采用基于传感器的照明器探测能见度降低的区域及其移动方向的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及采用户外照明网络(0LN)探测和提供与能见度降低的区域有关联的信息，并且特别是与雾状况有关联的信息。更具体地，此处公开的各种发明方法和装置涉及在这种0LN中的照明器(luminaire)上部署雾传感器，从而以容错方式独立地处理和整合所感测的数据。通过与相邻照明器和/或与集中式服务器通信，雾定位和移动方向被识别。另外，本发明提供一种宣传(disseminate)雾探测以由此警告可能正在接近雾覆盖区域的驾驶员的工具。
【背景技术】
[0002]如本领域所周知，户外灯杆(lightning pole)是放置监控摄像机以监视街道、停车场、公园以及其它户外区域的自然选择。0LN因而不仅被用于控制和管理户外照明设备(lighting unit)，而且被用于将数据从安装在灯杆上的摄像机发射到监视中心。另夕卜，所采用的照明设备也可能包含直接或者通过其它照明设备与集中式服务器连接的灯具(lamp)、视频/图像传感器、数据存储器以及通信和控制模块。这种0LN系统描述于2011年9月22日在美国专利商标局提交并且被给予序列号61/537945的名称为“IMAGING SERVICEUSING OUTDOOR LIGHTING NETWORKS”的共同待审专利申请，其内容通过引用结合于此。
[0003]传统户外照明网络100的示例示于图1。如此处所图示，光点(light point)或照明器108.1-108.3与天线塔106通信，该天线塔通过IP网络104与集中式服务器102通信。应指出，各种其它通信工具被本发明考虑在内。这些包含光点的电力线通信或射频(RF)网状网络。另外，连接到集中式服务器102的网络可以是有线、无线和/或蜂窝网络。再另外，如果通过蜂窝网络可到达一个或多个光点，集中式服务器102也可以直接与所述一个或多个光点通信。再另外，本发明考虑到，0LN的光点可以彼此直接通信，而不需要图1中描绘的塔结构106或集中式服务器102。这种通信可以通过本领域中周知的各种工具来进行，从而包含无线通信、有线通信(例如，经由电力线)和可见光通信。
【发明内容】
[0004]本发明涉及智慧型支持传感器功能的(sensor-enabled)照明器的领域，该照明器能够感测物理世界，执行与雾探测有关的所感测的数据的各式各样计算和操控，并且将信息发射到处理器、控制器和移动器件。这些将包含附近车辆、自主(autonomous)器件(例如，自动驾驶汽车和无人驾驶飞行器)，或互联网连接的移动器件(例如，智能手机和平板电脑)，以及具有基于互联网的用户界面应用程序的集中式数据仓库。特别地，本发明涉及:
1.测试和验证从雾传感器获得的输入值，以为更可靠输入创造条件
2.识别雾定位以及移动方向(如果它存在)
3.将由于雾引起的不安全状况警告驾驶员和/或其它自主器件。
[0005]与龙卷风或雷暴不同，雾是一种有点被动的天气现象。尽管如此，已知它出其不意地赶上驾车人。当湿空气在地面或水上方略微积累时，雾倾向于在清澈凉爽夜晚形成。这种空气在夜晚期间混合以形成凝结(condensat1n)，该凝结在太阳升起时消散。雾的极端变异性，特别是就其密度和地点而言，使得驾车人难以迅速地察觉和反应。由于光被雾的水滴折射和偏转，这种事件根本不限于清晨，并且实际上可以对白天和夜晚驾驶状况二者都有影响。
[0006]雾用以英里为单位的能见度测量，并且当能见度为1/4英里或更低时被认为是严重的。在美国，最有雾的地点位于华盛顿州失望角(Cape Disappointment, Washington)，每年有106天严重雾天。在东海岸，最有雾的地点为缅因州东港(Eastport，Maine)市，它以65天得到该位置。在内陆地区，最有雾的地点为西弗吉尼亚州埃尔金斯(Elkins, WestVirginia)，为81天。通过比较的方式，再往南在佛罗里达州坦帕湾(Tampa Bay, Florida)，平均为22天。在犹他州北方，过冷(super-cooled)雾(〈32F)可以在山谷持续几星期[http://ops.fhwa.dot.gov/weather/best_practices/CaseStudies/025.pdf]。
[0007]能见度经常巨大变化以及交通减速是导致伴有受伤并且甚至死亡的许多例多车连环相撞的原因。然而，由于在给定时间点的密度、地点、消散速率和覆盖区域的变异性，雾预测是不容易的。最可能被牵涉到与雾有关的撞车的驾驶员为相邻郡的-年纪大于20但小于30-在早上上班时间期间驾驶并且在郊外地点在地方道路和郡道上出行(travel)的居民。奇怪的是，大部分与雾有关的撞车发生在车辆正在一直往前出行时。
[0008]来自美国国家运输安全委员会(Nat1nalTransportat1n Safety Board, NTSB)的关于重大雾事故的调查的综合结论为，它们由于驾驶员在能见度受限制时间期间没有保持均匀的降低的速度而发生。不幸地，保持均匀的降低的速度并不保证撞车将被避免。
[0009]当雾确实形成时，对于有效的交通控制以及启动安全措施而言，关于存在和密度的精确实时信息是必要的。目前，美国国家海洋和大气管理局(Nat1nal Oceanic andAtmospheric Administrat1n, Ν0ΑΑ)气象有线服务(WEATHER WIRE SERVICE)收集所有种类的气象数据并且提供公告。不幸的是，这仍不足以减少事故的数目。通常，固定的讯息标志被用于识别有雾倾向的区域。然而，由于它们代表一年的仅仅一部分时间的当时(prevailing)状况，驾驶员可能甚至忽视它们。因此，因为出行的公众认为这些讯息标志是不相干的，它们趋向于是不起作用的。总而言之，雾探测的主要形式仍旧是州警察的个人观察。
[0010]许多州已经正式地部署了探测和报警系统，以及集成能见度/气象和驾车人报警系统。投资范围从约2-4百万美元起(见例如http://www.cutr.usf.edu/research/fog.pdf 以及 http://www.gtr1.gatech.edu/casestudy/happy-motoring-safer-1nterstate-highway)，并且全面方案(利用能见度传感器、速度探测器、电子标牌和摄像机来探测拥堵)可能高达一千两百万美元范围(http://gs.flir.com/uploads/file/case-studies/case-study_caltrans-fog.pdf)。然而，这些系统的益处未被清楚地用文件证明(documented)，并且大部分州简单诉诸于驾驶员宣传运动作为降低这些类型的撞车的最成本有效的措施。
[0011]这么高投资数额的最高贡献因素显示为电子标志以及将它们连接的所需的基础设施(经常在两百万美元以上的范围)。另一方面，雾传感器件容易地以更平易近人得多的价格去获得。比如，前向散射能见度传感器价格范围在每单位(unit) 5千美元至8千美元。
[0012]前向散射技术测量消光系数一光在大气中的吸收和散射属性之和。它是通过下述完成这一点:从发光二极管(LED)发射窄光束，该窄光束随后散射光的粒子到接收器。此接收器具有红外探测器，该红外探测器产生与由探测器接收的光的数量相等的电能。发射器和接收器成一角度地相互瞄准。如果空气清澈，所发射的红外束将避开接收器并且光将不被探测到。如果空气变得混浊或者如果存在降水(precipitat1n)，该束将被散射。接收器将探测到一些与霾(haze)或降水的量成比例的所散射的红外光。接收器的输入经过红外过滤器以降低其它光的影响。传感器还结合若干技术，该技术减少所需的维护并且保证传感器在维护巡检之间保持可靠(例如见ht