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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen von fahrtroutenbezogenen Wetterinformationen für ein Fahrzeug.
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Ein derartiges Verfahren ist aus der
JP-10307042 A bekannt. Dabei werden Wetterprognose-Daten (i. f. Primär-Daten genannt) verwendet, um eine möglichst unwetterfreie Fahrtroute zu entwerfen. Basierend auf den von einer externen Quelle stammenden Primär-Daten und der Fahrtziel-Vorgabe wird von einer Zentraleinheit die Fahrtroute so gelegt, dass prognostizierte Schlechtwetter-Gebiete vermieden werden.
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Ein ähnliches Verfahren ist in der
US 5 182 555 für Verkehrsstauungen beschrieben. Eine Zentrale außerhalb des Fahrzeugs sammelt Informationen zur Verkehrsdichte. Daten über aktuelle Stauzonen mit Ortsbezug zur Position und zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs werden an das Fahrzeug übertragen und auf einer digitalen Straßenkarte einer Navigationseinrichtung im Fahrzeug angezeigt.
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Ferner wird in der deutschen Patentanmeldung
DE 100 64 934 A1 ein Standardinterface für ein Fahrzeug beschrieben, über das das Fahrzeug mit anderen Fahrzeugen jeweils fahrzeugseitig generierte Daten austauscht, über die direkt oder indirekt Aussagen über die Umweltbedingungen ermöglicht werden (sog. Sekundär-Daten).
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Beiden Daten (Primär- und Sekundär-Daten) gemeinsam ist eine Unsicherheit der Aussage über das tatsächliche Wetter in dem Gebiet und speziell längs einer Fahrtroute, auf der sich das Fahrzeug tatsächlich bewegt. Für die Primär-Daten ist dies unmittelbar einleuchtend. Wetterprognosen besitzen nur eine Wahrscheinlichkeit ihres Eintritts, die deutlich unter 100% liegt. Für die Sekundär-Daten gilt dies ebenfalls. Verwendet man beispielsweise die Information „Scheibenwischer einschaltet” als Information über das aktuelle, hier schlechte Wetter, so ist diese Aussage nicht 100%ig richtig. Scheibenwischerbetrieb liegt auch vor, wenn die Scheibe gereinigt werden soll oder das Ausschalten trotz trockener Fahrbahn vergessen wurde.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das längs einer Fahrtroute vorliegende tatsächliche Wetter mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit wiederzugeben.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den in Patentanspruch 1 genannten Mitteln. In der Zentraleinheit wird die Konsistenz der Primär- und Sekundär-Daten festgestellt. Liefern beiden Datenarten eine übereinstimmende Aussage, z. B. schlechtes Wetter, ist die Wahrscheinlichkeit, dass tatsächlich dieses Wetter vorliegt, sehr hoch. Die Erfindung besteht also im Wesentlichen darin, zwei Datenarten mit niedriger Wahrscheinlichkeit zu kombinieren, um bei Übereinstimmung ihrer Aussagen eine Aussage mit hoher Zuverlässigkeit zu erreichen.
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In diesem Zusammenhang ist aus der
WO97/13926 bekannt, den Einsatz eines Streufahrzeugs mit Hilfe einer Temperaturvorhersagekarte und von Sensoren zum Messen mindestens eines lokalen Wetter- oder Oberflächenzustands, z. B. der Oberflächentemperatur oder des Restsalzgehalts zu steuern. Die Steuerung des Streuprozesses wird ausgeführt, indem die Temperaturvorhersagekarte in Abhängigkeit von den Messergebnissen aktualisiert und/oder korrigiert wird oder aber die Streurate ausschließlich in Abhängigkeit von diesen Messergebnissen bestimmt wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen beschrieben und werden im Folgenden näher erläutert.
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Ein vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist anhand von 1 erläutert. Sie zeichnet sich einerseits dadurch aus, dass für die Gewinnung von zeitlich und örtlich genaueren Primär-Daten zusätzliche Datenquellen erschlossen werden. Neben den vorhandenen Daten (1) zur aktuellen Wetterlage und der Wettervorhersage die durch die meteorologischen Institute anhand von Messstationen und Satellitenbildern gewonnen werden. Andrerseits werden für die Sekundär-Daten als Quellen noch straßenseitige Daten über Messstationen, Regen- und Wetterradarbilder und im Fahrzeug detektierte Umfelddaten genutzt.
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Streckenmessstationen (2) an Hauptstraßen erheben als Sekundär-Daten lokale Daten über Sichtweite, Fahrbahntemperatur und -Zustand und teilweise Windgeschwindigkeit und -richtung und Niederschlag. Die Stationen sind genau ortsreferenziert und liefern ihre Daten unter Angabe ihres Standorts in kurzen zeitlichen Abständen. Empfänger dieser Daten können sowohl die Fahrzeuge sein, die sich im selben Gebiet aufhalten und die aufgrund einer definierten Reichweite der von den Stationen gesandten Informationen erreicht werden, oder aber
Das Ausmaß von Schlechtwettergebieten, die zur Absicherung der auf Sekundär-Daten beruhenden Informationen verwendet werden, kann mit Hilfe von terrestrischen, meteorologischen Radarstationen (3) bestimmt werden. Die Stationen geben Auskunft über Umrisse von Regenfeldern incl. der Regendichte und des Wolkenbildes. Diese Informationen stehen ebenfalls sehr aktuell zur Verfügung. Eine geographische Referenzierung der Wettersituation lässt sich anhand des bekannten Standortes der Radarstation durchführen.
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Zusätzlich oder alternativ zu den o. g. Messstationen können auch streckenbezogene Messdaten zur Verfügung stehen, die im Fahrzeug (4) selbst erhoben werden und über eine Funkstrecke einer Zentrale zugänglich gemacht werden können. Über Fahrzeugsensoren können Temperatur, Sichtweite, Reibwert und weitere Daten gewonnen werden, die in kausalem Zusammenhang mit der Wettersituation stehen (z. B. niedrige Geschwindigkeit wegen starkem Niederschlag). Dabei können die sensierten Daten bereits im Fahrzeug vorverarbeitet und bei Überschreitung von vorgegebenen Schwellwerten erst weitergeleitet werden. Der Meldung wird immer ein lokaler Bezug (Geokoordinate) und ein Zeitstempel mitgegeben.
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Die (Sekundär-)Daten der aufgeführten Quellen (Messstationen und/oder Fahrzeuge) werden in einer Wetterinformationszentrale (5) gesammelt und derart ausgewertet, dass zuerst alle Daten auf einer digitalen Straßenkarte referenziert werden. Dabei sind die Daten von (1) sogenannten Wettergebieten zuzuordnen, die jeweils aus einem Straßenteilnetz gebildet werden, in dem meistens die selbe Wetterlage anzutreffen ist. Ein Wettergebiet wird durch seinen Umriss definiert, der durch eine geometrische Entsprechung (Kreis, Elypse, Polygonzüge) beschrieben und durch einen geometrischen Schwerpunkt (z. B. Kreismittelpunkt) als Referenzpunkt bestimmt wird. Die geographische Höhenlage hat eine wesentliche Bedeutung bei der Bestimmung der Umrisslinie.
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Die Streckenstationen (2) haben bereits eine feste Geokoordinate und sind einem Straßenteilstück zugeordnet, welches wiederum zu einem Wettergebiet gehört. Die Radarbilder (3) sind derart zu referenzieren, dass zur Ausdehnung eines Wolken- oder Regengebietes in Abhängigkeit der Wolkendichte oder Regenstärke eine geometrische Entsprechung (Kreis, Ellipse, Polygonzüge) anzugeben ist, die wiederum auf das jeweilige Teilnetz der digitalen Straßenkarte zu projizieren ist. Die Daten aus (4) sind in ihrer Ortskoordinate bereits derart kodiert, dass sie direkt einem Punkt auf dem Straßennetz zugeordnet werden können.
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Für eine aktuelle genaue Beschreibung der Wetterlage für ein Straßenteilstück (Straßenkante oder Link) werden nun die Daten der Quellen (1–4) für jede Kante in geeigneter Weise fusioniert, so dass für sämtliche Kanten des Straßennetzes eine Beschreibung der Wetterlage durch Deskriptoren (z. B. Temperatur, Niederschlagsmenge/Zeiteinheit, Windstärke und richtung) existiert. Zusätzlich besitzt jedes Wettergebiet lokale Eigenheiten, die als gebietscharakteristische Daten für Korrekturen in die Fusionierung einbezogen werden. Gleichzeitig kann aus (4) unter Zuhilfenahme und Verifizierung durch Daten aus (1–3) auch eine Information über den wetterbezogenen Straßenzustand (z. B. Glatteisgefahr, Schlechte Sicht wegen Nebel, Aquaplaninggefahr, usw.) für die jeweilige Kante extrahiert werden.
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Eine zeitlich genaue Prognose wird dadurch erreicht, dass einerseits Wetter- und Temperaturänderungen (Ganglinien) in die Zukunft extrapoliert werden und andererseits der zukünftige Verlauf von Wetterfronten anhand deren Wanderbewegungen bestimmt wird. Die Richtung und Geschwindigkeit der Wanderbewegung und die wahrscheinliche Entwicklung der Wetterlage wird jeweils aus historischen Daten zeitlich früherer Messwerte aller Quellen (1–4), aus Messungen der aktuellen Windgeschwindigkeit und Richtung und aus der Wetterprognose von (1) hergeleitet.
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Damit besitzt jede Kante jeweils eine aktuelle Beschreibung der Wettersituation und des Straßenzustandes sowie je eine Beschreibung für die (zeitlich) unterschiedlichen Prognosehorizonte (z. B. 15 min, 30 mm, 45 min, 1 h, 2 h ...). Zur Reduzierung der daraus entstehenden Datenmenge können Kanten mit gleichen Wetterattributen zusammengefasst werden. Dabei erhalten Kanten mit gleichen Wetterattributen gleiche Referenznummern, denen dann der jeweilige Attributsdatensatz zugeordnet ist.
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Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Daten aus (5) über weitere Verarbeitungsstufen in folgender Weise einem Endnutzer zur Verfügung gestellt werden können:
- 1) In Kombination mit einem Reiseplanungsdienst für das Internet (Datenfernübertragung über Festnetz, Browser und PC zur Bedienung und Anzeige des Dienstes) Es sind Reiseplanungsdienste für den Individualverkehr bekannt, die nach Angabe von Start- und Zielpunkt eine Fahrroute errechnen und über einen Browser eine Graphik mit einer Straßenkarte und besonders hervorgehoben die berechnete Route auf einem PC anzeigen können.
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Mit Hilfe der Daten der Wetterinformationszentrale kann ein Dienst weitere Informationen liefern, die für eine Reiseplanung von Bedeutung sind (6).
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Dazu wird hier ein Verfahren gewählt, dass zu jedem Teilstück der Route (bestehend aus 2 und mehr Kanten) die Wetterlage der entsprechenden Kante aus (5) hinzugefügt. Voraussetzung ist, dass für die digitale Strassenkarte in (5) und für die Karte, auf der der Routenplaner rechnet, zueinander referenzierbare Kanten existieren.
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Bei weiter entfernten Zielen mit längeren Reisezeiten oder falls der Routenplanerdienst zusätzlich die Eingabe von gewünschten Start- oder Ankunftszeiten erlaubt, werden die pro Kante vorgehaltenen Prognosen für die Wetterlage verwendet. Hierzu wird zum Startzeitpunkt die jeweilige Reisezeit hinzuaddiert, die sich für eine bestimmte Kante der Reiseroute ergibt. Anhand dieser Zeitangabe ist der dementsprechende Wetterprognosehorizont dieser Kante aus (5) zu wählen. Die sich daraus ergebenden Teilwetterlagen für die geplante Reiseroute können für längere Teilstrecken (bestehend aus mehreren Kanten) zu einer Wetterlage zusammengefasst und in eine bildhafte Entsprechung (Ikonen) umgewandelt werden. Die Ikonen werden bei der graphischen Aufbereitung dem jeweiligen Teilstück durch entsprechende Platzierung der Ikone der Teilstrecke zugeordnet.
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Darüber hinaus kann bei einer Ausgabe mit textueller Beschreibung der Reiseroute die Beschreibung der Wetterlage für die entsprechenden Teilstrecken hinzugefügt werden.
- 2) Für fahrzeugbezogene Anwendungen, wie Übersichtswetter, routenbezogenes Wetter für Navigation und Informationen über den Straßenzustand.
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Die Informationen aus (5) können auch Systemen im Fahrzeug zur Verfügung gestellt und für unterschiedliche Fahrerinformationen genutzt werden. Zur Übertragung der Daten in das Fahrzeug (8) kann sowohl eine bidirektionale Funkübertragung (z. B. Zellularer Mobilfunk) oder eine unidirektionale Übertragung (Broadcast) dienen.
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Zur Aufbereitung der Daten aus (5) existiert eine Verarbeitungsstufe, die als Zentrale zur Versorgung von Diensten zu mobilen Teilnehmern (Mobile Service Provision) (7) betrachtet wird und folgende Informationen aufbereiten kann:
- 2.1) Darstellung der Wetterinformation auf einem graphischen Display im Fahrzeug mit Hilfe einer Kartendarstellung, die aus der digitalen Straßenkarte des Navigationssystems gewonnen wird.
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Aus (5) und den auf Basis von (1) definierten Wettergebieten ist die Wetterlage für jeweilige geographische Umrisse und Höhenlagen bekannt und über den Referenzpunkt eindeutig geographisch beschrieben. In der Dienstezentrale (7) werden die Wetterinformationen derart aufbereitet, dass die Wetterinformation in einen dem Wetterbild entsprechenden Kode und die Ortsinformation für das Wettergebiet in eine für das Fahrzeugsystem verarbeitbare und wiederum auf die im Fahrzeug vorhandene digitale Karte referenzierbare Form gebracht wird. Ferner kann entweder in (7) oder im Fahrzeugsystem (9) für unterschiedliche Zoomstufen bei der Kartendarstellung ein Algorithmus wirken, der die unterschiedlichen Wetterlagen der einzelnen Wettergebiete zusammenfassen kann und daraus eine neue Darstellung (z. B. für ganz Süddeutschland) extrahiert.
- 2.2) Darstellung einer routenbezogenen Wetterinformation auf einem graphischen Display im Fahrzeug mit integriertem Navigationssystem und digitaler Straßenkarte unter der Voraussetzung, dass eine Route auf dem Navigationssystem geplant wird.
- 2.2.1) Das Fahrzeug übermittelt der Zentrale (7) Start- und Zieladresse über die bidirektionale Funkübertragung
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Ist der Dienstezentrale (7) Start und Ziel des anfragenden Fahrzeugs bekannt, so kann sie mit Hilfe eines Routenplaners ebenfalls eine Route planen und damit einen Korridor von möglichen Routen bis zum Ziel bestimmen.
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Als Sonderfall kann auch der zentrale Routenplaner und der Routenplaner des Navigationssystem im Fahrzeug über gleiche Planungsalgorithmen und identische Kartendaten verfügen. Damit wird in der Zentrale die gleiche Route wie im Fahrzeug berechnet. In diesem Fall werden dann die Kanten der Route mit dementsprechenden Wetterlagen/Wetterprognosen (siehe 1)) beaufschlagt, wobei die Kantenbezeichner derart gestaltet sind, dass sie nach der Übertragung im Zielführungssystem wieder eindeutig der dortigen Route und deren dazugehörigen Kanten zugeordnet werden können. Prinzipiell wird dann wie unter 1) für die Darstellung verfahren.
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Ist nicht davon auszugehen, dass im Fahrzeug eine identische Route wie in der Zentrale bestimmt wird, dann werden für alle möglichen Routen zum Ziel die Wetterlagen für alle dazugehörigen Kanten dieser Routen übertragen. Nach Übertragung ins Fahrzeug werden vom System dann nur diese Kanten für die Wetterlagedarstellung herangezogen die zur geplanten Route gehören. Die Weiterverarbeitung bis zur Anzeige der Wetterinformationen erfolgt entsprechend 1).
- 2.2.2) Das Fahrzeug empfängt nur Informationen zur Wetterlage über einen Broadcast-Dienst. In diesem Fall bereitet die Dienstezentrale 7 die Wetterinformationen aus (5) für einen größeren geographischen Umriss (der z. B. dem Sendegebiet der Sendekette entspricht, über die dieser Wetterinformationsdienst verbreitet wird) auf und überträgt in geeigneter Form alle Kanten oder Teilstrecken mit den dazugehörigen Wetterlagen/Prognosen für das Straßennetz dieses Umrisses, wobei das Straßennetz ausgedünnt werden kann (z. B. nur Autobahn und Bundesstraßen) um die Menge der zu übertragenden Daten zu reduzieren.
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Im jeweiligen Fahrzeug werden dann nur jene Kanten/Teilstrecken mit Wetterlagen/Prognosen für die Fahrerinformation weiterverarbeitet, die der berechneten Route zugehörig sind.
- 2.3) Das Fahrzeug besitzt nur ein Off-Board-Navigationssystem
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Bei einem Off-Board-Navigationssystem wird Start- und Zielpunkt der Zentrale bekanntgegeben, die dann mit Hilfe ihres Routenplaners eine Route auf dem Straßennetz berechnet. Zusätzlich zu den ans Fahrzeug zurückübertragenen Routeninformationen können auch Wetterlageinformationen mitgegeben werden, wobei hier die textuelle Darstellung bei der Routenbeschreibung vorteilhaft ist.
- 3) Neben der aktuellen Wetterlage und den Wetterprognosen können für 1) bis 2.3) Straßenzustandsinformationen übertragen werden. Aus den Daten von (2), (3) und im besonderen aus (4) besitzt (5) oder/und (7) auch Wetter- und Straßenzustandsinformationen mit sehr genauem örtlichen Bezug. Zur Zuordnung zu einer Kante werden zusätzlich noch genaue, mit Geokoordinaten versorgte Ortspunkte für die Beschreibung der streckenbezogenen Gültigkeit eines Zustandes abgelegt. Diese örtlich sehr genauen Informationen über schnelle Wetterlageänderungen und Straßenzustände werden von (7) derart in die Fahrzeuge übertragen, dass die genauen Orte und eine kodierte Beschreibung solcher sogenannten Wetter- oder witterungsrelevanten Ereignisse (z. B. Nebelbank, Glatteisgefahr, starker Niederschlag) von den fahrzeugseitigen Systemen weiterverarbeitet werden können. Es ist dabei vorteilhaft, diese Informationen zu broadcasten und im Fahrzeug eine Meldungsselektion durchzuführen.
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Im Fahrzeug werden die Daten empfangen und einer Auswertung zugeführt. Dort ist durch eine Ortungseinrichtung (z. B. GPS) die aktuelle Position bekannt. Ferner lässt sich aus den vorherigen Ortsbestimmungen die Fahrtrichtung bestimmen. Alle in einem bestimmten Umkreis und in Fahrtrichtung liegenden Meldungen werden dann aus der Gesamtheit der Meldungen anhand ihrer Ortskoordinaten herausgefiltert und für eine Anzeige für den Fahrer aufbereitet. Die Beschreibung des Ereignisses wird wieder aus dem Kode zurückgewonnen und in geeigneter Form (visuell, audibel, haptisch) rechtzeitig vor Erreichen der angegebenen Ortsposition ausgegeben.
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Befindet sich ein Navigationssystem mit digitaler Straßenkarte im Fahrzeug, kann die Meldungsselektion verbessert werden, indem zur Ortsposition noch weitere Informationen wie beispielsweise die referenzierte Straßenkante und der Straßenname ausgewertet werden (falls sie von (7) mitversorgt werden). Insbesondere ist es bei geplanter und vorliegender Reiseroute möglich, diejenigen Ereignisse herauszufiltern, deren dazugehörige Ortskoordinaten und referenzierte Straßenkanten genau auf diese Route abgebildet werden können.
- 4) Weiterverarbeitung für die Verifizierung und Prognose von Verkehrslagen
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Es ist bekannt, dass bei ungünstigen Wetterverhältnissen die durchschnittlichen Reisegeschwindigkeiten im Individualverkehr sinken, dass sich dadurch Staus bilden und eine höhere Unfallgefahr vorherrscht. Dieser kausale Zusammenhang kann für die Verbesserung von Verkehrsmeldungen sowie zur genaueren Darstellung der Verkehrslage herangezogen werden, indem das Wetter als Einflussfaktor für die Entwicklung der Verkehrslage berücksichtigt wird.
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Normalerweise werden Verkehrslagen und -Meldungen in einer Zentrale erzeugt, die wiederum Daten von Messstellen an der Straße, durch Meldungen der Polizei und von sogenannten Staumeldern erhält und auswertet. Zusätzlich werden in Zukunft noch Daten aus Fahrzeugen („Floating Car Data” = FCD) in die Zentrale übertragen. In der Zentrale wird auch eine Abbildung des Straßennetzes in digitaler Form vorgehalten, auf der Verkehrsstörungen und Meldungen referenziert sind. Da die Versorgung dieses Netzes mit Daten teilweise sehr lückenhaft und nicht aktuell ist, kann über mathematische Verfahren die Informationsqualität bis zu einem gewissen Grad verbessert werden.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass durch die Kenntnis der Wetterlage aus (5) und Referenzierung der Wettergebiete und Straßenkanten auf das in der Informationszentrale gehaltene Straßennetz über geeignete Verfahren eine weitere Verbesserung der verkehrsrelevanten Informationen erreicht werden kann. Insbesondere kann das Verfahren verwendet werden, wenn nur ein Fahrzeug über FCD eine für eine Teilstrecke nicht plausible Reisezeit meldet und keine weiteren verkehrsrelevanten sonstigen Informationen zu dieser Strecke vorhanden sind. Über die Wetterlageinformation kann hier eine Verifizierung der vom Fahrzeug erhaltenen Daten erfolgen.
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Durch die Kenntnis der aktuellen Wetterlage und der Wetterprognose aus (5) kann eine Verkehrs-Informationszentrale auch Verkehrslageprognosen mit kurzfristigem Zeithorizont (< 1 Stunde) erstellen. Hierzu werden datenverarbeiteride Verfahren herangezogen, bei denen man anhand der momentanen Verkehrslage, historischen Ganglinien, die die Entwicklung des zeitlichen Verlaufs von Verkehrszuständen im Netz bei bestimmten Wetterlagen und Wetterlageänderungen angeben, und den Wetterinformationen aus (5) die zeitliche Entwicklung der Verkehrslage schätzen kann.
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Dadurch lässt sich eine streckenbezogene Anzeige der Wettersituation eines Reiseroutenplanerdienstes im Internet oder eine Routenplanung mit fahrzeugeigenem Navigationssystem unter Verwendung von Primär- und Sekundärinformationen erreichen, die gegenüber heutigen, nur auf Primär- oder Sekundarinformationen beruhenden Wetterinformationen folgende Vorteile aufweisen:
- – es besteht ein Bezug auf ein kleinräumiges Gebiet, in dem sich das jeweilige Fahrzeug bewegt
- – die zeitliche Auflösung einer Wetteränderung ist besonders fein, d. h. Wetteränderungen werden unmittelbar registriert und ggf. durch eine Änderung der angezeigten Wettersituation berücksichtigt, so dass der Fahrer aktuell über die tatsächliche Wetterlage und auch deren voraussichtliche Änderung mit hoher Zuverlässigkeit informiert wird
- – auch detaillierte Informationen über wandernde Wetterfronten selbst bei kleinräumiger starker Änderung der Wettersituation sind möglich
- – Wetterkarten oder wetterbezogenen Ikonen (Primär-Daten) werden in Bezug zu fahrzeugseitigen Systemen gebracht. Die bei einem Navigationssystem durchgeführte Kartendarstellung erhält eine geeignete Georeferenzierung der jeweiligen tatsächlichen Wettersituation.
