CN115812226A - 交互式车辆交通运输网络的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆跟踪设备，用于在一个或更多个车辆能够在其中移动的运输网络的地理位置处跟踪一个或更多个车辆，所述车辆跟踪设备包括：一个或更多个红外(IR)传感器，所述IR传感器具有视场，并且被配置为检测在所述视场内的所述地理位置处从所述一个或更多个车辆发射或被所述一个辆或更多个车辆反射的IR辐射；接收器，被配置为接收唯一地识别所述一个或更多个车辆中的每一个的唯一标识数据和指示当所述一个或更多个车辆进入所述地理位置处的所述视场时所述一个或更多个车辆中的每一个的初始位置的位置数据；处理器，被配置为基于由所述一个或更多个IR传感器检测到的IR辐射、所接收的唯一标识数据和所接收的位置数据来确定所述一个或更多个车辆在至少两个维度上的当前运动学数据；以及发送器，被配置为将所述一个或更多个车辆中的特定车辆的所确定的当前运动学数据发送到与所述发送器间隔开的运动学数据接收器。

Description

交互式车辆交通运输网络的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于交互式车辆交通运输网络的系统和方法，例如涉及自动驾驶车辆的那些系统和方法。更具体地，但并非排他地，本发明涉及用于运输网络运行的系统和方法的改进或与之相关的改进，运输网络涉及在城市、市区内或者沿着、高于或接近指定的高速公路(motorway)、高速公路(freeway)、公路、铁路或城市与市区之间的其他路线，提供乘客或货物运输的地面车辆或飞行器。任何或所有车辆可以是从完全自主到完全驾驶员/飞行员控制的任何范围。而且，它们可以或也可以不与本地、区域或国家交通管理系统相联系。这样的交互系统和方法不仅可以跟踪车辆，而且还可以涉及与此类车辆相关的相应数据管理和/或通信。

背景技术

随着自动驾驶车辆操作的不断发展，存在调整交通管理系统以利用自动驾驶车辆的新功能的需要。特别是，随着车辆越来越能够调节它们自己的运动，诸如驾驶员或飞行员的反应速度、注意力水平、疲劳等用户操作的一些缺点被消除。因此，自动驾驶车辆更能够对环境危害做出快速反应，并且因此，与用户操作的车辆相比，能够安全地实现更高的车辆速度和更高的车辆密度，其中，在考虑安全停车距离时，必须考虑诸如思考距离等因素。

为了实现这样的交通管理，车辆必须具有获取关于它们自身和它们附近的每一个车辆的精确运动学数据的途径，这使得能够采取适当的行动。这将包括采取行动的特定车辆，以及它的附近可以影响应采取哪些行动的决定的其他车辆二者的运动学数据。

当前的技术架构依赖于原则，即车载传感器独立地为每一个车辆提供它自身的态势感知，然后它可以利用该态势感知对它的环境进行推理，并做出和制定它自己的决策。

近年来，商业上可用的态势感知和地理定位技术，包括无线电探测和测距(RadioDetection And Ranging，RADAR)、光成像、探测与测距(Light Imaging,Detection&Ranging，LIDAR)、全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)、电光(Electro-Optic，EO)传感器和红外(Infra-Red，IR)传感器，在质量、尺寸、功耗、热量输出以及对诸如机械冲击、振动和电磁干扰的环境危害的敏感性方面都已降低到原则上可将它们集成到商用车辆(例如，公共汽车、卡车、出租车、无人机)和家用车辆(例如，汽车、个人飞行器)中，以组合工作来提供态势感知，潜在地实现无驾驶员或无飞行员的操作。然而，基于多传感器和传感器融合的所有此类态势感知方法在无驾驶员/无飞行员车辆的安全关键应用中的复杂性是相当大的。作者在国防和航空航天方面的经验表明，这种复杂性不可避免地提高了车辆成本并且增加了安全隐患风险。此外，采用通用方法变得越来越困难，使得标准化具有挑战性。尽管许多大型科技公司在无人驾驶汽车方面进行了巨大投资，但过去十年的进展极其缓慢，随着安全风险越来越受到关注，以至于监管机构批准无人驾驶汽车的可能性受到质疑。

在一些已知的系统中，为了例如交通流管理的目的，试图实施路边、道路内或道路上方的感测装备来检测、定位、跟踪车辆并与车辆通信。然而，典型地，这些系统无法实现以当前法定速度和建议车辆间距在交通流中安全自主导航所必需的实时运动精度和可靠性检测来实现这种检测，更不用说任何增加的交通流率了。

使用高速公路(motorway)或高速公路(freeway)上典型速度为100km/h(28m/s)的交通流的代表性示例，如果每行驶50cm要以5cm的精度测量车辆纵向位置的真值(groundtruth，即物理现实)，则必须按照该精度进行测量，并以约20ms的周期重复提供，相当于大约50Hz的频率。现有的路边系统不能实现这种精度和频率。

本发明的目的是解决上述问题中的至少一个或更多个。

发明内容

根据本实施例的第一方面，提供了用于在一个或更多个车辆能够在其中移动的运输网络的地理位置处跟踪一个或更多个车辆的车辆跟踪设备，该车辆跟踪设备包括：一个或更多个红外(IR)传感器，该IR传感器具有视场，并且被配置为检测在视场内的地理位置处从一个或更多个车辆发射或被一个或更多个车辆反射的IR辐射；接收器，被配置为接收唯一地识别一个或更多个车辆中的每一个的唯一标识数据和指示当一个或更多个车辆进入地理位置处的视场时一个或更多个车辆中的每一个的初始位置的位置数据；处理器，被配置为基于通过一个或更多个IR传感器检测到的IR辐射、所接收的唯一标识数据和所接收的位置数据来确定一个或更多个车辆在至少两个维度上的当前运动学数据；以及发送器，其被配置为将一个或更多个车辆中的特定车辆的所确定的当前运动学数据发送到与发送器间隔开的运动学数据接收器。

在一些实施例中，特定车辆是地面车辆。在这样的实施例中，车辆跟踪设备可以具有地形映射数据，并且处理器可以被配置为基于检测到的IR辐射、唯一标识数据、一个或更多个车辆中的每一个的先前确定的运动学数据和地形映射数据中的一个或更多个来确定在三维上的当前运动学数据。在替代实施例中，特定车辆是飞行器。

在又一实施例中，一个或更多个车辆包括至少两个车辆，并且车辆中的一个是地面车辆，而另一个车辆是飞行器，并且其中，一个或更多个IR传感器包括至少两个传感器，一个IR传感器被配置为检测从地面车辆发射或被地面车辆反射的IR辐射，而另一个IR传感器被配置为检测从飞行器发射或被飞行器反射的IR辐射。

在另一实施例中，处理器被配置为使用一个或更多个车辆的先前确定的当前运动学数据作为处理器的输入，以确定一个或更多个对应车辆中的每一个车辆的当前运动学数据。在一些实施例中，处理器被配置为以至少50Hz的频率确定一个或更多个车辆的当前运动学数据。

在一些实施例中，接收器还被配置为接收与一个或更多个车辆的地面空间包络或空中空间包络有关的数据，并且处理器被配置为使用地面空间包络或空中空间包络来确定一个或更多个车辆的相对定位。

在一些实施例中，车辆跟踪设备还包括IR发射器，该IR发射器被配置为向一个或更多个车辆发射IR辐射。

在进一步的实施例中，发送器被配置为将所确定的当前运动学数据发送到特定车辆的运动学数据接收器。在一些实施例中，发送器被配置为将一个或更多个车辆中的每一个的所确定的当前运动学数据发送到一个或更多个车辆的相应运动学数据接收器。在替代实施例中，发送器被配置为将所确定的运动学数据发送到远程定位的交通管理系统(Traffic Management System，TMS)的运动学数据接收器。在上述实施例的进一步布置中，处理器还可以被配置为基于一个或更多个车辆中的至少一个的所确定的当前运动学数据来生成用于控制一个或更多个车辆中的特定车辆的控制信号，其中控制信号包括当通过特定车辆执行时导致特定车辆的速度或位置改变的指令，并且其中，发送器进一步被配置为将控制信号发送到特定车辆。

在该方面的实施例中，一个或更多个IR传感器中的至少一个被配置为检测从固定地理参考点发射或被固定地理参考点反射的IR辐射，并且处理器还被配置为确定车辆跟踪设备相对于固定地理参考的位置；以及当确定一个或更多个车辆的当前运动学数据时，使用所确定的车辆跟踪设备的位置。

在进一步的实施例中，通过处理器确定的一个或更多个车辆的当前运动学数据至少包括相应车辆的随时间变化的地理位置。在另一实施例中，车辆跟踪设备被配置为监测具有固定位置的进入点，并且在特定时间点接收与固定位置相关的数据作为一个或更多个车辆中的每一个的初始位置。处理器还可以被配置为生成通过发送器发送的拉请求，该拉请求请求从一个或更多个车辆发送唯一标识数据和初始位置数据。

在本实施例的另一方面，还提供了用于跟踪一个或更多个车辆的车辆跟踪系统，该车辆跟踪系统包括在网络中布置的多个如在第一方面的任一布置中所描述的车辆跟踪设备，并且其中，第一车辆跟踪设备的发送器被配置为将在第一车辆跟踪设备处确定的当前运动学数据和一个或更多个车辆的唯一标识数据发送到多个跟踪设备中的第二车辆跟踪设备，并且第一车辆跟踪设备的接收器被配置为从多个车辆跟踪设备中的第三车辆跟踪设备接收一个或更多个车辆的唯一标识数据和在第三车辆跟踪设备处确定的当前运动学数据。

在该方面的进一步实施例中，第二车辆跟踪设备的处理器还被配置为将在第二设备处本地确定的一个或更多个车辆中的至少一个车辆的当前运动学数据与从第一车辆跟踪设备接收并在第一车辆跟踪设备处确定的当前运动学数据进行比较，以确定本地确定的当前运动学数据与接收的运动学数据之间的一致性。在这种情况下，第二车辆跟踪设备可以接收至少两个其他车辆跟踪设备之间的数据比较结果，并且第二跟踪设备的处理器可以被配置为使用投票(voting)来识别行为不一致的跟踪设备。

在该方面的又一实施例中，多个车辆跟踪设备中的至少两个被布置成在地理上彼此相邻，并且相邻定位的车辆跟踪设备的IR传感器具有部分重叠的视场。

在该方面的一些实施例中，车辆跟踪系统还包括远程通信设备，该远程通信设备包括：远程数据接收器，被配置为从广域通信网络接收远程数据；以及远程数据发送器，被配置为将远程数据发送到多个车辆跟踪设备中的一个或更多个；其中，多个车辆跟踪设备中的一个或更多个被配置为接收远程数据并将所接收的远程数据发送到一个或更多个车辆中的至少一个。远程通信设备可以被配置为将所接收的远程数据发送到多个车辆跟踪设备中的每一个。远程通信设备还可以被配置为并行地将所接收的远程数据发送到多个车辆跟踪设备中的每一个。多个车辆跟踪设备中的当前车辆跟踪设备还可以被配置为：直接或经由多个车辆追踪设备中的另一个接收从远程通信设备发送的远程数据；以及将所接收的远程数据发送到多个车辆跟踪设备中的其他一个。

在一些上述实施例中，远程通信设备还可以被配置为从多个车辆跟踪设备中的一个或更多个接收本地数据，并将本地数据发送到广域通信网络。

在上述实施例的进一步布置中，多个车辆跟踪设备中的第一车辆跟踪设备被配置为将车辆跟踪设备的所确定的当前运动学数据发送到远程通信设备，并且远程通信设备被配置为从多个车辆追踪设备中的第一车辆追踪设备接收所确定的当前运动学数据。在这样的布置中，多个车辆跟踪设备中的第二车辆追踪设备可以被配置为从远程通信设备接收所确定的当前运动学数据。远程通信设备还可以被配置为将系统本地的所确定的当前运动学数据发送到远程定位的交互设备。远程通信设备可以能够通信地耦接到交通管理系统(TMS)，并且可以被配置为向TMS发送确定的当前运动学数据。远程通信设备可以被配置为从TMS接收确定的当前运动学数据。远程数据接收器可以包括卫星通信接收器。远程数据接收器可以包括OneWeb卫星通信接收器。远程数据接收器可以包括4G或5G无线电电信接收器。远程数据接收器可以包括有线网络通信接收器。

远程数据可以包括用于基于一个或更多个车辆中的至少一个的所确定的当前运动学数据控制一个或更多个车辆中特定车辆的控制信号，其中，控制信号包括当通过特定车辆执行时导致特定车辆的速度或位置改变的指令，并且其中，靠近特定车辆的特定车辆跟踪设备的发送器还可以被配置为将控制信号发送到特定车辆。

在一些实施例中，其中，远程通信设备包括多个远程通信设备，远程通信设备中的每一个被定位在与多个远程通信设备中的其他远程通信设备在地理上间隔开的位置，并且被配置为将远程数据发送到在该位置本地的地理区域内提供的多个车辆跟踪设备中的一个或更多个。

在该方面的进一步实施例中，该系统还包括本地通信设备，该本地通信设备包括：本地数据接收器，被配置为从多个车辆跟踪设备中的一个或更多个接收本地数据；以及本地数据发送器，被配置为经由广域通信网络将本地数据发送到远程定位的设备；其中，多个车辆跟踪设备中的一个或更多个被配置为从一个或更多个车辆中的至少一个接收本地数据，并将所接收的本地数据发送到本地通信设备。本地数据可以包括以下数据中的一个或更多个：车辆诊断和预报数据、驾驶员状况数据、驾驶员健康数据、驾驶员或乘客活动数据和车辆遥测数据。本地数据可以包括源自车辆、其内容或乘坐者的任何数据。在一些实施例中，一个或更多个车辆是飞行器，并且多个车辆跟踪设备的第一子集被配置为跟踪在第一高度移动的一个或更多个飞行器，并且多个车辆追踪设备的第二子集被配置成跟踪在第二高度移动的一个或更多个飞行器。

在本实施例的另一方面，提供了一种在一个或更多个车辆能够在其中移动的运输网络中的地理位置处跟踪一个或更多个车辆的方法，该方法包括：提供车辆跟踪设备，该跟踪设备具有视场；接收唯一地识别一个或更多个车辆中的每一个的唯一标识数据和指示地理位置处的一个或更多个车辆中的每一个的初始位置的位置数据；检测在地理位置处从一个或更多个车辆发射或被一个或更多个车辆反射的IR辐射；基于所检测的IR辐射、所接收的一个或更多个车辆中的每一个的唯一标识数据和位置数据来确定一个或更多个车辆的当前运动学数据；以及将所确定的一个或更多个车辆中的特定车辆的当前运动学数据发送到间隔开的接收位置。在一些实施例中，间隔开的接收位置可以位于与车辆跟踪设备相同的一般地理位置，但物理上间隔开。在其他实施例中，间隔开的接收位置可以位于与车辆跟踪设备不同的地理位置。

在该方面的一些布置中，发送步骤包括将当前运动学数据发送到在间隔开的接收位置处的多个跟踪设备中的至少一个其他车辆跟踪设备。发送步骤还可以包括将当前运动学数据发送到在间隔开的接收位置处的特定车辆。应理解，术语“当前运动学数据”不仅包括诸如速度位置、动量、加速度等运动学变量的当前值，而且还包括与车辆相关的最近历史数据，例如在发送之前的短时间段内的上述变量参数(例如在10秒或1分钟或10分钟的时间段内每40秒记录一次的运动学变量)。

在该方面的进一步布置中，该方法还包括提供布置在网络中的多个车辆跟踪设备，并且其中，多个车辆跟踪设备中的第一车辆跟踪设备在使用中将一个或更多个车辆的唯一标识数据和在第一车辆跟踪设备处确定的当前运动学数据发送到多个跟踪设备中的第二车辆跟踪设备，并且第一车辆跟踪设备在使用中从多个车辆跟踪设备中的第三车辆跟踪设备接收一个或更多个车辆的唯一标识数据和在第三车辆跟踪设备处确定的当前运动学数据；该方法还包括在远程通信设备处从广域通信网络接收远程数据；以及将远程数据发送到多个车辆跟踪设备中的至少一个；其中，多个车辆跟踪设备中的至少一个在使用中接收远程数据，并且在使用中将所接收的远程数据发送到一个或更多个车辆中的至少一个。

在该方面的又一实施例中，该方法还包括提供布置在网络中的多个车辆跟踪设备，并且其中，多个车辆跟踪设备中的第一车辆跟踪设备在使用中将一个或更多个车辆的唯一标识数据和在第一车辆跟踪装置处确定的当前运动学数据发送到多个跟踪设备的第二车辆跟踪设备，并且第一车辆跟踪设备在使用中从多个车辆跟踪设备中的第三车辆跟踪设备接收一个或更多个车辆的唯一标识数据和在第三车辆追踪设备处确定的当前运动学数据；该方法还包括：在本地通信设备处从多个车辆跟踪设备中的一个或更多个接收本地数据；以及经由广域通信网络将本地数据发送到远程设备；其中，多个车辆跟踪设备中的一个或更多个在使用中从一个或更多个车辆中的至少一个接收本地数据，并且在使用中将所接收的本地数据发送到所述本地通信设备。该发送步骤可以包括将所确定的运动学数据发送到远程交通管理系统(TMS)。

实施例的上述特征能够以不同方式结合，并且如果没有在上述特征中具体描述，则可以添加到本发明实施例的以下具体描述中。例如涉及根据本发明第一和第二方面的实施例的上述其他可选特征，其中，远程通信设备包括远程数据接收器和远程数据发送器，可以与根据本发明的第三和第四方面的上述实施例同样地使用，其中，本地通信设备包括本地数据接收器和本地数据发送器。

附图说明

为了更易于理解本发明，现在将通过示例的方式参考附图，其中：

图1是车辆跟踪装置在使用场景中的等距视图；

图2是图1中车辆跟踪装置在替代使用场景中的等距视图；

图3是通过图1的车辆跟踪装置跟踪的车辆的等距视图；

图4是图1中车辆跟踪装置的示意图；

图5A是示出图1的车辆跟踪装置的操作方法的流程图；

图5B是示出图1的车辆跟踪装置的另一操作方法的流程图；

图5C是示出图1的车辆跟踪装置的又一操作方法的流程图；

图6是包括多个图1的车辆跟踪装置的车辆跟踪系统在使用场景中的等距视图；

图7是图6中车辆跟踪系统在替代使用场景中的等距视图；

图8A和8B是图6的车辆跟踪系统在另一替代使用场景中的等距视图；

图9是示出图6的车辆跟踪系统的操作方法的流程图；以及

图10是根据本发明实施例的包括远程通信设备的车辆跟踪系统的等距视图。

具体实施方式

现在参考附图描述具体实施例。

应理解，本文中对要跟踪车辆的引用可以指各种移动机械物体，包括沿地面和在空中行进的物体。作为非详尽列表，这些车辆可以包括汽车、卡车、摩托车、无人机和小型航空器。这些车辆还可以被配置为由用户手动操作，或者车辆可以被配置为自动驾驶，或者二者的组合，即半自动驾驶。

首先转到图1，示出了用于检测一个或更多个车辆12并确定与检测到的车辆12相关的各种运动学数据的车辆跟踪装置10。虽然在本文中使用了术语“装置”，但应理解，该术语应被解释为“设备”的同义词。车辆跟踪装置10被示为放置在道路14上方，牢固地安装在现有道路基础设施16上，并且被配置为监测进入车辆跟踪装置10的固定视场的车辆12。装有车辆跟踪装置10的现有道路基础设施16可以包括灯柱、交通灯、路标架、交通监测装备和桥梁。应理解，这是说明性示例，并且车辆跟踪装置10可以安装到其他现有道路基础设施16上。替代地，车辆跟踪装置10可以具有专用的支撑结构，车辆跟踪装置10可以附接到该支撑结构上。

车辆跟踪装置10被配置为接收唯一地识别进入它的视场的车辆12的数据。这种唯一标识数据可以包括车辆的车辆登记。车辆跟踪装置10还被配置为当车辆12进入车辆跟踪装置的视场时，接收指示车辆12相对于自身初始位置的数据或者以初始位置作为绝对位置的数据。替代地，所有这些位置都可以仅以绝对坐标方式(例如车辆的纬度和经度)提供。然后，车辆跟踪装置10还被配置为结合初始位置数据使用所接收的唯一标识数据，以将唯一标识数据与初始位置数据相关联。下面参考图3给出了如何实现这一点的进一步详细说明。

应理解，本文中使用的术语“初始位置”是指车辆12首次进入车辆跟踪装置10的功能视图时所处的位置。此外，在联网系统中使用多个车辆跟踪装置的实施例中(如下所述)，通过当前车辆跟踪装置接收的车辆的初始位置可以是车辆离开的相邻车辆跟踪装置的视场中车辆的最后跟踪位置。给定两个车辆跟踪装置的视场通常彼此邻接或略微重叠，则第一车辆跟踪装置视场中最后感测到的车辆位置可以提供车辆12进入第二相邻车辆跟踪装置10视场时所处位置的非常好的指示器。

车辆跟踪装置10还被配置为接收通过进入车辆跟踪装置的视场的车辆12发射或反射的IR发射。车辆跟踪装置10被配置为基于接收到的IR发射确定车辆12的各种运动学数据。此类运动学数据可以包括车辆12的位置、速度、加速度或其他运动学特性。在一些实施例中，通过车辆跟踪装置10确定的运动学数据与唯一标识数据和初始位置数据一起使用，以将接收到的数据与检测到的IR发射相关联。

一旦车辆12已经进入车辆跟踪装置10的视场，车辆跟踪装置可以被配置为持续监测车辆12的当前运动学数据，直到车辆12离开车辆跟踪装置10的视场为止。因此，一旦车辆12进入车辆跟踪装置10的视场并且接收到唯一标识信息和初始位置数据，车辆跟踪装置10被配置为通过以规则的时间间隔接收来自车辆的连续IR发射来专门监测车辆12的增量移动。车辆跟踪装置10可以使用检测到的IR发射中的每一个来确定车辆的位置，并且连续位置确定的组合允许计算诸如速度和加速度的其他运动学数据。以规则的时间间隔对位置的测量还可用于确定检测到的车辆12是否横向(即，改变车道)以及纵向(即，沿着道路)移动。连续检测到的IR发射之间的时间间隔的长度可用于确定所计算的运动学数据的延迟和精度。例如，如果以20ms的周期(频率约为50Hz)以5cm的精度检测到IR发射，则这转化为以100Km/h的速度行驶的车辆每行驶50cm测量一次。对于车辆控制和导航而言，这被认为是高度精确的，并且还将使车辆速度、加速/减速率或其他有用的运动学数据能够被快速精确地计算出来。这些数字应被认为是说明性的，因为如果在实践中证明要求较低的精度和延迟是足够的，那么它们可以被替换，如果在实践上证明要求较高的精度或延迟是必要的，那么它们可以被替换。

车辆跟踪装置10还可以被配置为将所确定的当前运动学数据发送到一个或更多个检测到的车辆12。所发送的运动学数据可以包括通过车辆跟踪装置10进行的任何一个运动学数据确定。运动学数据的提供使得一个或更多个检测到的车辆12能够根据接收到的运动信息来调整相关车辆12的运动学量(例如速度或行驶方向)。在一些实施例中，车辆跟踪装置10被配置为仅发送与它所涉及的车辆12相关的所确定的当前运动学数据。在这样的实施例中，车辆12然后能够基于该知识来调整运动学量(例如，降低或增加速度，如果指示车辆偏离到不同车道，则在车道内移动等)。在进一步的实施例中，车辆跟踪装置10被配置为向每一个车辆发送与多个检测到的车辆12相关的确定的运动学数据。在这样的实施例中，每一个车辆12然后可以利用车辆12自身的运动学数据以及附近其他车辆12的运动学数据的知识来调整运动学量。例如，第一车辆12被提供有指示第二车辆12在第一车辆正前方的速度和位置的当前运动学数据，使得第一车辆可以安全地移动靠近第二车辆12。

将当前运动学数据发送到可以部分或完全自主操作的一个或更多个车辆12，或者可以通过来自车辆12的驾驶员、飞行员或遥控器的输入进行操作。车辆跟踪装置10所进行的发送格式可以被布置为适当地满足接收车辆12的需求。在本发明的进一步实施例中，车辆跟踪装置10被配置为另外向一个或更多个车辆12发送控制信号，使得车辆采取特定动作。控制信号可以基于计算出的一个或更多个车辆12的当前运动学数据来形成。例如，如果基于计算出的两个车辆12的速度确定在车辆跟踪装置10的视场中的两个检测到的车辆12彼此在预定距离内，则车辆跟踪装置10产生控制信号，该控制信号将被发送到车辆12中的一个，用于通知车辆相应地加速或减速。

在另外的实施例中，车辆跟踪系统10还被配置为将确定的当前运动学数据发送到本地或区域交通管理系统(TMS)，以提供共享的公共图片，该图片包括跨多个IR跟踪传感器的更宽场的车辆12的高精度运动学数据。这为TMS提供了每一个车辆12的实时、精确的数据，并允许TMS利用一个或更多个车辆12的车载系统处理的与交通管理相关的建议(advisory)或强制信息来增强提供给一个或更多个车辆12关于其直接位置的所确定的当前运动学数据。该信息可以经由车辆跟踪系统10或通过任何其他适当配置的系统和网络提供给一个或更多个车辆12。

应理解，车辆跟踪装置10可以牢固地安装在各种高度。车辆跟踪装置10安装的高度通常确定车辆跟踪装置的视场内的地面包络，即，安装在较高位置的车辆跟踪装置在其视场内的面积可以大于安装在较低位置的车辆追踪装置10。因此，车辆跟踪装置10安装的高度将在很大程度上取决于视场要求。典型地，安装在10m高度的车辆跟踪装置10需要具有纵向140°(即，沿着道路)和横向50°(即，横穿道路)的视场，以覆盖通常与高速公路或高速公路上的灯柱相关的地面包络。

在车辆跟踪装置10的其他实施例中，期望能够在使用中，也可能是在安装时，改变车辆跟踪装置的视场，以覆盖所需的地面包络。例如，可以期望移动视场，使得车辆跟踪装置10能够观察高速公路的不同车道。在这样的实施例中，车辆跟踪装置10被配置为绕至少一个轴旋转，以调整视场内的地面包络，并且可能具有能够调整的光学器件以改变视场，从而为装置10提供视场内的可变地面包络覆盖。在这样的实施例中，装置10被配置为在确定一个或更多个车辆12的当前运动学数据时考虑车辆跟踪装置10的当前位置和定向。

根据本文所述的实施例，在车辆跟踪装置10的视场中存在多个车辆12的情况下，车辆追踪装置10可以被配置为从每一个车辆12接收相关数据和IR发射，并同时计算每一个车辆12的当前运动学数据。车辆跟踪装置还可用于检测来自车辆以外的实体(例如行人或骑行者或动物)的IR发射，并增强跟踪装置在行人或骑行者合法存在或行人或动物不应存在的环境中支持车辆安全运行的能力。跟踪装置的视场可以延伸到覆盖邻近道路的人行道(pavement)或人行道(walkway)，从而可以跟踪行人/动物。

可以设想，在某些情况下，车辆跟踪装置10运行在并非所有进入其视场的车辆都能够发射或反射由车辆跟踪装置100检测到的IR辐射的环境中。在这种情况下，这些车辆可能被物理障碍物、路标、车载车道跟踪控制或这些或其他方法的任何组合限制在特定的、可能最慢的车道上。进一步设想，在某些情况下，一辆车可能会掩盖来自另一辆车的IR发射或反射——例如，如果小型汽车在大型卡车后面并靠近大型卡车行驶，当它们接近传感器时。在这种情况下，IR传感器可以固定在更高的高度，或者可以通过传统方式限制交通流量，以使类似大小的车辆保持在适当的车道上。此外，车辆跟踪装置10可以被配置为从多个角度接收IR发射，使得即使在某些角度发射被阻挡在车辆跟踪装置的视场之外，仍然可以接收IR发射。在这方面，车辆跟踪装置可以包括位于不同位置(例如，在不同的高度)的多个不同的IR传感器。在这样的实施例中，在从多个角度检测发射的情况下，车辆跟踪装置10可以被配置为比较检测到的发射以验证发射的真实性。

现在参考图2，示出了图1中描述的车辆跟踪装置10的另一使用场景。在本实施例中，示出了车辆跟踪装置10安装在现有道路基础设施上。然而，在这种情况下，车辆跟踪装置10被配置为监测飞行器20。应理解，上述实施例可以被适当地调整，以监测飞行器而不是地面车辆。在其他实施例中，跟踪装置还可以安装在车辆上(例如，船、火车、航空器或航天器)从而可以精确的方式跟踪其他车辆(例如，其他航空器或空中无人机或其他航天器)，从而支持复杂的操作(例如，航空器在船上着陆、无人机在火车上着陆或航天器对接操作)。下文给出了如何将车辆跟踪装置安装到现有道路基础设施的进一步讨论。

应理解，在图1的使用场景中，车辆跟踪装置被配置为监测地面车辆12，这些车辆通常被限制沿预定路径(即，城市、乡村和高速公路中的道路)行驶。然而，在图2的使用场景中，要被监测的飞行器20不受这种方式的物理限制，因此，可以设想，可能需要将车辆跟踪装置10安装在纯基于道路的基础设施之外的位置。因此，在如图2所示的使用场景中，车辆跟踪装置10被配置为安全地安装在任何现有基础设施上，无论它与路边的靠近度如何。替代地，车辆跟踪装置10还可以设置有专用支撑结构，车辆跟踪装置10可以附接到该专用支撑结构。将参考图4进一步详细讨论关于此类布置的其他考虑因素。虽然可以设想，在纯公路基础设施以外的地方安装车辆跟踪装置10以监测飞行器20，但应理解，飞行器20还可以被配置为以类似于地面车辆12示例的方式沿着现有道路和铁路基础设施行驶。因此，即使在监测飞行器20时，车辆跟踪装置10仍然可以被配置为安装到与先前描述相同的现有路侧/铁路侧基础设施。

虽然图1和图2的使用场景被分别示出，但应理解，可以提供单个车辆跟踪装置10，其被配置为监测地面车辆12和飞行器20。这是通过提供以不同方向定向(即具有不同视场)的传感器来实现的，以监测两种类型的车辆。在这种情况下，车辆跟踪装置10被配置为仅向一个或更多个飞行器20发送关于飞行器20的所确定的当前运动学数据，并且类似地被配置为仅向一个或者多个地面车辆12发送关于地面车辆12的所确定的当前运动学数据。附加地或替代地，车辆跟踪装置10可以被相反地配置为能够将关于飞行器20的确定的当前运动学数据发送到一个或更多个地面车辆12，反之亦然。这有利地使得地面车辆12和飞行器20能够协调它们的位置。例如，这可以用于地对空电池充电，其中在电池提供的电力下运行的飞行器可以与电池充电卡车或火车对接。它也可以用于一种使用场景，即运货卡车或火车与一群空中运送无人机一起进入运送区域，然后分离、运送并返回。它还可用于无人机收集货物并将其运送至卡车或火车进行长途运输的使用场景。与地面车辆共享飞行器数据的另一个优点是，可以在地面车辆位置创建物理空间，飞行器可以在物理空间上方行驶，反之亦然。这将是一种安全配置，使得如果飞行器失去高度或发生碰撞，则飞行器下方不会有地面车辆，从而将碰撞风险降至最低。应理解，这些使用场景仅用于说明性目的，并且意图在许多其他应用中使用这样的实施例。下面将参考图4进一步详细描述关于这些实施例的进一步细节。

转到图3，示出了地面车辆12的示例，图1中的车辆跟踪装置10被配置为检测地面车辆12。图3示出了车辆12，该车辆12安装有放置在车辆12的朝上表面上的IR发射器30A、30B、30C、30D、30E。虽然图3中示出了30A、30B、30C、30D、30E五个发射器，但应理解，这仅用于说明性目的，可以使用任何合适数量的发射器来实现车辆跟踪装置10的功能。还应理解，发射器可以固定到车辆的前部、后部或侧面。稍后将描述这些与车辆的地面空间包络相关的使用。

车辆12还设置有分别被配置为发送和接收无线信号的发射器32和接收器34(或组合收发器)。一旦进入车辆跟踪装置10的视场，车辆12被配置为向车辆跟踪装置10发送无线信号。无线信号包括车辆12的唯一标识数据以及指示车辆12相对于车辆跟踪装置10的初始位置或指示车辆的绝对位置的数据。如果车辆对系统是未知的，即在系统的进入点，则初始定位的提供可以特别有用。然而，无法设想一旦车辆被系统跟踪，传感器网络将需要该信息。一旦车辆为网络所知，可从车辆接收的信息如下所述。

车辆12通常可以被配置为发送指示IR发射器30A、30B、30C、30D、30E相对于车辆12的地面包络36的位置的数据。地面包络36提供车辆的二维足迹的指示，该二维足迹表示车辆12行驶时在道路上占据的空间。当车辆跟踪装置10检测到从IR发射器30A、30B、30C、30D、30E发射的IR发射时，可以结合关于地面空间包络的信息来使用该发射，以确定车辆12所占据的二维空间。以这种方式，车辆跟踪装置10不必为了以安全可靠的方式确定车辆与其他车辆的靠近度而完全解析车辆的图像。在一些实施例中，地面空间包络另外包括围绕车辆的一些空间，以充当围绕车辆占用的空间周边的安全区。此外，提供IR发射器30A、30B、30C、30D、30E相对于地面包络36的位置也可以帮助确定定向运动学数据，其中车辆跟踪装置10能够确定相关车辆12在道路上的定向(即，它是否沿着道路精确地对齐，或者它是否成角度，以便改变横穿道路的位置)。在要跟踪飞行器20的实施例中，地面空间包络36是不合适的。在这种情况下，飞行器20可以被配置为提供空中空间包络。在一些实施例中，空中空间包络可以再次提供表示车辆20在行驶时在空中占据的二维空间的车辆二维足迹。在进一步的实施例中，空中空间包络可以提供车辆的三维足迹，该三维足迹表示车辆20在行驶时在空中占据的三维空间。

在图3中，IR发射器30A、30B、30C、30D、30E示为以特定的形式布置。应理解，除了IR发射器30A、30B、30C、30D、30E的数量是可变的之外，它们布置的模式也可以类似地是可变的。在本发明的一些实施例中，车辆跟踪装置10被配置为将特定模式的IR发射器与特定类型的车辆(例如，卡车、汽车、无人机、摩托车等)相关联。当检测到IR发射的特定空间模式时，车辆跟踪装置10被配置为识别正被检测的车辆类型。这种模式防止了由于相邻车辆重合而导致的错误识别。特定车辆类型的标准配置可包括，例如，用于汽车的3个IR发射器的三角形阵列和用于卡车和货车的5个IR发射器多米诺阵列。这些配置有助于实现对运动学数据(诸如位置、速度、加速度、减速、方向等)的明确感测和确定。与车辆跟踪装置10的视场中的车辆12的类型相关的信息也可以被发送到跟踪装置的视场中的一个或更多个检测到的车辆12。此外，在车辆跟踪系统10被配置为生成控制信号的实施例中，车辆跟踪装置10被配置为使用与被检测的车辆类型相关的信息来确定要生成的控制信号的内容或类型。例如，当两个相邻的车辆12被确定为彼此邻近时，由于停车距离的相关差异，通过车辆跟踪装置10生成的控制信号对于卡车和小汽车通常不同。

在一些实施例中，IR发射器30A、30B、30C、30D、30E由IR反射器代替。该实施例用于车辆跟踪装置10设置有一个或更多个IR发射器的情况，该IR发射器被配置为将IR辐射发射到车辆跟踪装置的视场中，并且检测通过一个或更多个车辆12上的IR反射器反射的IR辐射，以跟踪它们。

转到图4，更详细地示出了图1的车辆跟踪装置的示意图。车辆跟踪装置10首先包括根据上述实施例配置为无线接收所发送的数据的接收器40。特别地，接收器40被配置为至少接收车辆跟踪装置10的视场中的一个或更多个车辆12的唯一标识数据，并且接收指示一个或更多个车辆12相对于车辆跟踪装置的初始位置的数据。接收器40可以被配置为经由外部通信网络42无线接收从一个或更多个车辆12发送的数据。接收器40可以被配置为经由低延迟射频通信接收该数据。替代地，接收器40可以使用任何合适的通信形式接收该数据，这使得能够从一个或更多个车辆12接收数据。在一些实施例中，接收器40还被配置为接收诸如其他车辆跟踪装置10或集中式交通管理系统(未示出)的源自一个或更多个车辆12以外的源的数据。此类数据再次经由外部通信网络42发送。在一些实施例中，接收器40被配置为在适当的情况下通过有线通信接收数据，即，接收器40配置为从固定位置(例如集中式交通管理系统或相邻的跟踪装置)接收数据。

在本发明的一些实施例中，车辆跟踪装置10被配置为监测其位置被预配置为车辆跟踪装置100已知的区域或“进入点”(例如，通过将该位置存储在车辆跟踪装置的存储器48中)。在这样的实施例中，车辆跟踪装置10可以不需要从一个或更多个车辆12接收关于一个或更多个车辆12的初始位置的信息。在这样的实施例中，车辆跟踪装置10可以被配置为使得特定车辆12的初始位置将始终是如上所述预配置为车辆追踪装置10已知的位置。在进一步的实施例中，车辆跟踪装置10被配置为监测进入点中的多个位置(例如，多个车道)，这些位置中的每一个都具有它们自己的已知预配置位置。在这样的实施例中，当车辆12进入进入点时，车辆跟踪装置10可以被配置为选择多个预配置位置中的一个作为车辆12的初始位置。参考下文所述的“关联”过程进一步详细描述进行此类选择的方法。此类进入点实施例可以体现在收费站，其中，车辆被配置为停在车辆跟踪装置10已知的特定位置。在一些实施例中，车辆12在接近已知位置时不需要静止。

在附加或进一步的实施例中，车辆跟踪装置10还可以被配置为确定一个或更多个车辆12的唯一标识数据，而不是从相应的车辆12接收该唯一标识数据。这可以通过为车辆跟踪装置10提供传感器(附图中未示出)来实现，该传感器能够确定车辆12的唯一标识(例如，车辆的牌照/号牌)或识别和分类车辆(例如，使用图像处理)并分配唯一标识以更近似地监测车辆的位置。这种传感器可以包括自动车牌识别(Automatic Number PlateRecognition，ANPR)相机或能够唯一地识别特定车辆12或检测并分配唯一标识的其他合适的相机或传感器。此类实施例也可以与上述实施例结合使用，其中，车辆跟踪装置10被配置为监测其位置被预配置为车辆跟踪装置100已知的区域或“进入点”。在这种情况下，车辆跟踪装置10可以不需要接收来自一个或更多个车辆12的任何数据发送，其中初始位置的确定和分配以及唯一标识的确定完全由车辆跟踪装置10执行。然而，在与地面空间包络有关的信息也要通过车辆跟踪装置10接收的情况下，这可以仍然需要通过相应的车辆12提供。

此外，根据上述实施例，车辆跟踪装置10可以包括被配置为检测IR辐射的一个或更多个IR传感器44，并且具体地检测从要跟踪的一个或更多车辆12的IR发射器或反射器30A、30B、30C、30D、30E发射或反射的IR辐射。在图4中，仅示出了一个IR传感器44，但应理解，这仅用于说明性目的，并且在某些情况下，包括多个IR传感器是有益的。例如，可以提供多个IR传感器44，其中，每一个IR传感器具有它所指向的道路或可能是道路交叉口的不同视场。这使得能够为道路的每一个车道提供专用IR传感器44。替代地，并且根据上述实施例，可以提供多个IR传感器44，其中，一个或更多个IR传感器44被配置为监测道路，并且一个或更多个IR传感器被配置为监测天空。以此方式，根据上述实施例，单个车辆跟踪装置10可以被配置为监测飞行器20和地面车辆12二者。同样的布置可以应用于例如航空母舰，其中，跟踪甲板上的航空器运动和接近的空中航空器。IR传感器44可以被配置为检测预定波长范围内的IR辐射，其中，预定范围由车辆跟踪装置10的用户决定。特别地，预定波长范围可以具体地对应于由一个或更多个车辆12发射或反射的波长范围。这使得车辆跟踪装置10能够减少对IR噪声的检测，该IR噪声可以通过除了要跟踪的一个或更多个车辆12之外的源发射。

当前实施例的车辆跟踪装置10还包括可通信地耦接到接收器40和一个或更多个IR传感器44的处理器46。根据上述实施例，处理器46被配置为接收通过接收器40接收的数据，以及与通过一个或更多个IR传感器44接收的检测到的IR发射相关的信息。处理器46还被配置为基于接收到的数据和检测到的IR发射来跟踪一个或更多个车辆12。该跟踪包括与一个或更多个车辆12相关的各种运动学数据的计算。特别地，处理器16被配置为至少确定IR发射源的位置。这可以通过例如处理传感器内的IR图像来确定，或者通过确定IR发射进入IR传感器44的角度并将其与该角度与道路上特定位置相关联的已知信息相结合来确定。由处理器46接收的信息可以包括使得处理器能够确定IR发射源于的位置的任何相关信息(例如，接收发射的时间、IR发射进入IR传感器44的角度等)。

处理器46被配置为接收车辆跟踪装置10的视场中的一个或更多个车辆12的唯一标识数据，并接收指示一个或更多个车辆12相对于车辆跟踪装置10的初始位置的数据，以及将该数据与由一个或更多个IR传感器44接收的与检测到的IR发射相关的信息相关联。以此方式，处理器46能够将特定的IR辐射与发射或反射IR发射的车辆12的唯一标识相关联。该相关可以包括将通过接收器40接收的初始位置数据与所接收的IR发射源于的确定位置进行比较，以确定两个位置是否一致。在两个位置一致的情况下，处理器46被配置为将接收到的IR发射与车辆12的唯一标识数据相关联，该车辆12的初始位置数据与IR发射的原点位置一致。在一致的情况下，处理器46可以被配置为根据初始位置数据和/或IR发射的原点将现在识别的车辆12表示为具有特定位置。在一些实施例中，当初始位置数据和IR发射的位置在彼此误差范围内，一致性被确定。在单个车辆设置有多个IR发射器或反射器30A、30B、30C、30D、30E的实施例中，处理器46被配置为将从多个IR发射器或反射器30A、30B、30C、30D、30E接收的IR发射与发射或反射IR辐射的车辆12的唯一标识相关联。这可以类似于上述实施例来实现，但另外，所接收的唯一标识可以包括多个IR发射器或反射器30A、30B、30C、30D、30E中的每一个的初始位置数据，以及车辆12上的IR发射器或反射器30A、30B、30C、30D、30E的总数的指示。

根据上述一些实施例，车辆跟踪装置10被配置为监测区域或“进入点”，该区域或“进入点”的位置被预配置为车辆跟踪装置10已知，并且该位置可以被用作车辆12的初始位置数据。如上所述，这样的位置可以存储在车辆跟踪装置10的存储器48中。在这些实施例中，当处理器46将检测到的IR发射与唯一标识数据相关联时，车辆12的初始位置被分配为车辆跟踪装置10已知的预配置位置。因此，处理器46可以从存储器48中检索该位置。在车辆跟踪装置10被配置为监测进入点中的多个位置(例如，多个车道)的进一步实施例中，这些位置中的每一个都具有它们自己的已知预配置位置，处理器46被配置为确定应该将多个预配置位置中的哪一个分配为车辆12的初始位置。这可以通过将接收到的IR发射的原点位置(origin position)与预配置位置中的每一个进行比较，并基于该比较来分配初始位置来实现。在一些实施例中，当所接收的IR发射的源点位置与预配置位置之间的比较落入彼此的误差范围内时，执行该分配。在其他实施例中，通过将所有预配置位置与接收到的IR发射的原点位置进行比较，并将初始位置分配为最接近接收到的IR发射的初始位置的预配置位置来执行该分配。上述提供的示例仅用于说明，并且可以执行实现上述所需功能的任何合适的比较方法。

根据上述实施例，在车辆12与一个或更多个特定的检测到的IR发射关联之后，处理器46被配置为将与关联相关的信息存储在处理器46可通信地耦接到的存储器48中。存储在存储器48中的信息包括相关车辆12的唯一标识及它的所确定的位置。根据本文描述的实施例，存储在存储器48中的信息可以另外包括任何其他的所确定的运动学数据。存储器48可以被配置为在稍后通过处理器46访问，以检索与一个或更多个先前相关联的车辆12相关的信息。根据本文所述的实施例，该检索可以用于确定车辆12的其他运动学数据。

在接收到与通过一个或更多个IR传感器44接收到的检测到的IR发射相关的信息时，处理器46还可以被配置为确定检测到的IR发射是否已经被车辆12发射或反射，该车辆12的唯一标识先前已经与检测到的IR发射相关联。这是通过从存储器48中检索关于根据上述实施例存储的车辆12的确定位置的信息，并将这些信息与当前检测到的IR发射的原点位置进行比较来实现的。如果在已知的时间间隔之后确定当前IR发射的原点充分接近车辆12的先前确定的位置，则处理器46被配置为将当前检测到的IR发射与该车辆相关联，并将当前检测的IR发射的原点表示为车辆12的新位置。可以通过计算IR位置的原点和车辆12的先前确定的位置之间的位置差来实现对原点是否足够接近的确定，并且当该差低于预定阈值时，处理器46将IR发射的原点关联为车辆12的新位置。预定阈值可以由用户设置。预定阈值还可以基于其他因素，例如车辆12的速度和IR传感器44的刷新率。然后可以将该新位置存储在存储器48中。在一些实施例中，新位置覆盖先前确定的位置。在其他实施例中，除了先前确定的一个或更多个具有时间戳的位置之外，还存储新位置，创建自车辆12首次被检测到以来车辆12所处的所有位置的记录。在这样的实施例中，当确定后续发射是否与车辆12记录相关时，根据时间戳将IR发射的原点与车辆12的最近位置进行比较。处理器46可以被配置为在IR传感器44接收发射时频繁地执行该确定。如上所述，连续检测到的IR发射之间的时间间隔长度可用于确定所计算的运动学数据的精度。例如，如果以8ms的周期(大约120Hz的频率)检测到IR发射，则这意味着车辆的行驶距离为20cm。对于车辆控制和导航而言，这被认为是高度精确的，并且还能够快速精确地计算车辆速度、加速/减速率或其他有用的运动学数据。这些数字应被认为仅是说明性的，因为如果在实践中证明要求较低的精度和延迟是足够的，那么它们可以被替换，如果在实践上证明要求较高的精度或延迟是必要的，那么它们可以被替换。

处理器46还可以被配置为从存储器48检索与特定车辆相关的信息，以计算车辆12的附加运动学数据。特别地，处理器可以被配置为检索特定车辆12的多个位置及多个位置的相关时间戳(已知为一段时间内的车辆跟踪记录)，以计算车辆12的速度和/或加速度。速度和加速度可以二维(即，沿着道路和横穿道路)计算。可以根据本领域技术人员已知的技术来执行计算，因此不需要在此进一步描述。通过计算该附加运动学数据，可以确定关于车辆12的更多信息，当该信息被提供给车辆12时，该信息还可以用于更精确地控制车辆12。计算出的运动学数据还可以存储在相关车辆12的存储器记录中。

在本发明的进一步实施例中，处理器46被配置为另外生成由一个或更多个车辆12发出的使车辆采取特定动作的控制或警告信号。根据上述实施例，可以基于计算出的一个或更多个车辆12的当前运动学数据来形成控制信号。在这样的实施例中，处理器46被配置为从存储器48检索跟踪装置10的视场中的所有车辆12的运动学数据，以确定要采取的动作。例如，如果基于两个车辆12的计算速度确定在车辆跟踪装置10的视场中的两个检测到的车辆12彼此在预定距离内，则处理器46生成控制或警告信号，以发送到车辆12中的一个，告知车辆相应地加速或减速。

在一些实施例中，当车辆12移出车辆跟踪装置10的视场时，处理器46被配置为指示存储器删除与车辆12相关的任何存储信息。

在车辆跟踪装置10被配置为接收指示IR发射器30A、30B、30C、30D、30E相对于车辆12的地面包络36的位置的信息的实施例中，处理器46还可以被配置为将该信息与通过一个或更多个IR传感器44接收的与检测到的IR发射相关的信息相结合，以确定车辆12的地面包络36的位置/定向。在一些实施例中，地面包络36的位置被确定为相对于车辆跟踪装置10和/或被确定为地面包络的绝对位置。

在这些实施例中，在地面包络36涉及的车辆12之前尚未关联的情况下，执行地面包络36的位置的计算作为初始关联步骤的一部分。当检测到的IR发射与车辆12的唯一标识数据的相关性被执行以指示车辆12的初始位置时，处理器46将另外将IR发射器30A、30B、30C、30D、30E中的每一个的初始位置数据与关于IR发射器30A、30B，30C，30D，30E中每一个相对于地面包络36的位置的信息相组合。以此方式，生成地面包络36的初始位置，并且生成车辆12最初占据的二维空间的指示，而不需要完全解析车辆12的图像。如以上实施例中所述，地面空间包络还可以包括围绕车辆的一些空间，以充当围绕车辆12所占据的空间周边的安全区。一旦确定了初始地面包络36的位置，除了已经提供的关于IR发射器30A、30B、30C、30D、30E相对于地面空间包络36的位置的地面空间包络36信息之外，该信息类似于上述关于IR发射器30A、30B、30C、30D、30E的初始位置的过程被存储在存储器48中。

在根据上述实施例针对其唯一标识已经关联的车辆12计算地面包络36的情况下，处理器46还可以从存储器48中检索所存储的地面包络信息。当确定IR发射与先前关联的车辆12相关时，处理器46将检索关于IR发射器30A、30B、30C、30D、30E相对于先前存储的地面空间包络36的位置的信息。然后，可以类似于上述方式将该信息与检测到的IR发射器30A、30B、30C、30D、30E的原点相结合。类似地，地面包络36的任何计算的新位置可以类似地与IR发射器30A、30B、30C、30D、30E的位置以及任何相关联的时间戳一起存储在存储器48中。

虽然已经讨论了正在计算的地面空间包络36的位置/定向，但应理解，可以针对于车辆12的地面空间包络36同样地计算其他运动学数据(例如速度和加速度)，并且随后将其存储在存储器48中。此外，本文描述的涉及地面空间包络的车辆跟踪装置10的任何功能也适用于飞行器的空中空间包络。

车辆跟踪装置10还可以包括可通信地耦接到处理器46的发送器50。发送器50可以被配置为从处理器46接收所确定的运动学数据，并且随后将该运动学数据发送到车辆跟踪装置的视场中的一个或更多个车辆12。发送器50可以被配置为经由低延迟射频通信来发送该数据。替代地，发送器50可以使用任何适当的通信形式来发送该数据，这使得数据能够被一个或更多个车辆12接收。

发送器50可被配置为仅将确定的车辆12的运动学数据发送到与其相关的车辆12。在这样的实施例中，车辆接收数据，以仅基于车辆自身的运动学数据来自调节车辆12的位置和/或速度。为此，每一个车辆12可以具有可以发送和接收数据的唯一的或本地唯一的通信频率。根据上述实施例，该信息可以作为唯一标识数据的一部分提供。在一些实施例中，可以对通信通道进行加密，以防止未授权拦截发送或干扰发送。

在进一步的实施例中，发送器50被配置为将一个或更多个车辆12的确定的运动学数据发送到一个或更多个车辆12中的多个车辆。可以根据上述实施例来发送数据。在这样的实施例中，通过车辆接收数据，以基于它自身的运动学数据以及它附近的车辆12的运动学数据来自调节车辆12的位置、速度和/或加速度。例如，车辆12可以被配置为接收与其自身以及其周围的车辆相关的运动学数据，并且基于所有这些信息，相应地调整车辆12的加速度或速度以及因此车辆的位置(例如，如果注意到附近的另一车辆比特定阈值距离更远，则车辆12被配置为调整其自身的位置以接近该距离，反之亦然)。

在根据上述发送运动学数据的情况下，在计算车辆12的地面空间包络36位置(以及任何其他相关的运动学数据)的实施例中，该运动学数据可以同样以类似的方式发送。

在处理器46生成控制或警告信号的实施例中，发送器50还被配置为向一个或更多个车辆12发送生成的控制或警告信息。在本实施例中，发送器50被配置为仅向与其相关的车辆12发送控制或警告信号。这可以类似于如上所述仅将运动学数据发送到与其相关的车辆12的方式来实现。

在生成控制信号或警告并且提供和/或计算关于一个或更多个车辆12的地面空间包络36的运动学信息的实施例中，可以基于地面空间包络36的运动学信息生成控制信号或者警告。如前所述，车辆的地面空间包络36可以设置有围绕车辆12所占据的空间周边的安全区。该安全区通过基于地面空间包络36的运动学数据的控制信号或警告被考虑在内。这可以起到为系统提供额外的安全机制的作用，使得一个或更多个车辆12保持彼此安全邻近。这在减轻一个或更多个车辆12的小位置确定误差方面可以特别有利。

发送器50还可以被配置为向本地或区域交通管理系统(TMS)发送所确定的当前运动学数据，以提供共享的公共图片，该图片包括跨越多个IR跟踪传感器的更宽范围的车辆12的高精度运动学数据。以上描述了这种发送器的优点。接收器40还可以被配置为从本地或区域TMS接收控制、警告或建议信息，并通过发送器50将其传递给车辆12。替代地，TMS可以通过一些其他适当配置的机制向车辆12提供控制、警告或建议信息。

在接收器40被配置为从车辆12接收数据的情况下，车辆跟踪装置还可以被配置为持续生成该数据的请求信号，该请求信号将通过发送器50发送到一个或更多个车辆12，当车辆进入车辆跟踪装置10的视场时，该一个或更多个车辆12请求所需的数据。替代地，车辆12也可以被配置为在车辆12进入范围内时仅连续广播该信息以通过车辆跟踪装置10接收。

在车辆跟踪装置10的进一步实施例中，还提供了一个或更多个IR发射器(未示出)。这些IR发射器可以被提供在待检测的一个或更多个车辆12中的每一个包括一个或更多个IR反射器而不是发射器的场景中。在这样的实施例中，车辆跟踪装置10的IR发射器被配置为在待检测的车辆12的方向上发射IR辐射，该IR辐射随后被车辆12的IR反射器反射，以通过车辆跟踪装置10再次检测。然后，可以根据上述实施例再次使用该检测到的IR辐射。

在进一步的实施例中，车辆跟踪装置10还包括附加的固定IR发射器或反射器(未示出)，该固定IR发射器或反射器位于远离IR传感器44的位置，并且始终处于IR传感器的视场中。IR传感器44连续监测该固定发射器/反射器的位置，并使用从固定位置检测到的任何偏移来测量车辆跟踪装置10的其他元件由于环境条件(例如风)而产生的任何移动。处理器46被配置为基于从固定IR反射器或发射器接收的IR发射来计算该偏移。在计算任何偏移时，这可以用于输入到地面车辆和飞行器的运动学数据计算，以维持跟踪精度。这在预期导致车辆跟踪装置10移动的不利天气条件的情况下是特别有利的，并且有助于防止运动学数据的非精确计算。

在车辆跟踪装置10的一些实施例中，处理器46还被配置为计算三维运动学数据。在这样的实施例中，车辆跟踪装置10还被配置为经由接收器40接收三维地形映射数据，或者已经预先存储在存储器48中，该三维地形映射用于将特定检测到的二维位置与该点处的地形高度相关联。该三维位置数据被存储并用于与上述二维数据类似的计算中。在车辆跟踪装置10被配置为检测和跟踪飞行器的情况下，车辆跟踪装置10还被配置为从飞行器接收高度数据，以确定三维位置数据。由于具有与当前实施例兼容的性能特性(60Hz测量速率，20cm精度)的小型、低功率、低重量雷达高度计的普遍可用性，这可以通过本发明的当前实施例假设。替代地，水平的360度激光信标可部署在适当高度的固定结构上(例如，在城市地区的高层建筑顶部)，为飞行器提供高度自导引参考信号。替代地，车辆跟踪装置10可以被配置为接收来自飞行器上的多个传感器的多个发射，以执行三角测量操作，这使得能够确定三维位置数据。通过这些方法和可能的其他方法的组合，飞行器可以将高度保持维持在所需的安全水平。

下文讨论为了维持精确的计算，所需的接收速率和发送速率以及数据要求的示例。应理解，这些仅通过示例的方式给出，并且确切的数字可以取决于用户的需求。

以100km/h行驶的道路车辆之间的典型的当前建议间隔基于停车距离，该停车距离是比例为1:3的思考距离和制动距离之和。本发明的当前实施例可以消除思考距离，从而立即将安全交通流量提高25％。随着对系统和方法安全性的信心的发展，将有可能逐步将该包络增加到当前交通流量的至少两倍以及可能几倍。在火车之间的间隔最低标准很大程度上决定了网络容量的情况下，轨道交通也存在类似的考虑因素。本发明的当前实施例可以实现间隔最低标准的降低。

在典型的高速公路(motorway)/高速公路(freeway)上，车辆跟踪装置10可附接到的灯柱之间的间隔约为30米(m)，灯柱的高度约为10米，车道的宽度约为11米，所有这些都要求车辆跟踪装置10具有典型地纵向(沿着车道)140°和横向(横跨车道)55°的视场。车辆跟踪装置10可以按具有能够在安装时调整纵向和横向视场的设置的标准配置生产，因此允许上述实施例的标准车辆跟踪装置10部署在各种情况中。车辆跟踪装置10解决在它的视场内的所有多个车辆。对于3车道行车道，假设所有车辆都是以仅1米的车头与车尾间距行驶的车辆(只有在逐步部署并证明系统具有逐渐增加的交通密度后才能实现的极限情况)，则可达到约20辆小型车辆12。在这种极限情况下，将看到车辆12的大约60个IR发射器/反射器，并且认为解决和分析该数量以创建和传送每一个车辆12的运动学数据是可行的。

在本发明的实施例的系统和方法所提出的距离处，通过典型的商用信标发射的IR辐射在正常大气和天气中具有很强的特性。由于车辆跟踪装置10被布置在大约10m的高度和大约140乘55度的视场，大约400万像素(即2K x 2K像素)的焦平面阵列电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)检测器将给出约0.1度的方位精度，实现大约5cm的分辨率，并且能够跟踪多达20个车辆12(＝60个IR发射器)(这是基于所有车辆都是纵向间距为1米的小型车辆的视场内的最大车辆占用率)。需要大约100Hz的检测刷新率，以在200千米/小时的速度下按照要求的精度跟踪车辆。这些参数达到或接近最新技术IR跟踪传感器所能达到的水平(该水平正在逐年提高)。

大约5cm x 5cm的2D位置精度在30m x 11m的视场中需要18位数字数据；因此，对于20个小型车辆12(＝60个发射器)每一个具有18位的纵向/横向位置的极限情况，等于1080位。在120Hz下，这将生成110Kbit/sec的数据流，该数据流通过通信设备发送到车辆12。对于在视场内向下发送到车辆天线的短距离发送，这是可行的，并且可以添加加密设备或方法(未示出)以提高安全性。

可以设想，在车辆跟踪装置10和车辆12之间发送数据的方式可以是能够以大约1-2ms的延迟发送所需数据(在上述示例中估计为1080位)的多个无线通信系统或技术中的任何一个。例如，它可以是演进的5G数字中频段或高频段网络技术的整体部分或“网络切片”，该技术具有<1ms的空中延迟和大约或至少10m的范围，并因此符合本发明的性能和设计范围。替代地，数据发送可以通过标准802.11WiFi无线网络进行，WiFi最新版本满足本发明的期望延迟和容量要求，或者它可以是新的基础设施系统，该基础设施系统符合用于车辆对车辆和车辆对基础设施网络的快速移动移动通信的新的802.11p标准，以用于支持自动驾驶、半自动驾驶和受管理的自动驾驶。替代地，它还可以是为此目的设计的专用数据链路。还可以设想，在车辆跟踪装置10和车辆12之间发送数据的方式可以是5G/6G数字小蜂窝网络技术的组成部分，该技术将具有<1ms的空中延迟和大约10m的范围，并因此符合本发明的性能和设计范围。实际上，本发明的实施例可以是用于支持自动驾驶、半自动驾驶和受管理的自动驾驶的所设想的车辆对车辆和车辆对基础设施网络的关键使能器。

应理解，在适当的情况下，上述实施例可用于确定和发送地面车辆和飞行器的运动学数据。

现在转到图5A，示出了上述实施例中描述的车辆跟踪装置10的操作方法60。特别是，图5A涉及车辆跟踪装置接收唯一标识数据并将唯一标识数据与接收到的IR发射相关联的方法。

方法60开始于在步骤62处接收在车辆跟踪装置的视场中发送的一个或更多个车辆12的唯一标识数据以及发送的指示一个或更多个车辆12相对于车辆跟踪装置10的初始位置数据。替代地，该初始位置可以按绝对位置坐标(例如，纬度和经度坐标)提供。根据上述实施例，该数据由接收器40接收。此后，根据上述实施例，方法60通过在步骤64检测从要跟踪的一个或更多个车辆12的IR发射器或反射器30A、30B、30C、30D、30E发射或反射的IR辐射来继续。通过一个或更多个IR传感器44检测IR辐射。应理解，虽然顺序地示出了步骤62和64，但是可以相反的顺序或者同时地接收两个发送。

此后，方法60通过在步骤66确定检测到的IR辐射的原点来继续。这可以根据上述实施例实现，并且可以由处理器46执行。该步骤使得位置能够与接收到的IR辐射相关联。在该确定之后，车辆跟踪装置10接着在步骤68将接收到的IR发射与接收到的一个或更多个车辆12的唯一标识数据相关联。根据上述实施例，这可以通过将所确定的IR发射的位置与所接收到的车辆12的初始位置进行比较来实现。在一些实施例中，可以同时接收具有不同原点位置的多组IR发射。在这些实施例中，方法60包括将车辆12的初始位置与每组IR发射进行比较，直到发现车辆12可以与之相关联的合适发射。一旦车辆12已经与IR发射相关联，根据上述实施例，方法60通过在步骤70将车辆12的唯一标识数据和车辆12的初始位置存储在存储器48中来继续。然后，该方法进行到步骤72结束。

在上述方法60中，讨论了检测到的IR发射与指示一个或更多个车辆12相对于车辆跟踪装置10的初始位置的发送数据的关联。应理解，尽管方法60是在提供IR发射器或反射器30A、30B、30C、30D、30E的位置的背景下讨论的，但在一些实施例中，根据以上讨论的实施例，额外提供关于地面空间包络36的信息。在这样的实施例中，当在步骤68执行关联时，根据上述实施例，使用所提供的地面空间包络36信息附加地执行车辆12的地面空间包络36的计算，并且该信息用于执行关联(即，车辆12可以被配置为提供它的地面空间包络36的初始位置，并且车辆跟踪装置10被配置为将该信息与计算的地面空间包络进行比较)。然后，在步骤70中也可以存储该信息。

应理解，车辆跟踪装置10可以同时接收多组唯一标识数据和初始位置数据。在这种情况下，方法60被配置为同时(simultaneously)和并发地(concurrently)对每组唯一标识数据和初始位置数据重复它自身。替代地，方法60可以被配置为同时对每组唯一标识数据和初始位置数据操作。

参考图5B，示出了上述实施例中描述的车辆跟踪装置10的另一种操作方法80。特别地，图5B描述了方法80，通过该方法，车辆跟踪装置10将IR发射与先前检测到并与IR发射相关联的车辆12相关联。

根据上述实施例，方法80开始于在步骤82检测从要跟踪的一个或更多个车辆12的IR发射器或反射器30A、30B、30C、30D、30E发射或反射的IR辐射。此后，方法60通过在步骤84确定检测到的IR辐射的原点来继续。这可以根据上述实施例实现，并且可以由处理器46执行。该步骤使得位置能够与接收到的IR辐射相关联。

一旦确定了IR发射的原点，方法80就通过在步骤84从车辆跟踪装置10的存储器48中检索先前识别的车辆的位置来继续。这可以包括检索所有先前存储的数据。替代地，处理器46可以被配置为仅检索该数据的子集。这可以包括仅检索为每一个车辆12存储的最新位置。这还可以包括检索过滤后的信息，其中过滤器可以指定仅检索与车辆的位置在距IR发射的原点预定距离内的车辆相关的信息。

一旦检索到位置，方法80通过在步骤86确定先前存储了信息的车辆12中的哪一个与IR发射相关来继续。根据上述实施例，这可以通过确定检索到的位置数据中的任何一个是否充分接近IR发射的原点来实现。当这完成时，方法80通过在步骤88将IR发射的原点位置与步骤86中识别的车辆相关联来继续。该关联可以包括将所识别的车辆12的当前位置更新为IR发射的原点位置。根据上述实施例，方法80通过步骤90将存储器48中的当前位置存储在所识别的车辆12的存储器记录中来继续。如上所述，该存储还可以包括存储接收到IR发射时的时间戳。然后，该方法进行到步骤92结束。

如参考图5A所讨论的，在先前提供了地面空间包络36信息并将该信息存储在存储器48中的实施例中，其中，在步骤86检索信息，这也可以包括检索地面空间包络46信息。然后，如前所述，这可以用于计算关于地面空间包络36的运动学数据，以确定检测到的IR信息与哪个车辆12相关(即，可以将先前计算的车辆12的地面空间包络36的位置与当前计算的地面空间包络36进行比较，以确定检测到的IR信息涉及的车辆12)。同样，在步骤92，这个新的运动学信息可以然后被存储在存储器48中。

现在转到图5C，示出了上述实施例中描述的车辆跟踪装置10的操作方法100。特别地，图5C描述了车辆跟踪装置10确定并发送车辆跟踪装置的视场中的一个或更多个车辆12的运动学数据的方法100。

操作方法100开始于在步骤102获取车辆跟踪装置10的视场中的特定车辆12的位置数据。这可以包括接收IR发射，确定它们的原点位置，并根据上述图5A和5B的方法60、80将该原点位置与特定车辆相关联。这还可以包括从存储器48检索特定车辆的位置数据。

此后，处理器46然后在步骤104使用所获取的位置信息来确定车辆12的运动学数据。在一些情况下，这仅包括确定车辆12的一维或二维位置，在这种情况下，获取和确定步骤是相同的。在其他实施例中，运动学数据包括计算诸如一维或二维的速度和加速度之类的量，这需要结合确定该位置的时间来获取多个位置。在这样的实施例中，处理器通常将从存储器48获取多个位置和相关联的时间戳。存储器48中位置的检索可以与尚未存储在存储器48中的IR发射源数据相结合。使用位置和时间数据计算速度和加速度是众所周知的，这里将不再进一步描述。

一旦确定了所需的运动学数据，则在步骤106将所确定的数据存储在车辆跟踪装置10的存储器48中。在该存储之后，根据上述实施例，方法100通过在步骤108向一个或更多个车辆12发送所确定的运动学数据来继续。这可以包括仅向与该数据相关的车辆发送数据。这还可以包括向车辆跟踪装置10的视场中的多个车辆12发送数据。在某些实施例中，该方法还可以包括在步骤108向TMS发送运动学数据。应理解，向TMS发送数据的方法可以与向车辆12发送数据的方法相同。替代地，数据发送的方法可以包括利用附加的系统基础设施和方法。将参考下面的图10进行更详细的描述这些替代方案。然后，操作方法100前进到步骤110结束。

在处理器被附加地配置为生成要发送到一个或更多个车辆12的控制或警告信号的实施例中，方法100包括步骤106和108之间根据上述实施例计算和确定控制或警告信号的附加步骤。然后在步骤108，该控制或警告信号与运动学数据一起被附加地发送，或者该控制或警告信号可以代替运动学数据被发送。

在提供地面空间包络36信息的实施例中，在步骤104计算车辆12的运动学数据可以包括根据上述实施例确定与车辆12的地面空间包络36相关的运动学数据。然后，在步骤106，可以存储与地面空间包络36相关的数据，并在步骤108发送该数据。

现在参考图6，示出了车辆跟踪系统150的等距视图，该系统包括上述实施例的多个车辆跟踪装置10，用于检测一个或更多个地面车辆12并确定与检测到的车辆12相关的各种运动学数据。为了清楚起见，并非所有的车辆跟踪装置10都标记在图中。更具体地，所示的车辆跟踪系统150包括安装在城市环境中的多个车辆跟踪装置10，并且被配置为在大于任何一个单独的车辆跟踪装置的视场(或“单元”152)的区域上确定关于检测到的车辆12的各种运动学数据。以此方式，车辆跟踪系统150能够在大面积上跟踪一个或更多个车辆12。应理解，虽然车辆跟踪系统150被示为安装在多个障碍物(例如，建筑物、道路基础设施)可能阻碍车辆跟踪装置10的视野的城市环境中，但车辆跟踪系统150同样可以用于诸如在延长的道路上(例如，高速公路或机动车道上，或者在延长的轨道长度上)的不存在这种障碍物的大区域上跟踪车辆12。车辆跟踪系统150的车辆跟踪装置10可以再次固接到现有基础设施，例如灯柱、交通灯、路标架和建筑物。

所示的车辆跟踪系统150包括多个车辆跟踪装置10，如以上实施例中所述，每一个车辆跟踪装置位于其自己的单元152中。多个单元152构成覆盖由车辆跟踪系统150监测的区域的网络。每一个车辆跟踪装置10可以包括上述元件中的任何一个，以实现与这些特征相关联的期望功能。特别地，每一个装置10可以包括允许接收每一个车辆12的唯一标识数据、检测IR发射以及计算各种运动学数据并将其发送到一个或更多个车辆12的特征。应理解，车辆跟踪系统150中的每一个车辆跟踪装置10可以具有来自不同实施例的特征，以在每一个单元中实现不同的功能。例如，根据上述实施例，系统150中的一个装置10可以被配置为监测进入系统150的进入点，并且被配置为从车辆12接收信息或者被配置为具有预配置的位置信息。系统150中的其他装置10可以不需要这样的功能，因为它们不监测该进入位置。

在图6的车辆跟踪系统150中，每一个车辆跟踪装置10还可以配置为将计算出的运动学数据发送到车辆跟踪系统100中的一个或更多个其他车辆跟踪装置10。这可以通过每一个车辆跟踪装置的接收器40、处理器46和发射器50的适当配置来实现，因为发送范围类似于跟踪装置与它的视场内的车辆12之间的发送范围。替代地，可以涉及其他通信机制，例如，可以在车辆跟踪装置10之间存在有线连接。此外，每一个车辆跟踪装置10可以类似地被配置为将车辆12的唯一标识数据与计算出的运动学数据一起发送到车辆跟踪系统150中的一个或更多个其他车辆跟踪装置10。以这种方式，当车辆12通过并离开特定车辆跟踪装置10的视场时，可以将各种数据传递(或可以已经传递)到车辆12现在正在进入的另一车辆跟踪装置的单元152。该数据可以类似于最初由车辆12发送到车辆跟踪装置10的数据来使用，以将接收到的IR发射与进入车辆跟踪系统150的第一单元的车辆12相关联。在发送运动学数据的情况下，也可以提供关于计算该数据的车辆跟踪装置10的任何位置数据。替代地，当发送位置数据时，可以首先对位置数据进行处理，使得车辆12的位置相对于位置数据被发送到的车辆跟踪装置10，而不是位置数据被发送来的装置10给出。替代地，接收位置数据的车辆跟踪装置10可以被配置为转换该数据本身。替代地，可以发送一个或更多个车辆12的绝对位置(例如，经度和纬度坐标)。

在图6的车辆跟踪系统150中，每一个车辆跟踪装置10还可以配置为将计算出的运动学数据发送到车辆跟踪系统100中的一个或更多个其他车辆跟踪装置10。这可以通过每一个车辆跟踪装置的接收器40、处理器46和发送器50的适当配置来实现。此外，每一个车辆跟踪装置10可以类似地被配置为将车辆12的唯一标识数据与计算出的运动学数据一起发送到车辆跟踪系统150中的一个或更多个其他车辆跟踪装置10。以这种方式，当车辆12通过并离开特定车辆跟踪装置10的视场时，可以将各种数据传递到车辆12现在正在进入的单元152的另一车辆跟踪装置10。该数据可以类似于最初由车辆12发送到车辆跟踪装置10的数据来使用，以将接收到的IR发射与进入车辆跟踪系统150的第一单元的车辆12相关联。在发送运动学数据的情况下，也可以提供关于计算该数据的车辆跟踪装置10的任何位置数据。替代地，当发送位置数据时，可以首先对该位置数据进行处理，使得车辆12的位置相对于位置数据被发送到的车辆跟踪装置10，而不是位置数据被发送的装置10给出。替代地，接收位置数据的车辆跟踪装置10可以被配置为转换该数据本身。替代地，可以发送一个或更多个车辆12的绝对位置(例如，经度和纬度坐标)。

在每一个车辆跟踪装置10被配置为将唯一标识数据和计算出的运动学数据发送到其他车辆跟踪装置的实施例中，每一个车辆跟踪装置不必从车辆自身接收唯一标识数据或任何其他数据。在这样的实施例中，根据上述实施例，系统150被配置为在指定的车辆跟踪装置10处从车辆12初始地接收唯一标识数据和初始位置数据。该车辆跟踪装置10被配置为监测指定的“进入点”(或进入单元)，其中，车辆被配置为进入由车辆跟踪系统150监测的区域。替代地，这样的车辆跟踪装置10可以被配置为监测如以上实施例中所述的预先配置的已知位置。因此，车辆可以不需要提供这样的初始位置信息和/或唯一标识信息。随后，由从车辆接收到数据的车辆跟踪装置将相关信息发送到其他车辆跟踪装置10。在这样的实施例中，不监测进入单元的任何车辆跟踪装置10被配置为不从一个或更多个车辆12接收该信息，而是仅接收来自其他车辆跟踪装置的发送。

在进一步的实施例中，由每一个车辆跟踪装置10监测的单元152被配置为与其他单元重叠，使得存在被跟踪的一个或更多个车辆12处于多个车辆跟踪装置的视场中的点。在这样的实施例中，每一个相关车辆跟踪装置10都被配置为计算一个或更多个车辆的运动学数据。在一些实施例中，将计算出的每个车辆的运动学数据发送到一个或更多个车辆10所在的单元中的其他车辆跟踪装置10中的每一个，并对数据进行比较。然后，每一个车辆跟踪装置的处理器被配置为比较数据并使用投票算法来确定数据是否一致，并且其中，如果不一致，则否决不一致的数据，从而不将其发送到车辆12(或其他发送目的地)。这允许检查每一个车辆跟踪装置10与其第一、第二和可能的第三重叠跟踪设备之间的数据一致性或连续性，并且在后两种情况下，能够检测出故障的跟踪装置10并将故障的跟踪装置10投票淘汰。这创建了“三重”或“四重”冗余架构，能够实现提供给车辆的信息所需的安全完整性，每车辆英里故障数超过1x 10^-8次，同时允许容忍跟踪装置故障，并因此进行修复，以实现高信息可用性。此外，来自每一个车辆12上的诊断或预报装备的状态信息可以被传送回车辆跟踪装置10，使得相邻车辆10或任何涉及的交通管理系统能够被警告任何故障或预测的故障，特别是故障的IR发射器，进一步提高了整体系统的完整性。

在进一步的实施例中，投票算法可以另一种方式使用，其中在多个跟踪装置10之间确定数据一致性或连续性，其中单元邻接或接近邻接但不重叠。在这样的实施例中，由多个车辆跟踪装置10测量的一个或更多个车辆10的位置之间的比较由投票算法执行。通过该比较，投票算法能够在车辆跟踪装置10之一产生了不一致的位置的情况下，检测到与前段一致的非常高的完整性水平。作为说明性示例，由四个相邻车辆跟踪装置10的组所采用的投票算法可以通过传递给第四跟踪装置的滚动成对比较来确定跟踪装置10中的哪一个与其他三个不一致。在这样的示例中，投票系统可以将错误装置10标记为故障，并忽略、覆盖、用插值替换或以其他方式处理该错误装置进行的任何测量，直到故障设备被修复。投票算法还可以被配置为在设备被突出显示为故障之前等待确定的多个错误测量。虽然该示例提到使用四个车辆跟踪装置10，但应理解，投票算法可以由任意多个车辆跟踪装置10使用，例如三阶或四阶或更高阶的装置10。在一些实施例中，采用投票算法的车辆跟踪装置10沿着车辆跟踪装置系统“滚动”(即，当投票算法在四个装置10之间的情况下，设备编号1至4将在它们之间进行投票，然后是编号2至5、3至6等)。作为该架构的变型，车辆跟踪装置10可以布置成3个或4个或更多的组，在3个或四个或更多的组之间具有固定的投票算法，并且在3个的组或4个的组之间的切换内和切换时进行跟踪一致性检查。在一些实施例中，可能存在在网络的某些部分中邻接或接近邻接的单元以及在其他部分中重叠的单元，可能在交通安全风险较高的地方。具有所述邻接和重叠的这样的实施例可以使得在扩展区域上使用更少的车辆跟踪装置10，同时仍然使得多个车辆跟踪装置能够监测公共区域。

图6的车辆跟踪系统150的实施例示出了一种实现方式，其中车辆跟踪系统50被配置为检测和确定地面车辆的运动学数据。然而，车辆跟踪系统150同样可以被配置为监测飞行器20。这种配置的示例如图7所示，其中系统再次布置在城市环境中。再次，为了清楚起见，并非所有的车辆跟踪装置10和飞行器20都被标记。应理解，在该配置中，包括车辆跟踪系统150的相同特征和功能，除了车辆跟踪系统50被配置为监测从系统150上方而不是下方接收的IR发射或反射。车辆跟踪系统150的每一个车辆跟踪装置10在此配置中具有视场，或者可选地具有“天空单元”。在本实施例中，用于空中单元的跟踪系统必须朝向北方(南半球中的南方)偏离垂直方向，以避免太阳眩光。形成“空中车道”的相邻天空单元必须与逆流(contraflow)方向的车道安全分隔。

图8A和8B示出了面向上车辆跟踪系统810如何配置为车辆(如递送/收集无人机)创建空中走廊的另一示例。在该配置中，车辆跟踪装置具有较窄的视场，并且可以被布置成在例如这里的电气化轨道上方的较高高度处创建空中走廊。这还允许通过将备用或多个备用车辆跟踪装置连接在一起，在不同的高度创建一个以上的空中走廊。在图8A中，偶数编号的跟踪装置在例如300英尺的高度处创建走廊811，奇数编号的跟踪装置在例如150英尺的高度创建走廊812，轨道路标架上的IR传感器的视场被配置为在这些高度处的天空中创建邻接或稍微重叠的单元。因此，通过使用系统的替代车辆跟踪装置810来创建两个不同的空中走廊。每一个车辆跟踪装置还可以包括面向上的IR发射器，其中许多发射器对于适当安装在飞行器820上的IR传感器是可见的。因为IR发射器将有规律地隔开，这将通过直接的三角测量来监测和控制飞行器自身的高度为飞行器提供另一种方法。IR发射器还可用于为铁路一侧的“着陆带”创建“跑道灯”，该跑道灯对飞行器上的IR传感器可见。这对于正常操作可以是有用的，但对于例如出现故障或燃料不足的飞行器创建安全着陆区813尤其有用。以这种方式，由本实施例创建的基础设施系统将实现自动驾驶飞行器的安全、受管制的飞行。

还应理解，虽然两个地面和空中的监测配置被示为单独的实施例，但这两个实施例可以在同时实现对飞行器和地面车辆的监测的第三实施例中组合。这是根据上述车辆跟踪装置10的所述实施例的适当配置实现的。此外，车辆跟踪系统150可以在某些点处被配置为仅检测和计算地面车辆或飞行器的运动学数据。作为示例，这可以通过在车辆跟踪装置10中提供面向上或面向下的IR传感器44来实现，这取决于在特定车辆跟踪装置10的视场中要检测到的是飞行器还是地面车辆。以这种方式，在特定区域不需要特定类型的监测时，可以移除冗余组件。图7还示出了水平的360°激光信标160，它给出了飞行器可以用来保持精确高度的水平广域参考信号。

参考图9，示出了上述车辆跟踪系统150的操作方法170。具体地，方法170涉及一个单元152中的车辆跟踪系统150的车辆跟踪装置10如何从另一个典型相邻单元152中另一车辆跟踪装置接收信息，并使用该信息来确定进入其视场的车辆12的运动学数据。应理解，可以使用图5A的方法60的相关步骤来实现在车辆进入单元网络的单元处由第一车辆跟踪装置10进行的数据的初始采集和运动学数据的确定，并且本方法170涉及在第一车辆跟踪装置10之后的车辆跟踪装置所遵循的过程。

方法170开始于在步骤172接收标识数据、运动学数据(位置、速度、加速度、减速度、方位或其他有用的运动学数据)和从其上游邻近装置发送的关于即将进入其视场的每一个车辆的车辆几何数据。这类似于图5A的步骤62，其中从车辆12接收信息，只要通过接收器40从其上游相邻车辆跟踪装置10接收相关数据。在这种情况下，发送的车辆12的初始位置数据可以包括由上游相邻车辆跟踪装置10计算的位置。

根据上述实施例，方法170通过在步骤174检测从一个或更多个待跟踪车辆12的IR发射器或反射器30A、30B、30C、30D、30E发射或反射的IR辐射来继续。IR辐射由一个或更多个IR传感器44检测。应理解，虽然顺序地示出了步骤172和174，但是可以相反的顺序或者同时地接收两个发送。

此后，方法170通过在步骤176确定检测到的IR辐射的原点来继续。这是根据上述实施例实现的，并由处理器46执行。该步骤使得位置能够与所接收的IR辐射相关联。在该确定之后，车辆跟踪装置10接着在步骤178将接收到的IR发射与接收到的一个或更多个车辆12的唯一标识数据相关联。根据上述实施例，这通过将所确定的IR发射的位置与所接收的车辆12的位置数据进行比较来实现。在一些实施例中，同时接收具有不同原点位置的多组IR发射。在这些实施例中，方法60包括将接收到的车辆12的位置与每组IR发射进行比较，直到发现车辆12可以之相关联的合适发射。根据上述实施例，一旦车辆12已经与IR发射相关联，方法170通过在步骤180将车辆12的唯一标识数据和车辆12的初始位置存储在存储器48中来继续。

应理解，车辆跟踪装置10可以同时接收多组唯一标识数据和初始位置数据。在这种情况下，方法170被配置为同时对每组唯一标识数据和初始位置数据重复它自身。替代地，方法170被配置为同时对每组唯一标识数据和接收到的位置数据进行操作。

操作170的方法通过使用获取的信息来继续，以在步骤182确定车辆12的运动学数据。在一些情况下，这仅包括确定车辆12在一个或两个维度上的位置，在这种情况下，获取和确定步骤是相同的。在其他实施例中，确定运动学数据的步骤包括计算一维或二维的诸如速度和加速度的量，这需要结合确定该位置的时间来获取多个位置。在这样的实施例中，处理器通常从存储器48获取多个位置和相关联的时间戳。从存储器48检索位置可以与尚未存储在存储器48中的IR发射来源数据相结合。使用位置和时间数据计算速度和加速度是众所周知的，这里将不再进一步描述。

一旦确定了所需的运动学数据，则在步骤184将所确定的数据存储在车辆跟踪装置10的存储器48中。在该存储之后，根据上述实施例，方法100通过在步骤186向一个或更多个车辆12发送所确定的运动学数据来继续。这可以包括仅向与其相关的车辆发送数据。这还可以包括在车辆跟踪装置10的视场内或在视场之外但在车辆跟踪装置之间的通信范围内的多个车辆12发送数据。在将运动学数据发送到TMS的实施例中，步骤186还包括将运动学数据发送到TMS。

在此之后，方法170通过在步骤188确定车辆的运动学数据已被确定的车辆12是否将要离开当前车辆跟踪装置10的视场而继续。该确定可以包括将车辆12的确定位置与车辆跟踪装置10的视场的已知结束位置进行比较。在车辆12处于该结束位置的预定范围内的情况下，可以确定车辆正离开车辆跟踪装置10的视场。在确定不是的情况下，方法180返回到步骤174并检测与车辆12相关联的新IR发射。在确定车辆12正离开跟踪装置10的视场的情况下，方法170继续在步骤190将关于即将离开其视场的车辆12的标识数据和运动学数据发送到其下游相邻的IR跟踪传感器。然后，该方法前进到步骤192结束。

在旨在为车辆跟踪装置10的视场内或视场外但在车辆跟踪装置之间的通信范围内的一个或更多个车辆12提供关于车辆跟踪装置的视场内的多个车辆的运动学数据的实施例中，应理解，为了实现这一点，可以修改图9的方法170。这种修改可以包括，在步骤182，处理器46被配置为同时确定其视场中的多个车辆12的运动学数据。这可以包括从存储器48检索与根据上述实施例确定的车辆跟踪装置10的视场中的所有车辆相关的数据。然后可以针对这些车辆12中的每一个计算相关的运动学数据，并且随后根据步骤184存储相关的运动学信息。然后，在步骤186，可以将视场中所有车辆12的运动学数据发送到一个或更多个车辆12。还应理解，仅计算出的运动学数据的子集可被发送到每一个车辆12。该子集可以基于在要向其发送数据的车辆12附近的车辆来确定。例如，如果在车辆跟踪装置10的视场中有10辆车辆，则在特定车辆12的紧邻处可能只有四辆(即，前面一辆，后面一辆，两侧各一辆)。在该示例中，车辆跟踪装置10可以被配置为仅向特定车辆12提供与车辆本身12及其紧邻的四辆车辆相关的运动学数据。此外，可能是车辆12本身离开了跟踪装置10的视场，但它后面的车辆没有并且还没有在行驶方向上的下一个跟踪装置的视场中。在这种情况下，跟踪装置将继续向车辆12提供它后方车辆的运动学数据，直到它后方车辆离开其视场。

图9的方法170涉及一个过程，在该过程中，当车辆即将离开特定跟踪装置10的视场时，仅将运动学数据发送到另一车辆跟踪装置10。然而，在一些实施例中，车辆跟踪系统150被配置为不断地向系统150中的其他车辆跟踪装置10发送计算出的运动学数据。这可以在采用投票系统来确定所确定的运动学数据是否被多个装置10同意并且防止错误计算的数据的发送的情况下使用。在这样的实施例中，方法170可以被适配为使得当在步骤186将运动学数据发送到车辆12时，将其同时发送到其他车辆跟踪装置10。这可以被发送到系统150中的所有其他装置10，或者仅仅是子集(例如，上游和下游相邻装置10)。在这样的实施例中，可以省略步骤188和190，因为不需要确定车辆是否正在离开特定装置10的视场。替代地，仍然可以执行这些步骤，以通知下游相邻装置10不再从当前装置10接收关于特定车辆12的数据。

应理解，图9的方法170可以适当修改，以考虑车辆跟踪系统150中每一个车辆跟踪装置10的各种修改。特别地，关于地面空间包络36的信息可以在与上述方法类似的方法中使用，以确定车辆12的位置。

现在参考图10，示出了包括上述实施例的多个车辆跟踪装置10的车辆跟踪系统200，该系统用于检测一个或更多个地面车辆12，并确定与检测到的车辆12相关的各种运动学数据。为了清楚起见，并非所有的车辆跟踪装置10都标记在图中。此外，车辆跟踪系统200还包括远程通信设备202(在图10中示意性地示出为通信杆(mast))，该远程通信设备被配置为从广域通信网络接收远程数据，并且被配置为将所接收的远程数据发送到一个或多个车辆跟踪设备10。接收远程数据的一个或更多个车辆跟踪装置10另外被配置为能够将远程数据发送到相应跟踪装置的视场152内的一个或者多个车辆。应理解，车辆跟踪系统200可以包括关于图6的车辆跟踪装置160描述的任何一个或更多个特征，以实现这些特征的相关功能。

在某些情况下，能够将远离车辆的数据发送到该车辆是有益的。这种数据可以包括与车辆操作相关的数据(例如，导航数据)。它还可以包括其他类型的更通用的数据，例如用于在连接到车辆的设备上浏览互联网。典型地，与车辆的数据连接能够是间歇性的，特别是在远离广播杆(broadcasting mast)的位置，广播杆能够将此类数据发送到车辆(例如，在高速公路上)，或者可能遭受多路径反射，从而产生噪声并使接收信号失真(典型地在建筑区，特别是高楼区)。图10中的车辆跟踪系统200的提供允许即使在这样的偏远或建筑位置也更可靠的数据发送。何处需要提供此类数据的一个此类示例涉及从TMS提供数据。TMS可以位于所讨论的车辆跟踪系统200的位置中的任何地方，并且在一些情况下，TMS的位置可以远离车辆跟踪系统100。在这种情况下，提供远程通信设备202可以使得TMS和一个或更多个车辆之间能够进行通信，而不管远程位置如何。这是特别有利的，因为通常TMS将被放置在中心位置，以从多个不同的交通位置接收信息。通过提供图10的车辆跟踪系统200，提供TMS和多个不同位置之间的可靠通信链路的能力尤其得以实现。

回到图10，车辆跟踪系统200显示在六车道高速公路的背景下。跟踪装置10和车辆12之间的数据发送153的功能和性能特性在上文段落中已经描述为需要1-2ms量级的发送延迟和大约每10ms 1Kbit的数据发送速率，以提供安全关键车辆控制所需的跟踪精度。类似的要求适用于跟踪装置10之间的发送154。应理解，用于跟踪一个或更多个本地车辆的车辆跟踪系统的操作的描述已经在上面详细描述，并且为了易于阅读，这里将不重复。

远程通信设备202被示为位于车辆跟踪系统200的一个或更多个车辆跟踪装置10的附近。应理解，远程通信设备202可以是与一个或更多个跟踪装置10隔离存在的装备项，或者在某些情况下可以位于车辆跟踪装置10内。远程通信设备202包含被配置为通过广域通信网络从远程设备接收远程数据的一个或更多个接收器(未示出)。这种数据可以通过有线或无线装置接收。远程通信设备202另外包含被配置为通过有线或无线装置将远程数据发送到多个车辆跟踪装置10中的一个或更多个的一个或更多个发送器(未示出)。车辆跟踪装置10中的一个或更多个配备有被配置为接收所发送的远程数据的接收器。如前所述，这可以是相同的接收器40，或者可以是附加的专用接收器。该一个或更多个车辆跟踪装置10另外设置有一个或更多个发送器，该发送器被配置为向车辆跟踪装置的视场中的一个或更多个车辆发送远程数据。这可以是与前面提到的相同的发送器50，或者可以是附加的专用发送器。具体地，远程通信设备202可以配备有用于与卫星204通信的卫星通信接收器。在一些情况下，该卫星接收器可以具体包括OneWeb卫星通信接收器。附加地或替代地，远程通信设备202还可以配备有4G或5G电信接收器。

在一些使用场景中，远程通信设备202被配置为并行地向一个或更多个车辆跟踪装置10中的每一个发送远程数据，即，车辆跟踪系统200中的一个或更多个车辆跟踪装置10中的每一个被配置为彼此独立地从远程通信装置202接收发送。在其他使用场景中，远程通信设备202被配置为直接与一个特定车辆跟踪装置10通信，并且仅向这一个车辆跟踪装置发送远程数据。然后，接收该远程数据的该车辆跟踪装置10被配置为将该远程数据发送到另一车辆追踪装置10。该过程可以重复，直到远程数据被发送到车辆跟踪系统200中的所有车辆跟踪装置10。在一些使用场景中，车辆跟踪装置10之间的数据发送继续，直到数据被发送到车辆跟踪装置，该车辆跟踪装置位于作为数据的预期接收者的车辆12的通信范围内。

在进一步的使用场景中，远程通信设备202还被配置为从一个或更多个车辆跟踪装置10接收本地数据。该数据可以包括由一个或更多个车辆跟踪装置10确定的运动学数据。数据还可以包括对来自广域通信网络的远程数据的请求。在该使用场景中，一个或更多个车辆跟踪装置10被配置为从相关车辆跟踪装置100的视场中的一个或更多个车辆接收对远程数据的请求，并随后将这些请求发送到远程通信设备202。远程通信设备202和一个或更多个车辆跟踪装置10的前面提到的发送器和接收器可以被适当地配置为接收和发送这些请求。替代地，可以为此目的提供额外的专用发送器和接收器。在一些使用场景中，远程通信设备202还被配置为向一个或更多个车辆跟踪装置10发送任何接收到的运动学数据。这使得远程通信设备202能够将由特定车辆跟踪装置10确定的远程运动学数据传送到另一车辆跟踪装置。这可以作为上述用于在车辆跟踪装置10之间发送所确定的运动学数据的方法的补充或替代。

在远程通信设备202被配置为如上所述接收本地数据的场景中，远程通信设备202可以另外被配置为将该数据发送到与车辆跟踪系统200分离的远程设备。这可以包括TMS。它还可以包括被配置为接收和传送数据的任何设备，例如网络服务器。

还应理解，虽然图10示出了一个远程通信设备202，但车辆跟踪系统200可以包括多个远程通信设备202，每一个设备202放置在地理上彼此隔开的位置。远程通信设备202的间隔可以由正在传送的数据的通信范围和性能要求来确定。以这种方式，数据的传送能够跨越广泛的地理区域，同时最小化提供对广域网的接入所需的通信设备的数量。

转到远程通信设备202被配置为向TMS递送数据和从TMS接收数据的示例，根据上述实施例，用于与TMS通信的性能属性将取决于更广泛的整体系统200的相应功能和性能特性。向TMS的发送可以仅用于监测，或者可以是TMS将监测并提供交通管理建议和警告，或者可以是TMS将向车辆交通提供闭环控制(根据上述提供控制信号的实施例)。这些用例中的每一个都对所使用的系统和技术提出了越来越高的性能要求(更高的数据速率、更短的延迟、更高的数据完整性)。

图10示出了许多可能的方法，用于将来自大量车辆跟踪装置的数据发送到TMS，并用于将咨询、警告、控制或其他信息接收回来。相邻或附近的跟踪装置(可以是有线或无线的)之间的发送154可以被扩展，使得一组跟踪装置(在图10中，它们以20为一组)链接192到沿着道路或整个城市环境以扩展的间隔安装的TMS通信设备202。根据性能和可能的其他要求，该布置可以是串行的(从一个设备到下一个设备累积数据，然后到TMS通信设备)或并行的(从每一个设备直接到TMS通信设备202)。

然后，路边的TMS通信设备202可以与TMS通信，图10中示出了几种不同的可能的通信技术类别。到TMS的通信链路可以经由有线电信194，或者经由无线装置(例如，远程WiFi或诸如4G或5G链路的无线电数据链路193)，或者经由卫星通信195(例如，近地轨道或地球静止卫星系统204)。

这些技术类别的延迟能力从几毫秒到500毫秒不等，容量从10Mbps到1Gbps不等。尽管图10中的布置最有可能是高效和有效的，但前面描述的跟踪装置到车辆和跟踪装置到跟踪装置发送的特定技术在这里同样相关。4GLTE/5G网络的网络片(slice)可以提供所有必要的通信链路。然而，这些技术在长距离路线上通常仍然很少普及，并且从路边、城市和城市站202直接连接到近地轨道卫星通信系统195、204(如OneWeb)的选择可能是有利的。该系统具有50ms的潜在延迟和超过足够的数据速率容量。

在图10的示例中，示出了远程通信设备202和TMS之间通过上述几个不同的通信系统进行的通信。应理解，可以另外提供与其他远程设备(如上所强调的)的通信系统，使得在TMS和远程通信设备202之间(根据上述实施例)存在专用通信信道，以及远程通信设备202和其他远程设备之间存在独立通信信道。

如上所述，根据上述任何实施例，图10的实施例通过使用一个或更多个适当配置的车辆跟踪装置10和适当配置的远程通信设备202，在广域通信网络上实现一个或更多车辆12和远程设备之间的数据流。特别地，上述实施例使得本地数据能够以这种方式从一个或更多个车辆12发送到远程设备。虽然上述实施例在从广域通信网络请求远程数据的情况下描述了这样的本地数据，但是应理解，图10的系统可以被另外配置为使得远程设备能够接收来自车辆的不同类型的本地数据。这种本地数据通常可以包括与内部和外部车辆状况有关的数据、与车辆驾驶员/飞行员/乘客有关的数据以及车辆附近的环境状况。

如上所述，每一个车辆跟踪装置10包括被配置为从车辆12接收无线通信的一个或更多个接收器40。在一些实施例中，这些接收器40根据上述实施例被配置为接收可被发送到远程设备的不同类型的本地数据。在替代实施例中，为此目的向车辆跟踪装置10提供附加的专用发射器和接收器。

通过图10的实施例实现的本地数据发送，使得能够将该数据提供给配置为通过广域通信网络接收数据的任何数量的数据采集系统。以此方式，这些系统提供了从一个或更多个车辆10接收实时数据和非实时数据的方便方式。此外，由于使用上述实施例中描述的车辆跟踪装置10和系统150可获取用于一个或更多个车辆10中的每一个的精确位置数据，除了上述和以下描述的其他信息之外，所接收的本地数据还可有利地包括该位置数据。位置数据与其他信息的这种组合可以为接收该信息的数据收集系统提供足够的数据，以执行比当前已知系统中可能的更深入的分析。在其他实施例中，可以不需要由车辆跟踪装置10和系统150实现的精确位置数据，尽管较不精确的位置数据可以仍然起作用。在这种情况下，本地数据可以另外包括车辆的GPS数据(或其他位置数据)。

可发送的不同类型的本地数据示例和使用场景如下所示：

·车辆诊断和预报数据，发送给地面车辆和飞行器的车辆制造商、维护和紧急故障/恢复机构。该数据的使用可使制造商确定车辆部件的寿命，并使故障和恢复组织能够确定故障是否发生以及故障车辆的位置。使用由车辆跟踪装置10和系统150实现的精确位置数据使得能够为这些目的更精确地确定车辆位置。

·与驾驶员控制输入数据(驾驶车辆)或自主控制数据结合的车辆跟踪历史，供地面车辆和飞行器的维护、保险和租用/租赁机构使用。再次，由车辆跟踪装置10和系统150实现的精确位置数据的使用增强了为此目的接收的数据的质量。

·驾驶员状态数据(控制、监测、警报、清醒、睡眠)，用于有人驾驶的地面车辆。这种状况数据可用于确定驾驶员驾驶/驾驶车辆时的警觉状态，并可用于确定是否需要向驾驶员显示警告。类似地，数据也可用于确定车辆路径的部分，例如高速公路(motorway(freeway))，其中驾驶员的警觉性通常会降低(由于路径的特征)，并使用该数据来修改路径基础设施，从而提

高驾驶员警觉性(从而在驾驶员沿着路径前进时提高驾驶员的安全性)。·驾驶员健康数据(例如，来自智能手表或智能手机的监测人体生命参数)。

在驾驶员健康数据由不是车辆一部分的传感器捕获的场景中，根据上述实施例，每一个车辆可以被配置为在发送数据之前从外部传感器接收数据。

·驾驶员/乘客活动数据(例如，他们在手机/笔记本电脑/汽车控制装置/娱乐系统上做什么)，作为位置/行程阶段、一天中的时间等的函数。

·包裹递送的精确进度，供后勤组织在地面车辆和飞行器上使用。目前，递送服务通常不能提供车辆的精确位置数据，或者替代地依赖于车辆内移动设备的使用，以确定车辆的代理位置。特别地，由于记录的位置数据通常不精确，并且这些设备可以容易地被关闭或丢失接收，这阻止了发送车辆的代理位置，因此使用移动设备是不利的。

用于确定路况的车辆遥测数据。可以发送车辆遥测数据，该数据指示车辆何时经过路况较差的道路部分(例如坑洞)，以及坑洞的准确位置。该信息可以被发送到记录凹坑位置和存在的维护基础设施硬件。在一些情况下，来自多个车辆的凹坑存在的重复指示可以提供关于凹坑位置的更准确的数据。类似地，对于空中走廊(通道)，可以存在局部能见度低的问题或其他危险，这些问题或危险可在本地进行监测并发送至TMS，以通知接近该位置的飞行器该危险。

将涉及与地面车辆或飞行器具体相关的活动的所有这些本地数据都提供给车辆跟踪系统150。该系统充当经由广域网向远程定位的交互设备(例如服务器)提供该信息的管道。然而，该数据也可以通过车辆跟踪系统存储在一个或更多个远程通信设备202处。数据随后可以使用任何广域网通信链路上传到中央服务器，随后可以根据需要进行整理和分析。上传的周期被确定为每一个远程通信设备202处可用的存储量的函数。

在详细描述了本发明的几个示例性实施例以及设备的不同功能的实现之后，应理解，技术人员将能够容易地调整系统的基本配置以执行所描述的功能，而不需要详细解释如何实现这一点。因此，在本说明书中，在不同的地方描述了系统的若干功能，而没有对所需的详细实现进行解释，因为鉴于技术人员在系统中实现功能的能力，这是不必要的。

此外，应理解，本文所述的不同实施例的特征、优点和功能可以在上下文允许的情况下组合。

Claims (46)

1.一种车辆跟踪设备，用于在一个或更多个车辆能够在其中移动的运输网络的地理位置处跟踪所述一个或更多个车辆，所述车辆跟踪设备包括：

一个或更多个红外IR传感器，所述IR传感器具有视场，并且被配置为检测在所述视场内的所述地理位置处从所述一个或更多个车辆发射或由所述一个或更多个车辆反射的IR辐射；

接收器，被配置为接收唯一地识别所述一个或更多个车辆中的每一个的唯一标识数据和指示当所述一个或更多个车辆进入所述地理位置处的所述视场时所述一个或更多个车辆中的每一个的初始位置的位置数据；

处理器，被配置为基于由所述一个或更多个IR传感器检测到的IR辐射、所接收的唯一标识数据和所接收的位置数据来确定所述一个或更多个车辆在至少两个维度上的当前运动学数据；以及

发送器，被配置为将所述一个或更多个车辆中的特定车辆的所确定的当前运动学数据发送到与所述发送器间隔开的运动学数据接收器。

2.根据权利要求1所述的车辆跟踪设备，其中，所述特定车辆是地面车辆。

3.根据权利要求2所述的车辆跟踪设备，其中，所述车辆跟踪设备设置有地形映射数据，并且其中，所述处理器被配置为基于所检测到的IR辐射、所述唯一标识数据、所述一个或更多个车辆中的每一个的先前确定的运动学数据和所述地形映射数据中的一个或更多个来确定在三维上的当前运动学数据。

4.根据权利要求1所述的车辆跟踪设备，其中，所述特定车辆是飞行器。

5.根据权利要求1所述的车辆跟踪设备，其中，所述一个或更多个车辆包括至少两个车辆，并且该至少两个车辆中的一个是地面车辆，而另一个车辆是飞行器，并且其中，所述一个或更多个IR传感器包括至少两个IR传感器，一个IR传感器被配置为检测从所述地面车辆发射或被所述地面车辆反射的IR辐射，而另一个IR传感器被配置为检测从所述飞行器发射或被所述飞行器反射的IR辐射。

6.根据前述权利要求中任一项所述的车辆跟踪设备，其中，所述处理器被配置为使用所述一个或更多个车辆的先前确定的当前运动学数据作为所述处理器的输入，以确定所述一个或更多个相应车辆中的每一个的当前运动学数据。

7.根据前述权利要求中任一项所述的车辆跟踪设备，其中，所述处理器被配置为以至少50Hz的频率确定所述一个或更多个车辆的当前运动学数据。

8.根据前述权利要求中任一项所述的车辆跟踪设备，其中，所述接收器还被配置为接收与所述一个或更多个车辆的地面空间包络或空中空间包络有关的数据，并且所述处理器被布置为使用所述地面空间包络或空中空间包络来确定所述一个或更多个车辆的相对定位。

9.根据前述权利要求中任一项所述的车辆跟踪设备，还包括被配置为向所述一个或更多个车辆发射IR辐射的IR发射器。

10.根据前述权利要求中任一项所述的车辆跟踪设备，其中，所述发送器被配置为将所确定的当前运动学数据发送到特定车辆的运动学数据接收器。

11.根据前述权利要求中任一项所述的车辆跟踪设备，其中，所述发送器被配置为将所述一个或更多个车辆中的每一个的所确定的当前运动学数据发送到所述一个或更多个车辆的相应运动学数据接收器。

12.根据前述权利要求中任一项所述的车辆跟踪设备，其中，所述发送器被配置为将所确定的运动学数据发送到远程定位的交通管理系统TMS的运动学数据接收器。

13.根据权利要求10或11或从属于权利要求10或11的权利要求12所述的车辆跟踪设备，其中，所述处理器还被配置为基于所述一个或更多个车辆中的至少一个的所确定的当前运动学数据来生成用于控制所述一个或更多个车辆中的所述特定车辆的控制信号，其中，所述控制信号包括当由所述特定车辆执行时使所述特定车辆的速度或位置改变的指令，并且其中，所述发送器还被配置为将所述控制信号发送到所述特定车辆。

14.根据前述权利要求中任一项所述的车辆跟踪设备，其中，所述一个或更多个IR传感器中的至少一个被配置为检测从固定地理参考点发射或被固定地理参考点反射的IR辐射，并且所述处理器还被配置为：

确定所述车辆跟踪设备相对于所述固定地理参考点的位置；以及

当确定所述一个或更多个车辆的当前运动学数据时，使用所述车辆跟踪设备的所确定的位置。

15.根据前述权利要求中任一项所述的车辆跟踪设备，其中，由所述处理器确定的所述一个或更多个车辆的当前运动学数据至少包括所述相应车辆的随时间变化的地理位置。

16.根据前述权利要求中任一项所述的车辆跟踪设备，其中，所述车辆跟踪设备被配置为监测具有固定位置的进入点，并且在特定时间点接收与所述固定位置相关的数据作为所述一个或更多个车辆中的每一个的初始位置。

17.根据前述权利要求中任一项所述的车辆跟踪设备，其中，所述处理器还被配置为生成将由所述发送器发送的拉请求，所述拉请求请求从所述一个或更多个车辆发送所述唯一标识数据和初始位置数据。

18.根据前述权利要求中任一项所述的车辆跟踪设备，其中，所述一个或更多个红外IR传感器具有足够宽的视场，以覆盖邻近所述运输网络的人或动物的运动。

19.一种用于跟踪一个或更多个车辆的车辆跟踪系统，所述车辆跟踪系统包括布置在网络中的多个如权利要求1至18中任一项所述的车辆跟踪设备，并且其中，第一车辆跟踪设备的发送器被配置为将在所述第一车辆跟踪设备处确定的当前运动学数据和所述一个或更多个车辆的唯一标识数据发送到所述多个跟踪设备中的第二车辆跟踪设备，并且所述第一车辆跟踪设备的接收器被配置为从所述多个车辆跟踪设备中的第三车辆跟踪设备接收一个或更多个车辆的唯一标识数据和在所述第三车辆跟踪设备处确定的当前运动学数据。

20.根据权利要求19所述的车辆跟踪系统，其中，所述第二车辆跟踪设备的处理器还被配置为将在所述第二车辆跟踪设备处本地确定的所述一个或更多个车辆中的至少一个车辆的当前运动学数据与从所述第一车辆跟踪设备接收并在所述第一车辆跟踪设备处确定的当前运动学数据进行比较，以确定本地所确定的当前运动学数据与所接收的运动学数据之间的一致性。

21.根据权利要求20所述的车辆跟踪系统，其中，所述第二车辆跟踪设备接收至少两个其他车辆跟踪设备之间的数据比较结果，并且所述第二车辆跟踪设备的处理器被配置为使用投票来识别行为不一致的跟踪设备。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的车辆跟踪系统，其中，所述多个车辆跟踪设备中的至少两个被布置成在地理上彼此相邻，并且该相邻定位的车辆跟踪设备的IR传感器具有部分重叠的视场。

23.根据权利要求19所述的车辆跟踪系统，还包括：远程通信设备，包括：

远程数据接收器，被配置为从广域通信网络接收远程数据；以及

远程数据发送器，被配置为将所述远程数据发送到所述多个车辆跟踪设备中的一个或更多个；

其中，所述多个车辆跟踪设备中的一个或更多个被配置为接收所述远程数据并将所接收的远程数据发送到所述一个或更多个车辆中的至少一个。

24.根据权利要求23所述的车辆跟踪系统，其中，所述远程通信设备被配置为将所接收的远程数据发送到所述多个车辆跟踪设备中的每一个。

25.根据权利要求24所述的车辆跟踪系统，其中，所述远程通信设备被配置为并行地将所接收的远程数据发送到所述多个车辆跟踪设备中的每一个。

26.根据权利要求24所述的车辆跟踪系统，其中，所述多个车辆跟踪设备中的当前车辆跟踪设备被配置为：

直接或经由所述多个车辆跟踪设备中的另一个接收从所述远程通信设备发送的所述远程数据；以及

将所接收的远程数据发送到所述多个车辆跟踪设备中的又一个。

27.根据权利要求23至26中任一项所述的车辆跟踪系统，其中，所述远程通信设备还被配置为从所述多个车辆跟踪设备中的一个或更多个接收本地数据，并将所述本地数据发送到所述广域通信网络。

28.根据权利要求23至27中任一项所述的车辆跟踪系统，其中，所述多个车辆跟踪设备中的第一车辆跟踪设备被配置为将所述车辆跟踪设备的所确定的当前运动学数据发送到所述远程通信设备，并且所述远程通信设备被配置为从所述多个车辆跟踪设备中的第一车辆跟踪设备接收所确定的当前运动学数据。

29.根据权利要求28所述的车辆跟踪系统，其中，所述多个车辆跟踪设备中的第二车辆跟踪设备被配置为从所述远程通信设备接收所确定的当前运动学数据。

30.根据权利要求28或29所述的车辆跟踪系统，其中，所述远程通信设备还被配置为将所述系统本地的所确定的当前运动学数据发送到远程定位的交互设备。

31.根据权利要求30所述的车辆跟踪系统，其中，所述远程通信设备能够通信地耦接到交通管理系统TMS，并且被配置为将所确定的当前运动学数据发送到所述TMS。

32.根据权利要求31所述的车辆跟踪系统，其中，所述远程通信设备被配置为从所述TMS接收所确定的当前运动学数据。

33.根据权利要求23至32中任一项所述的车辆跟踪系统，其中，所述远程数据接收器包括卫星通信接收器。

34.根据权利要求33所述的车辆跟踪系统，其中，所述远程数据接收器包括OneWeb卫星通信接收器。

35.根据权利要求23至32中任一项所述的车辆跟踪系统，其中，所述远程数据接收器包括4G或5G无线电电信接收器。

36.根据权利要求23至35中任一项所述的车辆跟踪系统，其中，所述远程数据包括用于基于所述一个或更多个车辆中的至少一个的所确定的当前运动学数据控制所述一个或更多个车辆中的特定车辆的控制信号，其中，所述控制信号包括当由所述特定车辆执行时使所述特定车辆的速度或位置改变的指令，并且其中，靠近所述特定车辆的特定车辆跟踪设备的发送器还被配置为将所述控制信号发送到所述特定车辆。

37.根据权利要求23至36中任一项所述的车辆跟踪系统，其中，所述远程通信设备包括多个远程通信设备，所述远程通信设备中的每一个被定位在与所述多个远程通信设备中的其他远程通信设备在地理上间隔开的位置，并且被配置为将所述远程数据发送到该位置本地的地理区域内提供的所述多个车辆跟踪设备中的一个或更多个。

38.根据权利要求19所述的车辆跟踪系统，所述系统还包括：本地通信设备，包括：

本地数据接收器，被配置为从所述多个车辆跟踪设备中的一个或更多个接收本地数据；以及

本地数据发送器，被配置为经由广域通信网络将所述本地数据发送到远程定位的设备；

其中，所述多个车辆跟踪设备中的一个或更多个被配置为从所述一个或更多个车辆中的至少一个接收本地数据，并将所接收的本地数据发送到所述本地通信设备。

39.根据权利要求38所述的车辆跟踪系统，其中，所述本地数据包括以下数据中的一个或更多个：车辆诊断和预报数据、驾驶员状态数据、驾驶员健康数据、驾驶员或乘客活动数据以及车辆遥测数据。

40.根据权利要求19所述的车辆跟踪系统，其中，所述一个或更多个车辆是飞行器，所述多个车辆跟踪设备的第一子集被配置为跟踪在第一高度移动的一个或更多个飞行器，并且所述多个车辆跟踪设备的第二子集被配置为跟踪在第二高度移动的一个或更多个飞行器。

41.一种在运输网络中跟踪地理位置处的一个或更多个车辆的方法，所述一个或更多个车辆能够在所述运输网络内移动，所述方法包括：

提供车辆跟踪设备，所述跟踪设备具有视场；

接收唯一地识别所述一个或更多个车辆中的每一个的唯一标识数据和指示所述一个或更多个车辆中的每一个在所述地理位置处的初始位置的位置数据；

检测在所述地理位置处从所述一个或更多个车辆发射或被所述一个或更多个车辆反射的IR辐射；

基于所检测的IR辐射、所接收的一个或更多个车辆中的每一个的唯一标识数据和所述位置数据来确定所述一个或更多个车辆的当前运动学数据；以及

将所述一个或更多个车辆中的特定车辆的所确定的当前运动学数据发送到间隔开的接收位置。

42.根据权利要求41所述的方法，其中，所述发送步骤包括将所述当前运动学数据发送到在所述间隔开的接收位置处的多个跟踪设备中的至少一个其他车辆跟踪设备。

43.根据权利要求41或42所述的方法，其中，所述发送步骤包括将所述当前运动学数据发送到所述间隔开的接收位置处的特定车辆。

44.根据权利要求42或43所述的方法，还包括提供布置在网络中的多个所述车辆跟踪设备，并且其中，所述多个车辆跟踪设备中的第一车辆跟踪设备在使用中将所述一个或更多个车辆的唯一标识数据和在所述第一车辆跟踪设备处确定的所述当前运动学数据发送到所述多个跟踪设备中的第二车辆跟踪设备，并且所述第一车辆跟踪设备在使用中从所述多个车辆跟踪设备中的第三车辆跟踪设备接收所述一个或更多个车辆的唯一标识数据和在所述第三车辆跟踪设备处确定的当前运动学数据；所述方法还包括：

在远程通信设备处从广域通信网络接收远程数据；以及

将所述远程数据发送到所述多个车辆跟踪设备中的至少一个；

其中，所述多个车辆跟踪设备中的至少一个在使用中接收所述远程数据，并且在使用中将所接收的远程数据发送到所述一个或更多个车辆中的至少一个。

45.根据权利要求42或43所述的方法，还包括提供布置在网络中的多个所述车辆跟踪设备，并且其中，所述多个车辆跟踪设备中的第一车辆跟踪设备在使用中将所述一个或更多个车辆的唯一标识数据和在所述第一车辆跟踪装置处确定的所述当前运动学数据发送到所述多个跟踪设备的第二车辆跟踪设备，并且所述第一车辆跟踪设备在使用中从所述多个车辆跟踪设备中的第三车辆跟踪设备接收所述一个或更多个车辆的唯一标识数据和在所述第三车辆追踪设备处确定的当前运动学数据；所述方法还包括：

在本地通信设备处从所述多个车辆跟踪设备中的一个或更多个接收本地数据；以及

经由广域通信网络将所述本地数据发送到远程定位的设备；

其中，所述多个车辆跟踪设备中的一个或更多个在使用中从所述一个或更多个车辆中的至少一个接收本地数据，并且在使用中将所接收的本地数据发送到所述本地通信设备。

46.根据权利要求41至45中任一项所述的方法，其中，所述发送步骤包括将所确定的运动学数据发送到远程交通管理系统TMS。

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