DE102009020054B3

DE102009020054B3 - Fahrzeugnavigationssystem mit künstlicher Intelligenz bei der Verkehrsflussanalyse im Netzwerkverbund mit Navigationssytemen anderer Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102009020054B3
Application number: DE200910020054
Authority: DE
Inventors: Lucia Schaub; Zora Schaub
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2009-05-06
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2029-05-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugnavigationssystem, das in einem Netzwerk mit Navigationssystemen anderer Fahrzeuge betrieben wird. Dabei werden Daten ausschließlich dezentral von den anderen Fahrzeugen im Verbund empfangen und verarbeitet. Das Navigationssystem ist mit künstlicher Intelligenz bei der Verkehrsflussanalyse ausgestattet, d.h. Zustände der Verkehrsbeeinträchtigung werden vom System erkannt, gespeichert und fortgeschrieben. Bei zukünftigen Verkehrsbeeinträchtigungen werden die in der Datenbank gespeicherten historischen Störungsverläufe für die Berechnung von Prognosen, bzw. von alternativen Streckenführungen verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein lernfähiges Fahrzeugnavigationssystem im Netzwerkverbund mit Navigationssystemen anderer Fahrzeuge. Das in der Patentanmeldung DE 10 2007 032 956 A1 beschriebene System wird damit durch eine wichtige Komponente ergänzt. Die neu entwickelte Erweiterung dieses Navigationssystems ist mit künstlicher Intelligenz bei der Verkehrsflussanalyse ausgestattet, d. h. Zustände der Verkehrsbeeinträchtigung werden in diesem System gespeichert und durch jede neue Verkehrsstörung fortgeschrieben. Bei zukünftigen Verkehrsbeeinträchtigungen werden diese mit den bereits gespeicherten Störungsverläufen in der Datenbank verglichen. Die Erkenntnisse aus den historischen Daten gehen in die Berechnung von Prognosen, bzw. von alternativen Streckenführungen ein.
Verfahren zur Routenplanung und -optimierung sind aus DE 10 2007 032 956 A1 , DE 10230832 A1 , DE 10226084 A1 und DE 10062856 A1 bekannt.
Es gibt Veröffentlichungen, die Navigationssysteme mit künstlicher Intelligenz vorstellen, etwa CN 101153907 A . Hier geht es darum, dass eine gefahrene Strecke in einer Datenbank hinterlegt wird und eine schon einmal zurückgelegte Route erkannt werden kann. Eine konkrete Verwendung von künstlicher Intelligenz bei Fahrzeugnavigationssystemen, die ausschließlich im Netzwerkverbund mit anderen Fahrzeugen eingesetzt werden, ist bislang noch nicht angegeben worden.
Ausgehend vom derzeitigen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeugnavigationssystem im Netzwerkverbund mit anderen Fahrzeugen zu schaffen, welches dezentral Daten empfängt und verarbeitet, sowie Verkehrsflussdaten ermittelt und diese in einer Datenbank speichert.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch ein Navigationssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Fahrzeugnavigationssystem (1) besteht aus

– einer Eingabeeinheit (2) zur Eingabe von Start- und Zielpunkt sowie weiterer Parameter,
– einer Ausgabeeinheit (3) zur Ausgabe von ausgewerteten und aufbereiteten Daten,
– einer Empfangseinheit (4) zum Empfang von Fahrzeugdaten anderer Fahrzeuge,
– einer Sendeeinheit (5) zur Übermittlung eigener Fahrzeugdaten an andere Fahrzeuge,
– einem GPS-Modul (6),
– einer Speichereinheit I (7), in welcher die erhaltenen Fahrzeugdaten abgelegt werden,
– einer Speichereinheit II (8), in welcher die historischen Datensätze der Verläufe von Verkehrsbeeinträchtigungen abgelegt werden,
– einer Verarbeitungseinheit (9), die mit den sieben zuvor genannten Systemkomponenten gekoppelt ist, in welcher eine digitale Straßenkarte hinterlegt ist, sowie die empfangenen Daten erfaßt, ausgewertet und für die Speicherung in den Speichereinheiten I, bzw. II aufbereitet werden und die eigenen Daten zur Übermittlung zusammengestellt werden.

In 1 ist das erfindungsgemäße Fahrzeugnavigationssystem in einem vereinfachten Schaubild dargestellt. Das Fahrzeugnavigationssystem wird ausschließlich im Netzwerkverbund mit gleichen Navigationssystemen anderer Fahrzeuge betrieben, wobei jedes Fahrzeug im Netzwerk an alle anderen Fahrzeuge im Netzwerk Daten sendet und von allen anderen Fahrzeugen im Netzwerk Daten empfängt. Es werden Datensätze der Gestalt

(1) Fahrzeugcode (mit Fahrzeugart)/Position (GPS)/Uhrzeit/Geschwindigkeit

DE 10 2007 032 956 A1

Untersuchungen haben gezeigt, dass der Verkehrsfluss bei einem Tempo von 85 km/h am höchsten ist. Fährt eine Kolonne von Fahrzeugen weniger als 85 km/h, kann die Situation instabil werden; die geringste Störung genügt, um den Verkehr vom flüssigen in den zähfließenden oder stockenden Zustand oder in einen Stau übergehen zu lassen.
Wenn von mehreren Fahrzeugen Geschwindigkeiten v < 85 km/h registriert werden, wird aus den Datensätzen (1) die Länge der Verkehrsbeeinträchtigung ermittelt und zwar werden für verschiedene Geschwindigkeitswerte – z. B. 0 km/h, 5 km/h, 10 km/h, usf. bis 80 km/h – das jeweils aufgrund der gesendeten Positionsdaten am weitesten vorne und das am weitesten hinten befindliche Fahrzeug auf einer Straße ermittelt.
Die Abstände der untersuchten Geschwindigkeiten sind dabei flexibel wählbar. Intervalle von 5 km/h dürften auf alle Fälle fein genug sein, evtl. können auch gröbere Einteilungen, etwa mit Inter vallen von 10 km/h ausreichen, wobei die Dichte der am Netzwerkverbund teilnehmenden Fahrzeuge das Kriterium für die Größe der Intervalle sein sollte.
Eine Verkehrsbeeinträchtigung wird so beschreibbar als Ereignis mit einem Kern, in welchem die niedrigste Geschwindigkeit vorliegt, und seinen Rändern, in welchen es einen mehr oder weniger kontinuierlichen Übergang zum fließenden Verkehr gibt. Durch dieses Vorgehen ist es auch möglich, die eigene Position in der Verkehrsbeeinträchtigung zu ermitteln, welches in die Bestimmung von alternativen Strecken eingebracht werden kann. Diese Informationen werden um eine Identifikationsnummer ergänzt, die immer dann angelegt und in Speichereinheit II abgelegt wird, wenn sich eine neue Verkehrsbeeinträchtigung bildet. Die Datenstruktur sieht folgendermaßen aus:

(2) Identifikationsnummer der Verkehrsbeeinträchtigung/Zeitpunkt/Geschwindigkeit im Kern (v_k)/Länge des Kerns/Länge der Fahrzeugkette mit einer Geschwindigkeit von v_k + 5 km/h/Länge der Fahrzeugkette mit einer Geschwindigkeit von v_k + 10 km/h/.../ Länge der Fahrzeugkette mit einer Geschwindigkeit von 80 km/h und weniger/Länge der Fahrzeugkette mit einer Geschwindigkeit von 85 km/h und weniger

Eine Verkehrsbeeinträchtigung kann also durch n Datensätze der Art (2) beschrieben werden. Wenn für die Geschwindigkeit im gesamten erfassten Bereich v > 85 km/h gilt, hat sich die Verkehrsbeeinträchtigung aufgelöst. Dabei dürfte es ausreichend sein, wenn die Datensätze (2) alle 5 Minuten berechnet werden. Nach Beendigung der Verkehrsbeeinträchtigung wird ein Datensatz erzeugt, der das Geschehen zusammenfasst und für die Anwendung bei künftigen Verkehrsbeeinträchtigungen bereitgestellt wird. Er hat die Gestalt

(3) Identifikationsnummer der Verkehrsbeeinträchtigung/Uhrzeit des Beginns der Beeinträchtigung/Uhrzeit des Endes der Beeinträchtigung/Dauer der Verkehrsbeeinträchtigung insgesamt/Anzahl der Fahrspuren/Anzahl der Aus- und Auffahrten auf dem Abschnitt der Verkehrsbeeinträchtigung/minimale Geschwindigkeit im Kern/maximale Länge des Kerns bei der minimalen Geschwindigkeit/Dauer der Minimalgeschwindigkeit im Kern/maximale Länge des Beeinträchtigungsbereichs mit höchstens 40 km/h/maximale Länge des Beeinträchtigungsbereichs mit höchstens 60 km/h/maximale Länge des Beeinträchtigungsbereichs mit höchstens 80 km/h/eigene Position (Geschwindigkeit) bei Staubeginn

Die Anzahl der Aus- und Auffahrten und der Fahrspuren werden der in der Verarbeitungseinheit hinterlegten digitalen Straßenkarte entnommen. Sie sind von Bedeutung für die Verkehrsbeeinträchtigung, d. h. je mehr Fahrspuren es gibt, desto schneller kann sich eine Beeinträchtigung auflösen und je weniger desto eher kann sich eine bilden. Ausfahrten können die Dauer der Verkehrsbeeinträchtigung verkürzen – aber auch den Verkehrsfluss auf Ausweichrouten beeinträchtigen – und Auffahrten umgekehrt verlängern. Die Dauer der Verkehrsbeeinträchtigung, sowie die Dauer des Fahrens der Minimalgeschwindigkeit im Kern wird aus den Zeitangaben im Datensatz (2) errechnet.
Die in der Speichereinheit II abgelegten Datensätze (2) und (3) werden für künftige Prognoseerstellungen verwendet. Dies geschieht so, dass beim Vorliegen einer Verkehrsbeeinträchtigung – nach der Bestimmung der eigenen Position – diejenigen historischen Ereignisse ermittelt werden, deren Kennzahlen mit den aktuellen übereinstimmen, bzw. diesen am nächsten kommen. Kennzahlen können alle Parameter der Datensätze (2) und (3) sein. Es sollte wenigstens eine, möglichst aber zwei oder drei verschiedene historische Situationen ausgewählt werden.
Mit jeder aktuellen Erstellung eines Datensatzes (2) wird die eigenen Position in der Verkehrsbeeintächtigung ermittelt und ein Abgleich mit den in Speichereinheit II befindlichen Daten vorgenommen. Aus den Historien der ermittelten ähnlichen Situationen werden die Daten – insbesondere aus Datensatz (3) – zur Prognose der aktuellen Situation herangezogen und für die Ermittlung von Ausweichempfehlungen verwendet. Mit dieser Routine lernt das Navigationssystem immer hinzu und es wird das systeminterne Wissen genutzt um aktuelle Situationen besser einschätzen zu können.
Dieses Verfahren wird nicht nur auf die aktuell befahrene Straße, sondern auch auf die vom System ermittelten Ausweichrouten angewandt, um so auch eine Einschätzung des Verkehrsflusses auf diesen Straßen zu bekommen und in die Ausweichempfehlung eingehen zu lassen.
In der Speichereinheit II sollten im Ausgangszustand bereits verschiedene Situationen von Verkehrsbeeinträchtigungen gespeichert sein. Hierbei kann man sich von den in der Literatur zu findenden Stautypologien leiten lassen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgestellt. 1 zeigt das Navigationssystems (1) in schematischer Darstellung. Über eine Eingabeeinheit (2) können Start- und Zielpunkt, sowie weitere Parameter eingegeben werden. In regelmäßigen Zeitintervallen wird die Position des eigenen Fahrzeugs per GPS (6) bestimmt und an die Verarbeitungseinheit (9) weitergeleitet. Diese bereitet die GPS-Positionsdaten zusammen mit einem gleich bleibenden Code für das eigene Fahrzeug zum Versand an die anderen Fahrzeuge im Netzwerkverbund auf Die Übertragung der Daten geschieht durch die Sendeeinheit (5). Von den anderen am Netzwerkverbund beteiligten Fahrzeugen werden über die Empfangseinheit (4) Daten empfangen. Der erhaltene Datensatz wird an die Verarbeitungseinheit (9) weitergeleitet, wo die Uhrzeit des Datenerhalts beigefügt wird. Sendet ein Fahrzeug zum wiederholten Mal, wird aus den aktuellen und den zuletzt erhaltenen Positionsdaten mit Hilfe der digitalen Karte die zurückgelegte Strecke, sowie aus der Zeitdifferenz der beiden Einträge die Durchschnittsgeschwindigkeit für dieses Streckenintervall in der Verarbeitungseinheit (9) ermittelt; der Geschwindigkeitswert wird dem aktuellen Datensatz beigefügt und der um Uhrzeit und Durchschnittsgeschwindigkeit erweiterte Datensatz in der Speichereinheit I (7) abgelegt. Wenn eine Verkehrsbeeinträchtigung vorliegt, wird für verschiedene Geschwindigkeitswerte – angefangen bei der langsamsten Geschwindigkeit in Intervallen von 5 km/h oder 10 km/h bis 80 km/h – die Länge der jeweiligen Fahrzeugketten bestimmt und in der Speichereinheit II (8) zusammen mit dem Zeitpunkt und einer Identifikationsnummer der Verkehrsbeeinträchtigung gespeichert. Nach Beendigung der Verkehrsbeeinträchtigung wird ein Datensatz, der das Geschehen zusammenfaßt und für spätere Vergleiche und Analysen benötigt wird, generiert und ebenfalls in der Speichereinheit II (8) abgelegt. Dieser Datensatz enthält unter anderem Angaben über die Dauer der Verkehrsbeeinträchtigung, die Anzahl der Fahrspuren, die Anzahl der Aus- und Auffahrten auf dem Abschnitt der Verkehrsbeeinträchtigung, die minimale Geschwindigkeit im Kern, die maximale Länge des Kerns bei der minimalen Geschwindigkeit, die Dauer der Minimalgeschwindigkeit im Kern, sowie die maximale Länge des Beeinträchtigungsbereichs bei höchstens 40 km/h, 60 km/h und 80 km/h. Die ursprünglich errechnete Route, sowie die im Laufe der Fahrt errechnete Alternativrouten werden auf der Ausgabeeinheit (3) angezeigt.

1: Navigationssystem
2: Eingabeeinheit
3: Ausgabeeinheit
4: Empfangseinheit
5: Sendeeinheit
6: GPS-Modul
7: Speichereinheit I
8: Speichereinheit II
9: Verarbeitungseinheit

Claims

Navigationssystem (1) für ein Fahrzeug, bestehend aus – einer Eingabeeinheit (2) zur Eingabe von Start- und Zielpunkt sowie weiterer Parameter, – einer Ausgabeeinheit (3) zur Ausgabe von ausgewerteten und aufbereiteten Daten, – einer Empfangseinheit (4) zum Empfang von Fahrzeugdaten anderer Fahrzeuge, – einer Sendeeinheit (5) zur Übermittlung eigener Fahrzeugdaten an andere Fahrzeuge, – einem GPS-Modul (6), – einer Speichereinheit I (7), in welcher die erhaltenen Fahrzeugdaten abgelegt werden, – einer Speichereinheit II (8), in welcher Datensätze von historischen Verläufen von Verkehrsbeeinträchtigungen abgelegt werden, – einer Verarbeitungseinheit (9), die mit den sieben zuvor genannten Systemkomponenten (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) gekoppelt ist, in welcher eine digitale Straßenkarte hinterlegt ist, sowie die empfangenen Daten erfasst, ausgewertet und für die Speicherung in den Speichereinheiten I, bzw. II aufbereitet werden und die eigenen Daten zur Übermittlung zusammengestellt werden, wobei das Navigationssystem dazu ausgebildet ist, in einem Netzwerkverbund mit gleichartigen Navigationssystemen anderer Fahrzeuge betrieben zu werden, wobei jedes Fahrzeug im Netzwerk an alle anderen Fahrzeuge im Netzwerk Daten sendet und von allen anderen Fahrzeugen im Netzwerk Daten empfängt, außer diesen Daten keine weiteren Verkehrsinformationen erhalten werden, die empfangenen und gesendeten Daten lediglich aus einem anonymisierten und für ein bestimmtes Fahrzeug gleich bleibenden Fahrzeugcode – welcher auch eine Information über die Art des Fahrzeugs enthält – sowie den GPS-Positionsdaten bestehen und von allen Netzwerkmitgliedern diese Daten in kurzen Zeitintervallen im Minutenbereich gesendet werden und weiterhin die empfangenen Daten derart gefiltert werden, dass nur die Daten von Fahrzeugen in einem bestimmten Betrachtungsbereich in der Umgebung des eigenen Fahrzeugs gespeichert und verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Navigationssystem dazu eingerichtet ist, bei Auftreten von Fahrzeuggeschwindigkeiten unterhalb einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit (z. B. 85 km/h) in dem Betrachtungsbereich, eine Verkehrsbeeinträchtigung zu erkennen und in diesem Fall für verschiedene Geschwindigkeitswerte zwischen der geringsten festgestellten Geschwindigkeit (Kern der Verkehrsbeeinträchtigung) und der Grenzgeschwindigkeit in bestimmten Abständen (z. B. alle 5 km/h oder alle 10 km/h) die Länge der Fahrzeugkette mit höchstens der jeweiligen Geschwindigkeit zu bestimmen, diese Daten zusammen mit dem Zeitpunkt und einer Identifikationsnummer der Verkehrsbeeinträchtigung in der Speichereinheit II (8) abzulegen und von dieser zeitgleich Informationen über ähnliche frühere Verkehrsbeeinträchtigungen der Verarbeitungseinheit (9) zur Verfügung zu stellen, wobei nach Beendigung der Verkehrsbeeinträchtigung ein Datensatz erzeugt wird, der die Informationen der Verkehrsbeeinträchtigung zusammenfasst und für spätere Vergleiche und Analysen verwendet wird, welcher Datensatz Angaben über die Zeitpunkte des Beginns und des Endes der Verkehrsbeeinträchtigung, die Anzahl der Fahrspuren und der Aus- und Auffahrten, die minimale Geschwindigkeit im Kern der Verkehrsbeeinträchtigung, die maximale Länge des Kerns bei der minimalen Geschwindigkeit, die Dauer der minimalen Geschwindigkeit, sowie die maximale Länge des Beeinträchtigungsbereichs bei höchstens 40 km/h, 60 km/h und 80 km/h enthält.
Navigationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur Fahrzeuge mit gleichen Merkmalen das Netzwerk bilden.
Navigationssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Merkmal speziell um die Fahrzeugart LKW, PKW oder PKW mit Anhänger handelt.