CN105940316A - 传感器设备 - Google Patents

Abstract

一种传感器设备(4)，所述传感器设备设置用于检测交通道路的一部分上的交通参与者，其中，所述传感器设备(4)具有用于发出和/或接收发送射束的发送和/或接收装置，其特征在于，所述传感器设备(4)具有至少一个用于确定所述传感器设备(4)所布置的实际位置和/或实际定向的确定装置。

Description

传感器设备

技术领域

本发明涉及一种传感器设备，其设计用于检测在交通道路的一部分上的交通参与者，其中，所述传感器设备具有用于发出和/或接收发送射束的发送和/或接收装置。

背景技术

这种传感器设备如今从现有技术中很早就被公开，并且例如用于在繁忙的交通道路、例如交叉路口进行交通监视。但是，所述传感器设备也能够用于监视船运道路，例如运河或船闸，或者用于监视空域的一部分，例如在风力发电设施周围使用。在传感器设备的常规构型中，通过发送装置发出发送射束，发送射束例如可由雷达射束或超声波组成。所发出的发送射束的至少一部分由处于受监视的交通道路部分上的交通参与者反射并入射到传感器设备的接收装置上。由此可以接收到一部分经反射的发送射束，从而能够推断出反射所发出的发送射束的交通参与者的位置和速度。

为了例如能够对于各个方向以最佳的方式监视可能具有多个车道的街道交叉路口，在很多情况下需要多个这种传统的传感器设备。为了尽可能地减少必须使用的传感器设备，预先例如通过待监视的交通道路的三维模型求取这些传感器设备最佳的期望位置和期望定向。因此，只要传感器设备后来由安装工定位在期望位置和期望定向中，则通过传感器设备以期望的方式监视配置给该传感器设备的交通道路部分并且检测处于该交通道路部分上的交通参与者。

传感器设备传统上被定位在其位于交通道路上方或旁边的期望位置上，例如在交通灯杆或交通标志杆上，为此常须至少部分地交通封锁交通道路。也已知的是，例如几近中心地在两个交通街道的交叉路口上方在张紧的缆线上定位传感器设备。如果在定位和布置传感器设备时出现与期望位置和/或期望定向的偏差，这对传感器设备的功能性具有严重的影响，因为例如交通参与者过晚进入传感器设备的检测区域或过早离开该区域。此外，在实际定向与期望定向偏离的情况下，所期望的交通道路部分可能未被传感器设备监视，使得可能并不是所有的交通参与者都能被检测。然而，只有在多次通过手动执行的方法中确定实际定向和/或实际位置之后，才能识别到这种定位错误或定向错误。

发明内容

因此，本发明的任务在于，继续开发一种传感器设备，使得尽可能简单、快速和可靠地在恰当的位置实现该传感器设备的正确布置。

本发明通过根据权利要求1前序部分所述的传感器设备解决所提出的问题，该传感器设备的特征在于，所述传感器设备具有至少一个用于确定所述传感器设备所布置的实际位置和/或实际定向的确定装置。

在一种有利的构型中，所述至少一个确定装置是用于确定实际位置的GPS模块。当然，也可以使用其他以卫星为基础的位置确定系统或其他系统的模块用于确定实际位置。因此，例如也可以通过移动网络确定实际位置。然而，使用GPS模块具有如下优势，即，能够以高准确性、例如以仅数厘米的偏差确定实际位置。

优选地，所述传感器设备具有提供装置，用于为后续处理提供实际位置和/或实际定向。这种提供装置例如可以是显示屏，实际位置和/或实际定向显示在所述显示屏上并因此能够使例如装配所述传感器设备的技术人员所识别和进行后续处理。技术人员或装配工能够将所确定的实际位置和/或实际定向例如与期望数据进行比较，并在必要时对所述传感器设备的定向和/或位置做出改变。

然而，所述提供装置能够例如以通信装置的形式存在，所述通信装置例如无线或有线地向后续处理装置传输数据。这可通过无线电、移动无线电或WLAN或其他通信通道进行。所述后续处理装置例如是电子数据处理装置，例如计算机，该计算机接收有关实际位置和/或实际定向的数据并在必要时进行后续处理。

在所述传感器设备的一种有利的构型中，所述传感器设备具有电控制器，所述电控制器设置用于比较实际位置与期望位置和/或比较实际定向与期望定向。在此，所述电控制器例如构造成用于电子数据处理的微处理器。

证实尤其有利的是，所述电控制器设置用于从电子数据存储器中提取期望位置和/或期望定向。所述电子数据存储器有利地是所述传感器设备的部件。替代地或附加地，也可以存在外部电子数据存储器，所述电控制器例如通过无线通信通道，例如WLAN、蓝牙或无线电访问所述外部电子数据存储器。

因此，期望位置和/或期望定向被存储在所述传感器设备的所述电子数据存储器中。所述传感器设备能够在定位在实际位置和实际定向中之后通过所述确定装置确定这些量值中的至少一个，并通过所述电控制器与所存储的期望位置和/或期望定向进行比较。通过这种方式，在所述传感器设备定位中的错误和偏差是能够短暂且快速地且更是在安装地点和装配地点便被识别，并且能够快速简单地更正。不再需要再次封锁交通道路或者安装工或装配工再次到来。

在所述传感器设备的一种特别有利的构型中，在所述电子数据存储器中存储当然尽可能多的期望位置和期望定向的数据，这些数据然后能够与特别多的所确定的实际位置和实际定向的数据进行比较。

在此，所述电子数据存储器可以是集成到所述传感器设备中的构件或可分离的构件，例如以U盘的形式，在此情况下可以在所述U盘上存储例如一个或多个传感器设备的期望位置和/或期望定向。这样，例如能够在唯一的外部电子数据存储器上存储例如要针对交叉路口使用的传感器设备的所有期望位置和/或期望定向。该外部电子数据存储器在装配时通过相应的接口，例如USB端口与相应传感器设备的其余部分连接，并在此刻成为相应传感器设备的部件。

当然，也可以考虑所有其他类型的电子数据存储器。例如可能有利的是，所述传感器设备访问例如位于中央位置的电子数据存储器。于是，对存储在所述电子数据存储器中的数据的访问可以例如通过无线连接或移动无线网络进行，使得在安装在相应交通道路上的实际传感器设备中并未布置任何实体存在的电子数据存储器，而是所述传感器设备仅通过相应的通信手段访问这种数据存储器。这也符合在本发明意义上的传感器设备，该传感器设备具有在本发明意义上的电子数据存储器。

优选地，所述期望定向包含期望俯仰角和期望方位角，并且所述至少一个确定装置设置用于确定实际俯仰角和/或实际方位角和/或实际倾斜角。在此，俯仰角指的是描述传感器例如在竖直延伸的X-Z平面中的倾斜度的角。因此，为了确定实际俯仰角，可以例如使用倾斜度传感器，所述倾斜度传感器测量传感器例如相对于水平线的倾斜度。由此求取的实际俯仰角在所述电控制器中与存储在所述电子数据存储器中的期望俯仰角比较。

“方位角”应理解为所述传感器设备例如在水平延伸的X-Y平面中定向的角。方位角可以例如使用指南针和/或磁力仪相对于北向来求取。

所述实际倾斜角描述的是传感器围绕相应射束波瓣(Strahlkeule)纵轴线的倾斜。尤其是对于发送射束波瓣和/或接收射束波瓣非旋转对称地围绕其纵轴线构造的情况，该倾斜角是有意义的，用以确保待监视的交通道路区域的非旋转对称的射束波瓣以尽可能最佳的方式入射和发光，或者说非旋转对称构造的接收波瓣能够以最佳的方式接收经反射的射束。因此，将实际倾斜角的值与通常为0°的期望倾斜角比较。然而，在特殊情况下，设置不为0°的期望倾斜角也是有意义的。实际倾斜角与期望倾斜角的比较类似于其他实际角与相应期望角的比较进行。

当然，也可以考虑相对于其他参考平面或直线的其他角，只要通过三个不相关的角能够明确描述所述传感器设备的定向。

在一种优选的构型中，所述至少一个确定装置具有用于确定实际方位角的指南针和/或磁力仪。然后，由此求取的实际方位角能够通过所述电控制器与存储在所述电子数据存储器中的期望方位角进行比较。

在一种特别优选的构型中，除了已提及的信息之外，在所述传感器设备的所述电子数据存储器中附加地存储有关于交通道路部分的不同分区——尤其是车道的信息或预期轨迹，由所述预期轨迹预期到至少一部分交通参与者至少大致沿着该预期轨迹运动。当然，可以既存储关于不同分区——尤其是车道的信息，又存储预期轨迹。

为了确定期望位置和/或期望定向，传统方式是建立待监视的交通道路、例如街道交叉路口的三维模型，并根据该模型确定最佳的期望位置和/或最佳的期望定向。如果此时在所述电子数据存储器中存储有例如关于车道相对于期望位置和/或期望定向延伸的信息，则能够识别出空间轨迹明显偏离所存储的车道延伸的交通参与者，并且例如在待监视的交通道路部分上标记出这些交通参与者的前进运动。为此，可以例如存在单独的光学摄像机，其能在必要情况下被激活。

附加于或替代于这些关于待监视的交通道路的车道或其他分区的信息，也可以在所述电子数据存储器中存储预期轨迹。在此，“预期轨迹”应理解为至少一部分交通参与者的预期运动，所述运动例如以参数化形式存储在所述电子数据存储器中。这些预期轨迹通常相应于交通参与者沿例如存在的车道的运动。在此，也能够辨识出实际空间轨迹大大偏离预期轨迹的引人注意的交通参与者。在此，传统方式是期望当交通参与者例如追随交通道路车道运动时，至少在一大段时间内在预期轨迹周围的相对狭窄的区域中运动。例如更换车道等情况可以通过这种方式被识别，并且能够划分成不同场景。预期轨迹也可以被定义为区域形式，交通参与者预计将在该区域内运动。该区域可以例如与交通道路的一个或多个车道重合。

优选地，所述电控制器设置用于从多次在不同时刻检测到的交通参与者的数据中确定实际轨迹，将所述实际轨迹与所述预期轨迹或者与关于交通道路部分的不同分区、尤其是车道的信息比较，并从比较结果中确定实际俯仰角与期望俯仰角的偏差和/或实际方位角与期望方位角的偏差。

通过在此描述的传感器设备，在交通参与者在待监视的交通道路部分上运动期间，通常多次检测到该交通参与者。由此，在不同时刻获得各交通参与者的不同停驻地点，这些不同停驻地点可以通过所述电控制器被总结成实际轨迹，相应交通参与者实际上沿所述实际轨迹运动。现在，这些实际轨迹能够例如与关于交通道路部分、例如车道的附加信息比较。如果在此证实，大部分所检测到的交通参与者例如没有基本上平行于所存储的车道运动，而是与这些车道保持大体上恒定的角度，则可以由此获得关于实际方位角的信息。只要所述传感器设备处于其期望位置和期望定向，所检测到的交通参与者就一定沿所述车道或所述预期轨迹运动。交通参与者例如在与所述车道或所述预期轨迹相同的平面中与所述车道或所述预期轨迹偏离的、却与其成几乎恒定的不为0°的角度的运动是实际方位角与期望方位角偏离的提示。

如果实际轨迹与所存储的车道或预期轨迹的比较导致在实际轨迹与所存储的数据之间识别出或多或少恒定的角度，所述角度例如位于X-Z平面中，则这是实际俯仰角与期望俯仰角偏离的强烈提示。

因此，能够仅从所计算的实际轨迹与所存储的关于交通道路或预期轨迹的信息的比较中得出关于所述传感器设备实际定向与期望定向比较的结论，而无需为此设置以传感器、指南针或类似设备形式存在的单独构件。所述电控制器的一部分在该构型中成为确定装置，使得在该传感器设备的构型中所使用的构件数量大大减少。

如果确定了实际位置与期望位置的偏差和/或实际定向与期望定向的偏差，则不必强制性改变所述传感器设备的实际位置和/或实际定向。例如由所述发送和接收装置发出的发送射束的张角经常大于覆盖期望区域所需的张角。在此情况下，不需要改变实际位置和/或实际定向，因为期望的交通道路区域有可能不由所述发送和接收装置的期望的张角中心区域，而是例如由相对于这个区域偏移的张角区域覆盖。示例性的发送和接收装置具有从-20°至+20°围绕主发送轴线延伸的张角。该张角可以例如构造为锥形的并由此围绕该纵轴线旋转对称的。如果这种发送和接收装置被布置在所述传感器设备的期望位置和期望定向中，则其结果例如是，从-15°至+15°的区域围绕中心发送轴线发出的发送射束覆盖待监视的交通道路区域。然而，如果所述发送和接收装置例如相对期望定向错位几度地布置，尤其是以错位的方位角布置，则不必强制性地更正该实际定向。而是可以移动覆盖和监视期望的交通道路区域所需的发送区域，从而不再使用围绕所述中心发送轴线-15°至+15°角度区域中的，而是使用例如-10°至+20°区域中的发送射线来监视交通道路。这样的改变是通过纯电子方法的，因此可以考虑软件解决方案。在此，发送射束波瓣和接收射束波瓣的形状都没有改变，而是仅仅转变成经移动的另一个角度区域用于分析处理。

也可以在确定实际位置与期望位置的偏差和/或实际定向与期望定向的偏差之后改变存储在所述电子数据存储器中关于车道或预期轨迹的数据，使得它们再次符合实际的情况。这同样能够在软件匹配的范畴中通过电子方法进行。

发送和接收装置经常具有进行射束成型的构件，使得例如通过改变对这些构件的控制能够改变和形成由所述发送和接收装置发出的发送射束的发送锥和/或接收锥。接收射束波瓣的改变也可以在无需附加构件的情况下进行，其方式是，所接收的信号经历数学运算。尤其是能够以数字方法生成和使用相移。通过这种射束成型方式也可以补偿修正实际位置与期望位置的偏差和/或实际定向与期望定向的偏差。

优选地，所述电控制器设置用于将实际位置与期望位置的偏差和/或实际定向与期望定向的偏差输出到输出装置上，尤其是显示器。通过这种方式，装配工和安装工能够尤其简单地识别到并在必要时进行实际位置和/或实际定向的所需修正。当然，由所述电控制器输出的信息也能够例如为存档目的而被存储。

优选地，所述传感器设备具有至少一个加速度传感器，通过所述至少一个加速度传感器可以测量所述传感器设备在至少一个空间方向上、优选在两个或三个相互独立的空间方向上的加速度。当所述传感器设备布置在例如遭受强风的杆上时可能会出现这种加速度。在此出现杆的摆动，这些摆动根据自然情况传递到紧固在其上的传感器设备上，并由此损害所述传感器设备的测量结果。如已经说明的，所述传感器设备发出发送射束，所述发送射束由待检测的交通参与者反射并由所述传感器设备再次接收。为了能够确定交通参与者与所述传感器设备的间距，需要知道所述发送射束的传播速度并测量发出所述发送射束与接收经反射的发送射束之间的时间间隔。当然，这个的前提是，所述传感器设备的位置不改变或仅以可忽略的方式改变。此外，它的前提还在于，所述传感器设备例如相对于交通道路不运动或仅以可忽略的方式运动，例如预防多普勒效应，多普勒效应尤其是在使用超声波作为发送射束时完全可能会引发值得重视的效果。因此，只要通过所述至少一个加速度传感器求取到在至少一个空间方向上的大于预先确定的界限值的加速度，则在分析处理测量数据时例如可以考虑这点。替代地或附加地，这种大的加速度可能会导致所述电控制器关断所述传感器设备或者不再分析处理所接收的发送射束。

附图说明

以下借助附图进一步阐释本发明的一个实施例。附图示出：

图1：具有传感器设备的交叉路口的示意图；

图2：在方位角方面的偏差的示意图；

图3a和b：正确的俯仰角的示意图(图3a)和错误的俯仰角的示意图(图3b)。

具体实施方式

图1示出了交叉路口2的俯视示意图，传感器设备4在所述交叉路口2上布置在实际位置中。在图1示出的定位中，所述传感器设备4处于与期望位置一致的实际位置。以实线表示期望检测区域6，所述期望检测区域6以期望方位角8偏离北向10。当然，所述期望方位角8也能参考任意其他的优选方向确定。

在图1中看出，所述期望检测区域6以几乎最佳的方式覆盖所述交叉路口2的一部分。事先例如在使用三维模型的情况下确定该期望检测区域6。

相对地，通过虚线表示实际检测区域12，所述实际检测区域12以实际方位角14偏离所述北向10。

在图1中已看出，所述实际检测区域12覆盖所述交叉路口2的明显与所述期望检测区域6不同的区域。这样，例如在图1中在从上向下延伸的街道上在这个方向上行驶的车辆仅很晚才进入传感器设备4的实际检测区域12，而它们却能够明显更早地在期望检测区域6中被识别。

图2示出了与图1相同的情况，其中，为了清晰起见，未示出交叉路口2。因此，在图2中也示出了传感器设备4、期望检测区域6和实际检测区域12。然而，在图1中绘出并已知期望方位角，而图2示出了一种传感器设备4，在所述传感器设备4的电子数据存储器中不必包括期望方位角8。而是在所述电子数据存储器中存储有关于待监视的交叉路口2的其他信息。这些信息例如包括预期轨迹16。该预期轨迹16相应于进入所述期望检测区域6中的大部分交通参与者的预期行驶方向或者预期路径。所述预期轨迹16在方向上相应于图1中示出的交叉路口2的车道方向。

交通参与者，例如是在图1中在从上向下延伸的街道上在街道右侧上在图1中示出的车道上行驶的机动车在通过虚线圆表示的期望进入点18进入到所述期望检测区域6中。然后，所述交通参与者沿车道轨迹20运动，所述车道轨迹20可以例如以参数化的形式例如同样存储在所述电子数据存储器中。替代地或附加地，所述车道轨迹20是由所述传感器设备4和包含在其中的电子控制器从交通参与者的不同测量数据中计算得出的实际轨迹。可以看出，车道轨迹20平行于预期轨迹16延伸。

如果所述传感器设备4虽然被装配在期望位置，但却未在期望定向上，则这将导致已在图1中示出的实际检测区域12与期望检测区域6的偏差。如图1所示，图2示出的情况下也存在方位角方面的偏差。这现在有一系列完全不同的效果。一方面，沿图1中示出的车道从上向下在街道右侧运动的机动车明显更晚进入到实际检测区域12中。这发生在实际进入点22。预期轨迹16′和预期进入点18′与车道轨迹20′完全一样地作为关于待监视的交叉路口2的区域的附加信息存储在所述电子数据存储器中。因此，它们在方位角方面具有与实际检测区域12相同的偏差。现在，在已提及的车道上运动的机动车或其他交通参与者现在如已经描述地在实际进入点22进入到实际检测区域12中，并在实际检测区域中沿实际轨迹24运动。实际轨迹24也是直线延伸的，但却比从存储在所述电子数据存储器中的关于交叉路口2的附加信息所预期的更短，并且不平行于预期轨迹16′或者说车道轨迹20′延伸。在一侧上的车道轨迹20′和预期轨迹16′与另一侧上的实际轨迹24之间围成一个角，该角恰好相应于实际方位角14与期望方位角8之间的偏差。因此，通过确定实际轨迹24和关于多个所检测的交通参与者的相应轨迹的平均值，能够确定实际方位角14与期望方位角8之间的差，因为期望方位角8已知，所以也能够计算出实际方位角14。

然后，所述传感器设备4能够例如在未示出的显示设备——例如显示屏上建议对传感器设备4实际定向的合适修正。

图3a中示出了所述传感器设备4的高度简化示图，所述传感器设备4处于其期望位置和期望定向中。在此，所述传感器设备4布置在街道26上方，所述街道26的期望检测区域6被检测。在所述传感器设备4的电子数据存储器中包含有作为关于待监视的交通道路部分的附加信息的预期轨迹16。该预期轨迹16在示出的实施例中平行于所述街道26上移，并由此考虑到预期的交通参与者的平均高度。因为所述传感器设备4在图3a中完美地布置在期望位置和期望定向中，所以该预期轨迹16与在图3a中未示出的实际轨迹重叠。

图3b示出了所述传感器设备4虽然布置在期望位置却未布置在期望定向中的情况。不同于图1和2中示出的情况，图3b中存在俯仰角方面的偏差。图3a中示出了相对水平线30测量的期望俯仰角28，而图3b示出了相对水平线30存在的实际俯仰角32大于期望俯仰角28的情况。

这一方面导致实际检测区域12相对于期望检测区域6不仅移动，而且还变小。此外，作为关于待监视的交通道路部分的附加信息存储的预期轨迹16不再平行于街道26延伸，使得沿实际轨迹24平行于街道26运动的交通参与者不追随预期轨迹16。而是预期轨迹16与实际轨迹24围成一个位于X-Z平面中、也就是在垂直于街道26的平面中的角，并且刚好相应于期望俯仰角28与实际俯仰角32之间的偏差。因此，通过这种方式能够从期望俯仰角28和按如上所述所确定的偏差的认知中确定实际俯仰角。这通过所述电控制器进行，所述电控制器例如在输出装置上建议对传感器设备4实际定向的适当修正。

附图标记列表

2 交叉路口

4 传感器设备

6 期望检测区域

8 期望方位角

10 北向

12 实际检测区域

14 实际方位角

16，16′ 预期轨迹

18，18′ 预期进入点

20，20′ 车道轨迹

22 实际进入点

24 实际轨迹

26 街道

28 期望俯仰角

30 水平线

32 实际俯仰角

Claims (12)

1.一种传感器设备(4)，所述传感器设备设置用于检测在交通道路的一部分上的交通参与者，其中，所述传感器设备(4)具有用于发出和/或接收发送射束的发送和/或接收装置，

其特征在于，

所述传感器设备(4)具有至少一个用于确定所述传感器设备(4)所布置的实际位置和/或实际定向的确定装置。

2.根据权利要求1所述的传感器设备(4)，其特征在于，所述至少一个确定装置是用于确定所述实际位置的GPS模块。

3.根据权利要求1或2所述的传感器设备(4)，其特征在于，所述传感器设备(4)具有提供装置，用于为后续处理提供所述实际位置和/或所述实际定向。

4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器设备(4)，其特征在于，所述传感器设备(4)具有电控制器，所述电控制器设置用于比较所述实际位置与期望位置和/或比较所述实际定向与期望定向。

5.根据权利要求4所述的传感器设备(4)，其特征在于，所述电控制器设置用于从电子数据存储器中提取所述期望位置和/或所述期望定向。

6.根据权利要求5所述的传感器设备(4)，其特征在于，所述电子数据存储器是所述传感器设备(4)的部件。

7.根据权利要求4、5或6所述的传感器设备(4)，其特征在于，所述期望定向包括期望俯仰角(28)和期望方位角(8)，所述至少一个确定装置设置用于确定实际俯仰角(32)和/或实际方位角(14)和/或实际倾斜角。

8.根据权利要求7所述的传感器设备(4)，其特征在于，所述至少一个确定装置具有用于确定所述实际方位角(14)的指南针和/或磁力仪。

9.根据权利要求7或8所述的传感器设备(4)，其特征在于，在所述电子数据存储器中存储有关于交通道路部分的不同分区——尤其是车道的信息或预期轨迹(16，16′)，由所述预期轨迹(16，16′)预期到至少一部分交通参与者沿着该预期轨迹(16，16′)运动。

10.根据权利要求9所述的传感器设备(4)，其特征在于，所述电控制器设置用于从多次在不同时刻检测的交通参与者的数据中确定实际轨迹(24)，将所述实际轨迹(24)与所述预期轨迹(16，16′)或者与所述关于交通道路部分的不同分区——尤其是车道的信息比较，并从比较结果中确定所述实际俯仰角(32)与所述期望俯仰角(28)的偏差和/或所述实际方位角(14)与所述期望方位角(8)的偏差。

11.根据权利要求4至10中任一项所述的传感器设备(4)，其特征在于，所述电控制器设置用于将所述实际位置与所述期望位置的偏差和/或所述实际定向与所述期望定向的偏差输出到输出装置，尤其是显示器。

12.根据前述权利要求中任一项所述的传感器设备(4)，其特征在于，所述传感器设备(4)具有至少一个加速度传感器，通过所述至少一个加速度传感器能够测量所述传感器设备(4)在至少一个空间方向上、优选在两个或三个相互独立的空间方向上的加速度。