KR19980087158A - 마이크로파/밀리미터파 라디오메트릭 검출 응용을 위한 개선된 페인트 및 도로 표시부 검출 방법 - Google Patents

마이크로파/밀리미터파 라디오메트릭 검출 응용을 위한 개선된 페인트 및 도로 표시부 검출 방법 Download PDF

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엠. 래리 유지리
브루스 아이 하우스
빌 에이취 쿠온
제임스 이 에닌거
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갈라스 윌리엄 이
티알더블유 인코포레이티드
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Abstract

일정량의 강구(iron shot) 또는 고 유전체 상수를 가지는 다른 물질의 입사를, 페인트를 뿜어내거나 도로 표면에 페인트를 적용하는 통상의 도로 표시 고착 장비의 혼합 포트 내의 열가소성 페인트에 첨가하는 것은 부착 장비에 역효과 없이 표시부의 MMW(Microwave/milimeter wave) 라디오메트릭 가시성을 높인다. 도료 표면을 향해서 하방으로 향해진 MMW 라디오미터를 포함하는 운송 수단이 도로 표면을 따라 이동하면, MMW 라디오미터는 운송 수단 경로에 있는 표시부로부터 마이크로파/밀리미터파 에너지를 자동적으로 감지한다. 어떤 시스템에서, 감지된 에너지는 차선 내에서 운송 수단을 안내하는 것을 보조하기 위한 다른 장치와 공동으로 사용된다. 다른 시스템에서, 감지된 에너지는 운송 수단의 운전자를 위해서 관련된 정보로 해독되고 표시된다.

Description

마이크로파/밀리미터파 라디오메트릭 검출 응용을 위한 개선된 페인트 및 도로 표시부 검출 방법
본 발명은 새로운 도로 표시 시스템, 특히 마이크로파/밀리미터파 라디오메트릭 주파수에서 관측될 때, 인접하는 및/또는 밑에 있는 포장도로부터 도로 표시부가 보다 더 잘 구분될 수 있도록 하는, 도로 표시 페인트에 대한 개선에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 전자 제어 및/또는 경보 시스템 내의 수동 라디오메트릭 에너지 감응 검사 장치의 응용에 의해, 도로 표시부의 존재 및 이러한 표시부로 코드화된 정보를 확인하는 방법에 관련된 것이다.
도로 표시 시스템은 오랫동안, 운송 설비의 운전자에게 도로 표시 매개물을 통해 관련된 정보를 제공하기 위하여 사용되었다. 예로서, 일반 독자에게도 친숙한, 정지 신호 앞의 도로 상에 페인트된 백색 줄무늬는, 운송 설비의 작동자, 즉 운전자에게, 정지 신호에 따라 완전히 정지하여 운전자의 근접하는 운송 수단이 지나가지 않게 하는 물리적인 한계선 또는 경계를 제공한다. 다중 차선의 도로 상에서, 차선은 도로 표시부에 의해 윤곽이 그려진다. 또한, 주요 공항에서, 간선 도로 및 항공기 전용 도로는, 신호 램프에 덧붙여 간선 도로에 경계를 표시하는 페인트된 선에 의해 구별되어, 조종사에게 가시적인 안내를 제공한다. 상술한 것은 가장 평범한 응용 중 일부에 지나지 않는다.
보다 더 최근의 경험에 있어서, 도로 표시부는 또한 운송 수단의 안내 및 제어 시스템의 일부로서 적용되어 왔다. 도로 표시부에 의해 제공된 정보는, 자동적으로 경보를 발하고, 또는 움직이는 운송 수단을 조향하거나, 및/또는 위치를 정하는데 사용된다. 운송 수단 상의 센서는 도로를 따라 표시된 경로를 검출하고, 상기 센서는 표시된 경로로부터 운송 수단의 이탈을 검출해서 운송 설비 상의 관련 제어 설비는 운송 수단의 조향을 자동으로 조정할 수 있다. 때때로 신문에, 교통로를 따라 운송 수단의 이동을 자동으로 제어하고 안내하도록 의도되어 운전자의 완전한 주의 필요성을 제거하는, 실험적인 자동차 제어 시스템이 보도된다.
상술한 것의 예는 특허 문헌에서 나타난다. 프랭크 등에 의한 미국 특허(제 5,202,742호)에서의 시스템은 도로를 따라 반사 표시부를 검출하기 위해 운송 수단 상에 운반되는 레이저 레이더를 수반한다. 레이저 빔은 도로 위에 주사되고, 도로 표시부로부터 반사된 광을 수신하는 관련 검출기는, 도로 표시부에 대해 운송 수단을 안내하기 위하여, 운송 수단에 장착된 관련 제어 설비에 의해 사용된다. 다른 시스템은 다이어(Dyer) 등에 의한 미국 특허(제 4,947,094호)에서 소개되었다. 다이어 시스템에 있어서, 지게차와 같은 산업용 창고 운송 수단에 의해 운반되는 선형 전하 결합 소자(charge coupled device ; CCD)는 도로 위의 창고 천장에 페인트된 선에 의해 형성된 것과 같은 트랙의 위치를 감시한다. CCD는 상기 라인의 영상을 생성하고, 이러한 영상의 생성은 시스템 내의 제어 설비가 트랙을 따라 산업용 운송 수단을 조향할 수 있도록 한다.
페인트된 백색 줄무늬가 자주 사용되지만, 더 양호한 도로 표시부는, 제조업자에 의해 미세한 합성 수지 입자 또는 유리 알갱이로 제공되는, 열가소성 재료로 형성되는데, 상기 열가소성 수지는 상기 재료를 흐를 수 있는 액체 형태로 만들기 위해 가열된다. 간혹 적은 편구형 유리 입자가 액체의 일부분으로서 내용물에 혼합된다. 상기 뜨거운 액체는 도로 표면 상의 얇은 줄무늬로 코팅되거나 사출 성형되는데, 여기에서 수지 재료는 경화, 즉 응고되어 굳어진다. 수지 재료는, 시멘트와 아스팔트와 같은 포장 재료의 특징인 거친 표면 및 기공에 침투하도록 설계되고, 포장에 견고한 그립(grip) 또는 접착을 형성하기 위해서 경화된다.
이러한 표시부는 상대적으로 내마모성을 가져, 자동차 타이어의 고중량 충격 및 마찰을 견딘다. 상기 표시부는 눈 및 비의 영향을 견뎌낸다. 상기 표시부는 또한, 자외선 방사로부터의 것을 포함하는, 햇빛의 해로운 영향을 견뎌낸다. 또한, 상기 표시부는 몇 해 동안 색조를 유지하여, 도로 표면에 대한 가시적인 대조를 보장한다. 표시부를 도로에 적용한 사람들이 열가소성 필름을 단순히 가정용 페인트와 유사한 페인트로 언급하지만, 본 명세서에서 이후로 언급되는 도로 표시부는 상당한 노력이 필요한 만만치 않은 분야로서 이해해야 한다.
본 출원인에게 공지되지 않은, 포장 도로 표시부 응용을 위해 적합한, 다양한 열가소성 성분 재료의 정확한 혼합물은 도로 표시부 해당 분야의 당업자에게는 잘 공지된 것임을 주목해야 한다. 이러한 상세한 사항은 본 발명의 이해를 위해 필요하지 않는 것이 명백하므로, 추가로 설명할 필요는 없다. 상기 주제에 대해 더 많은 것을 알고 싶은 사람들은 상기 분야의 기술 문헌을 참조하면 될 것이다.
상술한 표시 및 제어 시스템은 반사 광, 즉 전자기 에너지 스펙트럼의 가시 영역을 이용하고, 상기 광은 주위 환경에서 자연적으로 발생하거나, 또는 검출 시스템의 광원에 의해 생성된다. 인간의 감각에 의해 직접 지각할 수 없지만, 다른 형태의 에너지도 공지되었고, 또한 검출 구조에 적용되어 왔다. 과학 문헌으로부터 알 수 있듯이, 전자기 에너지 스펙트럼은 넓은 범위의 파장 이상으로 연장되는데, 적어도 자외선 영역 및 그 이하의 가장 짧은 파장으로부터, 적외선 영역의 가장 긴 파장 이상으로 연장된다. 상기 스펙트럼에서는 인간의 눈이 검출할 수 있고 인간이 볼 수 있게 하는 영역인 가시광을 발견할 수 있고, 또한 라디오 파를 발견할 수 있다. 마이크로파 스펙트럼은 상기 라이오 스펙트럼의 한 부분에 놓이고, 마이크로파 스펙트럼의 끝 부분에서 밀리미터파 영역을 발견할 수 있다.
마이크로파 및 밀리미터파 에너지는 모든 물체로부터 자연적으로 방출된다. 이것은 또한, 우주 공간으로부터, 또한 가스 물체인 지구의 대기로부터 지구에 입사되어, 무엇보다도 우리가 여행하는 도로를 조사(irradiate)한다. 우주 공간은, 대략 4 K(켈빈 온도) 정도로 매우 차가우며, 방출되는 에너지의 양은 방출 물체의 물리적인 온도에 비례하기 때문에, 매우 적은 에너지가 우주 공간으로부터 입사된다. 대부분, 도로에 입사하는 마이크로파/밀리미터파 에너지는 대기 자체로부터 오며, 대강 말해 대기는 40 K를 갖는 94 GHz 주파수의 방사체와 같이 공급하거나 동작한다. 이러한 에너지는 부분적으로, 도로 및 도로 상의 표시부를 포함하는, 입사되는 재료로부터 반사된다. 이러한 재료는 또한 유사 종류의 에너지를 방출하고, 또한 이러한 재료는 통상적으로 상온, 즉 300 K이기 때문에, 대체로 차가운 하늘(cold sky)로 반영하는 재료들 보다 더 따뜻하다, 즉 온도가 높다.
실제로, 플랑크 복사 법칙에 따라, 완전하게 흡수하는 임의의 물체는 에너지 스펙트럼의 모든 주파수에서 방사를 방출한다. 우리의 환경에서 가장 자연적인 물체에 대해, 이러한 방사는 에너지 스펙트럼의 적외선 영역에서 상대적으로 높고, 상기 물체의 물리적인 온도의 4제곱에 비례한다. 마이크로파/밀리미터파 주파수에서, 에너지는 훨씬 낮고, 온도에 따라서만 직접적으로 변한다. 낮은 강도이지만, 상기 마이크로파/밀리미터파 에너지는 적절하게 설계된 마이크로파/밀리미터파 라디오미터로 검출될 수 있으며 측정될 수 있다.
마이크로파/밀리미터파 라디오메트릭 검출기는 수신된 전체 전력을 검출하는 마이크로파/밀리미터파 수신기이다. 마이크로파/밀리미터파 라디오미터는 사실상 상당히 민감한 전체 전력 수신기이다. 상기 수신기는, 마이크로파/밀리미터파 나팔 안테나와 같은 지향성 안테나로부터 신호를 수신하고, 안테나의 수신 발자국(footprint) 또는 시야는 관찰될 요소 또는 지역에 향한다. 라디오미터에 의해 수신된 신호의 크기는, 안테나의 발자국 내의 물체의 백분율과 형태 및 물체의 방사율(ε)에 따라, 관찰 중인 물체의 온도 및/또는 물체에 의해 반사된 온도에 비례하는데, 상기 방사율(ε)은 (1-ρ)와 동일하고, ρ는 물체의 반사율이다. 전파 천문학자들은 행성체와 별을 검출하기 위하여 하늘을 주사하는 라디오메트릭 검출기를 오랫동안 사용해왔다.
편리를 위해, 마이크로파/밀리미터파의 용어는 이후로 간혹 MMW로 줄여 쓴다. 따라서, 라디오미터의 용어를 변경하는데 사용될 때, 간략화된 용어는 본 발명과 관련되어 논의되는 라디오미터를, 적외선 라디오미터와 같은 다른 공지된 형태의 라디오미터와 구분한다.
또한 전파 천문학자들은, 30 내지 300 GHz 주파수 범위의 밀리미터파 에너지에 대해, 대기를 통과하는 전파 창(propagation window)의 존재를 더 일찍 측정하였고, 이 범위에서의 감쇄는 화창한 대기 또는 안개에서 상대적으로 적당하다. 즉, 이들 창(window) 주파수에서 우주로부터의 밀리미터파 에너지 송신은, 위에 놓인 구름을 통과하여 이들의 지상에 기반을 둔 라디오 망원경까지 전파될 때, 상기 주파수에 대한 밀리미터파 영역에서 더 높거나 또는 더 낮은 인접 주파수만큼, 감쇄되지 않는다. 마찬가지로, 대기는 이들 창에서 만큼의 에너지를 방출하지 않고, 그 결과 공간으로부터의 신호를 씻어버리거나(wash out) 또는 지우지 않는다. 이들 창은 35 GHz, 94 GHz, 140 GHz 및 220 GHz에서 발생한다.
MMW 라디오메트릭 에너지와 MMW 라디오메트릭 검출기를 사용하여, 비행기 활주로를 포함하는 지상 물체의 영상을 생성하는 것이 과거에 제안되었다. 카루소(Caruso)에 의한 미국 특허(제 3,725,930호)는 비행장 활주로 상의 라디오메트릭 에너지 반사 표시부의 형태를 검출하기 위하여 마이크로파 라디오미터를 사용한다. 철과 같은 금속은 양호한 MMW 라디오메트릭 반사체로 알려졌고, 높은 ρ로 구성된다. 카루소의 시스템에 있어서, 직경이 2 피트 내지 20 피트(1피트 = 30.48 cm) 사이 크기인 쐐기형 금속판이, 접근하는 비행기에 램프(ramp)를 나타내면서, 활주로 표면으로부터 기울어진 표면을 제공하기 위하여, 표시로서 활주로 상에 배치된다. 차가운 하늘의 한 부분으로부터의 마이크로파 에너지는 이에 의해 지상에서 이동하는 비행기 상에서 운반되는 라디오메트릭 검출기를 향해 반사되고, 따라서 이러한 표시부는 주변의 전망으로부터 객관적 외관으로 두드러지게 보인다.
카루소는 이와 같이 채용된 금속 램프의 높이를 명백하게 기술하지 않았지만, 도로 표면으로부터의 어떠한 돌출도 지상을 이동하는 비행기 및 활주로를 사용하는 다른 비행장 운송 수단에 장애물이 된다. 최소한도에서, 이러한 장애물은 비행기로 하여금 일련의 충돌을 받아서 승객을 불편하게 하고, 높이가 충분히 크다면, 카루소의 시스템을 응용에서 실용할 수 없게 하는 장애물이 될 것이다.
큰 금속판이 활주로에 설치되면, 큰 금속판은 눈에 띄고, 페인트된 줄무늬에서처럼 없어지지 않는다. 이것은 도로 표면으로부터 쉽게 제거될 수 있다. 따라서 금속판은, 금속을 쇠조각으로 떼어 내어 팔아먹어, 표시 시스템의 주요 요소를 무력하게 하는 장난꾸러기 또는 비양심적인 사람에게는 매력을 제공한다. 이러한 눈에 띄는 점은 유감스럽게도 실제적인 단점이다.
더욱이, 본 발명의 양수인에 의해 발표된 논문( 수동 밀리미터파 영상 생성 , TRW사가 1990/1991 발행한 Quest Magazine, Vol.13, No.2)에서, 본 발명의 발명자 중 1명을 포함하는 Yujiri 등의 저자들은 94 GHz의 주파수에서 에너지를 수신하기 위해 동조된 라디오메트릭 검출기를 포함하는 실험 장치로 취해진 공항, 항구 및 다른 장소의 라디오메트릭 영상의 이차원 도면을 제공한다. 상기 영상들의 해상도가 낮을지라도, 라디오메트릭 검사의 실현 가능성이 기술적으로 실행 가능하다고 증명되어 있으며, 비 및 안개의 기상 조건에서도, 현장의 영상을 얻기 위해 곧 실용화될 수단으로 주장되고 있다. 상기 논문은 추가적인 기술의 진보를 예언하며, 비록 라디오메트릭 영상 생성에 대한 제안을 제공하더라도, 상기 논문은 개선된 도로 표시 시스템에 대한 어떤 지침도 제공하지 않는다.
따라서, 본 발명의 목적은 MMW 라디오미터를 사용하는, 도로 표시부를 검출하기 위한 새로운 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수동적이며 또한 전자기 에너지를 방출하는 송신 장치를 필요로 하지 않는 도로 표시부 검출 및 제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 더한 목적은 MMW 라디오메트릭 주파수에서 인접한 도로 표면과 개선된 대조를 가지는, 실제로 마이크로파/밀리미터파 라디오메트릭 페인트인, 도로 표시 페인트를 제공하는 것이다.
본 발명의 여전히 더한 목적은 현존하는 변형되지 않은 페인트 스트리핑(striping) 설비를 이용하여 도로 표면에 적용될 수 있는 개선된 라디오메트릭 페인트를 제공하는 것이다.
위의 목적에 따라, 개선된 도로 표시부 검출 방법은 도로 표면을 따라 이동할 수 있는 운송 수단 또는 다른 바퀴 달린 플랫폼을 사용한다. 운송 수단은 도로에서 짧은 거리 위로 있는 하방으로 굴절되어 보이는 라디오미터를 지지한다. 운송 수단은 그 후 도로를 따라 이동하고, 도로 표면의 다양한 파편으로부터 반사 및/또는 송출되며 운송 수단이 앞으로 전진할 때 관측되는 MMW 라디오메트릭 에너지는 검사되며 디스플레이될 수 있다. 길을 따라 마주치는 임의의 도로 표시부는 차가운 하늘로부터 에너지를 관측하기 때문에 라디오미터에 의해 수신된 에너지가 상당히 축소되어 검출된다.
종래 시스템과는 달리, 상기 방법은 도로가 젖거나 눈에 덮여있을 때 표시부들이 비 또는 안개에 있거나 주간 또는 야간에도 표시부를 식별된다. 표시부들은 수동적으로 검출된다. 검출을 수행하기 위해서 전자기 방사선을 주위로 방출할 필요가 없으므로, 인체에 대한 위험을 최소화하고 다른 전자 장치와의 있음직한 간섭을 피할 수 있다. 더욱이, 인공 조명이 불필요하기 때문에, 도로 시설의 요구 조건이 단순화된다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 새로운 도로 표시 페인트는 보통의 도로 표시 페인트의 열가소성 재료 내에 금속 입자 및/또는 고 유전체 입자를 혼합하여 얻어진 개선된 MMW 라디오메트릭 에너지 반사 특성을 가진다. 상기 개선된 라디오메트릭 페인트의 바람직한 실시예는 페인트 혼합물 체적의 약 30%로 이루어진 강구를 가진 20 또는 30 크기의 강구를 포함한다.
위의 검사 공정이 상기 방식으로 구성된 표시부로 이루어질 때, 비록 콘크리트에서는 변화가 크지 않을지라도, 검출 온도의 감소는 아스팔트 같은 어떤 표면상에서 이전보다 더 크다. 상기는 표시부와 인접한 포장 도로 사이의 증가된 라디오메트릭 대조를 입증한다. 유리하게는, 새로운 라디오메트릭 페인트는 현존하는 페인트 스트리핑 장치를 사용하여 도로에 적용될 수 있다. 표시부와 도로의 라디오메트릭 에너지 반사 특성 사이의 대조가 증가됨으로써, 보다 명백한 측정이 검출을 위해 사용 가능하다. 증가된 신호로, 검출기의 감도가 시간에 따라 낮아지더라도, 소음비에 대한 신호가 개선되고 검출이 가능하다.
상기의 목적과 추가의 목적들 및 본 발명의 장점들과 위에서 간략하게만 요약된 구조 특성은 첨부된 도면에서 보여지는 설명과 함께, 본 명세서에서 뒤따르는 바람직한 실시예의 상세한 설명을 읽음으로써 당업자에게 보다 명확할 것이다.
도 1은 도로 표시부를 검출하고 응답신호를 송신하는 새로운 방법을 수행하기 위한 장치를 그림으로 도시하는 측면도.
도 2는 도 1의 방법을 수행할 때 사용되는 전자 장치의 블록도.
도 3은 새로운 방식에서 도 1의 장치를 사용하는 도로에 사용된 라디오메트릭 측정을 도시하는 차트.
도 4는 도로 표시부와 다른 안테나 시야 사이의 관계를 도시하는 부분도.
도 5는 도로 표면에 적용된, 본 발명의 개선된 MMW 라디오메트릭 페인트의 실시예를 도시하는 단면도.
도 6은 개선된 페인트로 얻어진 개선된 결과 및 동일한 조건하에서 취해진 다른 재료와의 비교를 도시하는 바 차트.
도 7은 도로 통행 차선 내에 트럭을 위치시킬 때 도와주기 위해 새로운 도로 표시 시스템을 사용하는 MMW 라디오메트릭 검출기가 설치된 트럭을 그림으로 도시하는 정면도.
도 8은 운송 수단 운전자에게 차선 위치 정보를 제공하기 위한, 도 7의 트럭을 위한 전자 시스템의 블록도.
도 9는 도 7에서처럼 수동 MMW 라디오메트릭 차선 탐지 시스템이 장착되고, 또한 도 8에서와 동일한 전자 시스템을 사용하는 바 코드 정보 시스템이 장착된 운송 수단을 그림으로 도시하는 정면도.
도면 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : MMW 라디오미터 5 : 도로
7 : 표시부 13 : 페인트
15 : 유리 알갱이 17 : 강구
19 : 매트릭스 31, 33 : MMW 라디오미터 센서
34 : 다중 통신 장치 35 : 디지타이저
36 : 처리 장치
도로 표시부를 관측하기 위한 새로운 방법을 그림으로 도시한 도 1을 참조한다. 도 1을 참조하면, 블록 1로 표현된 MMW 라디오미터 조립체 또는 라디오미터는 도로(5) 위에 이미 결정된 높이로 바퀴 달린 운반차(3)의 전단부에 장착된다. 이미 결정된 폭을 가진 표시부(7)는 도면 용지에 수직한 방향으로, 도로를 가로질러 적어도 부분적으로 연장하는 줄무늬를 형성한다.
시장에서 구입 가능한 임의의 공지된 구조인 MMW 라디오미터는 94 GHz로 적절하게 변조되며, 대략 1 GHz 혹은 그 이하의 대역폭을 가지며, 그리고 도로 표면에 가파른 각도, 적절하게는 수직으로부터 대략 20도인 각도 α에서 하방으로 방향지어진 안테나 또는 호온(horn)(2)을 수용하는 작은 개구에 부착된다. 라디오미터의 수직 위치는 탐지 마운팅(track mounting)(9) 또는 동등물에 의해 조정 가능하며, 바람직하게는, 도로 위로 대략 8인치(203.2mm)에 위치된 공급 호온(2)의 전단부와 함께 위치된다.
주어진 재료로부터 반사되어 MMW 라디오미터에서 감지된 MMW 라디오미터 에너지는 반사 표면으로부터의 거리, 안테나의 입력이 표면에 대하여 방향지어진 각도, 감지되는 에너지의 수평 또는 수직 편광, 및 전자기 스펙트럼 내의 상기 에너지의 주파수를 포함하는, 그러나 상기에 한정되지 않는, 많은 변수를 필요로 한다는 것을 알게될 것이다. 상기는 이러한 변수에 대한 현재의 선택을 대표한다.
도 2는 MMW 라디오미터(1)와 MMW 라디오미터와 관계된 안테나(2) 및 계량기 혹은 음극선관 모니터일 수 있는 디스플레이(11)를 도시하는 전자 시스템의 블록도이다. MMW 라디오미터는 디스플레이에 전압을 출력한다. 출력의 다른 형태는 원하는 바에 따라 독립적으로 또는 집합적으로 사용될 수 있다. 차트 수신기(18)는 출력을 수신하기 위해 연결되어 운반차가 이미 결정된 경로를 따라 이동될 때 측정값의 연속좌표를 제공할 수 있다. 시각적 모니터 회로(20)는 MMW 라디오미터가 표시부를 검출할 때처럼 온도가 이미 정해진 수준으로 떨어질 때 시각적으로 인지 가능한 표시를 제공하는, 램프를 켜는 것과 같은, 출력을 제공하기 위해 눈금이 정해질 수 있다.
MMW 라디오미터(1)는 임의의 공지된 형태이다. 상기 MMW 라디오미터는 전기적으로 동력을 공급받는 전파 수신 장치이며, 운반차에 수반되는 배터리(미도시됨) 또는 다른 종래의 동력 공급 장치에 의해 MMW 라디오미터를 활성화시키기 위하여 필요한 전류를 공급받을 수 있다. 예를 들면, 메사추세츠 사우스 디어필드(South Deerfield, Mass.)의 밀리테크(Millitech)사에 의해 시장에 내놓아진 MMW 라디오미터는 상기 공정에 적합하다. 마이크로파/밀리미터파 반도체 집적 회로, 즉 MMIC 기술에 기초한 소형화된 MMW 라디오미터는 본 출원의 양수인인 티알더블유(TRW)사로부터 분배기를 통해 40 GHz 작동을 위해 사용 가능하며, 가까운 미래에 94 GHz 작동을 위해 사용 가능할 것으로 기대된다. 소형화된 라디오미터는, 특히 여기에 기술된 본 발명의 특정한 실시예를 위해 선호된다. MMW 라디오미터로부터의 출력은 운전자가 안테나(2)에서 감지되는 라디오메트릭 온도를 관측하는 것을 허용하기 위해 관련된 음극선관 모니터 또는 디지털/아날로그 신호 모니터(11)에 연결된다.
운전 시에 MMW 라디오미터가 활성화되고 작동하게 되면, 운반차는 밀려지고, 혹은 만약 자동 추진식의 동력화된 구조물이 전방으로 이동한다면, 도면에서 오른쪽으로 그것의 바퀴(4) 상에서 전방으로 굴러간다. 도면에서 점선(2a 및 2b)으로 도시된 것처럼 운반차가 전방으로 전진할 때 안테나는 수평적으로 이동한다. 안테나는 하방으로 향하여 도로 표면으로부터 방출되고 반사되는 MMW 라디오메트릭 에너지 λ를 감지한다.
본 발명의 종래 기술에서 기술된 것처럼, 다른 행성, 별 및 대기로부터 생겨난 MMW 라디오메트릭 에너지로써 언급된 마이크로파/밀리미터파 에너지는 도로(5)와 표시부(7)를 포함한 지구에 입사한다. 상기 MMW 라디오메트릭 에너지는 머리 위의 하늘에서, 본질적으로는 위에 있는 하늘의 반구를 지나서 모든 방향으로부터 도달한다. 유일한 예외는 하늘에서 그 운반차와 운반차에 수반되는 장치에 의해 차단되거나 약화될 수 있는 부분이다. 입사되는 MMW 라디오메트릭 에너지는 표시부와 도로의 표면을 통과한다. 모든 재료는 MMW 라디오메트릭 에너지를 반사하고 어떤 재료는 다른 재료보다 더 큰 정도로 반사하기 때문에, 상기 MMW 라디오메트릭 에너지의 일부는 수신 호온(2) 내로 반사되거나 또는 역방향으로 산란된다(back scattered).
어떤 물체의 방사율 ε과 그 물체의 실제 물리적인 온도의 곱은 물체의 광도 온도, 또는 다른 용어로, 물체의 라디오메트릭 온도와 동일하다. 완전 흡수체는 1.0의 방사율을 가지며 흑체로 알려져 있고, 완전 반사체는 0의 방사율을 가진다. 편광에 의해 결정되는 어떤 물체의 방사율은 수직적 또는 수평적인 각각의 편광에 대해 유전체 상수, 물체의 표면 조도, 및 관찰 각도의 함수이다. 표면에 대해서 90도의 각도로, 즉 똑바로 하방으로 바라보면서 측정될 때, 비피복 금속 같은 물체의 방사율은 94 GHz의 주파수에서 0.040이고, 물기 없는 자갈은 0.921, 물기 없는 아스팔트는 0.914, 물기 없는 콘크리트는 0.905, 진흙은 1.0이다.
임의의 물체에 의해 방사되는 표면 온도는 세 가지 소스의 결합이며 다음의 식으로 표현될 수 있는데,
T=εTa + ρTs + τTb
여기서 ε와 ρ 및 τ는 각각 방사율, 반사율 및 투과율 계수이고, Ta, Ts 및 Tb는 각각 물질의 주변 온도, 반사된 하늘의 온도 및 물체 뒤에 있는 배경의 온도이다. 금속성 재료에 대해서 τTb는 무시 가능하며 무시될 수 있다.
안테나(2)는 상기 안테나의 시야(field of view) 내에 있는 표면의 부분 또는 조각으로부터 상기의 방식으로 반사된 MMW 라디오메트릭 에너지를 수신한다. 직경이 대략 1인치(2.54cm)이고 지면에서 위로 8인치(20cm)에 위치한 작은 개구 안테나에서, 시야는 대략 3평방인치(7.6 cm2)인 영역이다. 따라서 운반차가 전방으로 이동할 때, 안테나와 MMW 라디오미터 장치에 의해 관측되고 감지되는 표면의 특별한 조각은 지속적으로 변한다.
그렇게 측정되어서 도로 표면은 임의의 라디오메트릭 온도인 것처럼 보인다. 운반차가 안테나를 배치시켜 안테나가 표시부(7)의 일부분을 관측하도록 하면, 관측된 라디오메트릭 온도는 감소한다. 안테나의 시야가 표시부(7)와 부합되는 곳에서 더 이동하면, 관측된 MMW 라디오메트릭 온도는 여전히 낮다. 안테나가 표시부(7) 위치를 넘어서 우측으로 더 이동하면, 관측된 온도는 다시 도로 표면을 나타내어 초기에 관측된 수준으로 올라간다. 따라서 상기의 관측으로부터, 관측된 온도 수준이 내려가는 것은 표시부(7)의 존재를 나타내며, 변함없이 낮은 온도 수준은 여전히 표시부의 존재를 지시한다. 온도가 올라가는 것은 표시부의 우측 단부에서의 특성이다.
운반차의 전면에 대한 안테나의 위치는 공지되었고, 도로 표면 상측의 안테나의 높이도 공지되었으며 또한 안테나가 도로 표면에 대해 기울어진 각도 β도 공지되었기 때문에, 단순한 삼각법에 의한 연산으로 표시부가 위치되는 운반차 앞의 정확한 위치를 결정할 수 있다. 당업자에게는 분명한 것처럼, 도로와 표시부 사이의 변화의 뚜렷함은 부분적으로는 안테나(2) 시야의 크기에 의존하며, 더 작은 시야는 더 뚜렷한 변화를 제공하고 본질적으로 관측된 표면의 해상도을 증가시킨다. 이러한 방법으로, 더 작은 시야로, 운반차(3)가 이동하는 동안 에지부가 마주칠 때 표시부(7)의 전방 및 후방 에지부를 보다 더 정확하게 지정할 수 있다.
도 3의 차트는, 페인트를 칠하여 형성된 줄무늬 형상의 도로 표시부(12a 및 12b)를 포함하는 주차장 도로(5')를 가로질러 좌측에서 우측으로 운반되는 MMW 라디오미터의 출력을 도시하며, 상기 줄무늬는 주차장 도로의 그림으로 나타낸 줄무늬 위에 있다. 줄무늬(12a)는 본 상세한 설명에서 표현된 개선된 MMW 라디오메트릭 페인트의 조성물이고, 줄무늬(12b)는 평범한 백색 도로 표시 페인트로 구성되며, 상기 줄무늬들은 콘크리트 표면을 가진 도로의 일부분의 상부에 형성된다. 유사한 결과가 아스팔트 표면상에서도 얻어진다.
MMW 라디오메트릭 측정은 15℃의 대기 온도에서 취해지며, 상기 측정은 도로 표면에서 상방으로 12.5인치(31.75cm) 지점에서 45°나디아(Nadir) 관찰 각도로(커브 20), 및 도로 표면에서 상방으로 19.5인치(49.53cm) 지점에서 22.5°나디아 관찰 각도로(커브 22), 도로로부터 수평적으로 편광된 방사를 감지하는 94 GHz 라디오미터에 의해 취해진다. 상기 도면에서, 세로 좌표는 방향이 역전되며 감소하는 값을 나타내고, 따라서 낮은 온도는 높은 수직 위치로 표현된다. 커브들(20 및 22)을 고려하면, 콘크리트는 임의의 베이스 온도를 제공하며 MMW 라디오미터가 줄무늬(12a 및 12b)를 지나갈 때 상기 측정된 온도가 떨어지는 것을 알게된다. 도시된 바와 같이, 줄무늬(12a)에서의 온도 하락은 줄무늬(12b)에서의 온도 하락보다 크다.
도면은 또한 MMW 라디오미터의 높이를 올리는데 따른 효과를 도시한다. 온도의 하락은 종전만큼 현저하지는 않다. 이후에 여기에 설명되는 것처럼, MMW 라디오미터 안테나 입력을 위한 바람직한 높이는 8인치(20.32cm)이며, 사용된 특정의 호온(2)에 대해서, 바람직한 관찰각은 70°이다.
공지된 바와 같이, 반사된 MMW 라디오메트릭 에너지는 편광된다. 상기는 수평적으로 편광된 성분과 수직적으로 편광된 다른 성분을 포함한다. MMW 라디오미터 장치가 각각의 편광을 선택하고 측정할 수 있기 때문에, 측정 결과를 위해서 두 개의 성분 중에서 단지 한 개를 선택할 필요가 있다. 수평적으로 편광된 성분에서 수신된 에너지는 수직적 성분에서 반사된 에너지와 상당히 다르지만, 다른 물질로부터 취해진 같은 종류의 측정값 사이의 관계는 적절하게 상호 연관이 있다고 알려져 있다. 따라서 한 물질과 다른 물질로부터 취해진 반사율을 비교할 때, 측정시 반드시 동일한 편광을 사용해야 한다. 상기에서는 수평(또는 H) 편광이 선택되었다.
검출의 감도가 부분적으로 안테나의 시야에 의존한다는 것을 알 수 있다. 도 4에서 도시된 것처럼, 만약 안테나의 시야가 점선(14)으로 표현된다면, 커버된 표면 영역 또는 부분은 그와 함께 봉합된 금속 표시부(7')의 크기보다 상당히 더 크다. 후자의 표시부는 따라서 검출된 라디오메트릭 온도에 최소한의 영향력을 가진다. 그러나 시야가 종전보다 더 작은 부분인 점선(16)으로 표현된 곳에서, 표시부에 의해 점유된 영역은, 적어도 종전 영역에 대해 30 내지 50 퍼센트 혹은 그 이상으로, 종전 영역에 대해 더 큰 백분율을 나타낸다. 따라서, 후자의 예에서 검출된 MMW 라디오메트릭 온도는 표시부에 의해 큰 부분으로 결정된다. 가능하다면, 시야의 크기는 이상적으로 최소 크기의 도로 표시부와 동일한 크기이어야 한다. 따라서 검출된 MMW 라디오메트릭 온도는 표시부의 온도에 의해 조절된다. 그러므로 도로의 온도와 표시부의 온도 사이의 이동 또는 변화는 검출기가 도로의 일부분에서 표시부로 이동될 때 더 뚜렷하다.
도로상의 백색 줄무늬 또는 그 위에 열가소성 페인트의 보다 전형적인 줄무늬로부터 반사된 MMW 라디오메트릭 온도는 아스팔트건 콘크리트건 인접한 도로의 온도와 다르며, 또한 서로 다르다. 그러한 차이는 작으나 측정 가능하다. 그러나 차이가 작기 때문에, 검출은 어렵다.
MMW 라디오미터를 포함한 모든 전자 장치는 전자 잡음을 수신하거나 또는 내부적으로 전자 잡음을 발생시킨다. 절대적으로 잡음은 측정을 방해한다. 상기 잡음은 관계된 신호와 동일한 수준일 수도 있다. 결과로써 신호는 종종 잡음에서 놓친다(lost). 가능하다면, 보다 민감하고 선택적인 MMW 라디오미터 장치가 사용되어야만 한다. 그러한 장치는 그러나 매우 비싸며 일반 운송 수단에 사용하는 데는 실용적이지 못하다. 보다 나은 접근은 보다 강한 신호가 공정을 위해 주어지는 것이며, 그로 인해 잡음 대 신호 비를 증가시키는 것이다. 따라서, 열가소성 페인트 표시부보다 더 강하게 입사 MMW 라디오메트릭 에너지를 반사하는 표시부가 개시된 도로 표시 시스템에서 명백한 장점이 있다. 상기 목적을 위해서, 본 발명은 인접한 도로에 더 강한 반사와 더 큰 MMW 라디오메트릭 대조를 제공하는 개선된 MMW 라디오메트릭 페인트를 포함한다.
인간의 눈은 종이 표면에서 발견된 흑백 예술품에서 빛과 어둠 사이의 다른 등급을 구별할 수 있다. 회색의 많은 다른 색조 또는 등급 사이의 대조는 육안으로 식별 가능하다. 유사한 특성이, MMW 라디오메트릭 에너지에 노출되는 동안 MMW 라디오미터에 의해 관측될 때, 상기 물질에 관해서 및 상기 물질에 의해 방출되고 반사된 MMW 라디오메트릭 에너지의 상대적인 강도에 관해서 발견된다. 어떤 물질은 다른 물질보다 더 큰 강도의 입사 MMW 라디오메트릭 에너지를 반사한다. 다른 물질과 비교해서, 어떤 물질의 반사율의 이러한 등급 또는 차이는 여기에서 MMW 라디오메트릭 대조로 언급된다.
페인트는 종종 안료와, 표면에 얇게 칠할 때 접착 코팅을 형성하는 적절한 액체의 혼합물로 한정된다. 상기 액체는 점성이 있을 수 있으며, 안료를 함유하고 액체를 통해 안료가 확산되는 점결제 혹은 매트릭스로써 기능한다. 비록 액체 자체가 어떤 색을 반사할 수 있을지라도, 안료에 의해 반사된 색이 우위를 차지한다. 마찬가지로, 비록 페인트가 스스로 MMW 라디오메트릭 에너지를 반사할지라도, 개선된 MMW 라디오메트릭 페인트는, MMW 라디오메트릭 반사 특성이 운반 액체 자체만의 반사 특성보다 상당히 더 좋은 재료의 미립자 성분을 포함한다. 개선된 MMW 라디오메트릭 페인트는, 도로가 콘크리트건 아스팔트건 다른 어떤 것이든, 표시부와 인접한 도로 표면 사이의 MMW 라디오메트릭 대조를 증진시킨다.
본 발명에 따른 개선된 MMW 라디오메트릭 페인트의 제 1 예는 다음과 같다. 비닐, 유리 알갱이, 및 강구와 같은 열가소성 물질의 펠렛(pellet) 또는 알갱이의 혼합이 각각 50%, 25%, 및 25%의 체적비로 준비된다. 상기 성분들은 동질의 혼합물을 제공하기 위해 함께 완전히 혼합된다. 유리 알갱이는 지름이 10밀(0.0254mm)인 중공형 구체이다. 강구는 치수 번호가 20 내지 30이다. 그리고 나서 혼합물은 스턴댈 인더스트리(Sterndall Industries)에 의해 상용화된 하이웨이 스트리퍼(highway striper)와 같은 종래의 도로 줄무늬 생성 장치의 혼합 포트(mixing pot)에 놓여지고, 상기 포트는 가열되어서 일반적으로 열가소성 물질을 용해시키는데 사용되는 필요한 온도로 온도가 상승된다. 상기 용해 온도는, 언급된 바와 같이, 유리 알갱이 또는 강구를 연하게 하거나 용해하는데 필요한 온도보다 훨씬 낮다. 열가소성 물질은 용해하는 반면에, 유리 알갱이와 강구는 용해되지 않는다. MMW 라디오메트릭 페인트는 이제 아스팔트 또는 콘크리트로 적절하게 형성된 도로의 표면에 적용할 준비가 된다.
그렇게 용해되어서, 부가 장비는 표시부가 적용되는 도로를 따른 위치로 이동된다. 그리고 나서 장비를 이동시키는 동안 조작자는 상기 액체를 방출하고, 뜨거운 액체 재료가 장비 조작자의 통제하에 통상적으로 미리 선택된 길이와 폭을 가진 넓은 줄무늬로 분배된다. 캘리포니아에서는, 세로선은 두께가 통상적으로 80밀(mil)(2.032mm)이며 횡단선은 두께가 125밀(3.175mm)이다.
적절하게는, 적용 장비의 분배 및 이동은 이를테면 MMW 라디오메트릭 페인트를 1/8 인치(3.175mm) 두께층으로 쌓는다. 종래의 기술에서는, 표시부의 광 반사 특성을 보강시키기 위해, 미세한 4 내지 20밀(0.1016 내지 0.508mm) 지름의 유리 알갱이의 7밀(0.1778mm) 두께층으로 표시부의 정적이고 부드러운 상부 표면에 바람직하게 살포된다. 도로에 그렇게 페인팅 되어서, 열가소성 재료는 경화되어서, 얇은 열가소성 점결제에 넣어진 유리 알갱이 및 강구로 영구적인 내마모성 표시부를 형성한다.
위의 적용 공정에서, 줄무늬 형성 장치의 조작자는 통상의 도로 표시부에 사용되는 것과 동일한 공정을 수행한다. 적용 공정에서 어떠한 특별한 변화도 강구의 함유로 인해 요구되지 않는다.
도로에 적용될 때, 본 발명에 따른 MMW 라디오메트릭 페인트는 도 5에서 부분단면도로 도시된다. 페인트(13)는 아스팔트 또는 콘크리트 도로(5)의 상부 표면에 접착되며 두께가 80밀(2.032mm)과 1/8인치(3.175mm) 사이이다. 유리 구체(15)와 강구 입자(17)는 열가소성 매트릭스(19)에 전반적으로 분산되어 있다. 페인트의 상부 표면은, 열가소성 도로 표시부의 종래 입자와 마찬가지로, 미세한 유리 알갱이(21)의 대략 7밀(0.1778mm)의 두께를 가진 얇은 층을 포함한다. 상기는 도로 상의 적소에 표시부(7')를 형성한다.
도 6은, 94 GHz의 MMW 라디오미터를 사용하여 대기 온도 17℃에서 33°의 나디아의 관찰각으로부터, 흐린 날에 얻어진 라디오메트릭 온도의 막대 차트를 제공한다. 도시된 바와 같이, 개선된 페인트로부터 얻어진 라디오미터 온도의 변화는, 주변 콘크리트 도로와 비교해서, 주로 열가소성 물질로 형성된 표시부로부터 얻어진 온도 변화보다 본질적으로 더 크며, 열가소성 물질로 형성된 표시부의 온도 변화는 밑에 있는 콘크리트의 온도 변화보다 상당히 더 크다. 도면은 또한 도로 표면이 젖은 때의 경우를 도시한다. 측정된 온도는 이전보다 상당히 더 낮다. 그러나, 코팅되지 않은 콘크리트와 개선된 표시부 사이의 증가하는 차이는 여전히 상당하다.
다른 실시예에서, 앞서 기술된 실시예의 강구의 대안으로, 유전 상수가 대략 2 내지 3인 점결제와 비교해서 10 이상의 높은 유전 상수를 갖는 물질인 산화 티타늄(Titanium Oxide)으로 대체한다. 이 물질은 금속과 마찬가지로 편구형 형상물, 펠렛, 실린더 등으로 형성될 수 있으며, 금속을 대체할 수 있다. 높은 유전체 물질은 더 높은 MMW 라디오메트릭 반사율을 갖는다.
본 발명에 따른 개선된 MMW 라디오메트릭 페인트의 특성을 폭넓게 기술하면, MMW 라디오메트릭 반사 특성은 고정된 관찰 각도와 편광 및 그 날의 측정 시각에 의해 주어져야 한다. MMW 라디오메트릭 페인트는, 코팅이나 층으로서 마르고 평평한 표면에 적용되어, 페인트가 94 GHz로 변조되고 단지 수평적으로 편광된 에너지만을 감지하는 MMW 라디오미터에 의해 관측될 때, 코팅되지 않은 콘크리트 도로보다 낮은 24℃ 이상의 라디오메트릭 온도를 나타내며, MMW 라디오미터의 입력 안테나는, 상기 측정이 맑은 날 정오에 측정되어, 수직으로부터 20°, 즉 20°의 관찰 각도로 방향지어진다.
하늘에 노출되어 있으며, 30 내지 300 GHz의 범위의 마이크로파/밀리미터파 에너지를 반사하는 내부 입자들로 개선된, 페인팅된 도로 표시부는, MMW 라디오메트릭 검출기에 의해 관측될 때, 특히 대략 70°의 가파른 각도로 MMW 라디오메트릭 장치에 의해 관측될 때, 도로를 형성하는 인접한 아스팔트나 포장 재료보다 온도가 더 차가워 보인다. 온도의 이러한 차이는 표시부의 존재에 대한 증거가 된다.
페인트는 다양한 물질에 의해 방출되는 것과 그들이 반사하는 것 사이의 균형에 의해 더 차가워 보인다. 거의 수직인 가파른 관측 각도에서, 개선된 페인트는, 도로를 형성하는 아스팔트 및/또는 콘크리트와 비교해서, 방출하는 것보다 더 많이 반사한다.
표시부의 신뢰성, 즉 본질적으로 열가소성 물질의 물리적 특성에 악영향을 주는 가능성을 최소화하기 위해, 열가소성 물질에 첨가되는 MMW 라디오메트릭 미립자의 양은 이상적으로 바람직한 결과를 달성하는데 필요한 최소량으로 유지되어야 한다. 그렇게 하는 것은 또한 혼합물의 비용을 최소 비용으로 유지하여 비용 효율을 높인다.
실험에 기초하여, 최적의 후방 산란(back-scattering) 단면은 대략 0.1의 체적분율에서, 다시 말해서, MMW 라디오메트릭 미립자가 혼합물 체적의 10%일 때, 검출 능력의 최대 플래토(plateau)를 달성한다. 상기 최적의 단면은 나디아(Nadia)로부터 10°에서 80° 사이의, MMW 라디오메트릭 검출기의 어떤 입사각에도 적용된다. 다른 한편에서는, 만약 MMW 라디오메트릭 입자의 백분율이 10% 이상, 가령 예를 들면 20%로 증가한다면, MMW 라디오미터에 의해 검출된 반사된 MMW 라디오메트릭 에너지의 강도는 이전보다 전혀 크지 않다. 입자들의 증가된 밀도에 의해서, 한 입자에 의해 반사된 에너지는 매트릭스로부터 검출기로 방사하는 대신에, 고체 매트릭스 내의 위에 놓인 입자에 부딪치게 된다.
우리가 조사한 바에 의하면, 1/8인치(3.2mm)의 층두께가 최소한의 층두께로 거의 최적의 후방 산란을 제공한다는 것을 알아냈다.
상술한 최적의 체적분율은 0.125인치(3.2mm) 두께의 표시부를 위한 것이다. 더 얇은 표시부를 위해서, MMW 라디오메트릭 미립자의 높은 상대체적으로 최적화가 이루어진다. 최적의 체적률은 본 발명의 적용을 위한 매개 변수를 더 연구하여 결정되어야 한다.
표시부는 도로 표면 상부에 얇은 막이나 층을 형성한다. 비록 도로 표면 상부로 약간 상승되어 있어도, 상기 층의 높이는 자동차 및 운송 수단의 바퀴 크기와 비교해서 별로 의미가 없다. 상기는 전형적인 바퀴 지름에 대해 100대 1의 계수비를 갖는다. 상기 비교에 의하면 상기 층의 두께는 중요하지 않다. 즉, 상기 층은 자동차 바퀴가 표시부를 지나갈 때 쿵쿵거림 또는 인지할 수 있는 충격을 일으키지 않는다. 따라서, 실제적으로 표시부는 도로 표면과 동일 평면으로 간주되며, 그 의미는 여기서 동일 평면(flush) 이라는 용어로 주어진다.
혼합물에 첨가된 미립자 물질은 열가소성 물질과 단기적으로는 중대하게 화학적으로 반응하려는 경향이 없으며 반응하지 않는다. 상기 열가소성 물질은 상대적으로 상기 재료에 대해서 화학적으로 불활성이다. 입자는 고체 매트릭스 내에 포획된 경화 플라스틱에 현탁(suspension)되어 있다.
개선된 MMW 라디오메트릭 페인트로, 본 명세서에서 앞서 기술된 새로운 방법을 사용하는 개선된 도로 표시 시스템은 보다 실용적이 된다. 따라서 도 7에 그림으로 도시된 바와 같이, 한 세트의 MMW 라디오미터 센서(31 및 33)는 화물 트럭(30)의 좌우 측면에 장착된다. 각각의 MMW 라디오미터 센서는, 각각의 시야가 네 개의 늘어난 타원으로 각각 도시된 한 세트의 네 개의 개별 MMW 라디오미터를 포함한다. 상기 타원형 시야는 본질적으로 운송 수단의 측면에 수직한 선을 따라 나란히 옆으로 배열된다. 운전자에 의해 관측되는 트럭의 우측면에 있는 MMW 라디오미터 센서(31)는 차선의 일측부에 있는 단일의 도로 표시부(35)와 트럭 사이의 상대적인 위치를 감시한다. 트럭의 좌측면에 있는 MMW 라디오미터 센서(33)는 트럭의 좌측면에 있는 한 세트의 2개의 도로 표시부(37)를 감시한다.
도 8의 블록도에 도시된 것처럼, 네 개의 라디오미터 형성 센서(31)와 다른 네 개의 라디오미터 형성 센서(33)는 렌즈(38 및 39)의 각각 하나와 같은, 각각의 공유하는 초점 형성 요소를 통해 지면을 향해 있다. 각각의 MMW 라디오미터 시스템은 도로상에서 마주치는 표시부로부터 방출되고 반사되는 MMW 라디오메트릭 에너지를 검출한다. 각각의 라디오미터의 출력 신호는 종래의 전자 장치에 의해 수신되고 처리된다. 각각의 MMW 라디오미터로부터의 출력 신호는 8대 1 다중 통신 장치(34)를 경유해서 상기 다중 통신 장치로부터 신호 디지타이저(digitizer)(35)로 전송된다. 디지털화된 신호는 프로그램된 처리 장치(36)에 순차적으로 저장된다. 처리 장치는 라디오미터에 의해 검출된 표시부의 위치를 감시하도록, 및 트럭이 차선의 중심에 있는지 혹은 좌측 또는 우측으로 벗어났는지를 결정하도록 프로그램 되어 있다. 트럭이 차선의 한 측부로 벗어났다면, 처리 장치는 디스플레이(37)를 통해서 운전자에게 전달되는 적절한 경고를 발한다.
다르게는, 운송 수단 조향의 자동 제어를 위한 추가의 장치를 포함하는 상기 시스템에서, 처리 장치로부터의 출력 신호는 운송 수단 조향을 교정하기 위한 상기 장치에 입력될 수 있다. 위의 전자 시스템은 종래의 레이더형 및 광전기형 제어 시스템에서 이미 제시된 형태이며 상세히 설명할 필요가 없다. 단지 센서로서의 전단부(front end) MMW 라디오미터 장치와 상기 MMW 라디오미터를 사용하기 위한 방법만이 신규하다.
도 7에서 보여주는 것과 유사한 요소들이 동일한 참조 번호로 명명된, 도 9에 그림으로 도시된 바와 같이, 도로 표시 시스템은 또한, 트럭에 수직으로 방향지어진 차선을 가로질러 연장된, 41 및 43으로 도시된 것과 같은 MMW 라디오메트릭 표시부 세트들을 병합할 수 있다. 상기 표시부의 간격과 폭은 규정된 도로에 따라서 및 상기 도로의 운반 정보에 따라서 다양하다. 상기 표시부는, 정지 신호 앞의 도로를 가로지르는 백색선이나 주행선과 같이, 임의의 가시적인 명령을 제공하거나 임의의 경계를 암시하려는 의도가 없기 때문에 보이지 않게 될 수 있다. 측면 MMW 라디오메트릭 표시부의 각각의 세트는 함께, 식료품점의 상자에서 발견되는 UPC(universal price code) 코드 및 우편 봉투에 사용되는 우편 바코드와 상당히 유사한 바코드를 제공한다. 바코드 분야의 당업자가 아는 바와 같이, 상기 차선은 폭에 따라 변경될 수 있고, 차선 사이의 간격은 해독 장치에 의해서 사용되는 동기 신호를 제공하는 차선 중 첫 번째 차선에 따라 변경될 수 있다.
트럭(30)이 정보 표시부를 가로질러 이동할 때, 일련의 신호가 모든 MMW 라디오미터에 의해 거의 동시에 검출되어 바코드를 나타낸다. MMW 라디오미터에 연결되어 트럭에 수반된 전자 변환 장치는 신호를 수신하고 해독해서 운전자에게 보여지는 디스플레이에 변환된 정보를 제공한다.
도 9의 상기 전자 장치는 또한, 참조 번호가 다시 붙여진 도 8의 블록도에서 표현된다. MMW 라디오미터(31 및 33) 출력은 프로그램된 처리 장치에 의해서 다중 통신되고, 계수화 되며, 처리된다. 처리 장치(36)는, 줄무늬(41 및 43)에 의해 표현된 코드화된 정보를 변환하고 디스플레이(37)에 나타나는 변환된 메시지를 생성하는 바코드 변환기를 포함한다. 상기 바코드 부호화 및 바코드 변환 장치는 UPC 바코드 및 우편 코드와 같은 다른 시스템에 잘 알려져 있고 발견된다. 변환기는 수신된 임펄스(impulse)를 저장된 변환 사전을 사용하여 표현된 영문 메시지로 변환시킨다. 따라서 검출된 바코드는 운송 수단 운전자에게 전방에 커브(curve ahead)와 같은 관계된 주의 정보로 변환될 수 있으며, 상기 변환된 정보는 메시지 디스플레이(37)에 나타내진다.
바코드 형태는 따라서 운송 수단의 운전자에게 중요한 정보, 예를 들면 '위험, 전방 다리는 동절기에 빙결됨', '전방에 철로 교차', '전방에 커브, 트럭은 35mph(시속 56.35km)로 감속', '휴게소 진입로' 등을 제공하기 위해 도로상에 페인트될 수 있다. 가능성은 매우 많다.
MMW 라디오미터는 레이더 장치 이상의 장점을 제공한다. MMW 라디오미터는 전송기를 필요로 하지 않으며, 그로 인해 부설하고 조정하고 유지하기 위해 더 적은 요소를 포함한다. 레이더와는 달리, MMW 라디오미터는 관측 하에 있는 영역, 혹은 상기 영역 내에 있는 임의의 사람을 비추지 않는다. 단지 자연적으로 발생하는 방사만이 사용된다. 따라서 방사원과 사람에 대한 방사선의 조사(irradiation)에 대한 대중의 건강 문제 및 불확실성이 회피된다. MMW 라디오메트릭 검출기는 주간에, 야간에, 흐린 날씨나 안개낀 날씨에, 및 빗물에 젖은 도로에서 작용한다.
MMW 라디오미터의 개선은 비용이 비싸지 않다. 기존의 도로 표시의 추가 장치는 개선된 페인트를 적용하는데 사용될 수 있다. 어떤 변형도 상기 장비를 위해 요구되지 않는다. 강구와 같은 첨가된 성분은 이미 사용 가능하며 비싸지 않다. 비록 새로운 페인트가 여기에 개시된 새로운 도로 표시 검출 시스템에 특별한 장점이 있더라도, 당업자가 인지하는 것처럼, MMW 주파수에서의 개선된 가시성(visibility) 때문에, 새로운 페인트는 또한, 본 발명의 종래 기술에서 언급된 간행물 Quest에서 설명되고 카루소(Caruso)에 의해 언급된 특허에서 설명된, 비행장 활주로의 전망을 제공하기 위한 영상 측정 시스템과 같은, 영상 주사 라디오메트릭 시스템에 유사한 장점이 있다.
본 발명의 바람직한 실시예의 상술한 설명은 당업자가 본 발명을 만들고 사용하기에 충분히 자세하다고 생각된다. 그러나, 상술한 목적을 위해 제시된 요소의 세부 사항은 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범위 내에 있는 모든 상기 요소와 다른 변형에 동일하다는 것이 본 명세서를 읽는 당업자에게는 명확할 것이다. 따라서 본 발명은 첨부된 청구항의 모든 범위 내에서 폭넓게 해석된다.

Claims (12)

  1. 도로 표면상의 도로 표시부 및 상기 도로 표시부의 MMW(microwave/milimeter wave) 라디오메트릭 검출을 제공하기 위해 운송 수단에 의해 운반되는 MMW 라디오메트릭 검출기를 포함하는 도로 표시 시스템에서, 상기 MMW 라디오메트릭 검출기는 상기 운송 수단에 근접한 도로 표면의 작은 영역으로부터 MMW 라디오메트릭 에너지를 감지하기 위한 수단을 포함하며, 상기 도로 표면은 제 1 MMW 라디오메트릭 온도 특성을 가지고 상기 도로 표시부는 상기 제 1 MMW 라디오메트릭 온도 특성과 구별되는 제 2 MMW 라디오메트릭 온도 특성을 가지며, 상기 제 2 MMW 라디오메트릭 온도 특성보다 낮은 제 3 MMW 라디오메트릭 온도 특성에 상기 도로 표시부의 MMW 라디오메트릭 에너지 반사 특성을 증가시키기 위한 개량물을 포함하는, 도로 표시 시스템의 상기 도로 표시부에 있어서, 열가소성 물질과 고체 미립자 물질의 고체 혼합물을 포함하는데, 상기 고체 미립자 물질은 상기 열가소성 물질 내에 균일하게 분포되고, 상기 열가소성 물질은 상기 제 2 MMW 라디오메트릭 온도 특성을 가0지며, 그리고 상기 고체 미립자 물질은 상기 제 3 MMW 라디오메트릭 온도 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 도로 표시부.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고체 미립자 물질의 입자는 기하학적으로 편구형(spheroid)인 것을 특징으로 하는 도로 표시부.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 편구형 입자는 강구(iron shot)를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 표시부.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 고체 미립자 물질은 상기 열가소성 물질의 유전체 상수와 구별되는 고 유전체 상수를 갖는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 표시부.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 고체 미립자 물질은 산화 티타늄(Titanium Oxide)을 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 표시부.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 고체 미립자 물질은 상기 열가소성 재료의 체적의 10% 정도의 체적을 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 표시부.
  7. MMW 라디오메트릭 페인트에 있어서, 금속 물질과 열가소성 물질을 반사하는 MMW 라디오메트릭 에너지의 입자의 고체 조성물을 포함하는데, 상기 입자들은 상기 열가소성 물질과 점결제의 역할을 하는 상기 열가소성 물질에 전반적으로 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 MMW 라디오메트릭 페인트.
  8. 도로 상에 도로 표시 줄무늬가 근처에 존재하는 상기 도로가 대기로 노출된 지리학적 영역에서 상기 도로 위에서 운송 수단을 작동시키는 운송 수단 운전자에게 통신하기 위한 시스템에 있어서, MMW 라디오메트릭 에너지를 검출하기 위해 상기 운송 수단에 의해 운반되는 MMW 라디오미터 수단으로, 상기 MMW 라디오미터 수단은 상기 도로를 향해 가파른 각도로 전방으로 및 하방으로 향해진 안테나 수단을 포함하는, MMW 라디오미터 수단과, MMW 라디오메트릭 에너지 반사 물질을 포함하는 도로 표시부로써, 상기 도로 표시부는 상기 도로에 접착되는 줄무늬를 형성하고 본질적으로 상기 도로와 동일 평면이며, 상기 도로 표시부는 상기 도로의 MMW 라디오메트릭 온도 특성과 구별되는 상기 MMW 라디오메트릭 온도 특성을 가지며 또한 상기 도로의 상기 MMW 라디오메트릭 온도 특성과 대조되는 검출 가능한 MMW 라디오메트릭 온도 특성을 제공하는, 도로 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  9. 도로 표시 시스템에 있어서, 도로 표면상에 도로 표시부, 및 상기 도로 표시부의 MMW 라디오메트릭 검출을 제공하기 위해 운송 수단에 의해 운반되는 MMW 라디오메트릭 검출기를 포함하는데, 상기 MMW 라디오메트릭 검출기는 상기 운송 수단 아래의 도로 표면의 작은 영역으로부터 MMW 라디오메트릭 에너지 방출 및 반사를 감지하기 위한 수단을 포함하며, 상기 도로는 제 1 MMW 라디오메트릭 온도 특성을 가지고, 그리고 상기 도로 표시부는 상기 제 1 MMW 라디오메트릭 온도 특성과 구별되는 제 2 MMW 라디오메트릭 온도 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 도로 표시 시스템.
  10. 하늘로 노출되는 도로상에 있는 도로 표시부를 검출하는 방법에 있어서, 도로 표면에 이미 결정된 45°이상 90°미만의 각도로 방향지어진 MMW 라디오메트릭 검출기의 수신 안테나로 상기 도로 상부에 미리 결정된 위치로 상기 MMW 라디오메트릭 검출기를 위치시키는 단계와, 상기 도로상의 임의의 도로 표시부를 가로지르는 상기 도로 상부측 일정 높이에서 및 일정 높이를 따라 상기 MMW 라디오메트릭 검출기를 이동시키는 단계와, 출력에서의 변화를 위해 상기 검출기의 출력을 감시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 표시부를 검출하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 미리 결정된 각도는 70°이고 상기 MMW 라디오메트릭 검출기는 검출된 전자기 에너지를 대략 94 GHz의 주파수를 가지는 상기 전자기 에너지로 제한하기 위한 동조 수단을 포함하는 것을 특정으로 하는 도로 표시부를 검출하는 방법.
  12. 표면에 응용하기 위한 MMW 라디오메트릭 페인트로써, 점결제 내에 미립자 고체 물질을 포함하고, 상기 점결제는 상기 미립자 고체 물질을 현탁(suspension) 상태로 유지하고 표면에 부착시키며, 상기 미립자 고체 물질은 상기 점결제와 상기 표면의 MMW 라디오메트릭 온도보다 낮은 상기 MMW 라디오메트릭 온도를 가지는, 상기 MMW 라디오메트릭 페인트에 있어서, 여기서 상기 페인트는 94 GHz로 동조된 MMW 라디오미터를 가지는 상기 표면상에서 관측될 때, 상기 표면의 상기 MMW 라디오메트릭 온도보다 낮은 24℃ 이상인 맑은 날 정오의 MMW 라디오메트릭 온도를 나타내고, 상기 표면의 수직선으로부터 20°로 방향지어진 상기 MMW 라디오미터의 입력 안테나로 상기 페인트에 의해 방출되고 반사된 수직적으로 편광된 에너지를 감지하는 것을 특징으로 하는 MMW 라디오메트릭 페인트.
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