"Verfahren und Einrichtung zur Erfassung von Daten über die Verkehrslage"
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Daten über die Verkehrslage in einem Straßennetz, wobei einer Zentrale von einer Mehrzahl von Fahrzeugen, die am Straßenverkehr teilnehmen und ausgestattet sind mit einer Sensorik zur Erfassung verkehrsrelevanter Sensordaten, die zumindest eine die aktuelle Geschwindigkeit v(t) des jeweiligen Fahrzeugs repräsentierende Größe umfassen, in zeitlichen Abständen Einzelmeldungen über die von einer im jeweiligen Fahrzeug angeordneten Datenverarbeitungseinrichtung anhand der erfaßten Sensordaten erkannte aktuelle Verkehrssituation in der Fahrzeugumgebung auf drahtlosem Wege übermittelt werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung in einem Fahrzeug zur Erfassung und Übermittlung solcher Einzelmeldungen.
Die Erfassung und Beschreibung der Verkehrslage ist eine wesentliche Aufgabe im Bereich der Verkehrstelematik, zu deren Zielen es gehört, die Verkehrsteilnehmer mit möglichst aktuellen und aussagefähigen Informationen zu versorgen, damit die Verkehrsteilnehmer Situationen mit Verkehrsstau nach Möglichkeit vermeiden und im Bedarfsfall auf weniger belastete Straßen ausweichen können. Es ist bekannt, zu diesem Zweck straßenseitig installierte stationäre Erfassungseinrichtungen (z.B. Baken, Induktionsschleifen o.a.) zu verwenden. Dies ist nicht nur mit sehr hohen Kosten für die Schaffung und Erhaltung der erforderlichen Infrastruktur verbunden, sondern hat auch den Nachteil, daß diese Einrichtungen systembedingt jeweils nur einen lokal außerordentlich eng begrenzten Einsatzbereich aufweisen. Für eine flächendeckende Verkehrslageerfassung ist daher die Installation einer riesigen Anzahl von Erfassungseinrichtungen notwendig.
In jüngerer Zeit sind auch Ansätze bekannt geworden, eine Verkehrslageerfassung ohne fest installierte straßenseitige Einrichtungen vorzunehmen, indem aus den Fahrzeugen einer Stichprobenfahrzeugflotte entsprechende Informationen an geeignete Sammelstellen (z.B. Verkehrsleitzentrale) übermittelt werden. Es handelt sich dabei quasi um im Verkehr mitschwimmende Meßstationen („floating cars"), die relevante Daten (insbesondere die Fahrzeuggeschwindigkeit) über eine mobile
drahtlose Kommunikationseinrichtung (z.B. ein Funktelefon) an die jeweilige Datensammelstelle zur Weiterverarbeitung und Auswertung übertragen. Das Ergebnis der Auswertung kann dann einer Vielzahl von Verkehrsteilnehmern im Sinne von Verkehrshinweisen und Ausweichempfehlungen übermittelt werden, so daß die Verkehrsteilnehmer verkehrslageabhängig eine günstige Entscheidung über die zu wählende Fahrtroute treffen können. Die Ergebnisse können auch Eingang finden in automatische Routenplanungs- und Zielführungssysteme.
Ein Problem der "floating cars" liegt darin, daß eine fortlaufende Übermittlung der aktuellen Geschwindigkeit einer Vielzahl von Fahrzeugen eine außerordentlich starke
Belastung für die Übertragungskanäle der benutzten Kommunikationseinrichtung darstellt und darüber hinaus einen bedeutenden Kostenfaktor bei der Benutzung eines gebührenpflichtigen Kommunikationssystems bildet. Daher versucht man, anstelle der Übermittlung von einzelnen Meßwerten nach Möglichkeit verdichtete Daten an die Zentrale zu übertragen, in der die Verkehrsinformationen gesammelt und für die
Endbenutzer aufbereitet werden. Beispielsweise könnte man in zeitlichen Abständen die Durchschnittsgeschwindigkeit des jeweiligen Fahrzeugs an die Zentrale übermitteln. Aber auch dies ist immer noch sehr aufwendig. Sehr viel effektiver wäre es, wenn bereits im Fahrzeug, in dem die Datenerfassung mittels einer geeigneten Sensorik durchgeführt wird, eine Entscheidung darüber getroffen werden könnte, ob es sich um für die Verkehrslage mehr oder weniger bedeutsame Daten handelt, und die Datenübertragung möglicherweise nur auf bedeutsame Daten beschränkt wird. In dieser Hinsicht wäre es von großem Interesse, wenn man sich beispielsweise auf die Übertragung lediglich von Informationen über einen festgestellten Verkehrsstau beschränken könnte.
Generell gilt, daß ein auf "floating cars" basierendes Verkehrslageerfassungssystem, in welchem automatisch große Mengen an Meldungen über aus der Sicht des einzelnen "floating cars" ungewöhnliche und daher bedeutsame Ereignisse erzeugt werden, diese Meldungen zunächst einer gründlichen Kontrolle unterzogen werden müssen, bevor diese in Verkehrsdienstleistungen, wie etwa Routenplanungen, Zielführung von Fahrzeugen, Verkehrsplanungen oder Verkehrsprognosen, einfließen. Aufgrund der in den "floating cars" aus Kostengründen möglichst einfach gehaltenen Sensorik wird es nämlich bei einer maschinellen Bewertung von erfaßten Sensordaten unvermeidlich zu Verwechslungen verschiedener Typen von Ereignissen kommen. Ein
besonders drastisches Beispiel stellt die Verwechslung des Ereignisses "Stau" mit dem Ereignis "Stop an einer Raststätte" während einer Autobahnfahrt dar. In beiden Fällen wird von der Sensorik die Fahrzeuggeschwindigkeit Null detektiert. Wegen der Vielzahl von gemeldeten Ereignissen in einem auf "floating cars" basierenden Verkehrslageerfassungssystem ist im Falle einer rein manuellen Lösung des Problems der Kontrolle und ggf. Korrektur von Ereignismeldungen, die in der Zentrale eingehen, die Wirtschaftlichkeit eines solchen Systems von vornherein in Frage gestellt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterzubilden, daß eine zumindest weitgehend automatisierbare Kontrolle von
Ereignismeldungen in der Zentrale mit hinreichender Zuverlässigkeit stattfinden kann. Ferner soll eine Einrichtung in einem Fahrzeug vorgeschlagen werden, die zur Erfassung und Übermittlung von Verkehrslagedaten im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens benutzt werden kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe für ein gattungsgemäßes Verfahren dadurch, daß die von den "floating cars" an die Zentrale übermittelten Einzelmeldungen in einer bestimmten Weise zusammengesetzt werden. Sie umfassen als Bestandteil jeweils nicht nur eine klassifizierende Interpretation der in der Fahrzeugumgebung bestehenden Verkehrssituation, die von der in dem Fahrzeug jeweils mitgeführten Datenverarbeitungseinrichtung anhand der erfaßten Geschwindigkeitsgrößen vorgenommen wird, sondern beinhaltet darüber hinaus auch einen Vertrauensfaktor F, der von der Datenverarbeitungseinrichtung aus den erfaßten Geschwindigkeitsgrößen gebildet wird. Dieser Vertrauensfaktor F wird in der Weise gebildet, daß er ein Maß für die Welligkeit des zeitlichen Profils der erfaßten Geschwindigkeitsgrößen für den Zeitraum darstellt, auf den sich die Einzelmeldung jeweils bezieht. Diese Geschwindigkeitsgrößen sind vorzugsweise die aktuellen Geschwindigkeiten v(t) des Fahrzeugs. Selbstverständlich ist es ohne weiteres möglich, hierfür auch andere Größen mit entsprechender Aussagekraft heranzuziehen. Beispielsweise könnte die jeweils für das Durchfahren einer vorgegebenen Wegstrecke benötigten Zeit oder aber auch die in einer vorgegebenen Zeit zurückgelegte Wegstrecke übermittelt werden. Mit der Welligkeit des Profils der Geschwindigkeitsgrößen ist eine Vergieichsgröße gemeint, die eine Aussage über die "Intensität" der zeitlichen Schwankungen der jeweiligen Geschwindigkeitsgröße darstellt. Hierfür lassen sich eine Reihe von Ansätzen verwenden. Vorzugsweise wird der Vertrauensfaktor F dadurch gebildet, daß
die angenäherte Länge des Graphen v(t), also der aktuellen Geschwindigkeit des jeweiligen "floating cars", über den Zeitraum, auf den sich die Einzelmeldung bezieht, berechnet und anschließend die Länge dieses Graphen v(t) mit Hilfe einer vorgegebenen Referenzgeschwindigkeit und der bei der Sensordatenermittlung (d.h. der Ermittlung der Geschwindigkeitsgrößen) angewendeten Meßfrequenz f normiert wird. Als Referenzgeschwindigkeit kann im Grundsatz ein beliebiger Geschwindigkeitswert herangezogen werden. Es empfiehlt sich jedoch, hierfür die minimale Fahrzeuggeschwindigkeit Vmin zu verwenden, die gleichzeitig als Schwellenwert zur Erkennung einer verkehrsbedingten Störung (Stau) dient. Das bedeutet, daß die Datenverarbeitungseinrichtung im jeweiligen "floating car" erst dann von einem verkehrsbedingten Stau ausgeht, wenn die Sensorik eine Fahrzeuggeschwindigkeit v(t) ermittelt, die kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert vmln ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß diese Referenzgeschwindigkeit von der Zentrale bei Bedarf verändert und auf drahtlosem Wege an die einzelnen "floating cars" übermittelt wird. Auf diese
Weise läßt sich die Empfindlichkeit des Verfahrens gezielt verändern. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, um den Erfordernissen einer überregionalen Autobahn mit üblicherweise höheren Geschwindigkeiten im Unterschied zu einer Stadtautobahn in einem Ballungsgebiet mit entsprechend geringeren Geschwindigkeiten gerecht zu werden. In praktischen Versuchen besonders bewährt hat sich die Bildung des Vertrauensfaktors F nach folgender Beziehung:
f min (vminι I v(ti + 1) - v(ti) | )
F = Σ (ti + 1 - t() N - 1 i,i + 1 e S vmin
darin bedeuten:
S die Indexmenge der Geschwindigkeitsmessungen im Zuge der
Sensordatenermittlung (vorzugsweise die einem Stauereignis zugeordnete Indexmenge),
N die Mächtigkeit dieser Indexmenge und t die Zeiten, zu denen Geschwindigkeitsmessungen durchgeführt wurden.
Im Hinblick auf die Einrichtung zur Übermittlung von Einzelmeldungen zur Verkehrslageerfassung geht die Erfindung aus von einer Einrichtung, die eine
Sensorik zur Erfassung von Daten, die zumindest für die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentative Daten (Geschwindigkeitsgrößen) umfassen, sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung aufweist, die an diese Sensorik angeschlossen ist. Ferner umfaßt diese Einrichtung eine Kommunikationseinrichtung für die drahtlose Übermittlung von Einzelmeldungen, die für die aktuelle Verkehrslage in der Fahrzeugumgebung kennzeichnend sind, an eine Zentrale. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Programmierung der Datenverarbeitungseinrichtung in folgender Weise eingerichtet ist: Anhand der erfaßten Geschwindigkeitsgrößen nimmt die Datenverarbeitungseinrichtung eine klassifizierende Interpretation der Verkehrslage in der Fahrzeugumgebung vor, wobei diese Interpretation zumindest die Klasse "verkehrsbedingte Störung" (Stau) umfaßt. Ferner bildet die Datenverarbeitungseinrichtung anhand der erfaßten Geschwindigkeitsgrößen einen Vertrauensfaktor F, der ein Maß für die Welligkeit des zeitlichen Profils der Geschwindigkeitsgrößen für den Zeitraum darstellt, auf den sich die Einzelmeldung jeweils bezieht, also insbesondere für das Zeitintervall zum Durchfahren eines Staus. Schließlich stellt die Datenverarbeitungseinrichtung die über die Kommunikationseinrichtung an die Zentrale zu übermittelnden Einzelmeldungen in der Weise zusammen, daß diese mindestens jeweils die klassifizierende Interpretation der Verkehrslage in der Fahrzeugumgebung und den Vertrauensfaktor F umfassen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Schema eines Verkehrslageerfassungssystems, Fig. 2 Häufigkeitsverteilungen für wahre und unwahre Staumeldungen in
Abhängigkeit vom Vertrauensfaktor F.
Das in Fig. 1 dargestellte Schema eines Verkehrslageerfassungssystems ist unterteilt in Funktionsblöcke, die zu einer Zentrale zur Erfassung der Verkehrslagedaten gehörig sind, und in Funktionsblöcke, die den einzelnen "floating cars" jeweils zugeordnet sind. Ausgangspunkt ist die Erfassung von Sensordaten durch eine entsprechende Sensorik im jeweiligen "floating car". Die an die Sensorik angeschlossene Datenverarbeitungseinrichtung des "floating car" ermittelt aus diesen Sensordaten, die vorzugsweise in der aktuellen Geschwindigkeit des jeweiligen Fahrzeugs bestehen, einen Vertrauensfaktor F, vorzugsweise nach der vorstehend beschriebenen Formel.
Die dabei benötigten Werte für die Referenzgeschwindigkeit v^,, sowie ggf. der Länge des Meßintervalls und der Meßfrequenz f können von der
Datenverarbeitungseinrichtung des "floating car" einem Speicher entnommen werden, der in Fig. 1 mit "Voreinstellung Konfiguration" bezeichnet ist. Über einen Sender/Empfänger (Kommunikation) für den drahtlosen Datenaustausch mit der Zentrale können die Voreinstellungen bei Bedarf geändert werden. Die Datenverarbeitungseinrichtung des "floating car" nimmt anhand der über die Sensorik erfaßten Geschwindigkeitsgrößen im Sinne der vorliegenden Erfindung eine klassifizierende Interpretation der Verkehrssituation in der Fahrzeugumgebung vor und ermittelt hierfür den Vertrauensfaktor F. Die Interpretation der Verkehrssituation, insbesondere die zur Klasse "verkehrsbedingte Störung" gehörenden Staumeldungen werden als Einzelmeldungen jeweils zusammen mit dem ermittelten Vertrauensfaktor über den Funktionsblock "Kommunikation" an die Zentrale übermittelt. Der Sender/Empfänger der Zentrale, der ebenfalls durch einen Funktionsblock "Kommunikation" symbolisiert ist, nimmt die übermittelten Einzelmeldungen auf und speichert sie. Aus dem mit "Voreinstellung Konfiguration" bezeichneten Funktionsblock der Zentrale kann bei Bedarf ein Datensatz für eine Änderung der Voreinstellwerte in den "floating cars" entnommen werden. Die in der Zentrale vorhandene nicht näher dargestellte Datenverarbeitungseinrichtung überprüft jede eingegangene Einzelmeldung anhand des jeweils mit übermittelten zugehörigen Vertrauensfaktors, ob die von dem "floating car" vorgenommene Interpretation der Verkehrslage wahrscheinlich richtig gewesen ist oder ob diese zweifelhaft erscheint. Wie bereits vorstehend erwähnt, kann die Fahrzeuggeschwindigkeit Null nicht nur bei einem durch hohes Verkehrsaufkommen verursachten (verkehrsbedingten) Stau, sondern auch bei einem planmäßigen Halt an einer Raststätte oder auf einem Parkplatz einer Autobahn auftreten. Ein durch hohes Fahrzeugaufkommen entstandener Stau kündigt sich in der Regel durch charakteristische Schwankungen des Geschwindigkeitsprofiis an. Dagegen liegt bei einem planmäßigen Halt auf einem Parkplatz oder an einer Raststätte meistens ein relativ glattes Geschwindigkeitsprofil unmittelbar vor diesem Halt vor. Es kann aber auch vorkommen, daß ein plötzlicher Verkehrsstau durch einen
Unfall mit anschließender Vollsperrung der Fahrbahn auftritt, wobei bis zum Erreichen des Staus ebenfalls ein relativ glattes Geschwindigkeitsprofil vorliegt. Während das Verfahren der vorliegenden Erfindung im Falle des verkehrsbedingten Staus einen vergleichsweise großen Vertrauensfaktor F (nahe dem Maximalwert 1) ermitteln würde, ergäbe sich bei den beispielhaft erwähnten Fällen eines planmäßigen Halts an
einer Raststätte oder eines plötzlichen Unfallstopps ein vergleichsweise niedriger Vertrauensfaktor F. Bei der Vielzahl der in der Zentrale eingehenden Einzelmeldungen ist daher vorgesehen, daß automatisch von der Datenverarbeitungseinrichtung der Zentrale eine Bewertung der Einzelmeldungen anhand des Vertrauensfaktors erfolgt, wobei alle Einzelmeldungen, deren Vertrauensfaktor über einem Schwellenwert von z.B. 0,4 liegt, als richtig interpretiert akzeptiert werden (automatische Auswertung), während alle Einzelmeldungen, die einen geringeren Vertrauensfaktor aufweisen, einer Verkehrsredaktion zur manuellen Bewertung zugeführt werden. Aus den beiden Teilströmen der automatisch ausgewerteten und den von einem Verkehrsredakteur überarbeiteten bzw. abschließend bewerteten Einzelmeldungen werden dann in der
Zentrale die Verkehrsinformationen gebildet, die den Verkehrsteilnehmern zur Verfügung gestellt werden können.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine hohe Zuverlässigkeit der Aussagekraft von Verkehrsinformationen. Dabei findet eine weitgehend automatische Bewertung der erfaßten Einzelinformationen statt. Lediglich für einen erheblich kleineren Teil der erfaßten Einzelmeldungen muß eine manuelle Bewertung vorgenommen werden, um zuverlässige Eingangsdaten für die abzuleitenden Verkehrsinformationen zu gewährleisten. Auf diese Weise wird die Wirtschaftlichkeit einer qualitativ hochwertigen Datenerfassung sichergestellt.
In Fig. 2 ist die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch, d.h. nicht maßstabsgetreu anhand von Häufigkeitsverteilungen dargestellt. Für eine Vielzahl von Einzelmeldungen, deren Vertrauensfaktor jeweils nach der vorstehend angegebenen Berechnungsformel ermittelt wurde, wurden die Häufigkeitsverteilungen p(F) in Abhängigkeit vom Vertrauensfaktor F aufgetragen, wobei als Kurve a diejenigen Einzelmeldungen ausgewertet wurden, bei denen die automatische Bewertung "verkehrsbedingter Stau" tatsächlich zutreffend war. Demgegenüber ist in der Kurve b die Häufigkeitsverteilung für diejenigen Einzelmeldungen dargestellt, die durch die Bewertungsautomatik in den "floating cars" unzutreffend als Staumeldung interpretiert wurden. Man entnimmt der Darstellung, daß Stau-Einzelmeldungen mit einem Vertrauensfaktor von etwa 0,4 oder größer eine außerordentlich hohe Zuverlässigkeit besitzen, da nur sehr wenige Einzelmeldungen mit höherem Vertrauensfaktor F unrichtig in diese Kategorie eingeordnet werden.