DE102005060856A1 - Verfahren zur Erkennung eines Stauereignisses - Google Patents

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Volker Skwarek
Dieter Lampl
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Robert Bosch GmbH
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    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08GTRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/01Detecting movement of traffic to be counted or controlled
    • G08G1/0104Measuring and analyzing of parameters relative to traffic conditions

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Zur Erkennung eines Stauereignisses werden Geschwindigkeitsganglinien von Fahrzeugen für ein bestimmtes Zeitintervall aufgenommen und analysiert. Durch eine Frequenztransformation wird aus einer Geschwindigkeitsganglinie ein Frequenzspektrum gewonnen, welches Veränderungen im Fahrtablauf darstellt. Aus der Schnelligkeit der Änderungen wird mindestens ein erster Indikator ermittelt. Durch Bewertung des mindestens einen Indikators mehrerer Fahrzeuge wird ein Staufaktor generiert als Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Stauereignisses.

Description

  • Stand der Technik
  • Im Bereich der Floating Car Data (FCD) Technologie basiert die Erkennung von Stauereignissen im Verkehrsfluss heutzutage großteils auf der Analyse von Durchschnittsgeschwindigkeiten und Haltezeiten der Fahrzeuge. Fahrzeuge zeichnen dazu Geschwindigkeiten über der Zeit (Geschwindigkeitsganglinien) auf, die als Ausgangspunkt für die weitere Analyse dienen. Durchschnittsgeschwindigkeiten von Geschwindigkeitsganglinien in einem definierten Zeitintervall finden vorwiegend im nicht-urbanen Umfeld Anwendung, Haltezeiten innerhalb dieses Intervalls erweisen sich als vorteilhaft für den urbanen Bereich. Da die Durchschnittsgeschwindigkeit die Geschwindigkeitsganglinie durch den gemittelten Wert ersetzt, gehen wesentliche Charakteristika des Fahrablaufs verloren.
  • Aus der US 5,850,193 ist es bekannt, Parameter für anormales Fahrverhalten einer Fourier-Analyse zu unterziehen. Desweiteren wird die relative Geschwindigkeit zu einem vorausfahrenden Fahrzeug gemessen mit der Zielsetzung ein Abweichen von der Fahrbahn zu vermeiden.
  • Die US 6,275,773 behandelt ein Kollisionswarnsystem mit Stauparametern als Randbedingung.
  • Vorteile der Erfindung
  • Mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4, d.h. mit einer Frequenztransformation von Geschwindigkeitsgangkennlinien vom Zeitbereich zur Gewinnung eines Frequenzspektrums, welches Veränderungen im Fahrtablauf in Abhängigkeit der Schnelligkeit einer Änderung darstellt, wird die zur Verfügung stehende Information ohne Informationsverlust erhalten. Dieses Verfahren ist gegenüber eine Mittelung zeiteffizient. Neben der Veränderung des Fahrtablaufs in Abhängigkeit der Schnelligkeit der Änderung ist auch die Durchschnittsgeschwindigkeit ablesbar. Darauf aufbauende Stauerkennungsverfahren durch Bewertung von Stauindikatoren können somit den Fahrablauf deutlich besser charakterisieren und Stauereignisse zuverlässig erkennen.
  • Die Erfindung ist geeignet durch einen integrativen Ansatz Stauereignisse im nicht-urbanen wie auch im urbanen Verkehr zuverlässig und zugleich zeiteffizient zu erkennen, indem die Geschwindigkeitsganglinie im Fahrzeug im Frequenzbereich oder daraus abgeleiteten mathematischen Räumen durchgeführt wird.
  • Die Transformation von Geschwindigkeitsganglinien aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich unter Zuhilfenahmen einer Fourier-Transformation beseitigt die Schwächen bestehender FCD-Stauerkennungssysteme, indem sie die zur Verfügung stehende Information in vollem Umfang erhält. Es ist auch möglich, dass in einer vorteilhaften Ausprägung weitere mathematische Verfahren eingesetzt werden, die sich aus dem Frequenzbereich ableiten. In einer weiteren vorteilhaften Ausprägung bewertet ein Fuzzy-Logik-System die Geschwindigkeitsganglinie im Frequenzbereich und entscheidet über eine Regelbank, ob ein Stau vorliegt oder nicht. Die Besonderheiten des urbanen Verkehrs werden in diesem integrativen Ansatz ebenso berücksichtigt.
  • Zusammenfassend bestehen folgende Vorteile:
    • – Erhalt der Information der Geschwindigkeitsganglinie durch die Frequenztransformation,
    • – Einsatz von Expertenwissen unter Berücksichtigung subjektiver Bewertung durch die Verwendung von Fuzzy-Logik,
    • – integrativer Ansatz für sowohl nicht-urbanen als auch urbanen Verkehr,
    • – autonome Stauerkennung im Fahrzeug ohne Bedarf externer Informationsquellen.
  • Zeichnungen
  • Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen
  • 1 ein Blockschaltbild für eine Stauerkennung,
  • 2 eine Geschwindigkeitsganglinie,
  • 3 ein zur Geschwindigkeitsganglinie zugehöriger Staufaktor,
  • 4 und 5 Geschwindigkeitsganglinie sowie zugehöriger Staufaktor für freien Verkehr,
  • 6 eine Geschwindigkeitsganglinie für gestauten Verkehr,
  • 7 ein zugehöriger resultierender Staufaktor dF,
  • 8 und 9 eine Geschwindigkeitsganglinie und der zugehörige Staufaktor dF für freien urbanen Verkehr.
  • Beschreibung der Erfindung
  • In der Floating-Car-Data-Technologie werden Fahrzeuge als in Verkehr mitschwimmende Messsonden verwendet, die neben der aktuellen Position zumindest die Geschwindigkeit aufzeichnen können. Dazu sind gemäß 1 in den Fahrzeugen 1 Einrichtungen 2 zur Aufzeichnung von Geschwindigkeitsganglinien vorgesehen. Diese Geschwindigkeitsganglinien werden in einem bestimmten Zeitintervall betrachtet und analysiert. Die zeitabhängige Geschwindigkeitsganglinie wird im Gegensatz zu bestehenden Verfahren nicht statistisch durch Mittelwertbildung beschnitten, sondern unter Erhalt der vollen Information in einer Frequenztransformationseinrichtung 3 in die Frequenzdomäne transformiert. Dies wird mit einer Fourier-Transformation bewerkstelligt, die eine zeiteffektive Bearbeitung ermöglicht. Ein Beispiel für eine Geschwindigkeitsganglinie ist in 2 dargestellt. Das zugehörige Frequenzspektrum zeigt 3. Durch die Transformation werden relevante Charakteristika des Fahrtablaufs extrahiert. Das Frequenzspektrum gemäß 3 spiegelt Veränderungen im Fahrtablauf sortiert nach der Schnelligkeit der Änderung (Frequenz) wieder, was als Indikator verwendet werden kann. Als wünschenswerten Seiteneffekt fällt durch die Frequenztransformation für die Frequenz 0 Hz die Durchschnittsgeschwindigkeit des Fahrzeugs im Zeitintervall an.
  • Ebenfalls aus dem Frequenzspektrum abgeleitet ist ein zweiter Indikator zur Modellierung der Veränderungen im Fahrtablauf. Das Frequenzspektrum sortiert im wesentlichen die Änderungen im Fahrtablauf nach ihrer Schnelligkeit (Frequenz) und wie stark die einzelnen Änderungen im Fahrtablauf vorhanden sind (Amplitude). Jede Frequenz ist somit durch ihre jeweilige Amplitude (ampl) gewichtet. Der zweite Indikator extrahiert die dominante Frequenz im Fahrtablauf in Abhängigkeit der Gewichte einzelner Frequenzen.
  • Im urbanen Verkehr gibt es noch einen Sonderfall, der berücksichtigt werden muss: Stop-and-Go-Verkehr. Im nicht-urbanen Umfeld ist ein Stop-and-Go-Fahrtablauf ein klarer Hinweis auf ein Stauereignis. Aufgrund infrastruktureller Rahmenbedingungen im urbanen Bereich ist freier Verkehr aber auch in der Klasse der Stop-and-Go-Abläufe einzureihen. Dieser Widerspruch wird durch einen dritten kombinierten Indikator aufgelöst, der darauf ausgerichtet ist, urbanen freien Verkehr zu identifizieren. Hier ist geringfügiger zusätzlicher Rechenaufwand nötig, um die längste Stehzeit im Zeitintervall und den Anteil der Fahrzeit am gesamten Zeitintervall zu bestimmen. In Kombination mit der Durchschnittsgeschwindigkeit wird freier urbaner Verkehr durch den dritten Indikator erkannt.
  • Die Indikatoren werden in der Einrichtung 4 aufbereitet und nach geeigneter Parametisierung einem Fuzzy-Logik-System in der Einrichtung 5 zugeführt, das die Indikatoren einzeln bewertet. Einrichtung 6 beispielsweise in Form einer Regelbank übernimmt die Zusammenführung und Abstimmung der Indikatoren mehrerer Fahrzeuge zur Optimierung des Gesamtergebnisses als auch zur Berücksichtigung des Sonderfalls freier urbaner Verkehr. Über dies ermöglicht die Verwendung von Fuzzy-Logik eine Berücksichtigung der inhärenten Unschärfe, bedingt durch die Verschiedenartigkeit der Fahrer der Fahrzeuge. Das Resultat des Fuzzy-Logik-Systems ist ein Staufaktor dF, der als Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Stauereignisses interpretiert werden kann. Je nach Zweckmäßigkeit werden die Messwerte bzw. Indikatoren in den Fahrzeugen selbst verarbeitet oder bereits in einem frühen Stadium, wie die Ausführungsvariante nach 1 zeigt, zu einer Zentrale übermittelt und dort gemeinsam verarbeitet.
  • Anwendungsbeispiele:
  • Ein Fahrzeug durchfährt verschiedene Verkehrssituationen und zeichnet dabei die Geschwindigkeitsganglinien auf. Das Stauerkennungssystem, bestehend aus dem Frequenztransformationssystem, den Indikatoren und der Fuzzy-Interferenzmaschine überwacht permanent diese Ganglinien. Der Output des Stauerkennungssystem gibt an, ob sich das Fahrzeug in einem Stau befindet oder nicht. Beispiele sind in den 4 bis 9 zu sehen. Daran sind jeweils die Geschwindigkeitsganglinien und die Staufaktoren dF als endgültiger Output zu sehen. 4 zeigt den Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs im freien Verkehr, der resultierende Staufaktor dF gemäß 5 ist erwartungsgemäß sehr niedrig. In 6 kommt das Fahrzeug 6 in gestauten Verkehr, was in der Geschwindigkeitsganglinie klar zu erkennen ist. Dementsprechend hoch ist der Staufaktor gemäß 7. Schließlich ist noch der Sonderfall des freien urbanen Verkehrs in 8 und 9 berücksichtigt. Der Stop-and-Go-Charakter ist deutlich aus der Geschwindigkeitsganglinie der 8 abzulesen. Dennoch sorgt der dritte kombinierte Indikator dafür, dass hier nicht fälschlicherweise Stau angezeigt wird, sondern freier Verkehr; der Staufaktor dF gemäß 9 ist kaum Änderungen unterworfen und liegt unter dem Wert 1, wobei der Wert 1 einen Stau indizieren würde.
  • Eine Anbindung des erfindungsgemäßen Verfahrens an ein Navigationssystem kann wertvolle Informationen liefern, wo sich das Fahrzeug gerade befindet. Wenn das Navigationssystem meldet, dass sich das Fahrzeug gerade in urbanem Verkehr bewegt, kann der Sonderfall des freien urbanen Verkehrs noch besser berücksichtigt werden. Der dritte kombinierte Indikator kann dann basierend auf dieser Information scharf geschaltet werden und noch feiner justiert werden.
  • Der Kommunikationsaufwand kann durch eine intelligente Vorverarbeitung bereits im Fahrzeug wesentlich reduziert werden. Für den Benutzer im Fahrzeug ist das Verfahren indirekt durch das verbesserte Kommunikationsverhalten und qualitativ hochwertige, auf der Stauerkennung aufbauende Dienste ersichtlich.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Erkennung eines Stauereignisses mit folgenden Schritten: – es werden Geschwindigkeitsganglinien von Fahrzeugen für ein bestimmtes Zeitintervall aufgenommen und analysiert, – durch eine Frequenztransformation wird aus einer Geschwindigkeitsganglinie ein Frequenzspektrum gewonnen, welches Veränderungen im Fahrtablauf in Abhängigkeit der Schnelligkeit einer Änderung darstellt, – aus der Schnelligkeit der Änderungen wird mindestens ein erster Indikator ermittelt, – durch Bewertung des mindestens einen ersten Indikators mehrerer Fahrzeuge wird ein Staufaktor generiert als Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Stauereignisses.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem durch die Frequenztransformation gewonnenen Spektrum ein zweiter Indikator ermittelt wird durch Extraktion der dominanten Frequenz in Fahrtablauf in Abhängigkeit der Gewichte einzelner Frequenzen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Kombination mit der Durchschnittsgeschwindigkeit ein dritter Indikator ermittelt wird zur Erkennung freien urbanen Verkehrs.
  4. Stauerkennungssystem zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch: – eine Einrichtung (2) zur Aufzeichnung von Geschwindigkeitsganglinien in jeweils verschiedenen Fahrzeugen, – einer Frequenztransformationseinrichtung (3) für die aufgezeichneten Frequenzganglinien, – einer Einrichtung (4) zur Gewinnung von Indikatoren aus den der Frequenztransformation unterzogenen Geschwindigkeitsganglinien, – einer Einrichtung (5) zur Bewertung der Indikatoren, – einer Auswerteeinrichtung (6) zur Verknüpfung der Indikatoren im Sinne einer Optimierung als auch zur Berücksichtigung von Plausibilitätskriterien und zur Ausgabe eines davon abgeleiteten Staufaktors.
  5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einrichtung (5) zur Bewertung der Indikatoren eine Fuzzy-Logik integriert ist.
  6. System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (6) im Sinne einer Regelbank aufgebaut ist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103235991A (zh) * 2013-04-18 2013-08-07 国家电网公司 基于模糊理论的配网变压器状态评估方法
WO2020259074A1 (zh) * 2019-06-28 2020-12-30 佛山科学技术学院 一种基于大数据的交通拥堵预测系统、方法及存储介质
CN116978234A (zh) * 2023-09-22 2023-10-31 深圳市锐斯特科技有限公司 一种基于行车记录仪的路况数据动态采集方法及系统

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