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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1. Die Erfindung betrifft des weiteren eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 15.
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Die
Erfindung betrifft vor allem die Ermittlung der geographischen Lage
von Verkehrswegen bzw. Straßenzügen. In
einem Straßennetz
werden derartige Daten vorzugsweise auf Basis von Floating Car Daten
(FCD) ermittelt, ohne bestehende Geographic Information System-(GIS)-Daten
zu nutzen. Floating Car Daten werden in bestimmten zeitlichen Intervallen
(z. B. 10–60
Sekunden) von speziell ausgerüsteten
Fahrzeugflotten erzeugt und an eine zentrale Stelle übertragen.
Aufgrund der starken örtlichen
und zeitlichen Lückenhaftigkeit
von FCD und der nicht deterministischen Positionsmeldungen ist es
schwierig, mehrfach befahrene Straßenzüge als einzelne Straßenzüge zu erkennen.
Die Erfindung versucht ferner anhand der Kanten, die durch zwei
aufeinanderfolgende FCD-Positionsmeldungen gegeben sind, Ähnlichkeiten
zwischen den einzelnen Fahrten zu finden.
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Unter
den Verkehrsteilnehmern werden aber alle möglichen Verkehrsteilnehmer,
z. B. Kraftfahrzeuge, Radfahrer und auch Fußgänger, verstanden, die Straßen, Wege,
Fußgängerzonen,
Versammlungsorte oder Parkplätze
usw. benutzen. Jeder dieser Verkehrsteilnehmer kann ein entsprechendes Gerät zur Abgabe
von Positionsangaben mit sich tragen. Derartige Geräte stellen
die jeweilige Position des Verkehrsteilnehmers durch Ortung, insbesondere
konventionelle Ortungstechnologie (Peilung, Auswertung von Cell-IDS, Feldstärke-Abmessungen
od. dgl. bzw. Empfang von GPS-Daten fest. Diese Daten werden, allenfalls
mit Zeitmarken versehen, an eine Zentrale abgesandt bzw. das zeitliche
Eintreffen wird in der Zentrale vermerkt und die Daten werden in
einer Datenbank gespeichert und/oder weiterverarbeitet und/oder
ausgewertet. In der vorliegenden Erfindungsbeschreibung wird im
wesentlichen auf die Vorgangsweise bei Kraftfahrzeugen eingegangen;
die Situation für
Fußgänger und/oder
Radfahrer oder für andere
Verkehrsteilnehmer, wie z. B. Benützern von Zügen, Straßenbahnen und dergleichen,
ist jedoch ident.
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Verschiedene
Verfahren zur Gewinnung von Verkehrsdaten für ein Verkehrsnetz mittels
mobiler Sensoren sind bekannt.
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In
der
DE 100 52 109
A1 wird ein System beschrieben, dass zum Beschreiben und
Erzeugen von Straßennetzen
für die
Ermittlung von Verkehrszuständen
oder Verkehrszustandsdaten und/oder zur Ermittlung von Fahrzeiten
auf Strecken- oder Routenabschnitten durch mindestens einen mobilen
Detektor (Fahrzeug), der mit einer Positionierungseinrichtung, und
einer Einrichtung zur Datenkommunikation mit einer Zentrale ausgestattet
ist, geeignet ist. Dieses System baut aber auf den Daten und Informationen
einer bereits vorhandenen digitalen Karte auf. Das Straßennetz
oder/und Teile davon werden im Wesentlichen durch Knoten- und Konturpunkte
beschrieben.
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In
der
DE 197 42 414
C2 wird ein System beschrieben, dass zur Aktualisierung
und/oder Ergänzung
von digitalen Karten einer Straßenkarte
bzw. Verkehrsnetzes verwendet werden kann. Dabei kommt ein eigenes
Gerät zur
Anwendung das die aktuellen Positionsdaten einer Positionierungseinrichtung
mit den Koordinaten einer schon vorher bekannten digitalen Karte
vergleicht. Wird eine Abweichung durch z. B. eine neue Straße mit der
bekannten Karte in dem im Fahrzeug mitgeführten Gerät erkannt, werden die neuen
Koordinaten gespeichert und zu bestimmten Zeiten (Nachtstunden wegen
geringer Kommunikationskosten) an eine Zentrale übermittelt.
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In
der
DE 100 18 562
C1 wird ein System zur Gewinnung von Verkehrsdaten für ein Verkehrsnetz mit
Lichtsignalgeregelten Netzknoten und diese verbindenden Streckenkanten
durch sich im Verkehr mitbewegende Meldefahrzeuge beschrieben. Dabei werden
Datengewinnungsvorgänge
wenigstens für sukzessiv
befahrene Netzknoten jeweils nach dem Verlassen einer in einen zugehörigen Netzknoten einmündenden
Streckenkante ausgelöst.
Als Verkehrsdaten werden hierbei Zeitstempel-Informationen gewonnen,
die einen auf den betreffenden Netzknoten bezogenen Meldezeitpunkt
angeben, der nicht früher
als der Zeitpunkt des Verlassens der betreffenden Streckenkante
und nicht später
als der Zeitpunkt liegt, zudem das Meldefahrzeug einen Abschnitt
einer danach befahrenen Streckenkante vor einem nächsten berücksichtigten
Netzknoten erreicht. Diese Vorgangsweise soll zur Gewinnung von Verkehrsdaten
für ein
Verkehrsnetz eines Ballungsraums durch FCD-Fahrzeuge eingesetzt
werden.
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Die
DE 0010054375 A1 beschreibt
eine Methode zur Erfassung von Verkehrslagedaten in einem Verkehrswegenetz,
das von einer Vielzahl von Basisstationen eines zellularen Mobilfunknetzes,
insbesondere eines Mobilfunknetzes nach dem Standard GSM oder UMTS, überdeckt
ist und in dem sich eine Vielzahl von Fahrzeugen bewegt, die jeweils
mit einer in Betrieb befindlichen mobilen Endeinrichtung für das Mobilfunknetz
versehen sind, wobei Betriebsdaten, die beim Betrieb der Endeinrichtung
im Kontakt mit den Basisstationen anfallen, zur Bestimmung des aktuellen
Aufenthaltsorts der jeweiligen Endeinrichtung genutzt werden. Daher
ist vorgesehen, dass die Endeinrichtung mit einer digitalen Karte
des Verkehrswegenetzes ausgestattet wird, die aus einer Vielzahl
von für
den Verlauf der Verkehrswege repräsentativen geographischen Punkten
oder diskreten Streckenabschnitten gebildet ist. Den Punkten oder Streckenabschnitten
werden jeweils charakteristische Werte von Betriebsparametern des
Mobilfunknetzes zugeordnet, damit die Endeinrichtung mit einem Softwareprogramm
selbständig
jeweils aktuell vorliegende Betriebsparameter mit den gespeicherten
Betriebsparametern der digitalen Karte vergleicht und darauf jeweils
die aktuelle Aufenthaltsposition der Endeinrichtung ermittelt.
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In
der
EP 1 081 666 A2 wird
ein System beschrieben, mit welchem die Positionen von Fahrzeugen
auf verschiedenen Verkehrswegen ermittelt werden können. Grundlage
sind die einzelnen „Positionsmeldungen” von Mobiltelefonen
und das Straßennetz,
dargestellt durch ein Knoten-Kanten-Modell. Die Positionen der Mobiltelefone
werden mit einem „cellular
phone location determining system” bestimmt. Da dieses System
nicht näher
beschrieben wird, handelt es sich vermutlich um eine Laufzeitmessung
oder eine ähnliche
Methode, da mehrere Funkmasten für
die Ortung benötigt
werden. Diese Positionsmeldungen werden nun mit einem, ebenfalls
nicht beschriebenem System, den Kanten des Straßennetzes zugeordnet. Eine
weitere Systemkomponente prüft
die Distanz zwischen der Position des Mobiltelefons und der Kante,
um zu entscheiden, ob sich das Telefon auf einer Straße befindet
oder nicht. Eine Information über
die Bedeutung (Klasse) der Straße fließt in diese
Entscheidung ein. Ebenso wird über den
Vergleich zweier aufeinander folgender Positionsmeldungen die Richtung
und Fahrstrecke bestimmt und diese Information ebenfalls für die Kantenzuordnung
verwendet. Die erhaltenen Informationen sollen einerseits zur Verkehrsüberwachung
und andererseits für
die Verbesserung (genauere Knoten, Informationen über Restriktionen,
usw.) des Knoten-Kanten-Models des Straßennetzes eingesetzt werden.
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Bei
einem Verfahren nach
US
6 356 836 B1 werden Koordinaten von gesendeten Positionen
betreffend den zurückgelegten
Weg eines Verkehrsteilnehmers in einer Datenbank abgespeichert,
die Koordinatenpunkte der aufeinander folgend mitgeteilten Positionen
der zurückgelegten
Wege geradlinig miteinander verbunden und dadurch die Kanten gebildet.
Die für
unterschiedliche Fahrten ermittelten Kanten werden zueinander in
Beziehung gebracht und überprüft, ob diese
zusammengelegt oder als einzelne voneinander unabhängige Kanten
betrachtet werden.
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Die
Schrift
US 5 848 375 betrifft
ein Verfahren zur Erstellung eines Knoten-Kanten-Netzes basierend
auf örtlich
beabstandeten, in einer Datenbank abgespeicherten Positions angaben.
Es sind Kriterien für
eine Entscheidung angegeben, ob Kanten zueinander in Beziehung zu
bringen sind.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
der eingangs genannten Art ist durch die im Kennzeichen des Anspruches
1 angeführten
Merkmale charakterisiert. Eine erfindungsgemäße Anordnung der eingangs genannten
Art ist durch die im Kennzeichen des Anspruches 15 angeführten Merkmale
charakterisiert.
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Im
Gegensatz zu den bekannten Verfahren nutzt die vorliegende Erfindung
einen Bezugs- bzw. Vergleichsalgorithmus, der Ähnlichkeiten zwischen verschiedenen
gefahrenen Routen findet und einen Verbindungsalgorithmus, der im
Falle eines positiven Ergebnisses des Vergleichsalgorithmus versucht, aus
singulären
Routen ein Routennetz (Straßennetz) zu
erstellen. Voraussetzung ist eine Datenbank, in der die jeweiligen
Positionsdaten (Knoten) geographischen Koordinaten zugeordnet sind.
Das Ergebnis ist ein Modell, das die Verwendung von digitalen Karten
zur Geo-Referenzierung vollständig
ersetzt.
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Das
Verfahren versucht anhand von einer Menge diskreter kartesischer
Koordinaten aus den FCD-Fahrten-Informationen, die unterschiedliche Wegverläufe im zweidimensionalen
Raum darstellen, ein zusammenhängendes
Abbild des Straßennetzes zu
schaffen. Dabei sollen Bereiche, in denen zwei bzw. mehrere Wegverläufe deckungsgleich
erscheinen, erkannt werden und durch ein gemeinsames Linienobjekt
ersetzt werden. Das Ergebnis ist ein Knoten-Kanten-Netz.
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Die
erfindungsgemäße Vorgangsweise
und eine erfindungsgemäße Einrichtung
werden beispielsweise anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt
eine Datenverarbeitungskette zur Erzeugung von Knoten-Kanten-Netzen
auf Grundlage von FCD. 2 zeigt die vorgesehenen Schwellwerte
bzw. das Zusammenlegen von Kanten. 3 zeigt
eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Ablaufdiagramm. 4 zeigt
eine Optimierung einer Segmenteinteilung mit Hilfe von bewerteten
Segmenten. 5 zeigt den Zusammenhang zwischen
einem statischen und einem dynamischen Verkehrmodell. 6 zeigt
eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Anordnung. 7 zeigt
eine Kantenbegradigung. 8 zeigt ein Schema für eine Plausibilitätsprüfung.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
umfasst folgende Schritte:
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a) Data Preprocessing
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
beruht auf der Charakteristik von Datenerfassungseinrichtungen 3 (FCD-On-Board-Units
(OBU)), die in bestimmten zeitlichen Intervallen die momentane GPS-Position,
sowie gegebenenfalls Identität
der OBU (ID), Uhrzeit, Datum, Geschwindigkeit und/oder Richtung (Heading)
ermitteln und die Daten in bestimmten, vorzugsweise gleichlangen,
Intervallen an eine zentrale Erfassungsstelle 6 senden.
Diese Daten beinhalten allerdings keinerlei Informationen über Fahrtunterbrechungen
oder -wiederholungen.
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In
einem ersten Schritt (1) werden in einem Kantenbildner 8 aus
den einzelnen Positionsdaten die, die gleiche ID und eine vorgegebene
zeitliche Nähe
aufweisen, Fahrten gebildet. Dabei wird die Zuordnung der FCD-Daten
einzelner Fahrzeuge 4 durch eine neue Zuordnung zu eindeutig
identifizierbaren Fahrten ersetzt und in einer Datenbank 7 gespeichert.
Daraus entstehen eine oder mehrere Folgen zusammenhängender
Kanten 1, 2 die sich als einzelne „Perlenketten” darstellen
lassen, Teile des Straßennetzes
beschreiben und in der Fahrten-Datenbank abgespeichert werden.
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Um
die Verbindung von zwei Positionsmeldungen zu einer Kante zu verhindern,
die z. B. auf Grund von Ausfällen
der OBU, Abschattungen des Signals im urbanem bzw. alpinen Bereich
und ähnlichen
Gründen
einen zu großen
geografischen Abstand aufweisen, wird in einer Plausibilitätsprüfeinheit 9 eine
Plausibilitätsprüfung durchgeführt. Dabei wird
abhängig
von der Sendeintervalllänge
zwischen den letzten Positionsmeldungen überprüft, ob es sich nur um einen
einmaligen Ausfall des Signals (Signalabschattung) oder ob es sich
um einen dauerhaften Ausfall der OBU handelt. Wird eine einen bestimmten Wert überschreitende
Unterbrechung des Signals festgestellt, erzeugt der Algorithmus
aus den vorhandenen Positionsdaten vor und nach der Unterbrechung
einzelne Fahrten bzw. eigenständige
Kanten, die in der Fahrten-Datenbank
abgespeichert werden.
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Die
Plausibilitätsprüfung der
eintreffenden Daten sieht vorteilhafterweise vor, dass bei Ausbleiben
einer Positionsmeldung zum vorgegebenen Zeitpunkt die nächste eintreffende
Positionsmeldung dieses Verkehrsteilnehmers als Beginn bzw. erste
Positionsmeldung einer neuen Fahrt gewertet wird. Ferner kann eine
Plausibilitätsprüfung vorgenommen werden,
indem die Durchschnitts-Geschwindigkeit des Verkehrsteilnehmers
für die
jeweils letzte Kante ermittelt wird und mit der Geschwindigkeit
dieses Verkehrsteilnehmers verglichen wird, mit der dieser den Weg
zwischen dem Endpunkt der letzten Kante und dem Ort der nächsten,
geografisch als zu ferne angesehenen Positionsmeldung zurückgelegt
haben müsste,
wobei bei einer Überschreitung
der Durchschnittsgeschwindigkeit um einen vorgegebenen Prozentsatz
der Ort dieser nächsten
Positionsmeldung bei der Erstellung der Knoten bzw. Kanten außer Betracht
gelassen wird.
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Es
ist von Vorteil, wenn zusätzlich
zu den eintreffenden Positionsdaten die Zeitmarken sowie die Art
des Verkehrsteilnehmers, die Sendezeiten, der Zeitabstand zwischen
den Positionen, in denen das Positionierungsgerät die Positionsdaten ermittelt,
festgestellt und als zusätzliche
Informationen in der Datenbank gespeichert werden. Prinzipiell genügt es, wenn
von den Verkehrsteilnehmern bzw. den mitgeführten Geräten Positionsmeldungen abgegeben
werden, da die entsprechenden Zeitmarken auch in der Zentrale bzw.
in der erfindungsgemäßen Anordnung
zur Verfügung
gestellt bzw. mit den einlangenden Daten verknüpft werden können.
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Prinzipiell
ist nur ein einziger Verkehrsteilnehmer erforderlich, der ein einziges
Positionsmess- bzw. -erkennungsgerät mit sich führt, das
die Positionsdaten während
der Bewegung des Verkehrsteilnehmers absendet. Um jedoch die Erstellung
des Knoten-Kanten-Netzes zu beschleunigen, wird vorteilhafter Weise
eine Flotte von Fahrzeugen vorgesehen, die jeweils mit einem derartigen
Gerät ausgestattet
sind und damit laufend eine Vielzahl von Daten in relativ kurzer
Zeit liefern können.
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b) Merging Algorithm
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Zur
Vereinigung mehrerer Fahrten, die einem Straßenabschnitt (Kante) zugeordnet
werden könnten,
werden in einer Einheit 10 zur Kantenzusammenlegung zunächst die
Teilelemente bzw. Kanten der einzelnen Fahrten („Perlenketten”) analysiert und
auf Ähnlichkeiten
mit bereits vorhandenen Kanten verglichen. Dazu werden die Eigenschaften
der Kanten (Länge
und Ausrichtung) und deren Verhältnis
zueinander berechnet. Als Kriterien zur Erkennung ähnlicher
Kanten dienen folgende Kenngrößen (2):
- • Minimaldistanz
zwischen zwei Kanten
- • Parallelität bzw. Winkel
zweier Kanten
- • Longitudinale
Deckung zweier Kanten
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Die
Minimaldistanz dm zwischen zwei betrachteten Kanten 1, 2 ist
der größte vorhandene
Normalabstand, der ausgehend vom Anfangs- bzw. Endpunkt C, D der
neuen Kante zur bestehenden Kante mit ihrem Anfangspunkt A bzw.
Endpunkt B gemessen werden kann (2). Wird
ein gewisser Schwellwert unterschritten, gilt das Kriterium „Minimaldistanz” als erfüllt.
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Als
Maß für die Parallelität zweier
Kanten 1, 2 wird deren Winkel a zueinander berechnet,
wobei die Richtungsinformationen der Kanten zunächst außer Acht gelassen werden (2).
Wird hier ein gewisser Schwellwert unterschritten, gilt das Kriterium „Parallelität” als erfüllt.
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Für die Berechnung
der longitudinalen Deckung d wird der Bereich auf der längeren Kante 1 der
beiden betrachteten Kanten 1, 2 (unabhängig, ob diese
eine bestehende oder eine neue Kante ist) festgestellt, der von
der Projektion der kürzeren
Kante 2 abgedeckt wird. Anschließend wird die Länge des projizierten
Bereiches in Bezug zur Länge
der längeren
Kante gestellt, als Prozentwert der Überdeckung erfasst und mit
einem Schwellwert verglichen. Wird der Schwellwert überschritten,
gilt das Kriterium „longitudinale Überdeckung” als erfüllt.
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Gemäß der Erfindung
erfolgt bei einer Zusammenlegung der Kanten 1, 2 eine
vorzugsweise arithmetische, gegebenenfalls gewichtete Mittelung der
Koordinaten der jeweiligen Anfangs- und Endpunkte, d. h. der Koordinaten
der Punkte A und D bzw. der Punkte B und C, wobei diese neuen Koordinaten
die Endpunkte einer neuen Kante festlegen, die die beiden betrachteten
Kanten ersetzt. Dabei beträgt
der Bereich der vorgegebenen Minimaldistanz zwischen den betrachteten
Kanten 0 bis 30 m, vorzugsweise 0 bis 25 m, insbesondere 0 bis 20
m, der Bereich der vorgegebenen longitudinale Deckung δ der betrachteten
Kanten 45 bis 100%, vorzugsweise 50 bis 100%, insbesondere 55 bis
100%, der Länge der
kürzeren
Kante und die Größe des vorgegebenen eingeschlossenen
Winkels α zwischen
den betrachteten Kanten 0 bis 15°,
vorzugsweise 0 bis 12°,
insbesondere 0 bis 8°.
Mit diesen Vorgaben erhält
man einen genauen Verlauf eines Knoten-Kanten-Modelles eines Straßennetzes,
der der Wirklichkeit sehr gut entspricht.
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Der
Verbindungsalgorithmus ersetzt zwei betrachtete Kanten, für die die Ähnlichkeitskriterien
erfüllt
sind, durch eine neue Kante, deren Anfangs- und Endpunkt durch gegebenenfalls
arithmetische Mittelung der jeweiligen Koordinaten der beiden Anfangs- und
Endpunkte der beiden betrachteten Kanten errechnet werden. Mit Hilfe
dieses Algorithmus werden auch die Fehler der GPS-Positionsermittlungssysteme
(Signalreflexionen bzw. -echos) reduziert, da offensichtliche Falschlagen
der Straßenabschnitte
in die eigentliche Lage verschwenkt werden.
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Die
Koordinaten von Kanten, die auf Grund ihrer Lage die Ähnlichkeitskriterien
nicht erfüllen, werden
zum Abschluss dieses Schrittes gemeinsam mit den Koordinaten der
nicht geänderten
Kanten und der ermittelten Kreuzungspunkt-Koordinaten in der Datenbank
abgespeichert.
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Zur
Sicherstellung geringer Berechnungszeiten und eines stabil arbeitenden
Systems, werden alle benötigten
Algorithmen unter Verwendung von Ansätzen der Vektorrechnung erstellt.
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Das
Verfahren zur Feststellung der Ähnlichkeiten
arbeitet sukzessive entlang der in der Datenbank neu eingegebenen
bzw. in der Datenbank neu abgelegten, aus den Positionsdaten gebildeten
Kanten (3).
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Prinzipiell
könnten
auch alle in der Datenbank 7 abgelegten Kanten 1, 2 zu
Prüfzwecken
bzw. zur Datenreduktion andauernd oder in Zeitabständen zur
Datenreduktion einen Ähnlichkeitsvergleich
unterzogen werden. Die angeführten
Kriterien entsprechen vorteilhafterweise den oben angeführten bzw. ähnlichen
Kriterien und werden über
Schwellwerte definiert, die unter- bzw. überschritten werden müssen. Liegen
alle berechneten Werte in den vordefinierten Bereichen und sind
alle Ähnlichkeitskriterien somit
erfüllt,
wird der Verbindungsalgorithmus eingeleitet. Bei Nichterfüllung eines
der drei Ähnlichkeitskriterien
erfolgt keine „Verschmelzung” der beiden betrachteten
Kanten, und in der Datenbank werden zwei getrennte Straßenabschnitte
(Kanten) registriert.
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Von
Vorteil ist es, wenn in einer Einheit 11 zur Kreuzungsbildung
und -auflösung
eine Festlegung der Kreuzungspunkte von Kanten aus unterschiedlichen
Fahrten erfolgt, indem mit bekannten numerischen Methoden die Koordination
des Kreuzungspunktes zweier kreuzender Kanten berechnet werden,
wobei die beiden betrachteten Kanten im Bereich des Kreuzungspunktes
geteilt werden und die einzelnen Teile der Kanten als vier neue
Kanten angesehen werden. In diesem weiteren Schritt wird durch einen
Algorithmus überprüft, ob die
beiden betrachteten Kanten einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen.
Wird ein Kreuzungspunkt erkannt, erfolgt eine Teilung der beiden
betrachteten Kanten im Schnittpunkt in vier neue Kanten, die in
der Knoten-Kanten-Datenbank
abgelegt werden. Die Einheit 11 legt Kreuzungspunkte von
Kanten aus unterschiedlichen Fahrten fest.
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c) Data Reduction
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Da
die Rechenzeit mit der Anzahl der Knoten eines Netzes zunimmt, kann
eine Glättung
des entstandenen Kantennetzes durchgeführt werden. Diese Glättung erfolgt
in einer Glättungseinheit 12 mit herkömmlichen
Glättungsalgorithmen
und entfernt redundante Daten sowie Koordinaten einzelner allein stehender
Postionspunkte, die durch Ungenauigkeiten der Positionserfassungssysteme
entstanden sind. Der Algorithmus ist ein so genannter 3-Punkt-Glättungsalogrithmus,
der zwei aufeinanderfolgenden Kanten zu einer Kante zusammenlegt, wenn
der von den beiden Kanten eingeschlossene Winkel einen definierten
Wert unterschreitet. Je nach gewünschter
Darstellungsgenauigkeit kann der Schwellwert des Winkels eingestellt werden.
Damit können
relativ grobe Netze für
die Verwendung in Verkehrsmanagementsystemen, aber sehr feine Netze
für Straßenkarten
erstellt werden.
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Es
ist von Vorteil, wenn gemäß 7.
zur Reduktion der Daten, die in der Knoten-Kanten-Datenbank abgelegt werden, zwei
aufeinander folgende Kanten 1, 2 zu einer neuen
Kante vereinigt werden, wenn die betrachteten Kanten einen Winkel
3 von 168 bis 180°,
vorzugsweise 170 bis 180°,
insbesondere 172 bis 180°,
miteinander einschließen,
wobei der Anfangspunkt der einen Kante und der Endpunkt der folgenden
Kante beibehalten werden. Die Begradigung erfolgt durch Auflassen
des den Kanten 1, 2 gemeinsamen Knotens.
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Zweckmäßig ist
es ferner, wenn – entsprechend 8,
zur Plausibilitätsprüfung der
eintreffenden Daten die Durchschnitts-Geschwindigkeit OD des
Verkehrsteilnehmers 4 für
die jeweils letzte Kante ermittelt wird und mit der errechneten
Geschwindigkeit des Verkehrsteilnehmers 4 verglichen wird,
mit der dieser den Weg zwischen dem Endpunkt K2 der letzten
Kante 1 und dem Ort P der nächsten Positionsmeldung zurückgelegt
hat und dass bei einer Überschreitung
der Durchschnittsgeschwindigkeit VD um einen
vorgegebenen Prozentsatz dieser Ort P der nächsten Positionsmeldung für die Festlegung
der Kanten außer
Betracht gelassen wird.
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d) Segmentation
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Um
die Darstellung des Straßennetzes
zu verfeinern, werden in einem Segmentbildner 13 Kanten,
die zwischen Kreuzungsknoten liegen, zu so genannten Segmenten zusammengefasst.
Dabei werden vorteilhafter Weise Knoten von denen nur eine einzige
Kante (Sackgasse, Parkplatz, etc.) ausgeht bzw. mit mehr als zwei
anschließenden
Kanten (Kreuzungspunkte) als Segmentgrenzen initialisiert, wobei
die ursprüngliche
Struktur des Straßennetzes erhalten
bleibt. Dieses Verfahren schafft mit der Definition von Segmenten
die Voraussetzung für
die Zuordnung dynamischer Zustände
zu einem Verkehrsnetz.
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Die
Analyse der zu den Kanten zugeordneten Daten (z. B. ermittelte mittlere
Geschwindigkeit auf der einzelnen Kante) ermöglicht in weiterer Folge eine
Optimierung der vorhandenen bzw. neuen Segmenten nach dynamischen
Gesichtspunkten (4). Dies bildet die Grundlage
für eine
einfache Berechnung der mittleren Geschwindigkeit längs längerer Streckenabschnitte,
woraus sich z. B. eine mittlere Reisezeit für bestimmte Zeitabschnitte
und Routen ableiten lässt.
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Dazu
ist es von Vorteil, dass eine Zusammenlegung von Kanten zu Segmenten
durchgeführt wird,
indem vorerst alle Kanten, die sich in einem Bereich zwischen zwei
Kreuzungspunkten oder zwischen einem Kreuzungspunkt und dem Punkt
des Fahrtenendes befinden, zu einem Segment zusammengefasst und
in einer Segment-Datenbank
abgelegt werden, und, gegebenenfalls nach dem Feststellen von Veränderungen
der mittleren Geschwindigkeiten der Verkehrsteilnehmer auf einzelnen
Kanten eines Segmentes über
einen bestimmten Zeitraum hinweg, die Kanten des Segmentes entsprechend der
für sie
festgestellten unterschiedlichen mittleren Geschwindigkeiten der
Verkehrsteilnehmer geteilt und aufeinanderfolgende Kanten mit vergleichbaren mittleren
Geschwindigkeiten zu einem neuen Segment zusammengelegt werden.
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e) Optimization
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Zur
Verbesserung der Segmenteinteilung bzw. -definition (Segmentaggregation
und -disaggregation) können
weitere Einflussparameter wie z. B. unterschiedliche Durchschnittsgeschwindigkeiten, Steuerungen
der Verkehrslichtsignalanlagen (Umlaufzeiten), Flaschenhälse aufgrund
von Baustellen (starker Abfall der durchschnittlichen Geschwindigkeit,
usw.), berücksichtigt
werden.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht gemäß 5 vor, dass
die im Laufe einer ersten Betriebsphase den Segmenten des Knoten-Kanten-Netzes
zugeordneten Floating Car Daten in der Auswertungsphase noch einmal
analysiert werden. Stellt das System fest, dass ein bestimmtes Segment seit
längerer
Zeit (frei definierbare Zeitspanne) keine Befahrung aufweist (neues
Straßenstück wurde
in Betrieb genommen), wird dieses Segment in der Datenbank als gesperrt
gekennzeichnet und für
die Berechnung bis zum Eintreffen einer neuen Positionsmeldung aus
diesem Bereich des gesperrten Segmentes nicht mehr berücksichtigt.
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Durch
die Analyse der Abfolge der Befahrungen innerhalb der jeweiligen
Fahrten der zu bzw. von einem Knoten führenden Kanten bzw. Segmenten können an
Kreuzungspunkten die Abbiegerelationen bzw. Verkehrsregelung (bautechnisch
und/oder verkehrsregelbedingt) festgestellt werden.
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Das
Verfahren eignet sich besonders für die flächendeckende Erfassung des
höherrangigen
Straßennetzes
sowohl innerhalb als auch außerhalb
des städtischen Bereichs.
In Verbindung mit Korrekturverfahren bzw. der Zuordnung dynamischer
Zustände
stellt das System eine sehr gute Basis für die Erstellung von Verkehrsmanagementsystemen
in einer nachgeordneten Einheit 14 dar.
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6 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung.
Die erfindungsgemäße Anordnung 6 umfasst
zumindest ein Gerät 3 zur
Positions- und Datenerfassung, das von einem Verkehrsteilnehmer 4 mitgeführt wird.
Im vorliegenden Fall ist das Gerät 3 auf
einem Kraftfahrzeug angeordnet. Das Gerät erhält GPS-Signale von der benötigten Auswahl
der Satelliten 5 und ist damit in der Lage, seine Position
zu bestimmen. Diese Positionsdaten werden allenfalls verknüpft mit
Zeitmarken an eine Zentrale 6 gesendet. In der Zentrale 6 werden
die gesendeten Daten in einer Datenbank 7 abgespeichert.
Der Datenbank 7 ist ein Kantenbildner 8 zugeordnet,
der aus den übermittelten
Daten einer Fahrt Knoten ermittelt, die den Koordinaten der übertragenen
Positionsdaten entsprechen und diese Knoten verbindende Kanten 1, 2 erstellt.
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Die übermittelten
Daten werden in einer Plausibilitätsprüfeinheit 9 überprüft. Um die
Anzahl der vorhandenen Daten zu reduzieren, ist eine Einheit 10 zur
Kantenzusammenlegung vorgesehen.
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In
einer Einheit 11 werden die übertragenen Daten in Hinblick
auf das Vorhandensein von Kreuzungen überprüft bzw. werden Kanten von Kreuzungen
gebildet bzw. wieder aufgelöst.
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In
einer Glättungseinheit 12 werden
die ermittelten Kanten überprüft und aufeinanderfolgende Kanten
allenfalls begradigt.
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In
einem Segmentbildner 13 werden die Kanten bei Erfüllung von
vorgegebenen Kriterien zu Segmenten zusammengefasst.
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Die
Positionen der Verkehrsteilnehmer können prinzipiell auch durch
Funkpeilung (von zumindest drei Sendern) und/oder Feldstärkemessungen der
von mindestens drei Sendern ermittelt werden.
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zu 2
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- dm
- Minimaldistanz
- δ
- longitudinale Deckung
- α
- Winkel δ = 1 wenn CD ∊ AB, sonst: wobei l1 > l2
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zu 4
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- ♦ K1, K2
- Segmentbeginn und
-ende (Knoten)
- • K3
- zusätzliche
Segmenttrennung aufgrund der festgestellten Geschwindigkeitsverteilung
im Segment
