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Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme und Verfahren, welche die Kontrolle eines Kraftfahrzeugs auf Abgasemissionen mit der Mautgebührerhebung kombinieren.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Ein typisches elektronisches Mauterhebungs- (ETC) System berechnet den Kraftfahrern elektronisch eine Mautgebühr für die Benutzung bestimmter Straßen oder von Fahrgemeinschafts- (HOT) Spuren an, ohne sie zum Bezahlen tatsächlich an einem Mauthäuschen anhalten zu lassen. Diese Systeme sind weitverbreitet. ETC-Systeme erkennen typischerweise eine Markierungsidentifizierung unter Verwendung eines Sensors, wenn das Fahrzeug an einem Mauthäuschen vorbeifährt, das mit einem ETC ausgestattet ist. Die meisten Behörden verlangen, dass ein Kraftfahrzeug regelmäßig kontrolliert wird, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug gewissen Emissionsnormen entspricht, die für dieses Fahrzeug definiert sind, da die durch Fahrzeugabgase verursachte Umweltverschmutzung ein Problem ist. Es ist ein wünschenswertes Ziel, die Emissionskontrolle für die motorisierte Öffentlichkeit praktisch zu gestalten.
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Entsprechend wird auf diesem Gebiet ein Mauterhebungssystem benötigt, das die Technologie der automatischen Mauterhebung mit der Kontrolle der Fahrzeugabgasemissionen vereint.
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Das US Patent
US 7164132 B2 betrifft ein mehrspurige Fernerkennungsvorrichtung zur Erfassung der Emissionen vorbeifahrender Fahrzeuge beispielsweise in einer Mautstation, wobei die Vorrichtung die Emissionen einzelner Fahrzeuge erfasst, die auf einer Fahrbahn mit mehr als einer Fahrspur fahren. Die US Patentanmeldung
US 2010/0161391 A1 betrifft variable Verkehrsgebühren auf der Grundlage der Abgasemissionen von Fahrzeugen. Es wird ein System und ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mit dem die Abgasemissionen einzelner Fahrzeuge erkannt werden können, beispielsweise in einer Mautstation.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Kontrollieren der Abgasemissionen eines motorisierten Fahrzeugs während der Mauterhebung gemäß Anspruch 1 sowie ein entsprechendes Mauterhebungsystem gemäß Anspruch 5 bereit. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines Mauterhebungssystems gemäß der vorliegenden Lehren;
- 2 eine Vorderansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer elektronischen Markierung, die an der Windschutzscheibe des Fahrzeugs angebracht ist;
- 3 eine obere Schnittansicht des Fahrzeugs aus 2, das auf einer Spur der Mauterhebungsstruktur aus 1 fährt;
- 4 ein Ablaufschema, das ein Ausführungsbeispiel des vorliegenden Systems und Verfahrens zum Kontrollieren der Abgasemissionen eines Kraftfahrzeugs während der Mauterhebung erläutert;
- 5 die Fortsetzung des Ablaufschemas aus 4, wobei die Ablaufverarbeitung mit Bezug auf Punkt A fortfährt; und
- 6 ein Funktionsschema eines beispielhaften vernetzten Systems zum Umsetzen diverser Aspekte der vorliegenden Lehren, die mit Bezug auf die Ablaufschemata auf 4 und 5 beschrieben werden.
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Ausführliche Beschreibung
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Offenbart werden ein System und ein Verfahren zum Kontrollieren der Abgasemissionen eines Kraftfahrzeugs während der Mauterhebung.
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NICHT EINSCHRÄNKENDE DEFINITIONEN
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Der Begriff „Kraftfahrzeug“ bezieht sich auf ein motorisiertes Fahrzeug, wie es aus der Automobiltechnik bekannt ist, mit einer Brennkraftmaschine, die Kraftstoff verbrennt, wie beispielsweise Benzin, Diesel, Erdgas, Methan, Nitromethan, Heizöl oder Biokraftstoffe, einschließlich eventueller Kraftstoffzusätze.
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Der Begriff „Mauterhebungsstruktur“, oft als elektronisches Mauterhebungs-(ETC) System bezeichnet, ist eine Struktur, die auf oder über einer Mautstraße positioniert ist und durch die von den Kraftfahrern, die diese Straße nutzen, Geld erhoben wird. Aktive Mautstrukturen weisen Mauthäuschen mit Mautsperren auf, die den Kraftfahrer dazu veranlassen, sein Fahrzeug anzuhalten und tatsächlich eine Bezahlung vorzunehmen, entweder indem er einem Mautangestellten Geld übergibt oder indem er Münzen in ein Münzsammelsystem eingibt, so dass sich die Sperre öffnet und er weiterfahren kann. Passive Mautstrukturen haben keine Häuschen mit Sperren sondern haben stattdessen eine oder mehrere Radiofrequenz-Identifizierungsvorrichtungen (RFID-Sensoren), die elektronisch eine Gebühr für die Nutzung dieser Straße oder für die Nutzung einer Fahrgemeinschafts- (HOT) Spur zu bestimmten Tageszeiten berechnen. Passive Mautstrukturen erfordern nicht, dass der Kraftfahrer sein Fahrzeug tatsächlich anhält. Solche Strukturen werden weitläufig verwendet, da sie den Verkehr nicht verzögern und zu weniger Unfällen führen. Eine beispielhafte passive Mauterhebungsstruktur wird in 1 gezeigt. Die Benutzer solcher automatisierten Mauterhebungssysteme eröffnen ein vorfinanziertes Konto unter Verwendung einer Geld- oder Kreditkarte, das eine mühelos verfügbare Quelle für Geldmittel bereitstellt, von denen HOV-Gebühren und Mautgebühren automatisch abgezogen werden können. Wenn er sein Konto bei dem ECT-System eröffnet, erhält der Kraftfahrer eine elektronische Markierung, die mit ihm und seinem Konto verknüpft ist. Die elektronische Markierung wird an der Windschutzscheibe des Fahrzeugs befestigt. Sensoren, die an der Mautstruktur befestigt sind, verwenden typischerweise eine Radiofrequenzidentifizierungs- (RFID) Technologie. Für die RFID werden Normen von Behörden definiert, umfassend: International Organization for Standardization (ISO), International Electrotechnical Commission (IEC), ASTM International, DASH7 Alliance und EPCglobal. Die RFID-Vorrichtungen verwenden einen Radiofrequenz- (RF) Sender und Empfänger. Wenn das Fahrzeug bis auf eine definierte Nähe zum RIFD-Sensor kommt, erfolgt die Kommunikation zwischen dem RFID-Sensor und der elektronischen RFID-Markierung des Fahrzeugs. Die RFID-Markierungen können aus einem Abstand von mehreren Metern und oft über die Sichtlinie des RFID-Lesegeräts hinaus gelesen werden. Die RFID-Sensoren sind in der Lage, gleichzeitig zwischen zahlreichen RFID-Markierungen zu unterscheiden.
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Eine „elektronische Markierung“ ist eine kleine integrierte Schaltung, die in der Lage ist, ein Signal zu modulieren und zu demodulieren und eine bidirektionale Kommunikation mit einer ähnlich konfigurierten Vorrichtung aufzunehmen. Elektronische Markierungen weisen ferner spezielle Bordbauteile zum Verarbeiten und Speichern von Daten auf. Bei einer Ausführungsform ist die elektronische Markierung eine RFID-Markierung, die in der Lage ist, ein Radiofrequenz- (RF) Signal zu modulieren/demodulieren. Eine RFID-Markierung empfängt ein RF-Signal von einem RFID-Sensor und antwortet dann entsprechend. Passive RFID-Markierungen verwenden keine Batterie, sondern verwenden stattdessen die RF-Energie, die von dem RFID-Sensor gesendet wird, als Energiequelle. Aktive RFID-Markierungen verfügen über eine kleine Bordbatterie und ihre Schaltungen werden als Antwort auf den Empfang eines RF-Signals eingeschaltet oder aktiviert. Beispielhafte elektronische Markierungen sind E-ZPass in New York, SunPass in Florida, FasTrak in Kalifornien und EZ-Tag in Texas. RFID-fähige Mauterhebungssysteme und RFID-Markierungen werden auf der ganzen Welt verwendet. Eine beispielhafte elektronische Markierung 203 wird in 2 gezeigt, wie sie an der Windschutzscheibe 202 des Kraftfahrzeugs 200 befestigt ist. Entsprechend teilt die RFID-Markierung als Antwort auf den Empfang eines RF-Signals von einem RFID-Sensor Informationen über das Fahrzeug mit. Die elektronische Markierung des Fahrzeugs kann je nach Bedarf mit neuen oder zusätzlichen Informationen aktualisiert werden. Eine derartige Aktualisierung kann manuell oder automatisch über den RFID-Sensor oder eine andere Vorrichtung erfolgen. Alternativ kann das Mautsystem anstelle eines RFID-Sensors das Nummernschild des Fahrzeugs unter Verwendung von Kameras lesen, um das Fahrzeug zu identifizieren.
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Der Ausdruck „Informationen über das Fahrzeug“ ist im weitesten Sinne dazu gedacht, um beliebige Informationen zu umfassen, die zwischen der elektronischen RFID-Markierung des Fahrzeugs und dem RFID-Sensor der Mautstruktur mitgeteilt werden. Die Informationen über das Kraftfahrzeug umfassen die Zulassungsdaten des Fahrzeugs, wie etwa Autokennzeichen und Baujahr/Marke/Modell, und umfassen ferner das Datum der letzten Emissionskontrolle des Fahrzeugs und die Kontaktdaten des Fahrzeugbesitzers, wie beispielsweise Name, Adresse, Telefonnummer und E-Mail-Adresse des Besitzers.
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Ein „Emissionsdetektor“ entspricht einer oder mehreren Hochgeschwindigkeitskameras mit oder ohne Illuminatoren, je nach der gewählten Wellenlänge, die in der Lage ist bzw. sind, ein Bild des Abgasstrahls eines Kraftfahrzeugs aufzunehmen, wenn das Kraftfahrzeug am Blickfeld der Kamera vorbei fährt. Beispielhafte Emissionsdetektoren werden in den Ausführungsformen aus 1 und 3 gezeigt. Der Emissionsdetektor kann eine nicht dispergierende Infrarotkamera sein. Ein Beispiel eines Mittelwellen-Infrarotkamerasystems würde das Quecksilber-Kadmium-Tellurid- (HgCdTe) Detektor-Array mit Detektionsreichweiten von 3,7 um bis 4,8 um verwenden. Kameras mit Quecksilber-Kadmium-Tellurid-Detektoren werden auch von der gleichen Firma für eine Reichweite zwischen 0,8 um bis 2,5 um entwickelt. Detektoren aus Indium-Antimonlegierung (InSb) sind andere Beispiele, die in dem Bereich zwischen 3,6 um bis 4,9 um funktionieren können, und zwar mit einer Empfindlichkeit bis zu einer Wellenlänge von nur 1 um. Solche Vorrichtungen sind in der Lage, gleichzeitig eine digitale Ausgabe und eine analoge Videoausgabe zur Anzeige auf einer Monitorvorrichtung abzugeben. Solche Detektionsvorrichtungen sind ohne Weiteres auf diversen Handelswegen erhältlich. Beispielweise sind die Kameras Onca-MWIR-MCT-640 und Onca-MWIR-InSb-640 bei Xenics erhältlich. Die SC8000, die bei FLIR erhältlich ist, verwendet hochsensible, gekühlte InSb-Detektoren. Die Kameras oder Lichtdetektoren können mit Spektralfiltern oder Filterrädern mit Durchlassbereichen, die den Wellenlängen der Signaturemission oder Absorption von interessanten Elementen oder Zusammensetzungen entsprechen, ausgestattet sein. Eine Einzelpixelkamera kann ebenfalls als Detektor gemäß den vorliegenden Lehren verwendet werden. Eine derartige Kamera wird in der Druckschrift: „Single-Pixel Imaging Via Compressive Sampling“, Marco F. Duarte et al., IEEE Signal Processing Magazine, S. 83, (März 2008), beschrieben, die hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen wird.
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Ein „Abgasstrahl“ bezieht sich auf ein Abwindmuster von Abgasen, die als Ergebnis der Verbrennung eines Fahrzeugmotors emittiert werden. Ein beispielhafter Abgasstrahl wird bei 305 in 3 gezeigt
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„Abgase“ sind Nebenprodukte der Kraftstoffverbrennung, die über das Abgassystem des Fahrzeugs an die Atmosphäre ausgegeben werden. Beispielhafte Abgase sind Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2), diverse KohlenwasserstoffGemische (CxHy) (einfach als HC bezeichnet), Stickstoff (N2), Stickstoffoxide (NOx), Ozon (O3) und Partikel (Ruß genannt).
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Der Begriff „Emissionsdaten“ bezieht sich auf die bestimmten Konzentrationen eines der Abgase. Die Verarbeitung von Emissionsdaten kann das Normalisieren der Daten umfassen, so dass eine Abweichung reduziert wird. Sie kann ferner eine statistische Analyse der Daten umfassen. Eine statistische Analyse kann auch an beliebigen Informationen über das Fahrzeug, wie etwa Fahrzeugalter und dergleichen, vorgenommen werden.
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Der Begriff „Emissionskontrolle“ bezieht sich auf das Aufnehmen eines oder mehrerer Bilder eines Abgasstrahls des Fahrzeugs, das Analysieren dieser Bilder, um Emissionsdaten für das untersuchte Fahrzeug zu erzeugen, und dann auf das Vergleichen der Emissionsdaten mit einer oder mehreren Normen, die von einer Emissionskontrollbehörde definiert wurden. Ein Ergebnis des Vergleichs wird hier verwendet, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug diesen Normen entspricht.
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Eine „Emissionsvollzugsbehörde“ ist eine Behörde, wie beispielsweise ein Kraftfahrzeugamt oder eine Gesetzesvollzugsbehörde, deren Aufgabe es ist, Kraftfahrzeuge auf Einhaltung vorgeschriebener Abgasemissionsnormen zu kontrollieren. Die Fahrzeuge können gemäß einem vordefinierten Programm, wie beispielsweise einmal im Jahr, kontrolliert werden. Wenn gemäß den vorliegenden Lehren ein Kraftfahrzeug den Abgasemissionsnormen nicht entspricht, die für dieses Fahrzeug definiert sind, dann kann eine derartige Behörde beispielsweise eine Vorladung an einen gemeldeten Besitzer des Fahrzeugs ausstellen; den Betrag einer Mautgebühr für den gemeldeten Besitzer basierend auf dem Ergebnis der Kontrolle, die an dem Fahrzeug vorgenommen wurde, anpassen; die Kosten für die Emissionskontrolle von einem Konto abbuchen, das mit der elektronischen Markierung des Fahrzeugs verknüpft ist, oder dem gemeldeten Besitzer des Fahrzeugs für die Emissionskontrolle eine Rechnung schicken; und/oder einfach den gemeldeten Besitzer des Fahrzeugs über die Kontrollergebnisse informieren.
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Beispielhaftes Mauterhebungssystem
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Es wird nun Bezug genommen auf 1, die ein Ausführungsbeispiel eines Mauterhebungssystems 100 gemäß den vorliegenden Lehren abbildet.
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Das Mauterhebungssystem 100 wird gezeigt, wie es eine Mauterhebungsstruktur 102 umfasst, die Stützwände 103A bis C und ein Dach 104 aufweist, von dem gezeigt wird, wie es über eine Tx/Rx-Antenne zur drahtlosen Kommunikation mit einer (nicht gezeigten) Arbeitsstation verfügt. Die Betonwände 103A bis C sind jeweils durch Stoßpfeiler 105A bis C geschützt, welche die Mauterhebungsstruktur vor den Fahrzeugen schützen. Die Wände 103A bis C stellen zusammen zwei getrennte Spuren 106A und 106B bereit, damit Kraftfahrzeuge darauf in einer Richtung, die durch den jeweiligen Richtungspfeil jeder Spur gezeigt wird, durchfahren. Jede Spur der Struktur 102 definiert einen Durchgang, der eine Tiefe D (bei 107) und eine Breite W (bei 108) aufweist. An dem Dach 104 der Mauterhebungsstruktur sind beleuchtete Schilder 109A und 109B befestigt, die in dieser Abbildung zeigen, dass jede der Spuren 106A und 106B EZ-PASS-Markierungen aber kein Bargeld annehmen. Auch befinden sich über dem Eingang jeder der Spuren der Struktur 102 beleuchtete Anzeigen 110A und 11 0B, die, wenn sie beleuchtet sind, dem Kraftfahrer mitteilen, dass die jeweilige Spur zum Gebrauch geöffnet ist. Solche Schilder werden im Allgemeinen mit einem grün beleuchteten Pfeil angegeben, wenn die Spur zum Gebrauch geöffnet ist, und mit einem rot beleuchteten Pfeil angegeben, wenn die Spur nicht zum Gebrauch geöffnet ist. Auf der Vorderseite der Struktur 102 ist auch ein Schild 111 positioniert, das, wenn es beleuchtet ist, angibt, dass jede der jeweiligen Spuren Emissionskontrollen an den darauf fahrenden Kraftfahrzeugen ausführt. Die RFID-Sensoren 112A und 112B werden gezeigt, wie sie jeweils über den Spuren 106A bis B, positioniert sind, um die elektronische RFID-Markierung eines Fahrzeugs abzufragen. Gemäß den vorliegenden Lehren weist jede der jeweiligen Spuren 106A und 106B eine Gruppe von Emissionsdetektoren 113A bis D auf, um ein Bild des Abgasstrahls aufzunehmen, der von einem Auspuffrohr des Fahrzeugs ausgestoßen wird, wenn dieses durch die Struktur fährt. Die erste Spur 106A weist die Emissionsdetektoren 113A und 113B auf, und die zweite Spur 106B weist die Emissionsdetektoren 113C und 113D auf. Die Detektoren auf jeder Spur werden gezeigt, wie sie einen jeweiligen Sensor 115A bis D aufweisen, um ein Bild (oder eine Videosequenz) des Abgasstrahls aufzunehmen. Bei einer anderen Ausführungsform tasten die Abtasteinheiten 115A bis D den Abgasstrahl des Fahrzeugs durch Öffnungen hindurch ab, welche die Abgase des Fahrzeugs zur Analyse physisch auffangen. Die Antennen 114A bis D zur bidirektionalen Kommunikation mit einer (nicht gezeigten) Computerarbeitsstation werden gezeigt, wie sie an jedem der Emissionsdetektoren 113A bis D angebracht sind.
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Es versteht sich, dass jeder der Detektoren 113A-B und 113C-D unterschiedlich sein kann, und somit tasten ihre jeweiligen Abtasteinheiten 115A-B und 115C-D die Abgasstrahlen unterschiedlich ab. Das Detektionssystem könnte basierend auf einer reflektierenden Betriebsart oder einer durchlässigen Betriebsart mit diversen möglichen Konfigurationen aus Illuminator/Kamera funktionieren. Bei einer Ausführungsform wird die Fluoreszenz der Gase erkannt, indem die Kamera und die Beleuchtungsquellen auf der gleichen Seite angeordnet werden. In dieser Betriebsart würden reflektierende Signale oder ausgestrahlte Signale von den betreffenden Gasen verwendet werden. Eine zweite Lösung wäre die Messung der Absorption des Gases durch einen ein- oder zweifachen Durchgang eines Lichtstrahls durch die Gaswolke des Fahrzeugs. Bei dieser Konfiguration wird das übertragene Licht durch die betreffenden Gase mit einer Beleuchtungsquelle auf einer Seite und mit dem Kameradetektor auf der anderen gemessen. Noch eine andere Konfiguration würde das Durchlassen von Licht durch die Gaswolke durch eine Bildgebung auf einem Spiegel beinhalten, um das durchgelassene Licht auf praktische Art und Weise von dem Spiegel auf den Kameradetektor zu projizieren. Der Spiegel könnte eventuell verschmutzen und könnte einen Selbstreinigungsmechanismus benötigen, wie etwa einen Scheibenwischer oder dergleichen. Zudem können Fahrzeuge mit bestimmten Motortypen angewiesen werden, auf einer bestimmten Spur zu fahren, so dass eine gewünschte Form von Emissionsdetektion an diesem Fahrzeug vorgenommen wird. Beispielsweise können Fahrzeuge mit Dieselmotoren angewiesen werden, auf einer Spur zu fahren, während Fahrzeuge mit Benzinmotoren angewiesen werden, auf einer anderen Spur zu fahren. Fahrzeuge mit Biokraftstoffen können beispielsweise angewiesen werden, auf noch einer anderen Spur zu fahren.
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Es wird nun Bezug genommen auf 3, die eine obere Schnittansicht einer der Spuren der Mauterhebungsstruktur aus 1 abbildet.
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Das Fahrzeug 200 aus 2, das in der Richtung fährt, die durch den Pfeil 301 angegeben wird, wird gezeigt, wie es fast ganz durch die Mauterhebungsstruktur 102 auf der Emissionskontrollspur 106B gefahren ist. Nach dem Eintritt in die Struktur gibt der RFID-Sensor 112B ein Signal an die RFID-Markierung 203, die wiederum mit Informationen über das Fahrzeug antwortet, wozu das Datum der letzten Emissionskontrolle des Fahrzeugs gehört. Solche Informationen über das Fahrzeug 200 wurden zuvor auf die Markierung 203 geladen oder der elektronischen Markierung des Fahrzeugs über eine periodische Aktualisierung bereitgestellt, weil dieses Fahrzeug zuvor durch ein ähnlich konfiguriertes Mauterhebungssystem gefahren ist. Der RFID-Sensor 112B empfängt ferner Informationen über die Geschwindigkeit des Fahrzeugs von Untergrund-Geschwindigkeitsdetektoren 120, 121 und 122, die Faktoren wie etwa Zeit und Distanz verwenden, um die Geschwindigkeit und Beschleunigung eines Fahrzeugs zu bestimmen, während das Fahrzeug eine Geschwindigkeitsdetektor-Vorrichtung auslöst. Es versteht sich, dass andere Verfahren zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs verwendet werden können. Beispielsweise kann die RFID-Markierung des Fahrzeugs mit dem Geschwindigkeitsmesser des Fahrzeugs oder mit einem oder mehreren Getriebebauteilen, die der Markierung die Geschwindigkeit für das Fahrzeug bereitstellen, in Verbindung gesetzt werden. Diese Geschwindigkeitsdaten werden dann durch die RFID-Markierung dem RFID-Sensor als Teil der Antwort der Markierung mitgeteilt. Bei einer derartigen Ausführungsform sind keine Detektoren für Geschwindigkeit/Beschleunigung notwendig. Bei einem anderen Beispiel kann ein Beschleunigungsmesser in das RFID-Markierungssystem integriert werden, und die Geschwindigkeit/Beschleunigung des Fahrzeugs kann drahtlos an die Mautspurstruktur übertragen werden.
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Als Reaktion auf das Fahrzeug, das eine Emissionskontrolle benötigt, wird ein Signal an die Emissionsdetektoren 113C-D gesendet, um ein oder mehrere Bilder der Abgase des Fahrzeugs zu einem vorberechneten Zeitpunkt aufzunehmen, der von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängt. Die Hochgeschwindigkeits-Infrarotkamera 113C mit geeigneten Konfigurationen mit und ohne Illuminatoren und Spiegel, sowie mit oder ohne Spektrometer 113D, nimmt gleichzeitig Bilder des Abgasstrahls 303 auf, der aus dem Auspuffrohr 302 des Fahrzeugs ausgestoßen wird, während der Abgasstrahl durch das Blickfeld 304 und 305 des jeweiligen Detektors geht. Die aufgenommenen Bilder werden auf Abgaskonzentrationspegel analysiert. Das Ergebnis der Analyse wird wiederum verwendet, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug einer Emissionsnorm entspricht, die für das Fahrzeug definiert wurde.
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Ablaufschema einer Ausführungsform
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Es wird nun Bezug genommen auf das Ablaufschema aus 4, das ein Ausführungsbeispiel des vorliegenden Systems und Verfahrens zum Kontrollieren der Abgasemissionen eines motorisierten Fahrzeugs während der Mauterhebung abbildet. Der Ablauf beginnt in Schritt 400 und die Verarbeitung fährt geht sofort mit Schritt 402 weiter.
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In Schritt 402 wird ein RFID-Sensor verwendet, um eine elektronische Markierung abzufragen, die an einem Kraftfahrzeug befestigt ist, während das Fahrzeug auf einer Spur der Mauterhebungsstruktur vorbeifährt. Eine beispielhafte Mauterhebungsstruktur wird mit Bezug auf 1 gezeigt und besprochen, und eine beispielhafte elektronische Markierung wird bei 203 gezeigt, wie sie auf der Windschutzscheibe 202 des Fahrzeugs 200 aus 2 angebracht ist.
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In Schritt 404 antwortet die RFID-Markierung des Fahrzeugs mit Informationen über das Fahrzeug. Bei einer Ausführungsform umfassen die Informationen, die von der elektronischen Markierung als Antwort auf die Sensoren bereitgestellt werden, das Autokennzeichen des Fahrzeugs, Baujahr/Marke/Modell des Fahrzeugs, die Zulassungsinformationen des Fahrzeugs, das Datum der letzten Emissionskontrolle des Fahrzeugs und Name und Adresse des Besitzers des Fahrzeugs. Bei einer anderen Ausführungsform antwortet die elektronische Markierung mit einer Kontoidentifizierung, die wiederum verwendet wird, um auf Informationsdatensätze über das Fahrzeug aus einer Datenbank zuzugreifen. Solche Datensätze können entweder direkt oder indirekt von der Kraftfahrzeugbehörde bereitgestellt werden, die solche Informationen sammelt, zusammenstellt und aufbewahrt.
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In Schritt 406 wird die Geschwindigkeit/Beschleunigung des Fahrzeugs aufgenommen oder anderweitig erfasst. Bei einer Ausführungsform umfassen die Geschwindigkeits-/Beschleunigungs-Detektoren eine Vielzahl von Untergrundsensoren, die dadurch ausgelöst oder aktiviert werden, dass das Fahrzeug auf der Fahrbahn darüberfährt. Beispiele solcher Detektoren sind bei 120, 121 und 122 in 3 gezeigt. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Geschwindigkeit/Beschleunigung des Fahrzeugs durch die RFID-Markierung des Fahrzeugs bereitgestellt, die mit diversen Geschwindigkeits-/Beschleunigungs-Sensoren an Bord des Kraftfahrzeugs in Verbindung gesetzt wurde, wie etwa mit einem oder mehreren Beschleunigungsmessern und dem Geschwindigkeitsmesser des Fahrzeugs.
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In Schritt 408 erfolgt eine Bestimmung, ob das Fahrzeug eine Emissionskontrolle benötigt. Eine derartige Bestimmung basiert mindestens teilweise auf der Antwort durch die RFID-Markierung des Fahrzeugs, ob das Fahrzeug über eine gültige Emissionskontrolle verfügt. Wenn das Fahrzeug keine Emissionskontrolle benötigt, dann wartet das Verfahren in Schritt 410 darauf, dass die Sensoren die Ankunft des nächsten Fahrzeugs angeben. Nach der Ankunft des nächsten Fahrzeugs fährt die Verarbeitung mit Bezug auf Schritt 402 fort, wobei der RFID-Sensor die RFID-Markierung des nächsten Fahrzeugs abfragt. Wenn dieses Fahrzeug hingegen eine Emissionskontrolle benötigt, dann wird in Schritt 412 ein Signal an die Emissionsdetektoren gesendet, um ein Bild des Abgasstrahls aufzunehmen, der aus einem Auspuffrohr des Fahrzeugs ausgestoßen wird. Beispielhafte Emissionsdetektoren werden mit Bezug auf die Ausführungsformen aus 1 und 3 gezeigt und besprochen, wobei ein nicht dispergierender Infrarotdetektor 113C verwendet wird, um Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2) und diverse Kohlenwasserstoffe (HC) zu erkennen, und ein Spektrometer 113D verwendet wird, um Stickstoffmonoxid (NO) zu messen.
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Es wird nun Bezug genommen auf das Ablaufschema aus 5, das die Fortsetzung des Ablaufschemas aus 4 ist, wobei die Ablaufverarbeitung mit Bezug auf Punkt A fortfährt.
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In Schritt 414 werden die aufgenommenen Bilder auf Konzentrationen von diversen Abgasen analysiert. Verfahren zum Analysieren von Bildern auf Abgaskonzentrationen sind wohlbekannt und sind weitgehend von der Art der Emissionsdetektoren abhängig, die bei einer jeweiligen Mauterhebungsstruktur verwendet werden. Das Ergebnis der Analyse erzeugt Emissionsdaten. Die Emissionsdaten werden in der Datenbank 415 gespeichert.
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In Schritt 416 werden die Emissionsdaten dann mit einer Emissionsnorm verglichen. Die Emissionsnormen können aus einem Speicher oder einer Speichervorrichtung abgerufen werden, der bzw. die zuvor geladen wurde, bevor die Mauterhebungsstruktur für die Emissionskontrolle eingeschaltet wurde.
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In Schritt 418 erfolgt eine Bestimmung, ob das Fahrzeug den Emissionsnormen entspricht, die für dieses Fahrzeug definiert wurden. Wenn das Fahrzeug den Emissionsnormen nicht entspricht, dann wird in Schritt 420 eine Behörde benachrichtigt. In Schritt 422 wird als Antwort darauf, dass das Fahrzeug den Emissionsnormen nicht entspricht, eine Vorladung an den gemeldeten Besitzer des Fahrzeugs ausgestellt. Die Kosten der Vorladung, die an den gemeldeten Besitzer des Fahrzeugs ausgestellt wird, können je nach den Ergebnissen der Emissionskontrolle gestaffelt sein, und in Schritt 424 wird die RFID-Markierung des Fahrzeugs aktualisiert. Wenn in Schritt 418 das Fahrzeug den Normen, die für dieses Fahrzeug definiert sind, entspricht oder diese überschreitet, dann wird in Schritt 424 die RFID-Markierung des Fahrzeugs mit den Daten der Kontrolle, dem Datum der Kontrolle und den Ergebnissen der Kontrolle aktualisiert. Anschließend endet bei dieser Ausführungsform die Ablaufverarbeitung. Alternativ fährt die Ablaufverarbeitung mit Bezug auf Schritt 410 fort, wobei das Verfahren auf die Ankunft des nächsten Fahrzeugs wartet. Nach Ankunft des nächsten Fahrzeugs wiederholt sich die Verarbeitung auf ähnliche Art und Weise.
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Bei anderen Ausführungsformen werden die Kosten der Emissionskontrolle automatisch vom Konto des Benutzers, das mit der Markierung verknüpft ist, abgebucht. Der gemeldete Benutzer des Fahrzeugs kann eine Benachrichtigung über das Ergebnis der Emissionskontrolle erhalten. Eine derartige Benachrichtigung kann die Form einer Textnachricht haben, die an eine Telefonnummer des Besitzers aus dem Datensatz gesendet wird, oder es kann eine zuvor aufgezeichnete Sprach-, Text- oder Videonachricht an die E-Mail-Adresse oder das Telefon des Besitzers gesendet werden. Es kann eine Nachricht an das ON-STAR-System (soweit vorhanden) des Fahrzeugs gesendet werden, welches dann dem Fahrer des Fahrzeugs die Nachricht vorliest. Solche Ausführungsformen sind dazu gedacht, von den beiliegenden Ansprüchen erfasst zu werden.
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Es versteht sich, dass die hier abgebildeten Ablaufschemata beispielhaft sind. Es können einer oder mehrere der in den Ablaufschemata abgebildeten Vorgängen in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Es können andere Vorgänge hinzugefügt, verändert, verbessert oder zusammengelegt werden. Varianten davon sind dazu gedacht, um in den Umfang der beiliegenden Ansprüche zu fallen. Die gesamten Ablaufschemata oder Teile davon können teilweise oder ganz als Hardware in Verbindung mit maschinenausführbaren Anweisungen in Kommunikation mit diversen Bauteilen eines Systems zur Fahrzeugauslastungserkennung umgesetzt werden.
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Funktionsschema eines beispielhaften Systems
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Es wird nun Bezug genommen auf 6, die ein Funktionsschema einer Ausführungsform eines beispielhaften Systems zur Emissionskontrolle abbildet, wobei diverse Aspekte des vorliegenden Systems und Verfahrens ausgeführt werden. Das System bildet eine Vielzahl von Modulen, Vorrichtungen und Bauteilen in Kommunikation mit einer vernetzten Computerarbeitsstation 602 ab.
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Die vernetzte Computerarbeitsstation 602 umfasst eine Festplatte (im Innern des Computergehäuses 603), die ein computerlesbares Medium 604, wie etwa eine Diskette, eine optische Platte, eine CD-ROM, eine DVD, ein Magnetband usw. liest/beschreibt. Das Gehäuse 603 bringt eine Hauptplatine mit einem Prozessor und einem Speicher, einer Kommunikationsverbindung, wie etwa einer Netzwerkkarte, eine Grafikkarte und dergleichen, sowie andere Software und Hardware unter, um die Funktionalität einer Computervorrichtung auszuführen, wie sie im Allgemeinen in der Technik bekannt ist. Die Arbeitsstation umfasst eine grafische Benutzerschnittstelle, die bei diversen Ausführungsformen das Display 605, wie etwa eine CRT, ein LCD, einen Berührungsbildschirm usw., eine Maus 606 und eine Tastatur 607, umfasst. Es versteht sich, dass die Arbeitsstation 602 ein Betriebssystem und andere Spezial-Software aufweist, die konfiguriert ist, um viele verschiedene Arten von nummerischen Werten, Text, Laufleisten, Auswahlmenüs mit benutzerwählbaren Optionen und dergleichen anzuzeigen, um Informationen, die auf dem Display 605 angezeigt werden, einzugeben, auszuwählen oder zu ändern. Die gezeigte Ausführungsform ist rein beispielhaft. Obwohl er als Desktop-Computer gezeigt wird, versteht es sich, dass der Computer 602 eines von einem Laptop, einem Mainframe, einem Client/Server oder einem Spezialcomputer, wie etwa einem ASIC, einer Leiterplatte, einem dedizierten Prozessor oder dergleichen, sein kann. Alle Informationen, die von einem der Module des Systems 600 erzielt werden, zu denen diverse Kennzeichen eines der Sensoren gehören, können in der Datenbank 608 gespeichert sein. Informationen über das Dokument oder die Sensoren können unter Verwendung der grafischen Benutzerschnittstelle des Computers 602 von einem Benutzer eingegeben werden. Alle Informationen können einer Fernvorrichtung über das Netzwerk 601 zum Speichern oder Verarbeiten mitgeteilt werden. Das Netzwerk 601 wird als amorphe Wolke gezeigt. Eine ausführliche Behandlung des Betriebs eines spezifischen Netzwerks oder der Netzwerkkonfiguration wurde ausgelassen. Es sei nur gesagt, dass Datenpakete über das Netzwerk über Spezialvorrichtungen gesendet werden, die über eine Vielzahl von Kommunikationsverbindungen miteinander in Verbindung stehen. Die Daten werden zwischen den Vorrichtungen in dem Netzwerk in Form von Signalen übertragen. Derartige Signale können in einer beliebigen Kombination von elektrischen, elektromagnetischen, optischen oder anderen Formen vorliegen und werden über Draht, Kabel, Glasfaser, Telefonleitung, zellulare Verbindung, RF, Satellit oder ein anderes Medium oder eine andere Kommunikationsleitung, die in der Technik bekannt ist, übertragen.
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Das System 600 wird gezeigt, wie es einen RFID-Sensor 610, eine RFID-Markierung 611 und ein Geschwindigkeits-/Beschleunigungs-Detektionsmodul 612 umfasst. Wie mit Bezug auf Schritt 402 des Ablaufschemas aus 4 besprochen, fragt der RFID-Sensor 610 die RFID-Markierung 611 ab. Die RFID-Markierung antwortet mit Informationen über das Fahrzeug. Bei dieser Ausführungsform nimmt das Geschwindigkeits-/Beschleunigungs-Detektormodul 612 die Geschwindigkeit Beschleunigung des Fahrzeugs auf und stellt die Geschwindigkeitsdaten der RFID-Markierung 611 bereit. Der Kontrolldiskriminatorprozessor 613 bestimmt, ob dieses bestimmte Fahrzeug eine Emissionskontrolle benötigt. Eine derartige Bestimmung basiert mindestens teilweise auf der Antwort durch die RFID-Markierung des Fahrzeugs darauf, ob das Fahrzeug über eine gültige Emissionskontrolle verfügt. Wenn dieses Fahrzeug eine Emissionskontrolle benötigt, dann startet der Signalgenerator 614 ein Signal für die Emissionsdetektoren 615 und 616, um zu einem vorherbestimmten Zeitpunkt ein oder mehrere Bilder des Abgasstrahls aufzunehmen, der aus einem Auspuffrohr des Fahrzeugs ausgestoßen wird. Der Signalgenerator empfängt alternativ die Geschwindigkeitsdaten direkt von dem Geschwindigkeits-Detektionsmodul 612. Die aufgenommenen Bilder werden dem Bildanalysator-Prozessormodul 617 bereitgestellt, das die Bilder auf Konzentrationen von diversen Abgasen analysiert. Das Ergebnis der Analyse erzeugt Emissionsdaten 619, die in der Speichervorrichtung 619 gespeichert werden. Der Datenkomparator 620 empfängt die Emissionsdaten und vergleicht die Emissionsdaten mit Emissionsnormen, die aus der Datenbank 619 abgerufen wurden. Die Vorrichtung 621 zur Bestimmung der Normeneinhaltung bestimmt, ob das Fahrzeug der Norm entspricht. Wenn das Fahrzeug den Emissionsnormen nicht entspricht, dann fährt das Benachrichtigungsmodul 622 damit fort, eine Behörde zu benachrichtigen, beispielsweise unter Verwendung des Übertragungselements 623. Das Modul 622 kann ferner eine Benachrichtigung der Kontrollergebnisse für den gemeldeten Besitzer des Fahrzeugs gemäß diversen vorliegenden Ausführungsformen bereitstellen. Eine derartige Benachrichtigung kann die Form einer Textnachricht haben, die an eine Telefonnummer des Besitzers aus dem Datensatz gesendet wird, oder es kann eine zuvor aufgezeichnete Sprach-, Text- oder Videonachricht an die E-Mail-Adresse oder das Telefon des Besitzers gesendet werden. Es kann eine Nachricht an das ON-STAR-System (soweit vorhanden) des Fahrzeugs gesendet werden, welches dann dem Fahrer des Fahrzeugs die Nachricht vorliest. Das Markierungsaktualisierungsmodul 624 aktualisiert die RFID-Markierung des Fahrzeugs mit den derzeitigen Kontrolldaten und Kontrollergebnissen. Das Kontoabbuchungsmodul 625 bucht automatisch die Kosten der Emissionskontrolle von dem vorfinanzierten Konto des Benutzers ab, das mit seiner RFID-Markierung verknüpft ist. Alternativ könnte die Emissionskontrolle für jedes Fahrzeug ausgeführt werden, das durch das ETC fährt, unabhängig von der Notwendigkeit, Daten für statistische Zwecke zu erheben.
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Es versteht sich, dass beliebige Module und Verarbeitungseinheiten aus 6 mit der Arbeitsstation 602 über (nicht gezeigte) Gateways in Verbindung stehen und ferner mit einer oder mehreren Fernvorrichtungen über das Netzwerk 601 in Verbindung stehen können. Alle der Module können mit den Speichervorrichtungen 608 und 619 über gezeigte und nicht gezeigte Gateways kommunizieren und können Daten, Parameterwerte, Funktionen, Datensätze, Daten und maschinenlesbare/ maschinenausführbare Programmanweisungen, die benötigt werden, um ihre vorgesehenen Funktionen auszuführen, speichern/abrufen.
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Ein Teil oder die ganze Funktionalität für alle der Module des Funktionsschemas aus 6 kann insgesamt oder teilweise durch Bauteile, die sich im Innern der Arbeitsstation 602 befinden, oder durch ein Spezialcomputersystem ausgeführt werden. Diverse Module können ein oder mehrere Bauteilen bezeichnen, die wiederum Software und/oder Hardware umfassen können, die ausgelegt ist bzw. sind, um die vorgesehene Funktion auszuführen. Eine Vielzahl von Modulen kann zusammen eine einzige Funktion ausführen. Jedes Modul kann einen Spezialprozessor und einen Speicher aufweisen, die in der Lage sind, maschinenlesbare Programmanweisungen auszuführen. Ein Modul kann eine einzige Hardware umfassen, wie etwa einen ASIC, einen elektronischen Schaltkreis oder einen Spezialprozessor. Eine Vielzahl von Modulen kann entweder von einem einzigen Spezialcomputersystem oder von einer Vielzahl von Spezialsystemen, die parallel funktionieren, ausgeführt werden. Die Verbindungen zwischen den Modulen umfassen sowohl physische als auch logische Verbindungen. Die Module können ferner eine oder mehrere Software-/Hardware-Bauteile umfassen, die ferner ein Betriebssystem, Treiber, Geräte-Controller und andere Geräte umfassen können, von denen einige oder alle über ein Netzwerk angeschlossen sein können. Es wird ebenfalls in Betracht gezogen, dass ein oder mehrere Aspekte des vorliegenden Verfahrens auf einem dedizierten Computersystem umgesetzt werden können und auch in verteilten Computerumgebungen, in denen Aufgaben von Fernvorrichtungen ausgeführt werden, die über ein Netzwerk verbunden sind, in die Praxis umgesetzt werden können.
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Die vorliegenden Lehren können unter Verwendung beliebiger bekannter oder später entwickelter Systeme, Strukturen, Vorrichtungen und/oder Software vom Fachmann auf dem betreffenden Gebiet ohne übermäßige Experimente gemäß der hier bereitgestellten Funktionsbeschreibung mit allgemeinen Kenntnissen der betreffenden Technik als Hardware oder Software umgesetzt werden. Ein derartiges Spezialcomputersystem ist in der Lage, maschinenausführbare Programmanweisungen auszuführen und kann einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, einen ASIC, einen elektronischen Schaltkreis oder eine beliebige Kombination davon umfassen.
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Ein oder mehrere Aspekte der hier beschriebenen Verfahren sind dazu gedacht, in einen Herstellungsgegenstand integriert zu werden, wozu ein oder mehrere Computerprogrammprodukte gehören, die computerverwendbare oder maschinenlesbare Medien aufweisen. Der Herstellungsgegenstand kann in mindestens einer Speichervorrichtung enthalten sein, die von einer Maschinenarchitektur lesbar ist, welche ausführbare Programmanweisungen ausbildet, die in der Lage sind, die hier beschriebene Methodologie und Funktionalität auszuführen. Zudem kann der Herstellungsgegenstand als Teil eines vollständigen Systems enthalten sein oder getrennt bereitgestellt werden, entweder alleine oder als verschiedene Bauteile.
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Es versteht sich, dass verschiedene der zuvor offenbarten Merkmale und Funktionen, sowie andere oder Alternativen derselben, auf wünschenswerte Art und Weise zu vielen anderen verschiedenen Systemen und Anwendungen kombinierbar sind. Derzeit unvorhergesehene oder nicht vorweggenommene Alternativen, Modifikationen, Variationen oder Verbesserungen davon können für den Fachmann ersichtlich werden und/oder von Ihm vorgenommen werden und sind ebenfalls dazu gedacht, von den folgenden Ansprüchen erfasst zu werden. Entsprechend sind die zuvor dargelegten Ausführungsformen als erläuternd und nicht einschränkend anzusehen. Diverse Änderungen an den zuvor beschriebenen Ausführungsformen können vorgenommen werden, ohne Geist und Umfang der Erfindung zu verlassen. Die Lehren aller Druckschriften, einschließlich Patente und Patentanmeldungen, werden hiermit jeweils getrennt zur Bezugnahme vollständig übernommen.