道路设施评估系统和方法

道路设施评估系统和方法
【专利摘要】本发明提供了道路设施评估系统，所述道路设施评估系统收集关于位于各个地理位置处的多个道路设施的信息。
【专利说明】道路设施评估系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及道路设施评估系统，该系统收集关于位于各个地理位置处的多个道路设施的信息。
【背景技术】
[0002]通常，组织机构负责监控和维护位于不同地理位置的多种道路设施。这类道路设施的一个例子为保持道路安全和交通顺畅所必需的数以百万计的道路标志和结构，这对负责安装和维护那些标志和结构的人员(例如，运输部人员)来说是一项特定的后勤挑战。必须将标志和结构正确安装在必要的位置并且必须维护那些标志和结构的库存以供日后参考。此外，必须定期检查并且在必要时维修或维护该标志和结构，例如修理或更换。
[0003]通常定期派遣现场工人检测已安装的标志。现场工人必须首先确定必须对所有已安装标志的哪个子集进行检测。接着，现场工人必须定位需要检测的大量标志，评估那些标志的状况，并且记录是否有必要进行维护。通常在有必要进行维护时，现场工人会在检测的同时进行必要的修理或更换，并且记录这种维护工作。进行这种维护时，也期望现场工人可以获得每个标志的相关信息，例如安装日期和过去的维护。相似地，为了制定召回或更换的时间表，也期望在中心办公室(例如运输部)处可以获得已安装的标志的相关信息。针对现场工人计划适当的检测路线、评价标志、评估标志的库存以及记录必要的修理工作或已进行的修理工作可能是低效的过程，其中在纸上作业和标志位置方面很有可能出错。
[0004]PCT 专利公开 W096/35196 “Automated Sign Inventory System”(自动化标志库存系统)(Bantli等人)公开了用于使道路标志和结构的维护和库存自动化的系统的实施例。在本公开中，系统从GPS卫星或从地理信息系统接收关于道路设施的位置数据。
[0005]美国国防部(UnitedStates Department of Defense)在地球轨道中部署了二十四颗或更多颗卫星的卫星群作为全球定位系统(GPS)的中心组件。GPS是熟知的并且具有许多国防和民用用途。通过部署的卫星，配有适当GPS接收器的任何用户在地球上任何地方都可将其位置确定到15至100米以及甚至3至5米或I至3米的范围内。例如，低成本GPS接收器在地球上任何地方都可将其位置确定到15至100米的范围内，而较为昂贵的GPS接收器通常可将其位置确定到小于I米的范围内。GPS接收器接收从卫星以及从信号传播的高频信号，并且可计算其位置。

【发明内容】

[0006]本发明的一个方面提供了道路设施评估系统。在该方面，道路设施评估系统包括:多个道路设施，所述多个道路设施位于各个地理位置处；用于提供与所述多个道路设施地理位置有关的信息的地理信息系统数据库；车载全球定位系统设备；摄像机；指向控制器，其中摄像机附接至指向控制器；和计算机，其中计算机接收来自地理信息系统数据库和全球定位系统设备的信息以将指向控制器导向要将摄像机指向的位置。本发明的另一个方面提供了可供选择的道路设施评估系统。在该方面，道路设施评估系统包括:多个道路设施，所述多个道路设施位于各个地理位置处；用于提供与所述多个道路设施地理位置有关的信息的地理信息系统数据库；车载全球定位系统设备；多部摄像机，所述多部摄像机位于不同位点；和计算机，其中计算机接收来自地理信息系统数据库和全球定位系统设备的信息并且从多部摄像机中选择摄像机。
[0007]在上述道路设施评估系统的一个实施例中，指向从多个道路设施中选择的道路设施的摄像机记录选择的道路设施的至少一幅图像。在另一个实施例中，系统还包括回射性测量装置。在又一个实施例中，所述多个道路设施包括道路标志或道路结构。在另一个实施例中，系统还包括用户界面以允许用户读取关于道路设施的信息和输入关于道路设施的信息。在另一个实施例中，系统收集关于道路设施的评估信息，并且其中评估信息包括库存、维护或附带标志评价信息。在又一个实施例中，系统还包括具有可控天线的射频识别(“RFID”)读出器，其中每个道路设施包括射频响应元件，并且其中计算机沿着从多个道路设施中选择的道路设施的方向操控RFID天线，以读取来自选择的道路设施的射频响应元件的信息。在另一个实施例中，系统还包括用于存储由道路设施评估系统搜集的与多个道路设施关于的所有信息的数据库。在又一个实施例中，计算机计算车辆的优化位置，以用于摄像机拍摄所选择的道路设施的图像，并且将车辆驾驶员的方向传送至该优化位置。
[0008]本发明的又一个方面提供了可供选择的道路设施评估系统。在该方面，道路设施评估系统包括:多个道路设施，所述多个道路设施位于各个地理位置处，其中每个道路设施包括射频响应元件；地理信息系统数据库，所述地理信息系统数据库用于提供与所述多个道路设施的地理位置有关的信息以及每个道路设施的单个射频响应元件信息；具有可控天线的射频识别(“RFID”)读出器；和计算机，其中计算机接收来自地理信息系统数据库和全球定位系统设备的信息并且沿着从多个道路设施中选择的道路设施的方向操控RFID天线，以读取来自选择的道路设施的射频响应元件的信息。
[0009]在上述道路设施评估系统的一个实施例中，选择的射频响应元件具有天线特性信息，并且天线特性包括在地理信息系统数据库中。在另一个实施例中，优化可控天线以根据其天线特性信息读取选择的射频响应元件。在又一个实施例中，系统还包括指向控制器和附接至第二指向控制器的摄像机；并且其中计算机将指向控制器导向要将摄像机指向的位置。在另一个实施例中，指向选择的道路设施的摄像机记录选择的道路设施的至少一幅图像。在又一个实施例中，系统还包括回射性测量装置。在另一个实施例中，多个道路设施包括道路标志或道路结构。在又一个实施例中，系统还包括用户界面，以允许用户读取信息。在另一个实施例中，系统收集关于道路设施的评估信息，并且其中评估信息包括库存、维护或附带标志评价信息。在又一个实施例中，系统还包括用于存储由道路设施评估系统搜集的与多个道路设施有关的所有信息的数据库。在另一个实施例中，计算机计算车辆的优化位置，以用于RFID天线读取选择的道路设施的射频响应元件，并且将方向传送至该优化位置。
[0010]本发明的另一个方面提供了评估道路设施的方法。在该方面，所述方法包括:提供地理信息系统数据库，以用于提供与位于各个地理位置处的多个道路设施和所述多个道路设施的地理位置有关的信息；提供摄像机以拍摄所选择的道路设施的图像；提供全球定位系统设备；根据来自地理信息系统数据库和来自全球定位系统的关于所选择的道路设施的信息，定位摄像机；以及拍摄所选择的道路设施的图像。[0011]在上述方法的一个实施例中，该方法还包括以下步骤:测量选择的道路设施的回射性。在另一个实施例中，多个道路设施包括道路标志或道路结构。在又一个实施例中，所述方法还包括以下步骤:收集关于选择的道路设施的评估信息，其中评估信息包括库存、维护或附带标志评价信息。在又一个实施例中，所述方法还包括以下步骤:还提供具有可控天线的射频识别(“RFID”)读出器，其中每个道路设施包括射频响应元件；沿着从多个道路设施中选择的道路设施的方向操控RFID天线，以读取来自选择的道路设施的射频响应元件的信息。在另一个实施例中，所述方法还包括以下步骤:计算车辆的优化位置以便于摄像机拍摄所选择的道路设施的图像；以及将车辆驾驶员的方向传送到该优化位置。
【专利附图】

【附图说明】
[0012]将结合附图进一步说明本发明，其中在全部若干视图中的类似结构都由类似数字指代，并且其中:
[0013]图1示出典型的道路场景；
[0014]图2示出现有技术回射性测量装置；
[0015]图3示出本发明的道路设施评估系统的部分的一个实施例；
[0016]图4示出本发明的道路设施评估系统的通用组件的一个实施例；
[0017]图5示出包括至少一部摄像机的本发明道路设施评估系统的一个实施例的框图；
[0018]图6示出与典型道路场景交互的图5的道路设施评估系统的一个实施例的俯视图；
[0019]图7示出与典型道路场景交互的图5的道路设施评估系统的另一个实施例的俯视图；
[0020]图8示出与典型道路场景交互的图9的道路设施评估系统的又一个实施例的俯视图；并且
[0021]图9示出包括RFID读出器的本发明道路设施评估系统的一个实施例的框图。【具体实施方式】
[0022]多年来，人们对道路安全的安全性担忧日益加剧，因为更多老龄化的驾驶员、车辆前照灯性能的改变、各式各样的车辆尺寸、道路上增加的车辆数目以及传递给驾驶员的信息量的增加使得驾驶环境发生了改变。美国运输部下属的联邦公路管理局(U.S.HighwayDepartment of Transportation, Federal Highway Administration)的——项报告指出，尽管所有行驶的约四分之一发生在夜间，但所有死亡的二分之一发生在那些时段内。报告继续声明，熟知的是黑暗会减少驾驶员可用的视觉提示，并且交通控制设备(例如交通标志)在夜间更难看到。根据美国人口调查局(U.S.Census Bureau)的一项报告，至Li2020年,5000多万驾驶员(约五分之一的驾驶员)将超过65岁。这些驾驶员中的近一半将超过75岁。由于老龄化，自然出现视力减弱、炫光敏感度增加和反应时间减慢。美国运输部下属的联邦公路管理局(U.S.Highway Department of Transportation, FederalHi ghway Admini strat ion)建议采用更易看到和读取的标志来帮助年长驾驶员保持他们的移动自由、保持独立以及降低他们被卷入交通碰撞事故中的可能性。美国运输部下属的联邦公路管理局(U.S.Highway Department of Transportation, Federal HighwayAdministration)的一项研究指出，有若干机动车辆型号不提供朝向已安装标志的足够照明。由于小卡车和SUV的销量增加，存在大量具有不同观察角度的各式各样车辆。观察角度会影响驾驶员查看和读取道路标志的能力。影响驾驶员注意力的其他因素包括道路和公路系统上的车辆数目的稳定增长，在各个驾驶员沿着道路行驶时，他或她将接收来自许多源的更多信息。
[0023]为了增加道路标志和其他道路设施对驾驶员的可见度，大多数标志采用了回射性片材，该片材朝其光源反射入射光，从而在夜间得到提高的可见度。这类回射性片材的一些例子可以 3M? Diamond Grade DG3 (DG Cubed) Reflective Sheeting Series4000(3M? 钻石级 DG3 (DG 立方)反光膜系列 4000)和 3M? Engineer Grade ReflectiveSheeting Series3270 (3M?工程级反光膜系列3270)从设在美国明尼苏达州圣保罗(St.Paul, Minnesota)的 3M 公司(3M Company)商购获得。
[0024]图1示出了典型道路场景，包括各种可包括回射性材料的道路设施。例如，这类道路设施包括标志2、防护栏6和灯杆8，所有这些都安装在道路4旁边。安装在立交桥或桥梁上的架空标志10也可包括回射性材料。然而，本发明的道路设施评估系统不限于道路标志和运输系统，而是可以用于与运输或道路无关的任何类型的道路设施。
[0025]尽管将交通标志设置在关键的位置，并且通过使用回射性片材增加了标志的夜间可见度，但仍有必要将标志保持正确设置并且使其至少具有最小回射性。作为解决这一问题的一种手段，美国运输部下属的联邦公路管理局(U.S.Highway Department ofTransportation, Federal Highway Administration)通过了联邦政府规定的标志最小回射性标准，这些标准需要国家和地方机构评估其道路上的标志并且制定更换计划。具体地讲，街道、公路、自行车道和人行横道上使用的标志和物体标记需要某些回射性测量以维护夜间可见度。因此，这些联邦政府规定的标准需要每个州或地方机构评估在其管辖权内具有回射性材料的每个道路设施。同时，将优选评估每个道路设施的其他特性以确定是否需要将其更换，例如该道路设施是否已被损坏或撞倒，从而不再可见。传统上，一直是手动搜集该信息，需要州或地方人员驾车前往每个道路设施的位置、停放他们的车辆并且下车来进行某些回射性测量，如图2所示，以及记录他们关于道路设施的观察结果。图2示出用户手持回射性测量装置12对着停止标志，以测量标志2的当前回射性。如果测量的回射性不满足联邦政府规定的标准，则需要在特定时间范围内更换标志。手持式回射性测量装置的一个例子可以Model922Handheld Sign Retroreflectometer (922型手持式标志回射测量仪)从路德维斯塔公司(RoadVista)商购获得。
[0026]本发明的道路设施评估系统提供了用于搜集关于道路设施集合(具体地讲，位于不同地理位置的多个道路设施)的信息的自动并且具有成本效益的方法。可在现场分析这类评估信息或将其存储在数据库中，以用于后处理。例如，道路设施评估系统可收集信息并且分析道路设施的存在或不存在、其当前状况(例如其是否位于正确位置或其是否正确取向)、其是否需要维护(例如其是否弯曲或损坏)和/或其是否满足某些需求(例如回射性需求)等等。这些道路设施可包括道路标志、防护栏或者位于包含本发明的道路设施评估系统的移动设备可触及的区域中的其他道路设施或物体。本发明的道路设施评估系统有效地定位选择的道路设施并且搜集关于选择的道路设施的信息，其中仅需用户手动付出最少努力，从而节约时间和费用。此外，本发明的道路设施评估系统计算并且提供用于行进至不同道路设施位置的优化路线，以评估每个道路设施的状况。在一个实施例中，本发明旨在协助运输部人员在现场布置标志、评估其位置以及必要时对其进行修理或更换的工作中进行工作规划、做记录和数据输入。该系统导致相对于标牌的安装和维护工作效率增加，从而可提高运输系统的整体安全性。然而，如上所述，该系统不限于道路标志和运输系统，并且可用于安装在道路边侧或位于配有本发明的道路设施评估系统的移动设备可触及的区域中的任何数量的道路设施，如下文更详细所述。
[0027]图3示出移动装置的一个实施例，在这种情况下移动装置为车辆24，其包括本发明的道路设施评估系统。根据其所需内容，该道路设施评估系统可包括单一可控摄像机14或指向不同方向的多部摄像机14、射频识别(“RFID”)读出器18和/或回射性测量装置
20。在一个实施例中，摄像机14、RFID读出器18和回射性测量装置20安装在车辆的外部，在这种情况下位于车顶上，然而并非一定要这样做。或者，摄像机14、RFID读出器18或回射性测量装置20中的一者或多者可定位在车辆24的内部内。摄像机14被设计成拍摄预期道路设施的记录图像，如结合图6-8更详细所述。这类摄像机14可包括远摄镜头，其有助于对预期道路设施放大。合适摄像机的一个例子可以Pantera?6M Area Scan Camera(Pantera?6M 区域扫描摄像机)或 Genie?Model C1600Area Scan Camera (Genie?C1600 型区域扫描摄像机)从位于马萨诸塞州比尔里卡(Billerica, Massachusetts)的泰来达因达尔萨公司(Teledyne Dalsa)商购获得。
[0028]RFID读出器18读取和/或写入位于道路设施之上或之内的有关射频响应元件的信息。合适的RFID读出器18的一个例子可以Model Infinity510 (Infinity510型)从摄阅特?公司(Sirit?)商购获得。回射性测量装置20用于对道路设施(例如，道路标志2的片材)进行回射性测量。合适的回射性测量装置20的一个例子可以RetiOsignGR3Retroreflectometer (Retrosign GR3回射测量仪)从位于丹麦(Denmark)的德尔塔光及光学器件公司(Delta Light and Optics)商购获得。
[0029]车辆24配备有多种电子器件，以用于与标志2和其他道路结构3通信以及用于与全球定位卫星系统28、地理信息系统(“GIS”)30和中心办公信息系统34通信，以及用于处理和管理从系统的不同组件和系统的操作员接收到的信息。在一个实施例中，车辆24和标志2及结构3之间的通信为双向通信，而在另一个实施例中，从标志2及结构3到车辆24的通信为单向通信。
[0030]对于所提到电子器件的一个实施例，车辆24优选地包括用于与全球定位卫星系统28交互的车载全球定位设备26。车载全球定位设备26从GPS卫星接收GPS信号并且对信号进行处理，以确定有关车辆的各种导航数据，例如车辆的地理位置、行驶方向和速度。车载全球定位设备的一个合适的例子以GPS开拓者ProXRT (GPS Pathfinder ProXRT)接收器由位于加利福尼亚州森尼韦尔(Sunnyvale, California)的天宝公司(Trimble)提供。
[0031]此外，车辆优选包括计算机(未示出)以用于从地理信息系统和车载全球定位系统设备接收信息。一台合适的计算机为ViewSonic PC minil32’s Intel?Atom?330 (优派PC迷你132系列英特尔?凌动?330)双核处理器和英伟达?翼扬?(nVIDIATM10NTM)芯片组。GPS模块从GPS卫星接收信号并且对信号进行处理，以确定有关车辆的各种导航数据，例如车辆的位置、行驶方向和速度。计算机可随后关联车辆位置并且将其与存储在地理信息系统数据库30中的有关标志位置的信息进行比较。GIS系统提供关于一批道路设施的信息，所述道路设施例如标志2或道路结构3，以及其各自的地理位置。中心办公信息系统的办公室可设在(例如)城市中。中心办公信息系统存储与城市的道路设施有关的信息并且提供需要在给定时间范围内进行评估的道路设施的列表。中心办公信息系统还可存储道路设施的位置、其上次维修的时间、将道路设施安装在其当前位置的安装者和安装时间、过去的回射性测量以及上次评估道路设施时收集的日期和任何其他数据。系统I还优选包括通信模块，以用于促进中心办公信息系统与移动车辆24之间的通信。
[0032]在一个实施例中，标志2和结构3配有射频响应元件，该元件提供了一种便于道路设施使用射频识别(“RFID”)能将信息以电磁方式传递给RFID读出器18的方法，如下文更详细地述。
[0033]图5示出了本发明的道路设施评估系统的一个实施例的框图，该系统包括至少一部摄像机14或其他类型的图像采集系统。摄像机14记录预期道路设施的图像。图9示出了本发明的道路设施评估系统的另一个实施例的框图，该系统与图5中示出的系统相同，不同的是其包括RFID读出器。图5和9中的框图示出了道路设施评估系统的单独实施例的不同部分，如下文更详细所述。
[0034]在图5和9示出的实施例中，用户首先确定应当评估的道路设施的列表。例如，运输部工人被委派的任务是驾车经过多个预定标志，例如选择的数目的道路上的所有标志，以确定其物理状况、取向、其是否位于正确位置和/或测量其回射性。中心数据库设在中心办公信息系统34中并且其中存储有与每个道路设施有关的信息，包括其位置和每个道路设施在库存中的识别码或序列号。在离开中心办公室之前，生成道路设施的列表。随后可通过上文提到的系统通信模块将来自中心数据库的这类信息传递给车内设备。或者，可在可转换存储器中将这类信息传送到车辆的计算机，例如以记忆棒的形式。对于每个道路设施，可收集并存储两种类型的信息，永久属性和可变属性。永久属性为相对于道路设施不应发生改变的属性，从而可在制造过程中编写与此有关的信息的程序。例如，如果道路设施为标志2或道路结构3，则永久属性可包括标志或结构的序列号、制备标志的地点和时间以及标志的类型，例如停止标志。可变属性为可发生改变的、在制备时不可知的或在安装地点收集的那些属性。在道路设施为标志2或道路结构3的情况下，可变属性信息可包括负责维护标志的当局、标志或结构的位置、安装日期，并且标志的状态可编程到存储器中。此外，在进行任何修理之后，可更新存储在中心办公信息中的维护记录，从而提供相对于标志或结构的修理历史记录，以用于现场工人将来进行维护。
[0035]中心办公信息系统编制要勘测的道路设施的列表，并且在优选的实施例中，从地理信息系统30获取多个道路设施中的每一个的地理位置。随后将道路设施及其各自位置的列表发送至计算机32，该计算机优选地位于车辆24上。计算机还接收来自全球定位系统或其他惯性导航系统的输入。具体地讲，车载全球定位系统设备26确定车辆24的位置。计算机随后确定至少一条优化线路，以供用户驾驶车辆从其当前位置前往列表上的所有道路设施处，直至对列表中的所有道路设施都完成了评估。或者，计算机可首先确定车辆的当前位置，然后辨识距车辆的当前位置特定里程范围(例如75英里)内的所有道路设施，并且随后提供到要评估的道路设施列表的子集的优化线路。
[0036]现在参见图6和7，在确定路线之后，驾驶员沿着由车载计算机提供的方向，优选地通过用户界面到其第一目的地，即某特定道路设施所在的位置。车载计算机通过其用户界面计算相对于目标标志的列表中下一个标志的相对车辆位置。在一个实施例中，用户界面可连续地传送车辆相对于其列表上的下一道路设施的位置。车载GPS设备可在接近标志时通过图形显示或听觉信号或这两者来提示工人。当车辆接近道路设施时，在这种情况下为标志2，计算机会操作指向控制器38。计算机会计算车辆的优化位置，以用于摄像机记录选择的道路设施的图像。在一个实施例中，指向控制器38控制单一摄像机14所指向的方向。由于计算机具有来自车载GPS系统的用于当前车辆位置的输入，因此其可将指向控制器38导向选择的道路设施2，如图6所示。到达预定位置时，控制器38使得摄像机14或本领域已知的其他图像采集系统记录选择的道路设施的一幅或多幅图像，或至少记录选择的道路设施本应所处位置的图像(如下文更详细所述)。任选地，在到达预定位置时，另一个控制器也可使得回射性测量装置12对标志的回射性进行测量。或者，一个控制器可控制摄像机14和回射性测量装置12这两者。随后可将信息(例如记录的图像、图像日期和任选回射性测量结果)存储在数据记录系统40中。数据记录系统40可记录在拍摄图像时来自GPS系统28的车辆位置。最终，在系统的一些实施例中，地理信息数据库30通过中心办公信息系统34提供与道路设施有关联的数据，例如上文所述的永久属性和可变属性。随后可存储所有勘测数据，以供将来后处理时作为勘测记录。
[0037]计算机可包括软件，该软件无需指向控制器便可操作摄像机，并且基于接收到的有关车辆当前位置和所搜寻的道路设施位置的信息来依据高度和角度两者计算摄像机要指向的方向。
[0038]摄像机14可任选地包括远摄镜头，以用于对所需道路设施进行放大。当车辆接近预定位置时，指向控制器38控制远摄镜头，以优化所拍摄的道路设施的图像。或者，摄像机可包括回射性测量装置，而不是具有单独的装置20。
[0039]系统I在其沿着提供的路线行进至每个位置时收集关于在其指定列表上的每个道路设施的信息，通常称为评估信息。例如，道路设施评估系统I可收集关于道路设施存在或不存在的信息，有时称为“库存信息”。如果系统要寻找的道路设施存在，则举例来说，系统I会记录停止标志2当前位于亨廷顿街(Huntington Street)和伊克塞尔希尔街(Excelsior Street)东北角的其指定位置,如数据库所反映。摄像机14拍摄的记录的图像提供证据表明标志2确实位于其记录的位置。相反，如果记录的图像不显示所搜寻的道路设施2，则系统可自动地或由用户手动地记录所搜寻的道路设施在其指定位置处不存在。又如，记录的图像可显示标志的当前状况为被撞倒，这是由于早先的一次雪犁事故所造成，或显示标志上有喷漆涂鸦。此后，在后处理中，系统可记录标志2需要进行维护，因为其被撞倒或被涂鸦。用户还可通过用户界面输入其观察结果，表明观察到涂鸦或标志被撞倒并且不再适当可见。再如，标志2的记录的回射性测量结果可能无法满足某些最低需求，并且自动地将标志标示为需要维修。或者，在后处理中，系统I将记录该特定标志2需要维修其回射性功能，例如可能是新的回射性片材。系统I可记录其他附带标志评价信息，例如树木或灌木阻挡标志可视性、标志有枪击穿透、存在错误标志、保险杆贴纸贴在标志上等，其全部可由用户通过用户界面手动输入，如下文更详细所述。可将由系统I收集的所有评估信息记录在中心数据库中。例如，可对由系统I收集的所有回射性测量结果进行处理、分析并且输入数据库中，或存储在中心办公信息系统中。分析之后，中心办公室(例如运输部)可编制该县内的所有标志或其他结构的报告，其由于(例如)被评估标志无法满足最低回射性需求而需要新的回射性片材。
[0040]图9示出具有射频识别(“RFID”)响应元件的道路设施可用的道路设施评估系统的实施例。为了提高利用当前系统I定位道路设施的效率，道路设施可各自包括与之相关的射频响应元件。在一个实施例中，射频响应元件通常包括集成电路和RFID天线。集成电路提供主要的识别功能。它包括软件和电路，以永久性地存储标签识别和其他所需信息，解释并且处理从RFID读出器12接收到的指令，并且响应对RFID读出器12的信息的请求。任选地，与仅仅读取信息(只读)相反，集成电路可提供对存储在其存储器(读/写)中的信息的更新。除了别的以外，适用于射频响应元件中的集成电路还包括可得自德州仪器公司(Texas Instruments)(在其TIRIS或TAG-1T产品线中)以及恩智浦半导体公司(NXP)(在其1-CODE、MIFARE和HITAG产品线中)的那些。
[0041]天线的几何形状和特性取决于射频响应元件的所需工作频率。例如，频率为915MHz或2.45GHz的射频响应元件将通常包括偶极子天线,例如线性偶极子天线或折叠的偶极子天线。频率为13.56MHz (或类似)的射频响应元件将使用螺线或线圈天线。然而，其他天线设计是本领域的技术人员已知的。在任一种情况下，天线都截取RFID读出器或查询源辐射的射频能。该信号能将动力和指令均传送至标签。天线可使RF响应元件吸收足以向集成电路提供动力的能量，从而提供待检测的响应。因此，天线的特性必须与其结合到的系统I中的RFID读出器相匹配。这些特性通常称为天线特性信息，并且这类信息优选存储在地理信息系统数据库30中。天线特性信息可包括天线类型、天线的偏振态，例如天线是具有线性还是圆形偏振。如果RFID读出器12无法基于射频响应元件的预期天线特性信息而成功读取道路设施上的射频响应元件，则道路设施不存在，或可能道路设施已被损坏或被撞倒，以使得射频响应元件呈现出相对于读出器的不同取向，从而导致读出器的天线和与道路设施相关的RFID元件的天线不处于用于读取的最佳取向。其他天线特性信息可包括射频响应元件在道路设施(例如，标志)上所处的位置。当计算机将可控天线导向射频响应元件的预期方向时，这类信息是有益的。例如，射频响应元件可安装在标志的背面或标志的下方。在一个优选的实施例中，选择RFID读出器18，以便优化可控天线，以成功读取附接至道路设施的大多数射频响应元件。
[0042]RFID读出器18的可控RFID天线可包括不同实施例。在一个实施例中，可控RFID天线包括机械驱动的伺服高增益天线。在另一个实施例中，可控RFID读出器包括具有移相器的电子操纵阵列。在又一个实施例中，可控RFID读出器包括可同时激发的多个固定光束。在另一个实施例中，可控RFID读出器包括指向不同方向的多个天线，与图6中示出的多部摄像机类似，并且包括控制器，以用于选择所述多个天线中的一者，以读取射频响应元件。一种合适的市售RFID读出器为摄阅特公司的Infinity510型(Sirit? ModelInfinity510)。一种合适的市售RFID天线为思佳公司的TY-900型(Scala Model TY-900)。
[0043]有若干与将RFID功能内置到系统I中的方法相关的好处。RFID会证实，由系统评估的道路设施实际上是在地理信息系统数据库中记录的道路设施。实质上，这是反复核对数据库已经存储了关于道路设施中的每一个的正确信息。利用RFID，由于与道路设施上的射频响应元件相关联的独特序列号，所以肯定能对道路设施进行精确识别。遗憾的是，道路设施可能被移动或丢失，并且通过不读取或正确定位所搜寻的精确射频识别元件，系统可确认这类道路设施丢失。此外，由于系统提供关于单个射频响应元件的取向信息，如果道路设施未被正确取向，例如如果它被撞翻在一边，则射频响应元件的天线将同样还不会正确取向，从而导致可能出现误读或无法读取的情形。在后处理中，可随后标记该道路设施，以用于维护。由于RFID天线是可控的，因此可沿着它期望射频响应元件相对于道路设施位置所处的方向来操纵天线，并且如果成功读取，则系统将记录道路设施是存在的。同样，不成功的读取将表明道路设施或其射频响应元件需要维修。
[0044]在一个实施例中，射频响应元件可安装在标志2附近的单独支承体上或更优选地安装在支承标志2或结构3的基础设施上。然而，在更优选的实施例中，射频响应元件与标志2或结构3 —体化，以便能够使用现有的基础设施来支承电子道路标志，以及提供易于安装、降低成本、出于安全考虑避免进行篡改等。此外，如果射频响应元件在制造过程中与标志2 —体化，则其会降低在现场编程的错误的概率。安装射频响应元件或将射频响应元件一体化到道路设施(例如，标志2或结构3)中的例子在PCT专利公开N0.W096/35196 “Automated Sign Inventory System”(自动化标志库存系统)(Bantli 等人)中有所公开，该公开据此以引用方式并入本文。
[0045]可用于具有射频响应元件的标志的回射性片材的一个例子在公布于1986年5月13日的共同转让给Hoopman的美国专利N0.4，588，258中有所描述。由于立体角回射性片材利用介电材料，因此其可用作标志的回射性片材，因为其可布置在射频响应元件的前面而不会抑制其无线电信号的传输。
[0046]另一种形式的合适的射频响应元件在PCT专利公开W02010/080778 “RFIDPackaging and Attachment Methods and Devices (RFID 包装和附连方法以及设备)(Banerjee等人)中有所公开，该公开据此以引用方式并入本文。在该专利公开中，公开了启用RFID的道路标志，其中插条或插件提供集成电路并且标志片材提供用于射频响应元件的天线部分。射频响应元件的这一实施例非常适用于本发明的系统1，因为射频响应元件和标志作为一个合并装置提供。
[0047]射频响应元件可将与其附连到的道路设施有关的信息编程到其存储器内。此类信息可在制造过程中射频响应元件与道路设施一体化时进行存储，或可在将道路设施现场置于其最终位置时进行编程。此类信息可包括永久属性或可变属性，如上所述。
[0048]图9示出了本发明的道路设施评估系统的另一个实施例的框图，该系统与图5所示的系统相同，不同的是包括附加的RFID读出器18。在图9所示的实施例中，用户首先确定应当评估的道路设施的列表。例如，可编制标志2的列表，以使得能够勘测标志，以确定标志是否位于其正确位置，或测量标志片材的回射性，以查看其是否满足最低需求。中心办公信息系统34包含关于每个道路设施的信息，根据该信息生成道路设施列表，包括关于各自与特定道路设施相关的各个射频响应元件的信息。此外，中心办公信息系统还可提供永久属性和可变属性信息，如上所述。在进行任何修理之后，可更新存储在中心办公信息中的维护记录，从而提供标志或结构的修理历史记录，以用于现场工人将来进行维护。
[0049]中心办公信息系统34编制要评估的道路设施的列表。中心办公信息系统34初始从地理信息系统30接收输入，该地理信息系统30提供多个道路设施中的每一个的地理位置及其各自的射频响应元件信息。随后将道路设施、其各自位置以及其各自射频响应元件信息的列表发送至计算机32。计算机还通过车载全球定位系统设备26从全球定位系统或其他惯性导航系统接收输入，以确定车辆24的当前位置。如上所述，计算机随后确定至少一条优化线路，以供用户驾驶车辆从其当前位置前往列表上的所有道路设施处，直至对列表中的所有道路设施都完成了评估。或者，计算机可首先确定车辆的当前位置，并且随后辨识距车辆的当前位置特定里程范围(例如75英里)内的所有道路设施，并且提供到要评估的道路设施列表的子集的优化线路。
[0050]现在参见图8，确定路线之后，驾驶员沿着由计算机提供的方向到达其特定道路设施所处的第一目的地。在车辆接近道路设施(在这种情况下为标志2)时，计算机沿着所搜寻的道路设施的预期射频响应元件的方向操纵RFID读出器18的天线。在由射频响应元件的RFID读出器18成功读取时，系统可证明确实存在正确道路设施，并且随后计算机可操作指向控制器38，以用摄像机14或其他图像采集系统记录图像。由于计算机具有来自车载GPS系统的用于当前车辆位置的输入，因此其可在成功读取与选择的道路设施2相关的射频响应元件时将指向控制器38导向该道路设施。如前所述，系统I未配有单一摄像机或指向控制器，而是可配有指向不同方向的多部摄像机，并且计算机可在成功读取与道路设施相关的射频响应元件时选择指向道路设施方向的摄像机，以记录该道路设施的图像。任选地，系统可在成功或不成功读取射频识别元件时拍摄道路设施或预期道路设施的位置的图像。任选地，在到达预定位置时，计算机还使得回射性测量装置12进行标志的回射性测量。图片或图像数据、从附接至选择的道路设施的射频响应元件读取的信息以及选择的道路设施的任选回射性测量结果随后优选地存储于数据记录系统40中。当拍摄图像时，数据记录系统40还记录来自GPS系统28的车辆位置。最终，勘测控制系统36提供与道路设施相关联的数据，例如上文所述的永久属性和可变属性。随后可将所有勘测数据作为与车辆不相关的记录系统中的勘测记录进行存储，以用于将来处理。作为另一种选择，在射频响应元件被RFID读出器成功读取之后，可更新射频响应元件上的信息或写入新信息。例如，评估的日期可记录在射频响应元件本身上或对标志2进行当前回射性测量(如果有的话)。
[0051]系统I可包括任选用户界面，该用户界面允许使用系统I的人员读取关于道路设施的信息和输入关于道路设施的信息。用户界面可包括用户显示屏，例如计算机显示器或液晶显示屏，以向用户提供图像和信息。用户界面还可包括由运输部人员用来请求所需信息和输入其他指令的输入设备，例如键盘或鼠标和指针。在一个实施例中，用户显示屏和输入设备组合在单一装置中，例如具有图形用户界面的触摸屏。
[0052]此外，可在系统I中包括听觉信号模块，以在需要用户注意的情形下，例如当接近所需标志2时，向用户提供听觉信号。另外，可提供可拆除的存储器，例如软盘或智能卡，以允许相关信息存储在单一存储器设备中并且在其中进行修改，该设备可在需要时插入以及在不需要时拆除并且存储在中心办公室处。此外，可在系统I中包括语音输入模块，以允许通常在驾驶车辆的用户输入语音指令而非手动输入指令。另外，可在系统I中包括无线功能，以提供记录的图像和搜集的其他评估信息的传输。最终，可提供打印机端口，以允许车内系统I连接至打印机，从而得到信息的硬拷贝。
[0053]至此已参照本发明的若干实施例描述了本发明。给出上述详细说明及实例仅为清楚地理解本发明。这些说明和实例不应被理解成对本发明进行不必要的限制。本文引用的所有专利和专利申请均以引用方式并入本文。对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围的前提下，可以对所描述的实施例作出许多改变。因此，本发明的范围不应受限于本文所述的具体细节和结构，而应受限于权利要求书的文字所描述的结构及那些结构的等同结构。
【权利要求】
1.一种道路设施评估系统，包括: 多个道路设施，所述多个道路设施位于各个地理位置处； 地理信息系统数据库，所述地理信息系统数据库用于提供与所述多个道路设施的地理位置有关的信息； 车载全球定位系统设备； 摄像机； 指向控制器，其中所述摄像机附接至所述指向控制器；和 计算机，其中所述计算机接收来自所述地理信息系统数据库和所述全球定位系统设备的信息，以将所述指向控制器导向要将所述摄像机指向的位置。
2.根据权利要求1所述的道路设施评估系统，其中指向从所述多个道路设施中选择的道路设施的所述摄像机记录所述选择的道路设施的至少一幅图像。
3.根据权利要求1所述的道路设施评估系统，还包括回射性测量装置。
4.根据权利要求1所述的道路设施评估系统，其中所述多个道路设施包括道路标志或道路结构。
5.根据权利要求1所述的道路设施评估系统，还包括用户界面，以允许用户读取和输入关于所述道路设施的信息。
6.根据权利要求1所述的道路设施评估系统，其中所述系统收集关于所述道路设施的评估信息，并且其中所述评估信息包括库存、维护或附带标志评价信息。
7.根据权利要求1所述的道路设施评估系统，还包括具有可控天线的射频识别(“RFID”)读出器，其中每个道路设施包括射频响应元件，并且其中所述计算机沿着从所述多个道路设施中选择的道路设施的方向操控所述RFID天线，以读取来自所述选择的道路设施的所述射频响应元件的信息。
8.根据权利要求1所述的道路设施评估系统，还包括数据库，所述数据库用于存储由所述道路设施评估系统搜集的与所述多个道路设施有关的所有信息。
9.根据权利要求1所述的道路设施评估系统，其中所述计算机计算所述车辆的优化位置，以用于所述摄像机拍摄所选择的道路设施的图像，并且将所述车辆驾驶员的方向传送至所述优化位置。
10.一种道路设施评估系统，包括: 多个道路设施，所述多个道路设施位于各个地理位置处； 地理信息系统数据库，所述地理信息系统数据库用于提供与所述多个道路设施的地理位置有关的信息； 车载全球定位系统设备； 多部摄像机，所述多部摄像机位于不同位点；和 计算机，其中所述计算机接收来自所述地理信息系统数据库和所述全球定位系统设备的信息，并且从所述多部摄像机中选择摄像机。
11.根据权利要求10所述的道路设施评估系统，其中指向选择的道路设施的所述摄像机记录所述多个道路设施中的所述选择的道路设施的至少一幅图像。
12.根据权利要求10所述的道路设施评估系统，还包括回射性测量装置。
13. 根据权利要求10所述的道路设施评估系统，其中所述多个道路设施包括道路标志或道路结构。
14.根据权利要求10所述的道路设施评估系统，还包括用户界面，以允许用户读取关于所述道路设施的信息和输入关于所述道路设施的信息。
15.根据权利要求10所述的道路设施评估系统，其中所述系统收集关于所述道路设施的评估信息，并且其中所述评估信息包括库存、维护或附带标志评价信息。
16.根据权利要求10所述的道路设施评估系统，还包括射频识别(“RFID”)读出器，所述射频识别(“RFID”)读出器具有可控RFID天线，其中每个道路设施包括射频响应元件，并且其中所述计算机沿着所述多个道路设施中的选择的道路设施的方向操控所述RFID天线，以读取来自所述选择的道路设施的所述射频响应元件的信息。
17.根据权利要求10所述的道路设施评估系统，还包括数据库，所述数据库用于存储由所述道路设施评估系统搜集的与所述多个道路设施有关的所有信息。
18.根据权利要求10所述的道路设施评估系统，其中所述计算机计算所述车辆的优化位置，以用于所述摄像机拍摄选择的道路设施的图像，并且将方向传送至所述优化位置。
19.一种道路设施评估系统，包括: 多个道路设施，所述多个道路设施位于各个地理位置处，其中每个道路设施包括射频响应元件； 地理信息系统数据库，所述地理信息系统数据库用于提供与所述多个道路设施的地理位置有关的信息以及每个道路设施的单个射频响应元件信息； 车载全球定位系统设备； 射频识别(“RFID”)读出器，所述`射频识别(“RFID”)读出器具有可控RFID天线；和 计算机，其中所述计算机接收来自所述地理信息系统数据库和所述全球定位系统设备的信息，并且沿着所述多个道路设施中的选择的道路设施的方向操控RFID天线，以读取来自所述选择的道路设施的所述射频响应元件的信息。
20.根据权利要求19所述的道路设施评估系统，其中选择的射频响应元件具有天线特性信息，并且所述天线特性包括在所述地理信息系统数据库中。
21.根据权利要求19所述的道路设施评估系统，其中所述可控天线被优化，以根据其天线特性信息读取所述选择的射频响应元件。
22.根据权利要求19所述的道路设施评估系统，还包括指向控制器和摄像机，所述摄像机附接至第二指向控制器；并且其中所述计算机将所述指向控制器导向要将所述摄像机指向的位置。
23.根据权利要求19所述的道路设施评估系统，其中指向选择的道路设施的所述摄像机记录所述选择的道路设施的至少一幅图像。
24.根据权利要求19所述的道路设施评估系统，还包括回射性测量装置。
25.根据权利要求19所述的道路设施评估系统，其中所述多个道路设施包括道路标志或道路结构。
26.根据权利要求19所述的道路设施评估系统，还包括用户界面，以允许用户读取信肩、O
27.根据权利要求19所述的道路设施评估系统，其中所述系统收集关于所述道路设施的评估信息，并且其中所述评估信息包括库存、维护或附带标志评价信息。
28.根据权利要求19所述的道路设施评估系统，还包括数据库，所述数据库用于存储由所述道路设施评估系统搜集的与所述多个道路设施有关的所有信息。
29.根据权利要求19所述的道路设施评估系统，其中所述计算机计算所述车辆的优化位置，以用于所述RFID天线读取选择的道路设施的所述射频响应元件，并且将方向传送至所述优化位置。
30.一种评估道路设施的方法，包括: 提供地理信息系统数据库，所述地理信息系统数据库用于提供与位于各个地理位置处的多个道路设施和所述多个道路设施的所述地理位置有关的信息； 提供摄像机以拍摄选择的道路设施的图像； 提供全球定位系统设备； 根据来自所述地理信息系统数据库和来自所述全球定位系统的关于所选择的道路设施的信息，定位所述摄像机；以及拍摄所述选择的道路设施的图像。
31.根据权利要求30所述的方法，还包括以下步骤: 测量所述选择的道路设施的回射性。
32.根据权利要求30所述的方法，其中所述多个道路设施包括道路标志或道路结构。
33.根据权利要求30 所述的方法，还包括以下步骤: 收集关于所述选择的道路设施的评估信息，其中所述评估信息包括库存、维护或附带标志评价信息。
34.根据权利要求30所述的方法，还包括以下步骤: 还提供具有可控天线的射频识别(“RFID”)读出器，其中每个道路设施包括射频响应元件； 沿着来自所述多个道路设施中的选择的道路设施的方向操控所述RFID天线，以读取来自所述选择的道路设施的所述射频响应元件的信息。
35.根据权利要求30所述的方法，还包括以下步骤: 计算所述车辆的所述优化位置，以用于所述摄像机拍摄选择的道路设施的图像；以及 将所述车辆驾驶员的方向传送至所述优化位置。
【文档编号】G08G1/0962GK103620659SQ201280029308
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年6月19日 优先权日:2011年6月20日
【发明者】托马斯·J·达林 申请人:3M创新有限公司