警报和报警系统与方法 【技术领域】
本发明属于基于移动物体的位置而提供警报的领域，尤其包括车辆接近预定位置时的提前报警。
背景技术
当两条道路交叉，能够对即将接近道路交叉口区域的物体(例如车辆或行人)提供报警是重要的。当两辆车辆或者车辆和人接近同一车道十字路口时，尤其要给车辆驾驶员和行人关于潜在的危险情况的足够的警告。许多报警设备用于告知人们注意即将到来的车辆。在铁路交叉处，车辆司机和行人经常被视觉信号(例如闪烁的灯或交通信号)、音频信号、交叉门(crossing gate)等等提醒注意。在车辆接近十字路口的紧急时刻，公众典型地被彩色的闪烁灯和/或安装在紧急车辆上的警笛告知它们的到来。在水运工具的情况下，接近的航行障碍物包括已知障碍物、雷达等等上的闪烁灯和音频信号。
这些报警设备典型地或者是不变的(例如浮标的情况)或者是激活的，当潜在的危险情况开始出现(例如物理上、通常是可见的)，探测到即将到来的车辆并且激活报警设备。物理探测可以被一些对天气条件、周围地形等敏感的参数不利地影响。此外，当使用物理探测时，从报警设备的激活到车辆穿过十字路口时刻之间的前置时间(lead time)，会受到即将到来的车辆速度的影响，例如存在从车道交叉路口设定的距离的情形。铁路交叉路口的定位器设备是很好的例子。火车探测器通常被设定在与道路交叉处有固定距离的地方。如果探测器离路口有1英里，当火车以每小时100英里行进时，提前报警时间是火车以每小时10英里行进时的1/10。当报警信号一直是激活的，例如救护车警笛或者浮标上的闪烁灯，提前报警被报警设备的光和声音传播多远以及行人和车辆驾驶员可以看多远所局限。
现今已知的警报系统的另一个问题是将它们安装在偏远地区是很昂贵的。虽然对太阳能电池使用的出现有助于解决此问题，然而这些系统的装置本身、安装、监视以及维护的成本仍然是将报警系统推广到存在潜在危险情形的各处的障碍。此外考虑海上交通工具的交叉，由于放置传感器以探测水运工具到来的难度和成本，除了持续性的报警设备之外很难使用其它系统。
需要一种低成本但有效可靠的系统和方法，用于在车辆道路交叉口对行人和车辆驾驶员警告车辆的到来。
【发明内容】
本发明提供了用于使用至少一个无线通信链路提供报警的系统和方法，所述无线通信链路处于即将到来的物体和发出报警的位置之间，所述报警部分地基于物体的位置以及物体和报警位置的靠近程度而发出。本发明的一个方面包括接收来自物体通信(例如来自车辆，包括警报节点处的位置信息)，将警报信息传至报警节点，以及使得报警装置产生报警。优选地，警报节点与多辆车辆和多个报警节点进行通信，并且部分地基于从车辆中的至少一辆以及报警设备的位置处接收的位置信息，确定将警报信息传至多个报警节点中的哪个。
本发明的另一个方面包括可测量的警报网络。例如与在特定警报节点的地理区域中，可以存在与多个报警节点相关联的单个警报节点，并且每个报警节点可以与该地理区域的一部分中的多个报警设备相关联。在一些实施例中，报警节点可以与相关联地报警设备共同定位，然而在其它实施例中，报警节点可以离开相关联的报警设备远程定位，或者是这二者的结合。在之外的实施例中，多个警报节点可以彼此通信或者与一个或多个主警报节点通信。
在一个实施例中，警报节点从位置信息单元处接收位置信息，确定与位置信息单元相关的车辆是否在多个警报区域当中的一个之内(部分地基于位置信息)，确定哪个报警节点与警报区域中的报警设备相关联，并且产生无线警报传输。该无线警报传输被报警节点接收，这引起警报区域中的报警设备产生报警。优选地，卫星导航系统网络被用于确定车辆的位置。
在其它实施例中，多个警报区域与报警设备和多辆车辆相关联。警报节点被配置为，从其通信区域中所有车辆处接收位置信息，并且确定是否有任何的或者全部的车辆位于任何的警报区域内。当一辆或多辆车辆位于一个或多个警报区域中，警报节点将警报信息传至车辆所在的警报区域中的报警设备。
本发明各种实施例的一个方面是向人们提供了关于即将到来的车辆经过路口的足够的提前报警。一个实施例提醒靠近路口的人们注意车辆即将到来，而不管当地的条件，例如当地的即时天气、车辆速度或者周围地形。对于即将到来的车辆的驾驶员，在路口处关于条件的提前信息也可以被提供。估计车辆位置和报警网络组件之间通信的一种以上的方法被优选地应用，以提高可靠性。
【附图说明】
图1是报警网络优选实施例的示意图。
图2是带有多个报警节点和单独警报节点的报警网络的另一个实施例的示意图。
图3是带有多个警报节点网络的报警网络的另一个实施例的示意图。
图4是本发明一个优选实施例的图示。
图5是优选的报警警报响应节点(WARN)的图示。
图6是优选的警报触发传输节点(ATTN)的图示。
图7是本发明优选的铁路交叉路口实施例的图示。
图8是本发明优选的道路十字路口实施例的图示。
图9是本发明优选的水路实施例的图示。
【具体实施方式】
图1是依照本发明的一个方面的报警网络10。该报警网络10优选地包括连接在车辆12上的车辆位置单元11。车辆位置单元11优选地具有位置确定器13和车辆发射器14。位置确定器13可以是能够提供车辆位置坐标的任何已知的系统。优选地，位置确定器是GPS接收器，其从GPS卫星15接收GPS信号16。车辆发射器14通过位置信息通信17，向警报节点20优选地发送优选包括车辆坐标的车辆位置信息。
警报节点20优选地包括警报节点处理单元21、警报节点发射器22和警报节点存储器23。警报节点处理单元21被配置为，接收存储在警报节点存储器23内的信息，并且在特定条件下产生警报信号。警报节点20接收作为输入的位置信息通信17，而警报节点处理单元21获取车辆坐标。警报节点处理单元21被配置为，确定车辆是否在警报区域25之内。
警报区域25优选地是地理上限定的、离开报警设备40一段已知距离的位置。报警设备40优选地位于靠近两条路(例如火车铁轨和公路)的十字路口的位置。报警设备40包括报警设备电子装置，还可以包括多个报警信号设备例如闪烁的灯、警笛和/或门。报警设备40与报警节点30相关联。报警节点30优选地包括报警节点无线接收器32和报警节点处理单元34。报警节点30优选地与报警设备40相关联，并且优选地与报警设备40共同定位。在优选实施例中，报警节点30和报警设备电子装置42设置在同一个电气外壳中。可替换地，报警节点30和报警设备40彼此相距遥远。在这种远程位置的实施例中，报警设备40优选地还具有被配置为与报警节点发射器36进行通信的报警设备无线接收器46。
警报节点发射器22被配置为，能够与报警节点接收器32进行通信。当警报节点处理单元21确定车辆12在警报区域25之内时，其产生警报信号26并且使得警报节点发射器22向报警节点30传达警报信号26，报警节点30与位于被车辆12占用的警报区域25内的报警设备40相关联。报警节点接收器32接收作为输入的警报信号26，并且在处理后，报警节点处理单元34向报警设备40输出报警信号38。在可替换的实施例中，处理和输出报警信号38之间可以有延时。报警设备电子装置42接收作为输入的报警信号36并且激活报警信号44。
在一个实施例中，报警系统包括连接到车辆12a上的车辆信息处理单元90。该车辆信息处理单元90优选地包括车辆信息确定器13、车辆信息处理器92、车辆存储设备94和车辆发射器14。在这个实施例中，车辆信息确定器13输出车辆信息处理器92可以读取的车辆位置信息。优选地警报区域信息和警报节点信息存储在车辆存储设备94中。车辆位置信息和存储在车辆存储设备中的信息，对于车辆信息处理器92也是可以读取的。车辆信息处理器92部分地基于车辆位置信息和警报区域信息确定车辆是否在警报区域内。当车辆信息处理器92确定车辆在警报区域内时，适当的信号或命令被传至车辆发射器14，使得车辆发射器14向警报节点20发送位置信息。在这个实施例中，警报节点20使用如上所述的位置信息17。本优选实施例的优点在于，位置信息17只有当车辆在警报区域内时才被发送，由此排除了不必要的通信。
在可替换的实施例中，车辆发射器14向警报节点20发送车辆警报信号98。在这个实施例中，车辆警报信号98优选地包括车辆位置信息、警报区域信息和其它的系统维护信息。在这个实施例中，警报节点具有如上所述的操作选项和/或简单地再次向适当的报警节点发送作为警报信号的车辆警报信号。在这个实施例中，警报节点20还可以使用车辆警报信号中的信息来监控车辆处理单元的操作。
警报区域25可以是围绕报警设备40的一连串坐标对，或者单个坐标对，这取决于应用。在火车交叉路口的实施例中，警报区域25优选地是两个坐标对，每一个都在各自方向的铁路导轨上定义一距交叉路口预定距离的位置。
优选的警报节点网络显示在图2中，并且其优选地包括与单个警报节点20相关联的多个报警节点30。为清楚起见，车辆没有示出。警报节点发射器22被配置为，向选择的报警节点30传达警报信号26。还是在这个实施例中，至少一个报警节点30a与至少两个报警设备40a和40b相关联，其中报警设备40a与警报区域25a相关联，报警设备40b与警报区域25b相关。在这个实施例中，警报信号26优选地指向特定的报警节点30，并且包括报警设备身份信息，使得接收警报信号26的报警节点知道要激活哪个相关联的报警设备。在这个实施例中，警报信号26可以是包括报警节点身份信息的广播信号，使得与报警设备40(在被占据的警报区域25中)相关联的特定报警节点能够确定其应该产生报警信号38。相似地，报警信号38可以或者被指向特定的报警设备40，或者可以在广播信号中包括报警设备身份信息。
从每辆车辆处发送的位置信息17可以包括车辆身份信息，所以警报节点20知道哪辆车辆在哪个警报区域。
优选地警报网络包括多个警报节点网络。图3示出了包括至少两个警报节点网络的优选实施例，警报节点网络20a和警报节点网络20b。车辆12没有被示出，仅仅是为了在理解网络方面简单起见，但是车辆以将被适当的警报节点接收的广播信号传达它们的位置。在这个实施例中，警报节点20a和20b中的每一个被配置为与相关联的报警节点进行通信，这些报警节点又与相关联的报警设备进行通信。在这个典型实施例中，报警信号38a、c和e被有线传达而报警信号38b和d被无线传达。优选地，警报节点20a和警报节点20b被配置为彼此进行通信。这可以通过无线通信完成或者优选地通过直接的因特网连接。优选地，警报节点20a和20b将向其它节点提供状态信息。该状态信息将优选地包括允许其它警报节点来确定其是否可操作的信息。在两个警报节点之一失效时，警报节点20a可以被配置为与警报节点20b相关的联报警节点进行通信，反之亦然，以便提供冗余和可靠性。
在可替换实施例中，警报节点20a和20b可以与主警报节点70进行通信。主警报节点70可以具有其自己的警报节点网络，并且可以被配置为，监控任意其它警报节点的状态。如果一个或多个警报节点失效，主警报节点70可以再次分配报警节点，以确保完全覆盖以及避免任何一个警报节点超负荷。
图4示出了具体实施本发明的方面的优选的接近式警报和报警系统(PAWS)110。PAWS优选地包括警报触发发射节点(ATTN)120、报警警报响应节点(WARN)130、报警设备190和警报节点150。ATTN 120优选地连接到目标车辆112上，并且优选地从卫星导航系统、最优选地从GPS卫星140接收车辆位置信息。PAWS 110优选地包括从ATTN 120到ATTN网络170的ATTN无线链路126。ATTN无线链路126和ATTN网络170通信路径可以由蜂窝电话网络、PCS网络、公共因特网、任何的虚拟专用网等等实现，或者使用卫星链路、陆地媒介或任何其它合适的媒介执行。警报节点优选地被配置为，通过AN无线链路156与ATTN网络通信。
ATTN无线链路126、ATTN网络170和AN无线链路156的通信路线被配置为，允许ATTN 120与警报节点150进行通信。警报节点150优选地被配置为，实时接收车辆位置信息、确定车辆是否在警报区域内、确定哪个WARN在警报区域内、记录配备了ATTN 120的车辆的位置、产生信息接收的时间标志(time stamp)、产生将被发送至WARNs的警报信号、向WARNs发送警报信号、记录被通报的WARNs组以及其它相关信息。
PAWS 110优选地包括从WARN 130到WARN网络180的WARN无线链路136。WARN无线链路136和网络180的通信路径可以由蜂窝电话网络、PCS网络、公共因特网、任何种类的虚拟专用网等等实现，或者可以由卫星链路、陆地媒介或任何其它合适的媒介执行。WARN无线链路136和网络180的通信路径可以被配置为，允许WARN 130与警报节点150进行通信。WARN网络180和ATTN网络170可以是同一网络或者分开的网络，这取决于应用，而在优选实施例中，优选地是同一网络。警报节点优选地被配置为，通过AN无线链路156a与WARN 180通信。
优选地PAWS 110包括管理节点160。管理节点160被配置为，从WARN无线链路136、WARN网络180、ATTN无线链路126、ATTN网络170、警报节点150和警报节点无线链路156接收来自ATTN 120、WARN 130和警报节点150的管理和费用信息。警报节点150可以被配置为，允许管理节点160读取实时报告的当前事件、检查记录的事件、监控WARN 130和ATTN 120的操作、复制任何记录的信息、允许第三方读取该信息、或者甚至提供直接向WARN 130、向ATTN 120或通过WARN 130向报警设备190发送消息的选项。
虽然图4示出了一个ATTN 120、WARN 130、报警设备190和警报节点150，但是将会理解的是，可以有多个ATTN、WARN和报警设备与单个警报节点150进行通信。此外，在PAWS网络中，可以有多个警报节点150被配置为彼此进行通信。
图5更详细地示出了优选的ATTN 120。在这个实施例中，ATTN 120包括微控制器210，被配置为无线连接到卫星导航系统网络140以便获得ATTN 120位置的卫星导航系统接收器220，以及蜂窝调制解调器240。蜂窝调制解调器240使得微控制器210能够连接到蜂窝网络242，这使得ATTN 120、警报节点150和管理节点160之间的无线通信变得容易。可替换地，ATTN 120可以包括卫星调制解调器250，用于通过同步或低轨道(LEO)卫星和地面站260在ATTN 120、警报节点150和管理节点160之间进行通信。如果出于安全和可靠性的立场而需要冗余，ATTN 120可以同时包括蜂窝调制解调器240和卫星调制解调器250。
在一个实施例中，ATTN 120还可以包括本地无线调制解调器270，允许ATTN直接与WARN 130中的可兼容本地无线调制解调器360进行通信。在操作中，GPS接收器220获得车辆的位置信息，并且将其传至微控制器210。在一些实施例中，微控制器210从本地非易失性随机存取存储器(NVRAM)读取关于WARN位置的信息，并且基于该信息计算目标WARN的设置。可替换地，微控制器210可以使用适当的调制解调器，通过卫星网络或蜂窝网络向警报节点150发送该信息。警报节点150被配置为，记录带有时间标记的位置信息、读取关于WARN位置的数据以及系统阐述将被通知有车辆即将到来的WARN的列表。
ATTN 120还优选地配备可听报警设备280(例如警笛、蜂鸣器或呼叫器)和可视报警设备290(例如警灯、闪烁的灯等等)。这些报警设备优选地被微控制器210激活。系统可以被配置为，当车辆接近交叉路口时向车辆驾驶员提供视觉和听觉报警。一个实施例中的ATTN 120还可以包括视频显示器300，如果WARN配备了视频照相机，则允许驾驶员看到即将到来的路口。在这个实施例中，微控制器还优选地包括视频处理器。
在优选实施例中，ATTN 120通过任何方便的电源，例如车辆电池来供电。
图6更详细地示出了优选的WARN 130。这个实施例中的WARN 130包括可以访问存储设备330的微处理器320，优选地是非易失性随机存取存储器(NVRAM)。WARN 130优选地包括用于与蜂窝网络进行通信的蜂窝调制解调器340。由于带有ATTN，WARN可以可替换地包括用于与卫星网络进行通信的卫星调制解调器350，和/或可以为了冗余和安全，包括这两个调制解调器。蜂窝调制解调器340被配置为，将WARN 130无线链路到蜂窝网络242。如果卫星调制解调器350被使用，其优选地通过同步或LEO卫星网络260提供通信。WARN 130还可以包括本地无线调制解调器360，将WARN 130与可兼容ATTN无线调制解调器270无线连接。另外，WARN可以包括本地探测器370(例如雷达或激光测速)和距离修正设备，以独立激活WARN 130、并且在网络失效的情况下打开路口的报警设备。WARN 130可以配备视频照相机380和视频处理器，并且能够视频记录交叉路口并向ATTN视频显示器300和/或系统的警报节点150和管理节点160发送视频图像。在这个实施例中，向WARN 130提供动力的是交流电源或优选地是太阳能电源390，或者最优选地是二者都有。
在一些实施例中，WARN 130配备有卫星导航系统接收器，并且周期性地向服务器节点发送其位置信息。基于该信息，系统更新被用于计算ATTN报警区域中WARN组的WARN位置数据库。
图7示出了本发明的铁路交叉路口。在这个例子中，载有ATTN 400的车辆是机车405。WARN 410位于铁路交叉路口420附近。ATTN 400通过卫星链路430获得对应机车的位置信息。
例如，当机车405已经进入警报区域440时，ATTN 400将该信息无线发送至警报节点(未示出)其中警报区域440通过反复采样比作报警区域入口位置的GPS位置数据来确定。接着，警报节点计算机车的速度和接下来其到达WARN 410的时间，并由此计算何时WARS将要激活报警设备，作为火车到达WARN 410之前的火车当前位置、速度以及可配置的报警期间的函数。接着，警报节点重复这个过程，直到可配置的报警期间出现，并且在那时向WARN无线发送激活命令。服务器还在数据库中记录该信息，由此种种基于管理节点的应用软件(未示出)可以显示例如历史的和实时的ATTN特定数据、WARN特定数据或者路线特定数据。可替换地，机车405处的ATTN 400可以通过本地无线链路产生本地无线信号450，向WARN 410发出机车到来的警报，或者WARN 410可以配备本地探测器460(例如雷达或可视探测器)进行操作，以探测即将到来的机车。
为使报警设备无效，通过对基于本地WARN探测器(未示出)的状态的周期性采样，直到探测器显示没有火车存在，系统可以确定火车405的末端何时已经过WARN 410，之后基于距WARN的校准的距离(即探测器停止探测火车)、交叉路口宽度的最坏情况以及火车速度，WARN 410确定何时使报警设备失效。当该时刻来临，WARN 410使报警设备失效，并且向如上所述记录信息的警报节点(未示出)发送该信息。
图8示出了本发明的实施例，其中ATTN 500位于紧急车辆510上。ATTN 500通过卫星或蜂窝链路520获得车辆500的位置信息，并且将其发送到网络分派单元。基于该信息，系统确定紧急车辆510是否在配备了WARN 550和信号控制器560的十字路口540的报警半径530之内。系统基于关于车辆510的位置和目的地信息，对WARN 550产生指令，并且通过卫星或蜂窝链路570将它们发送至WARN 550。WARN 550对信号控制器560产生指令，信号控制器又转换交通信号580，以允许紧急车辆快速而安全地通过。
在实施例之一中，基于车辆510的位置和目的地，警报节点(未示出)产生车辆的期望路线并且向WARN发送沿期望路线的适当的命令。在实施例之一中，路线可以通过地图服务(例如Mapquest、雅虎地图等等)产生。
如果车辆510偏离其期望的路线车辆，警报节点可以调整激活哪些WARN，其中其期望的路线基于由ATTN 500实时收集并且发送至警报节点的数据。相似地，基于同样的数据流，当紧急车辆已经安全通过指定的WARN，警报节点将会使WARN失效。
图9示出了本发明的实施例，其中WARN 600位于小的水运工具610上。ATTN 620位于航行障碍或航行信号设备630，例如浮标、静止的灯塔、航道标志等等之上。ATTN 620还可以位于大的水运工具640上。通过卫星或蜂窝链路650，ATTN 620和WARN 600获得它们各自运输工具的位置信息，并将该信息发送至警报节点(未示出)。如果警报节点探测到任何载有ATTN的物体在载有WARN的小水运工具610的报警半径之内，警报节点向WARN 600发送无线警报信号，WARN 600激活水运工具610上的报警设备(未示出)，并且警告船员即将到来的危险。同样的数据流还可以被用于显示小水运工具610、大水运工具640的实时位置，以及在附近的地图服务背景下对导航630救援和危险。