述独立设备的所述多个功能中进行选择。
28.根据权利要求24所述的方法，包括：
在所述网络上发送来自传感器的数据，以及
至少部分地基于来自所述传感器的数据计算所述网络上的设备的相对位置；
通过所述网络发送所述相对位置；以及
将所述相对位置保存在存储器中。
29.根据权利要求24所述的方法，包括：
从所述设备中指定领导设备，以及
根据通过所述网络发送的来自所述领导设备的指令来操作所述设备。
30.根据权利要求24所述的方法，包括：
周期性地重复处理所述数据以确定每个设备相对于包括所述至少一个紧急车辆的所述设备中的其他设备的位置的步骤；
通过所述网络发送所述相对位置；以及
通过蜂窝数据连接将所述相对位置发送到位于所述网络的远程的指挥中心。
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