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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Früherkennung von Kollisionen zwischen mindestens zwei mobilen Objekten gemäß Anspruch 1. Des Weiteren betrifft die Einfindung ein Frühwarnsystem gemäß Anspruch 8.
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Im Zeitalter des immer stärker anwachsenden Verkehrsaufkommens stellt es eine immer größere Herausforderung für alle Verkehrsteilnehmer dar, sich kollisionsfrei fortzubewegen. Dies trifft hauptsächlich für das Fahren eines PKWs zu, jedoch ebenso für andere Objekte wie beispielsweise Motorräder, Fahrräder, Boote, Flugzeuge und für Fußgänger. Nicht selten geraten Verkehrsteilnehmer in Situationen, in denen Sie mit der Koordinierung der verschiedensten am Verkehr teilnehmenden Objekten überfordert sind. Dieses Überfordertsein kann bei ungünstigen Konstellationen zu Kollisionen führen, aus denen nicht nur Sachschäden, sondern auch Personenschäden resultieren. Es ist zu erwarten, dass das Verkehrsaufkommen, insbesondere in Ballungsräumen, in den nächsten Jahren sogar noch steigen wird, womit sich für alle Verkehrsteilnehmer eine Situation der erhöhten Kollisionsgefahr ergibt.
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Bei bekannten System werden andere Verkehrsteilnehmer wie PKWs und Fußgänger über Bilderkennungsmaßnahmen oder aktive Sensoren (basierend auf Radar-, Ultraschall- oder Laser-Technologie) erfasst und gegebenenfalls eine entsprechende Warnung an den Fahrer erzeugt. Diese Verfahren erfordern jedoch eine sehr hohe Rechenleistung, da eine Vielzahl von Objekten erfasst und vor allen Dingen auch richtig erkannt werden müssen. So darf beispielsweise eine über die Straße wehende Plastiktüte keine Vollbremsung des PKWs auslösen. Neben der erforderlichen Rechenleistung besteht ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren darin, dass stets ein direkter Sichtkontakt zwischen den Verkehrsteilnehmern für die bildliche Wahrnehmung notwendig ist. Insbesondere in Städten mit einer Vielzahl von Gebäuden, Bäumen etc. ist ein direkter Sichtkontakt nicht immer gegeben.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein Frühwarnsystem zu schaffen, durch welches Kollisionen zwischen verschiedenen Objekten im Verkehr auf eine zuverlässige Art verhindert und somit eine erhöhte Sicherheit für alle Teilnehmer geschaffen wird.
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Eine Lösung dieser Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Anspruchs 1 beschrieben. Demnach ist ein Verfahren zur Früherkennung von Kollisionen zwischen mindestens zwei mobilen Objekten, insbesondere zwischen Fahrzeugen und/oder Personen, vorgesehen, wobei für jedes der mobilen Objekte mittels Satellitennavigationsdaten, die durch eine einen Empfänger aufweisende Kontrolleinheit von jedem Objekt empfangen werden, Bewegungsvektoren ermittelt und durch einen Sender der Kontrolleinheit an mindestens ein weiteres Objekt übertragen werden. Dabei werden voraussichtliche Schnittpunkte der Bewegungsvektoren der einzelnen Objekte durch einen Prozessor der Kontrolleinheit ermittelt. Sobald ein Schnittpunkt der Bewegungsvektoren unterschiedlicher Objekte festgestellt wird, erzeugt die Kontrolleinheit ein Warnsignal und/oder eine Gegenmaßnahme. Bei diesen Objekten kann es sich um PKWs, LKWs, Motorräder, Fahrräder, Schiffe, Flugzeuge, Pferde, Menschen, Menschen auf Skiern oder dergleichen handeln. Die Anzahl der Objekte ist lediglich durch die Reichweite der Sender bzw. Empfänger eingeschränkt. Der Austausch von Bewegungsvektoren bzw. Bewegungsprofilen kann somit zwischen zwei oder einer großen Anzahl von Objekten erfolgen. Entsprechende Satelliten-Navigationsdaten werden beispielsweise durch das Galileo-Satellitensystem in einer ausreichenden Genauigkeit und Flächendeckung zur Verfügung gestellt. Durch diesen direkten Austausch der Bewegungsvektoren der Objekte, die Ermittlung der Schnittpunkte sowie die daraus resultierenden Warnsignale bzw. Gegenmaßnahmen wird eine erhöhte Sicherheit im Verkehr geschaffen. Durch die automatische Erstellung von Bewegungsvektoren sowie das Erfassen der Bewegungsvektoren aller umgebenden Objekte kann die Steuerung des Objektes zumindest weitgehend voll automatisch erfolgen. Ein aktives Eingreifen einer Person in den Steuervorgang ist somit nicht zwangsweise erforderlich.
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Bevorzugt kann es die vorliegende Erfindung weiter vorsehen, dass bei der Ermittlung eines Schnittpunktes der Bewegungsvektoren bzw. beim Erkennen einer Kollision mindestens zweier Objekte die Steuerung der Bewegung, insbesondere der Lenk- oder Bremsvorgang, der betroffenen Objekte durch die Kontrolleinheit, vorzugsweise durch Hilfsaktuatoren, übernommen wird. Sobald die Kontrolleinheit eine voraussichtliche Kollision ermittelt, kann in einer ersten Phase eine Bedienperson bzw. die Person durch optische oder akustische Signale wie beispielsweise ein Blinken oder ein Piepton auf die anstehende Gefahr aufmerksam gemacht werden. Gleichermaßen ist es denkbar, dass durch ein haptisch erfassbares Vibrieren eines Gegenstandes, wie beispielsweise des Lenkrades, eines Fahrzeugs oder eines Mobiltelefons auf die Gefahr aufmerksam gemacht wird. Wenn eine Kollision unmittelbar bevor steht, ist es außerdem vorgesehen, dass die Kontrolleinheit durch Aktuatoren oder Motoren aktiv in die Kontrolle des Objektes eingreift und beispielsweise einen Bremsvorgang oder ein Gegenlenken initiiert. Durch diese Maßnahmen behält die Bedienperson noch eine gewisse Kontrolle, über den Lenkprozess. Andererseits kann es das Verfahren auch vorsehen, dass die Kontrolleinheit in extremen Situationen, in denen eine Bedienperson eventuell überfordert ist, aktiv eingreift, um somit eine Kollision zu verhindern.
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Bevorzugt kann es außerdem erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Bewegungsvektoren einer Vielzahl von mobilen Objekten, insbesondere von verschiedenen Objekten, von jeweils den Kontrolleinheiten der Objekte ermittelt werden und sich diese Objekte durch interaktive Kommunikation derart untereinander koordinieren, dass die Wahrscheinlichkeit eines Schneidens der Bewegungsvektoren, vorzugsweise eine Kollisionsgefahr, minimiert wird. Das Verfahren ermöglicht es, die Bewegungsvektoren einer Vielzahl von Objekten miteinander in Verbindung zu setzen und quasi simultan entsprechende Warnsignale oder Maßnahmen zum Lenken zu ergreifen, die eine Kollision der Verkehrsteilnehmer ausschließt. Dabei werden nicht nur die Bewegungsvektoren zwischen PKWs, sondern auch zwischen PKWs und Personen zueinander in Verbindung gesetzt, um entsprechende Schnittpunkte zu ermitteln.
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Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die den Empfänger und den Sender aufweisende Kontrolleinheit durch eine Person getragen wird. Daher macht es keinen Unterschied, ob diese Person als Fußgänger, als Fahrradfahrer oder als Führer eines PKWs am Verkehr teilnimmt. Allerdings erkennt die Kontrolleinheit an dem Bewegungsprofil, ob sich die Person zu Fuß, per Fahrrad oder mit einem PKW fortbewegt. Abhängig von diesem Bewegungsprofil werden sodann Warnsignale und eventuell Gegenmaßnahmen im Hinblick auf drohende Kollisionen erzeugt.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann es vorsehen, dass die Geschwindigkeiten, die Beschleunigungen und die Bewegungsrichtungen von jedem Objekt für genau dieses Objekt periodisch oder kontinuierlich ermittelt werden, insbesondere auch beim Stillstand. Durch diese fortlaufende Ermittlung der Bewegungsvektoren lässt sich ein Bewegungsprofil erstellen. Durch dieses Bewegungsprofil lässt sich nicht nur der aktuelle Bewegungsvektor ermitteln, sondern auch ein voraussichtlicher Bewegungsablauf, d. h. wie wird das Objekt wahrscheinlich seine Bewegung fortsetzen. Durch dieses Antizipieren der Bewegung lässt sich durch Musterbildung zukünftiges Verhalten des Objektes vermuten und somit schon im Vorfeld eventuelle Kollisionen aber auch Staubildung vermeiden.
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Weiter kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass aufgrund der ermittelten Bewegungsvektoren oder Schnittpunkte eine Priorisierung der Warnhinweise für verschiede Objekte von den Kontrolleinheiten vorgenommen wird, insbesondere dass ermittelte Schnittpunkte der Bewegungsvektoren in Abhängigkeit von den Bewegungsvektoren von den Kontrolleinheiten unterschiedlich bewertet und entsprechend unterschiedliche Warnhinweise oder Gegenmaßnahmen erzeugt werden. So kann beispielsweise die bevorstehende Kollision mit einem LKW anders bewertet werden, als die bevorstehende Kollision mit einem stillstehenden PKW. Derartige Differenzierungen sind sehr vielfältig und können von den Benutzern konfiguriert werden. So erscheint beispielsweise das aufeinander Zugehen zweier Fußgänger als weniger warnwürdig, als eine bevorstehende Kollision eines Fußgängers mit einem PKW. Diese Priorisierung kann auch durch die Kontrolleinheit aufgrund des erstellten Bewegungsprofils des Objektes vorgenommen werden, was eine zusätzliche Flexibilität des Verfahrens ermöglicht und die Sicherheit der Verkehrsteilnehmer somit zusätzlich erhöht.
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Bevorzugt kann es weiter vorgesehen sein, dass die Ermittlung der Schnittlinien der Bewegungsvektoren von den einzelnen Kontrolleinheiten der Objekte selbstständig durchgeführt wird.
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Außerdem kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Bewegungsvektoren, insbesondere die Bewegungsprofile, eines jeden Objektes durch die Empfänger der Kontrolleinheiten eines anderen Objektes in einem Radius von 1000 Metern, insbesondere 500 Metern, vorzugsweise 100 Metern erfasst werden. Bei sich schnell fortbewegenden Objekten wie beispielsweise bei PKWs, die auf einer Autobahn fahren, erscheint es sinnvoll, den Aktionsradius der Kontrolleinheit zu erhöhen. Bei Fußgängern die sich beispielsweise in einer Einkaufsstraße aufhalten, kann der Aktionsradius der Kontrolleinheit auf einige wenige Meter eingeschränkt werden. Somit lässt sich der Radius innerhalb dessen weitere Objekte erfasst werden situationsbedingt optimieren, um nicht unnötig viele Objekte zu erfassen, was zu einer Überlastung der Kontrolleinheiten führen könnte.
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Ein Frühwarnsystem zum Verhindern von Kollisionen zwischen mehreren mobilen Objekten zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe weist die Merkmale des Anspruchs 8 auf. Demnach ist ein Frühwarnsystem vorgesehen, mit einer einem ersten Objekt zugeordneten Kontrolleinheit mit einem Empfänger zum Empfangen von Satellitennavigationsdaten, einem Sender sowie mindestens einer weiteren derartigen Kontrolleinheit, die mindestens einem weiteren Objekt zugeordnet ist, wobei jede der Kontrolleinheiten mindestens einen Prozessor aufweist mit dem anhand der Satellitennavigationsdaten Bewegungsvektoren für das entsprechende Objekt erstellbar sind. Diese Bewegungsvektoren lassen sich dann über die Kommunikationseinheit an die jeweiligen anderen Objekte übertragen. Die Kontrolleinheiten weisen des Weiteren ein Warnmittel auf, um auf einen durch die Kontrolleinheiten ermittelten voraussichtlichen Schnittpunkt der Bewegungsvektoren hinzuweisen. Diese Frühwarnsysteme in der Gestalt der Kontrolleinheiten sind derart ausgebildet, dass sie problemlos durch die Objekte mitgeführt werden können. Durch eine interne Energieversorgung ist das Frühwarnsystem nicht an externe Energiequellen gebunden. So lässt sich ein derartiges Frühwarnsystem beispielsweise durch eine Person mitführen. Wenn diese Person in ihr PKW steigt, kann sie das System in eine dafür vorgesehene Aufnahme stecken, um beispielsweise einen Akku des Frühwarnsystems aufzuladen. Gleichermaßen kann eine Person dieses Frühwarnsystem auf dem Fahrrad, beim Reiten oder beim Skifahren mit sich führen. Da im Idealfall jeder Verkehrsteilnehmer mit einem derartigen Frühwarnsystem ausgestattet ist, bildet sich ein Netz von Frühwarnsystemen aus, das durch den Austausch der einzelnen Bewegungsvektoren und entsprechenden Warnmitteln Kollisionen zwischen den Objekten verhindern kann.
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Bevorzugt sieht es die Erfindung weiter vor, dass die Warnmittel ausgebildet sind, um optische, akustische oder haptische Signale zu erzeugen, oder durch Aktuatoren direkt in die Steuerung der Bewegung, insbesondere den Lenk- oder Bremsvorgang, des Objektes einzugreifen. So lässt sich das Frühwarnsystem beispielsweise mit vorhandenen Warnsignalen in einem PKW koppeln, um akustisch oder optisch auf eine bevorstehende Kollision hinzuweisen. Gleichermaßen kann das Frühwarnsystem auf die Steuerung des Fahrzeuges zugreifen und aktiv die Lenkung oder den Bremsvorgang übernehmen.
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Des Weiteren ist es erfindungsgemäß denkbar, dass die Kontrolleinheiten Schnittstellen aufweisen, um über Funk, Bluetooth, W-LAN oder dergleichen bedient zu werden, oder um mit weiteren Empfängern zu kommunizieren. Durch diese Schnittstellen lassen sich die Kontrolleinheiten auch über andere mobile Geräte ansteuern und konfigurieren.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben:
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1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eines Frühwarnsystems, und
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2 Darstellung der 1 zu einem späteren Zeitpunkt.
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Das erfindungsgemäße Frühwarnsystem dient dazu die zeitliche Bewegung mehrerer Objekte miteinander zu koordinieren, sodass Kollisionen zwischen den Objekten freühzeitig erkannt und vermieden werden. Um dies zu realisieren weist das Frühwarnsystem eine Kontrolleinheit auf, welche mindestens einen Empfänger zum Empfangen von Satellitennavigationsdaten sowie von weiteren Daten, einen Sender zum Senden von Daten und einen Prozessor. Des Weiteren kann die Kontrolleinheit entweder selbst Warnmittel zum Erzeugen von beispielsweise optische oder akustische Signale aufweisen oder Schnittstellen, um auf derartige Warnmittel oder sonstige Aktuatoren zum Steuern von Antrieben zuzugreifen. Bei dem Empfänger kann es sich beispielsweise um einen integrierten Galileo-Chipsatz handeln, der es ermöglicht, Navigationsdaten des Galileo-Satellitensystems zu empfangen. Für die Kommunikation mit anderen Kontrolleinheiten, insbesondere für eine kabellose Kommunikation, ist beispielsweise ein ZigBee-Chip denkbar. Als Prozessorboard bietet sich beispielsweise das MCU MSP430FR5994 16 MHz Ultra-Low-Power MCU with 256 KB FRAM, 8 KB SRAM, Low-Energy an.
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Eine derartige Kontrolleinheit weist jedes der mobilen Objekte auf, das am Verkehr teilnimmt. Über diese Kontrolleinheiten, die auch als Kommunikationseinrichtungen verwendbar sind, können die Objekte untereinander kommunizieren. Der Prozessor der Kontrolleinheit ermittelt aufgrund der nahezu quasi kontinuierlich empfangenen Galileo-Navigationsdaten einen Bewegungsvektor 10 des Objektes. Der Bewegungsvektor 10 beschreibt die Geschwindigkeit, die Beschleunigung sowie die Bewegungsrichtung des Objektes. Durch Austausch der Informationen bezüglich jedes Bewegungsvektors 10 zwischen den einzelnen Objekten lassen sich von der Kontrolleinheit voraussichtliche Schnittpunkte der Bewegungsvektoren 10 der einzelnen Objekte ermitteln, wenn sich die Objekte gemäß dem Bewegungsvektor 10 weiterbewegen (1, 2). Für diese Übertragung der Informationen ist kein direkter Sichtkontakt zwischen den Objekten notwendig. So kann zwischen den Objekten auch eine Wand oder ein Häuserblock stehen. Sobald die Kontrolleinheiten der Objekte eine voraussichtliche Kollision der Objekte ermitteln, wird ein Warnsignal generiert. Wenn eine Kollision sich kaum noch abwenden lässt, ist es auch denkbar, dass die Kontrolleinheit der Objekte direkt auf die Steuerung der Objekte eingreift, um eine Kollision zu verhindern.
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Für eine Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des Frühwarnsystems ist in der 1 eine Verkehrssituation entlang einer Straße 11 dargestellt. Entlang dieser Straße 11 halten sich verschiedene Objekte als Verkehrsteilnehmer auf. So bewegen sich beispielsweise PKWs 12, ein LKW 13 sowie ein Fahrrad 14 auf der Straße 11. Ein PKW 12 befindet sich gerade in einer Ausparksituation. Des Weiteren nehmen zwei Fußgänger 15 als Verkehrsteilnehmer an diesem Beispiel teil. Jedes dieser Objekte 12, 13, 14 und 15 weist eine Kontrolleinheit der erfindungsgemäßen Art auf. Diese Kontrolleinheiten stehen in ständiger Kommunikation mit zwei schematisch dargestellten Satelliten 16 beispielsweise des Galileo-Systems. Über diese Satelliten 16 erhält jedes Objekt 12, 13, 14, 15 Informationen über ihre momentane Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung sowie Bewegungsrichtung. Mittels dieser Informationen wird dann vor den Prozessoren jeder Kontrolleinheit der Bewegungsvektor 10 erstellt.
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In den 1 und 2 sind die Bewegungsvektoren 10 der Objekte 12, 13, 14, 15 als Pfeile dargestellt, deren Länge ein Maß für die Geschwindigkeit der Objekte 12, 13, 14, 15 darstellt. Durch die fortwährende Kommunikation mit den Satelliten 16 lassen sich so sowohl die Momentangeschwindigkeiten, Beschleunigungen sowie ein Bewegungsprofil jedes einzelnen Objektes 12, 13, 14, 15 erzeugen. Durch die Sender der einzelnen Kontrolleinheiten lassen sich die Bewegungsvektoren 10 an die anderen Objekten 12, 13, 14, 15 übertragen. Diese Übertragung erfordert keinen direkten Sichtkontakt der Objekte 12, 13, 14, 15. So ist beispielsweise in der Figur auch eine Kommunikation zwischen dem LKW 13 und dem PKW 12 und dem Fahrrad 14 durch die Gebäude 17 hindurch möglich.
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Sobald eine Überschneidung der Bewegungsvektoren 10 verschiedener Objekte 12, 13, 14, 15 aber auch von gleichen Objekten 12, 13, 14, 15 durch die Kontrolleinheit ermittelt wird, wird ein entsprechendes Warnsignal generiert bzw. ein Bremsvorgang eingeleitet. So wurde beispielsweise der Bewegungsvektor 10 des Fußgängers 15 an die umliegenden PKWs 12 übermittelt, was dazu führte, dass der PKW 12 vor dem Zebrastreifen 18 abbremste (1). Außerdem wird sowohl der Fahrradfahrer 14 als auch der Fußgänger 15 durch ein Warnsignal darauf aufmerksam gemacht, dass sich ihre Bewegungsvektoren 10 kreuzen und eine Kollision unmittelbar bevorsteht. Die Kontrolleinheit des LKWs 13 erfasst die Bewegungsvektoren 10 der PKWs 12 sowie des Fahrradfahrers 14 und des Fußgängers 15 und wird auf eventuelle Kollisionen durch beispielsweise ein optisches oder akustisches Signal hingewiesen. Da jedoch keine unmittelbare Kollision bevorsteht, greift die Kontrolleinheit nicht in die Steuerung des LKWs 13 ein. Auch wenn sich bei der in 1 dargestellten Situation die Bewegungsvektoren 10 des LKWs und des um die Kurve fahrenden PKWs 12 momentan kreuzen, so ist absehbar, dass sich der PKW 12 weiter bewegt und somit eine Kollision des LKWs und des PKWs nicht mehr unmittelbar bevorsteht (1). Eine Warnung an den LKW-Fahrer ist somit nicht erforderlich. Somit lassen sich durch die Kontrolleinheiten festgestellte Kollisionen situationsbedingt priorisieren, indem die Überschneidungen der Bewegungsvektoren 10 bewertet werden und entsprechend der Bewertung ein Warnsignal generiert wird. Durch ständiges Austauschen der Bewegungsvektoren 10 zwischen den Objekten 12, 13, 14, 15 lässt sich so ein kollisionsfreier Fluss des Straßenverkehrs realisieren (2).
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Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass in der Figur lediglich ein Beispiel für eine Verkehrssituation dargestellt ist, um das Prinzip des Verfahrens sowie des Frühwarnsystems darzustellen. Gleichermaßen ist es denkbar, dass eine Vielzahl von Skifahrern auf einer Skipiste das erfindungsgemäße Frühwarnsystem verwendet, um eventuelle Kollisionen zu verhindern. Gleichermaßen ist denkbar, dass das System bzw. das Verfahren von Seglern einer Regatta verwendet werden, um Zusammenstöße der Segelboote zu verhindern.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bewegungsvektor
- 11
- Straße
- 12
- PKW
- 13
- LKW
- 14
- Fahrrad
- 15
- Fußgänger
- 16
- Satellit
- 17
- Gebäude
- 18
- Zebrastreifen
