移动行人或车辆位置同步信号装置和方法与流程

移动行人或车辆位置同步信号装置和方法
1.相关申请本技术是申请号：201880057575.3，发明名称为：移动行人或车辆位置同步信号装置和方法的分案申请。本技术要求于2017年7月6日提交的题为“自行车、摩托车和行人警示设备的同步行为”的美国临时专利申请第62/529,423号的优先权，该申请的全部公开内容通过引用明确地并入本文。
技术领域
2.本发明总体涉及电子和交通工程领域，尤其涉及用于发送来自移动的行人或车辆群组的可见性增强或警示信号的系统和方法。


背景技术：

3.根据37 cfr 1.71(e)，本专利文件含有受版权保护的材料，并且本专利文件的所有人保留所有版权。
4.行人（例如，跑步者、慢跑者、步行者等）和某些车辆的乘员（例如，骑自行车的人、骑摩托车的人、行驶较慢或易受攻击车辆的驾驶员）很容易因车辆撞击而受伤。这些行人和车辆有时以两个或多个为一个群组沿公路行驶或移动。例如，一群骑自行车的人可能包括20到50名或更多骑手。当在清晨或傍晚沿行驶方向展开时，附接在自行车上的前灯和/或尾灯可能会闪烁，以向接近的机动车驾驶员发出警示。然而，对于接近的车辆驾驶员来说，这可能从远处看起来像随机闪烁的灯，而没能使迎面而来的驾驶员清楚地了解群组的整体大小。
5.现有的安装在自行车、摩托车和其他移动车辆上的警示灯闪烁以警示正在接近的驾驶员。前向灯或后向灯的单独闪烁能量有限，因此，由于可用的功率和反射器表面积，视觉光输出有限。光源效率（led与白炽灯）的提高、精密的光学器件和电池技术的改进产生了更好的警示灯。然而，撞击造成的伤害仍在继续，而且越来越频繁。需要改进警示灯的光学、功率和效率。行人在路边行走也遭受同样的伤害。例如，在冬天的清晨，步行上学的一群孩子在黑暗中很难看见。这些行人背包、头盔、鞋子或衣服上的闪光灯可以让迎面而来的驾驶员更容易看到。
6.根据本发明，当若干行人或车辆以群组移动时，这种闪光灯可以同步或一致地闪烁，或者以其他方式同步或一致地发光（例如，实心非闪烁、图案闪烁等），从而增强所发射光的感知亮度和大小，并且使该群组对迎面而来的交通看得更清楚。


技术实现要素：

7.根据本公开的一个方面，提供了位置指示设备，当在这种移动设备的其他移动设备的特定距离范围（即同步范围）内移动时，该位置指示设备发射同步位置指示信号。在一些实施例中，这些设备可以是发射闪光或其他信号的电子闪光器的形式，这种闪光器的示例在美国专利第7,088,222；7,106,179；8,154,424；8,550,653；8,564,456；8,579,460；9,
288,088；9,835,319；d510,289；d515,957；d515,958；d560,533；d654,387；d669,805；d778,752和d778,753号以及美国专利申请公开号2013/0113634；2016/0186971和未决的美国专利申请序列第15/893,420号中进行了描述，每个这样的专利和申请的全部公开内容通过引用明确并入本文。在一些实施例中，这些设备可以附接到车辆、车辆附件或其他物体上或在车辆、车辆附件或其他物体中集成/制造，例如车辆、自行车、自行车座椅、自行车灯、机车、摩托车、可穿戴服装、背心、鞋、跑鞋、头饰、帽子、头盔、安全帽、带子、腿带、臂带、皮带、背包、系索、珠宝、耳环、项链和腕带。
8.根据本公开的另一方面，提供了位置指示设备，该位置指示设备在与其他这样的设备一起移动时是可操作的，其中每个这样的设备包括：至少一个发射位置指示信号的发射器；无线电或其他接收器（也可以包括发射机）；电源；以及电子电路系统，该电子电路系统被配置和编程为a）经由接收器从位于所述设备的同步范围内的其他位置指示设备接收同步信号；和b）响应于从位于同步范围内的一个或多个其他位置指示设备接收到一个或多个同步信号，使所述至少一个发射器发射与由位于同步范围内的所述一个或多个其他位置指示设备发射的信号同步的信号。
9.根据本公开的另一方面，提供了一种使用多个位置指示设备来指示多个移动行人或车辆的位置的方法，所述方法包括使每个所述行人或车辆配备至少一个所述设备的步骤，每个所述设备包括发射位置指示信号的发射器和控制装置，该控制装置被编程为i）感测该设备何时处于一个或多个其他设备的同步范围内，以及何时处于一个或多个其他所述设备的所述同步距离范围内，和ii）使该设备的发射器发射位置指示信号，该位置指示信号与由位于同步范围内的所述一个或多个其他所述设备发射的位置指示信号同步。
10.通过阅读下文阐述的详细描述和示例，将理解本发明的其他方面和细节。
附图说明
11.提供以下详细描述和示例的目的是为了非详尽地描述本发明的一些但不一定是所有的示例或实施例，并且不以任何方式限制本发明的范围。
12.图1是示出本发明的位置指示设备的一个实施例的元件的图。
13.图2是本发明的系统的一个实施例的图，该系统包括多个如图1中所示的位置指示设备，这些位置指示设备附接到沿着道路或其他大道移动的行人或车辆上或由行人或车辆携带。
14.图3是示出操作协议的一个非限制性示例的图，通过该操作协议，本发明的位置指示设备可以被编程以运行。
15.图4是示出协议的图，通过该协议，本发明的位置指示设备可以被编程以区分经过或接近彼此的单独的行人或车辆群组。
16.图5是示出可以在本发明的设备中使用的网状网络或“主从”网络的一个非限制性示例的图。
具体实施方式
17.以下详细描述和其所涉及的附图旨在描述本发明的一些但不一定是全部示例或实施例。所描述的实施例在所有方面都应被认为仅仅是说明性的，而不是限制性的。这种详
细描述和附图的内容不以任何方式限制本发明的范围。
18.当若干骑自行车的人在路边骑车时，他们的警示灯可能会与用于多种目的的环境灯和基础设施灯混在一起。例如，从商店前部、十字路口的汽车、零售建筑等发出的光都会使骑自行车的人的闪烁警示灯模糊不清。此外，当车辆试图穿过群组时（如葬礼队伍、军用车辆车队等），在同一道路上行驶的其他车辆有时难以在视觉上感知到这种群组的存在或范围。本发明提供了信号设备和系统，其可以体现、保持、携带、佩戴或固定到这样的行人或车辆上，并且被编程为当这样的行人或车辆以群组运动时发出同步的位置指示信号，从而有助于该群组的可见性和感知。
19.在另一非限制性示例中，本发明提供了增强或增加自行车或摩托车照明的安全特征的手段。乘法因子仅仅是群组（群）中骑自行车的人数。目前，当与该群组的其他成员的光输出不协调时，每个闪光灯提供该群组的总可用电池能量和光输出的一部分。通过提供单独闪光灯的协调，“群组”将作为一个更大更亮的实体出现，从而提供多个独立闪烁自行车警示灯所不能提供的安全性。
20.本发明解决了通过协调一组移动节点（例如，自行车、摩托车、房车、路边步行者或慢跑者等）上大量单独闪烁的安全灯所提供的优点。通过协调单独节点上led灯的闪烁，使“群组”看起来更大、更独特，从而提供安全优点。
21.使用无线电、红外或声音通信、网状网络、主从或混合通信网络，可以协调移动和非连接车辆或行人上的灯的先前独立闪烁，使得所有的灯一致地、顺序地或以一些其他更容易看见的模式闪烁。
22.本发明解决了与协调多个不同移动实体之间的动作（例如，灯的闪烁）相关联的挑战。为了提供动态位置同步，网络必须考虑位置变化以及由于汽车、卡车和自行车的多径反射引起的信号强度变化。此外，所有灯的同时闪烁需要网络协调、时序以及对离开和加入网络的网络节点进行动态编号的能力。
23.图1示出了可以包括在本发明的位置指示设备12中的基本元件的示例。图2示出了包括多个位置指示设备12a至12f（例如，每个设备代表一个单独的“节点”）的系统（例如，网络或群组）的示例，这些位置指示设备沿着道路或其他大道rw在公共方向上移动。
24.如图1中所示，每个设备12包括至少一个发射位置指示信号的发射器16（诸如led、其他光源、扬声器、喇叭等）、无线电或其他接收器14（在一些实施例中还可以包括发射机）、电源20（例如，电池或太阳能电池板）和电子电路系统18（例如，具有控制器的集成电路）。电子电路系统18被配置和编程为经由接收器14从位于本设备12的同步范围sr内的其他这样的位置指示设备12接收同步信号，和响应于从位于同步范围sr内的一个或多个其他位置指示设备12接收到一个或多个同步信号，使发射器16发射与位于同步范围sr内的所述一个或多个其他位置指示设备12a至12f发射的信号同步的信号。
25.在图2中所示的示例中，六个设备中的四个12b、12c、12d和12e在彼此的同步范围sr内。因此，设备12b、12c、12d和12e都发射同步位置指示信号。然而，非分组设备12a和12f当前在网络或群组中所有其他设备的同步范围sr之外，因此，设备12a和12f或者不发射任何信号，或者发射与分组设备12b、12c、12d和12e发射的信号不同或不同步的信号。
26.如果未分组设备12a或12f中的一个随后变得位于分组设备12b、12c、12d或12e中的任何一个的同步范围sr内，则这个设备将自动加入该群组，并且将与其他分组设备12b、
12c、12d和12e一起采用/开始发射同步位置指示信号。
27.如果分组设备12a、12b、12c、12d中的一个移动到群组的同步范围sr之外，那么这个设备将停止发射同步的群组位置指示信号，并且将变得静止且不发射任何信号，或者将采用并且开始发射不同的或非同步的位置指示信号。
28.在一些实施例中，由分组设备12b、12c、12d和12e发射的同步群组位置指示信号本质上可以是顺序的。例如，闪光可以按从第一设备12b顺序到最后设备12d的顺序发射，或者按照从最后设备12d到第一设备12a的顺序发射。在这样的顺序实施例中，如果分组设备12b、12c、12d、12e的顺序改变，则这些设备将被编程为自动重新排序，以保持期望的从第一到最后或从最后到第一的顺序，即使该群组中设备的实际顺序已经改变。
29.网状网络当多辆自行车或行人或使用相同设备的其他车辆彼此接近并且在无线电范围内时，其中一个无线电必须取得启动协调信号的控制权。然而，这个临时的主可能很快就会移动到范围外。因此，任何其他节点（自行车）必须能够取得控制权。此外，由于所有设备编程为完全相同，因此没有预定义的“主”或“从”。网络必须能够动态地将控制权从每个成员移交给下一个成员。因此，根据范围和冲突问题，网络必须同时充当主从和网状网络。本发明的一个新颖方面是网状拓扑和主从拓扑之间的动态转换。这种动态转换的一个基本方面是，当所有节点不在另一个节点的范围内时，例如，灯每秒闪烁一次。然而，两个节点可能不会同步闪烁，即使每个节点每秒闪烁一次。一旦进入范围，每个节点将建立“主”时钟来同步发射的信号（例如，闪光）。
30.参考图3，操作场景的一个示例是两个节点在范围内接近。每个节点随机地或与led闪光灯协调地发送一个请求控制网络的信号（请求控制信号-rcs）并且寻求确认。发送请求控制信号的第一节点将控制网络。一旦接收到请求控制信号，第二节点将a）确认接收到该信号，和b）停止发送请求控制信号，并且简单地进入接收和传播模式（网状网络）。两个节点中的第二个将根据第一节点的指令和时序闪烁（主从）。两个节点将开始发出与led闪光灯协调的网络建立信号（nes）。网络建立信号将包含闪烁特征（时间、持续时长、频率等）和网络中的节点数量。随着该裙组的其他成员进入范围，他们也将发送随机时序的请求控制信号。但是，已经建立网络的前两个节点不会响应，而是会继续闪烁并且发出包含网络中节点数量的网络建立信号。如果单个新节点在范围内移动，其将接收网络大小=2的网络建立信号。这个网络建立信号将引发一个确认，该确认将把网络的大小增加到3个节点。网络大小这个参数将继续传播到网络（网状网络）中的所有节点。
31.如果类似的一系列事件发生在正在接近的一群已经建立了网络的骑自行车的人中，那么就会发生潜在的冲突。两个独立形成网络的群组将发送网络建立信号。然而，其中一个参数是网络大小。例如，节点数量较多的网络（可以是较小的节点计数控制）将控制较小的网络。较小的网络将继续发送网络建立信号，但a）具有包含两个群组总和的新节点数量；b）采用较大群组的nes标识符；和c）与较大的群组一致。
32.网络合并参考图4，已经形成网络（群组）的一组节点（例如，骑自行车的人）现在可以碰到也作为一个群组运行的另一组节点。当群组1中的设备接收到来自群组2的网络建立信号（nes）时，该成员将比较由群组2发送的节点计数和从其自己的群组1中发送的节点计数。
（群组2成员也是如此）。如果群组2的节点计数较大，首先接收群组1的nes的群组2成员将发送带有群组2标识符的主管网络（nic）信号。这种信号将由群组1或群组2的任何节点中继到不在发起群组1成员范围内的其他节点（网状网络）。nic信号优先于其他命令。一旦群组1或2成员接收到nic信号，他们都将开始发送带有群组2标识符和新节点计数（群组1和群组2之和）的网络建立信号（nes）。
33.随着其他群组的接近，将采用同样的系统方法建立一个单一的群组。如果群组具有相同数量的节点，连接断开器将是每个节点的唯一标识符（类似于mac地址）。具有较低数字唯一标识符的节点将获得控制权。在另一个实施例中，较高的数字标识符获得控制权。
34.节点同时闪烁在本发明的系统中，网状网络或“主从”网络可用于协调时序。其他形式包含通过卫星接收的gps时序信号、实时时钟模块或来自世界时间传输的蜂窝时序信号或时序信号（例如，科罗拉多州柯林斯堡的wwv或类似的欧洲或亚洲政府时间广播）。所使用的技术方法包含通过网络建立公共时钟信号。为了使网络中的所有灯同时闪烁，本文中描述的新方法在网络中的序列号和灯的闪烁之间引入了固定延迟。例如，使用10灯网络，1号节点向其最接近的邻居发送信号，定义时序信号。然后，其等待900毫秒来使其灯闪烁。2号节点听到信号并且等待800毫秒来使其灯闪烁。3号节点听到信号并且等待700毫秒来使其灯闪烁。这一直持续到10号灯接收到时钟信号并且立即闪烁。即使没有直接的无线电、红外线、超声波或其他媒体通信，数量较低的灯也会同时闪烁。基于这个方案，所有10个灯将同时闪烁。如果系统中有11个灯，则节点11将听到来自节点10其他节点的信号，并且将其闪烁延迟900毫秒。其将与节点1同时闪烁，而这与所有其他节点相同。
35.最终的效果是，尽管超出了除一个灯之外的所有灯的范围，所有的灯将同时闪烁；每个灯不需要“听到”1号灯或任何其他号的灯。使用“关联矩阵”或邻居表，每个灯只能听到最近的8个灯中的1个；也就是说，编号大于n的4个灯或编号小于n的4个灯中的任何一个。
36.这在如下表1中示出：
37.在上面由线b)示出的上述关联矩阵中，灯n从具有较低序列号的3个灯和具有较高序列号的1个灯接收信息。这些灯中的任何一个都可以为灯n获取时序和闪烁延迟数据提供必要的信息。因此，灯n不需要在灯1的范围内。
38.为了动态地建立相对定位，使用“关联矩阵”或邻居表来有效地定义相邻节点的存在与否。
39.顺序闪烁多个移动节点（自行车、车辆、行人）使灯一致闪烁的替代方案是灯按照从最后一排到第一排的顺序闪烁。这种闪烁模式将向接近的驾车者呈现动态闪烁的“箭头”。为了实现这一点，每个节点必须建立其相对于其他节点的物理地点（位置）。此外，当一辆自行车经过另一辆自行车时，这个位置必须动态改变，以便对节点重新编号。
40.一种替代的算法可以使用尾灯和头灯的组合来传送从跟随节点到前导节点（例如，自行车）的序列号。连接尾灯和头灯将允许调制信号携带可见光谱、红外光谱、高频声音或无线电通信中的位置和序列信息。任何一辆自行车或其他车辆或行人的尾灯和头灯将通过无线电（例如，蓝牙、wi-fi）、硬线连接、声音、红外光等相互通信。因此，节点号将通过可见光调制或红外光调制或声音或无线电发送到物理上最近的前导节点和物理上最近的跟随节点。最后面的尾灯将不会从后面接收到识别信号，因此，将采取群末端处的序列位置。头灯会将位置信息发送给排队的下一辆自行车。这个信息将由前方的尾灯接收（使用光电探测器、光电晶体管、光电二极管、不闪烁时充当光电二极管的led等）。下一个成员将继续向前方的节点发送其位置信息，依此类推。这种架构将允许多个灯快速排序。当移动节点（行人、骑自行车的人、车辆）改变位置时，新的物理位置将通过从尾灯和头灯发送和接收的节点号来建立。
41.主从可替代地，根据灯的塑料外壳的尺寸和天线的长度，可以使用较低频率（较大范围）的无线电信号。这将允许部署一个简单的“主从”系统，其中一个节点（自行车）被指定为主节点，所有其他节点都是“从节点”。在较低频率下，主节点的范围将足以控制2公里或更大范围内的所有从节点。
42.动态闪烁模式一旦单独的节点通过网状网络、主从网络或混合网络“链接”，就可以动态控制led的闪烁速率和图案。例如，利用使用超声波、雷达、激光反射、前照灯强度等的接近检测，可以感测从该群组后方接近的车辆，并且通过嵌入闪光灯中的微控制器固件改变闪烁模式。变化可以包括更长持续时间的闪烁占空比、更亮的闪烁、更快的闪烁等。这将通过提供动态模式而不是单调的持续闪烁模式来警示正在接近的驾驶员。例如，随着车辆的接近，许多自行车尾灯的同时闪烁可以增加亮度和闪烁速度，并且最终成为“持续点亮”或稳定燃烧的照明，以使骑自行车的人最容易看见。可替代地，闪烁尾灯的颜色可以根据接近车辆的距离从琥珀色变为红色或绿色。闪烁模式对接近车辆的这种动态响应代表了一种新颖和重要的安全特征。
43.人群同步行为佩戴发光、发声或其他能量形式设备的大群行人（人群）可以以类似的方式进行协调。这种人群动态行为的最近演示已经在奥林匹克体育场中看到，在那里腕带或头灯会以不同的颜色和图案闪烁。然而，在所有演示中，协调信号依赖于基础设施，也就是说，红外或无线电信号从接近人群的中心位置广播，并且通常在人群的视线范围内。“主”信号可以由硬连线到中央控制系统的几个红外光源广播。在所提出的发明中，人群节点行为的协调不需要中央基础设施源或主信号。控制信号可以由任何节点生成，并且立即控制网络中所有节点的行为。例如，在拥有100,000个球迷的大型足球场中，每个球迷携带一个低成本节点，如果程序允许，每个节点的电子行为（led颜色、闪烁率、强度、声音发射等）的改变可以由人群中的任何单个节点协调，或者由坐在人群中的管理员节点协调。同样的人群可以离开体育场，同步、协调的行为将继续。不需要高能量、位于中心的红外或无线电信号在所有节点的视线内。
44.群组行为与个人行为
随着两个或更多自行车、摩托车、车辆、行人等（节点）的成功链接，闪烁动力学可以被设计为改变。例如，独自骑行时，自行车尾灯可能每秒闪烁100毫秒。然而，当通过无线电、红外线、灯光或其他信号方式“链接”到另一辆自行车时，尾灯可能停止闪烁，并且启动“稳定燃烧”模式，其中两个灯（两辆自行车）持续点亮。在一个大的群组中，同时闪烁可能令人讨厌，或者不如群组的稳定照明有效。群组可以从许多“模式”中选择一种，一旦群组成立，这些模式将成为“默认”，这可能不同于个人单独骑行时的闪烁模式。灯将有单独模式和群组模式，两种模式均可由操作员编程。
45.尽管本发明是相对于“移动”的行人或车辆来描述的，但是应当理解，在一些情况下，一些或所有行人或车辆的移动可以停止。例如，一群行人或骑自行车的人可能会不时停下来，然后继续运动。在一些情况下，当行人或车辆停止时，位置指示设备可以保持开启并且可以继续发出他们的位置指示信号。在其他情况下，当行人或车辆停止时，位置指示设备可以关闭，然后当行人或车辆随后恢复运动时，位置指示设备可以重新启动。此外，此处对移动行人的提及应被解释为不仅包括正在行走、慢跑、站立或奔跑的行人，还包括在区域内执行动作或以其他方式移动的人，例如在道路或其他大道上或附近的施工区或事故现场工作的工人或急救人员。
46.应当理解，尽管上面已经参考本发明的某些示例或实施例描述了本发明，但是在不脱离本发明的预期精神和范围的情况下，可以对那些描述的示例和实施例进行各种添加、删除、改变和修改。例如，一个实施例或实例的任何元件、步骤、构件、组分、组合物、反应物、部件或部分可以结合到另一个实施例或实例中或与另一个实施例或实例一起使用，除非另有说明或者这样做会使该实施例或实例不适合其预期用途。此外，在方法或过程的步骤已经以特定顺序描述或列出的情况下，这些步骤的顺序可以改变，除非另有说明或者这样做会使该方法或过程不适合其预期目的。此外，除非另有说明，否则本文描述的任何发明或实例的元件、步骤、构件、组分、组合物、反应物、部件或部分可以任选地存在或在没有或基本上没有任何其他元件、步骤、构件、组分、组合物、反应物、部件或部分的情况下使用。所有合理的添加、删除、修改和变更应被视为所描述的示例和实施例的等同物，并且被包括在所附权利要求的范围内。