DE102006027676A1

DE102006027676A1 - Verfahren zur Fahrstreckenerkennung in einem Mautsystem

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Publication number: DE102006027676A1
Application number: DE200610027676
Authority: DE
Inventors: Janos Dr. Gila; Michael Kraftl; Alfred Paul Megner; Alexander Dr. Renner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2007-12-20

Abstract

Verfahren zur Erkennung mautpflichtiger Streckenabschnitte (A) innerhalb eines elektronischen Mauterfassungssystems, bei welchem mit Hilfe von Positionsinformationen ausstrahlenden Einrichtungen, insbesondere Satelliten, Positionsdaten (Xn) eines Fahrzeugs ermittelt und diese mit elektronisch hinterlegten Geodaten, welche zumindest einen Teil des Straßennetzes umfassen, verglichen werden, wobei aus den Positionsdaten (Xn) des Fahrzeugs ein der zurückgelegten Fahrstrecke annähernd entsprechender Linienzug (L) ermittelt wird. Um eine Optimierung der Mautobjekterkennung vorzunehmen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass einer beliebigen Anzahl mautpflichtiger und/oder mautfreier Streckenabschnitte (A, A') des Straßennetzes jeweils zumindest ein innerhalb der Geodaten definiertes, linienförmiges Referenzobjekt (Rn) zugeordnet ist und überprüft wird, ob der Linienzug (L) einen Schnittpunkt (S) mit dem zumindest einen linienförmigen Referenzobjekt (L) aufweist und im positiven Fall der dem zumindest einen linienförmigen Referenzobjekt (L) zugeordnete mautpflichtige oder mautfreie Streckenabschnitt (A, A') als erkannt klassifiziert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung mautpflichtiger Streckenabschnitte eines Straßennetzes in einem elektronischen Mauterfassungssystem, bei welchem mit Hilfe von Positionsinformationen ausstrahlenden Einrichtungen, beispielsweise Satelliten, Positionsdaten eines Fahrzeugs ermittelt und diese mit elektronisch hinterlegten Geodaten, welche zumindest einen Teil des Straßennetzes umfassen, zum Zwecke der Mautobjekterkennung verglichen werden, wobei aus den Positionsdaten des Fahrzeugs ein der zurückgelegten Fahrstrecke annähernd entsprechender Linienzug ermittelt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Mautsysteme kommen zum Einsatz, um eine festgesetzte Gebühr für die Nutzung von Straßen, Brücken, Tunnels oder anderer Infrastrukturbauwerke einzuheben. Die erhaltenen Mautgebühren dienen neben ihrer Funktionalität als zusätzliche Einnahmequelle für die öffentlichen Haushalte vorwiegend der Aufrechterhaltung bestehender Infrastruktur sowie der Finanzierung zukünftiger Straßenbauprojekte. Über die Vergebührung der Straßenbenutzung kann weiters eine Internalisierung von externen Folgekosten des Verkehrsbetriebes, die vom Verursacher selbst nicht vollständig getragen werden, erzielt werden. So können etwa ökologische und soziale Kosten zufolge Lärm- und Luftverschmutzung sowie die aus Unfällen resultierenden Ressourcenausfallkosten mittels entsprechender Mautveranschlagung abgegolten werden.
Darüber hinaus soll mittels flächendeckender Mautsysteme eine Entlastung der Umwelt von Verkehrsemissionen erreicht werden, indem für die motorisierte Verkehrsteilnahme ein adäquater Preis festgesetzt wird, um den LKW-Schwerverkehr solcherart zur Nutzung des Schienenersatzverkehrs oder Verbesserung der Vertriebslogistik zu motivieren. Da Mautsysteme aber ebenso auch den Individualverkehr durch PKW-Benutzer betreffen, wird der ökologische Aspekt generell ins öffentliche Bewusstsein gehoben und soll einer langfristigen Strategie zur CO₂-Reduktion dienen.
Bereits bekannte, nutzungsabhängige Mauterfassungssysteme arbeiten mit fahrzeugseitig angeordneten mobilen Detektionseinheiten, sogenannten OBUs (On Board Units). Dabei handelt es sich um Geräte, die in einem Fahrzeug mitgeführt oder darin eingebaut werden, um eine automatische Abrechnung von Mautgebühren innerhalb eines Mauterfassungssystems anhand der vom Fahrzeug im Straßennetz des Mauterfassungssystems zurückgelegten Strecke zu ermöglichen, indem sie die Grundlage zur Berechnung der Mautgebühren detektieren, nämlich die zurückgelegte Fahrstrecke bzw. die benutzten mautpflichtigen Streckenabschnitte. Eine mobile Detektionseinheit besitzt ungefähr die Größe eines Autoradios und kann zumeist in den genormten Aufnahmeschacht für Autoradios eingesetzt oder auf das Armaturenbrett des Lenkerraumes montiert werden.
Grundsätzlich sind dabei zwei unterschiedliche Typen von Mauterfassungssystemen zu unterscheiden, nämlich jene, bei welchen Positionsinformationen ausstrahlende Einrichtungen zur Ermittlung von Positionsdaten für eine Mautobjekterkennung herangezogen werden, wobei hier nachfolgend stellvertretend für diesen Typ GNSS (Global Navigation Satellite System) basierte Systeme betrachtet werden. Diesem Typ von Mauterfassungssystem sind auch noch jene Systeme zuzuordnen, die eine Positionsbestimmung der Fahrzeuge anhand von Informationen aus Mobilfunknetzen ermöglichen oder anhand von am Fahrzeug detektierten Daten, wie beispielsweise Gyrodaten oder Tachodaten.
Bei dem anderen Typ handelt es sich um Infrastruktur basierte Systeme, die mittels kabellosem Kurzstreckenfunk (beispielsweise auf DSRC, RFID oder Bluetooth Basis) arbeiten.
GNSS basierte Systeme arbeiten in den meisten Fällen mittels des US-Standards GPS (Global Positioning System), können je doch ebenso nach anderen Standards bzw. Systemen betrieben werden, so etwa nach dem japanischen MTSAT, dem russischen GLONASS oder dem europäischen EUTELTRACS bzw. dem aktuell in Umsetzung befindlichen GALILEO-System.
Die bei GNSS basierten Systemen eingesetzten mobilen Detektionseinheiten sind in der Lage, die von entsprechenden Satelliten ausgesendeten Positionsinformationen zu empfangen und daraus Positionsdaten und damit die aktuelle Position der mobilen Detektionseinheit und somit des Fahrzeuges, in welchem die mobile Detektionseinheit angeordnet ist, zu ermitteln. Die kontinuierlich stattfindende Ermittlung von Positionsdaten ermöglicht eine Aufzeichnung der Fahrstrecke, welche die mobile Detektionseinheit innerhalb eines Mauterfassungssystems zurücklegt.
Infrastruktur basierte Systeme arbeiten hingegen mit an den Straßen, vorzugsweise an mautpflichtigen Streckenabschnitten angeordneten Kurzstreckenfunkinformationseinrichtungen, welche im Folgenden allgemein als Baken bezeichnet werden und in der Regel oberhalb der Straße diese querend an einer Gerüstkonstruktion oder einem Brückenaufbau angeordnet sind. Das Passieren eines Bakens von einer mobilen Detektionseinheit wird dabei vom Baken und/oder von der Positionseinheit detektiert.
Die Kommunikation erfolgt in diesem Fall mittels Kurzstreckenfunkübertragung, beispielsweise via Mikrowelle oder Infrarot.
Unabhängig vom angewandten Mauterfassungssystem ist es zur Berechnung der durch die Benutzung des Straßennetzes anfallenden Mautgebühr erforderlich, im Zuge einer sogenannten Mautobjekterkennung mautpflichtige bzw. nicht mautpflichtige Streckenabschnitte des Straßennetzes als „befahren" oder „erkannt" zu klassifizieren.
Bei Infrastruktur basierten Systemen wird daher definierten mautpflichtigen oder nicht mautpflichtigen Streckenabschnitten zumindest ein Baken zugeordnet. Passiert eine mobile Detektionseinheit einen solchen Baken, wird dies detektiert und der dem Baken zugeordnete mautpflichtige oder nicht mautpflichtige Streckenabschnitt kann als „befahren" oder „erkannt" klassifiziert werden.
Bei den GNSS oder auf anderen Positionsinformationen ausstrahlenden Einrichtungen basierten Systemen hingegen, ist zuerst eine Verarbeitung der ermittelten Positionsdaten mittels bestimmter Algorithmen (sog. Primär-, Sekundär, Tertiär- etc. Road Identification (RI) Algorithmen) zur Mautobjekterkennung erforderlich.
Dabei erfolgt ein Vergleich der von der mobilen Detektionseinheit aus den im Mauterfassungssystem zur Verfügung stehenden Positionsinformationen ermittelten Positionsdaten mit elektronisch hinterlegten Geodaten, welche das Straßennetz eines bestimmten geographischen Gebietes beschreiben.
Innerhalb der Geodaten sind sogenannte Geoobjekte definiert, welche definierte Abschnitte oder Bereiche im entsprechenden geographischen Gebiet bzw. im Straßennetz beschreiben. Jene Geoobjekte, welche bei Übereinstimmen mit den ermittelten Positionsdaten die Verrechnung einer Mautgebühr auslösen, werden als Mautobjekte bezeichnet oder mit anderen Worten dienen die Mautobjekte dazu, die mautpflichtigen Streckenabschnitte von den nicht mautpflichtigen Streckenabschnitten des Straßennetzes zu unterscheiden.
Je nach Art der Mautobjekte sind unterschiedliche Algorithmen zur Mautobjekterkennung erforderlich.
Es sind beispielsweise Mautobjekte bekannt, welche die Fläche eines mautpflichtigen Streckenabschnittes schlauchartig umgeben. Die Dicke des Schlauchs richtet sich dabei nach der Genauigkeit bzw. Ungenauigkeit des jeweils eingesetzten Posi tionsinformationssystems. Im Falle einer GNSS-basierten Positionsermittlung entspricht jene den Streckenabschnitt überragende Fläche des Schlauches beispielsweise der Lokalisierungsungenauigkeit, welche sich aus der möglichen Phasenverschiebung bzw. Ungenauigkeit des GNSS-Trägersignals zufolge diverser Gravitationsphänomene ergibt.
Um das Mautobjekt als „befahren" oder „erkannt" zu klassifizieren, ist es erforderlich, mittels der erwähnten Algorithmen festzustellen, ob sich die ermittelten Positionsdaten innerhalb des Schlauches befinden. Zumeist kommen hierbei statistische Berechnungsalgorithmen zum Einsatz, wobei der mautpflichtige Streckenabschnitt als „befahren" oder „erkannt" klassifiziert wird, falls über eine definierte Zeit oder Distanz ein bestimmter Prozentsatz der ermittelten Positionsdaten innerhalb des Schlauches liegt.
Weiters kann es sich bei einem Mautobjekt um eine zu Beginn eines mautpflichtigen Streckenabschnittes und/oder an dessen Ende und/oder in dessen Verlauf angeordnete Fläche, beispielsweise mit einem Radius von z.B. 100 m, handeln, wobei im Zuge der Mautobjekterkennung wiederum ermittelt wird, ob einige der ermittelten Positionsdaten innerhalb eines oder innerhalb aller Mautobjekte liegen, wobei je nach angewandtem Algorithmus die Klassifizierung eines oder mehrerer Mautobjekte als „befahren" oder „erkannt" die Verrechnung von Mautgebühren auslöst.
Den bekannten Mautobjekterkennungsverfahren gemeinsam ist jedenfalls der hohe Rechenaufwand, der aufgrund des erforderlichen Einsatzes an statistischen Algorithmen bzw. elliptischen Gleichungen erforderlich ist.
Die Mautobjekterkennung kann dabei entweder zentral von einer zentralen Recheneinheit vorgenommen werden (zentrales System) oder aber dezentral in der mobilen Detektionseinheit (dezentrales System).
Während ein dezentral arbeitendes System eine mit ausreichend Rechenleistung und mit ausreichend Speicherplatz ausgestattete mobile Detektionseinheit erfordert, da sämtliche das Straßennetz des Mauterfassungssystem beschreibende Geodaten in der mobilen Detektionseinheit gespeichert werden müssen und auch die Berechnung, ob mautpflichtige Streckenabschnitte befahren wurden oder nicht (Mautobjekterkennung), ebenfalls in der mobilen Detektionseinheit stattfindet, erfordert ein zentral arbeitendes System eine gute und ausreichend schnelle Datenverbindung zwischen der mobilen Detektionseinheit und der zentralen Recheneinheit, da hier sämtliche ermittelten Positionsdaten an die zentrale Recheneinheit zwecks zentraler Mautobjekterkennung übertragen werden müssen.
Das zentrale System hat den Vorteil, dass Änderungen der Geodaten oder der Mauttarife sehr einfach in die zentrale Recheneinheit eingegeben werden können und damit keine Aktualisierung jeder im Betrieb befindlichen mobilen Detektionseinheit erforderlich ist.
Aktuell bedienen sich die mobilen Detektionseinheiten am GSM-Standard. Prinzipiell ist jedoch jedes zur drahtlosen Datenübertragung geeignete System einsetzbar.
Unabhängig davon, ob ein zentrales oder dezentrales System zum Einsatz kommt, trachtet man danach, einerseits das Datenaufkommen so gering wie möglich zu halten und andererseits die zur Mautobjekterkennung erforderlichen Berechnungen so einfach wie möglich zu gestalten, um eine Verarbeitung des ständig wachsenden Verkehrs, sowie der ständig steigenden Anzahl an mautpflichtigen Streckenabschnitten auch über einen längren Zeitraum durchführen zu können, ohne in immer kürzer werdenden Intervallen die für die Mautobjekterkennung erforderliche Rechenleistung durch Kauf von neuen Datenverarbeitungsanlagen zu erhöhen.
Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erkennung mautpflichtiger Streckenabschnitte inner halb eines elektronischen Mauterfassungssystems bereitzustellen, mittels welchem die Mautobjekterkennung vereinfacht und die dafür erforderliche Rechenleistung verringert wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, GNSS basierte Systeme und Infrastruktur basierte Systeme im Zuge der Mautobjekterkennung zu kombinieren und einander ergänzend einzusetzen und diese in einem gemeinsamen RI Algorithmus zu integrieren. Insbesondere soll durch geeignete Ausschluss- oder Kombinationskriterien eine zuverlässige Verifikation der Erkennung von mautpflichtigen Streckenabschnitten bzw. Mautobjekten ermöglicht werden.
Erfindungsgemäß werden diese Ziele durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.
In einem gattungsgemäßen Mauterfassungssystem ermittelt eine an Bord eines Fahrzeugs mitgeführte mobile Detektionseinheit in an sich bekannter Weise mit Hilfe von Positionsinformationen ausstrahlenden Einrichtungen Positionsdaten des Fahrzeugs. Die Positionsdaten können hierbei von verschiedensten Einrichtungen bzw. Technologien bereitgestellt werden, beispielsweise von Satelliten, von straßenseitig installierten Kurzstreckenfunkinformationseinrichtungen, von Mobilfunknetzen oder auch von fahrzeugseitig installierten Kompass- bzw. Inertialmess- bzw. Tachometervorrichtungen. Die Positionsdaten des Fahrzeugs werden mit elektronisch hinterlegten Geodaten, welche zumindest einen Teil des Straßennetzes eines geographischen Gebietes umfassen, verglichen wobei aus den Positionsdaten des Fahrzeugs ein der zurückgelegten Fahrstrecke annähernd entsprechender Linienzug ermittelt.
Erfindungsgemäß ist einer beliebigen Anzahl mautpflichtiger und/oder mautfreier Streckenabschnitte des Straßennetzes jeweils zumindest ein innerhalb der Geodaten definiertes, linienförmiges Referenzobjekt zugeordnet, wobei überprüft wird, ob der der Fahrstrecke des Fahrzeugs entsprechende Linienzug einen Schnittpunkt mit dem zumindest einen linienförmigen Re ferenzobjekt aufweist. Hierbei wird im positiven Fall, also bei Ermittlung eines Schnittpunktes mit dem zumindest einen linienförmigen Referenzobjekt, der diesem zugeordnete mautpflichtige oder mautfreie Streckenabschnitt als „erkannt" klassifiziert. Bei dem linienförmigen Referenzobjekt handelt es sich somit per Definition um ein Mautobjekt.
Auf diese Weise wird quasi ein „virtueller Baken" gesetzt, welcher innerhalb der Geodaten sowohl mautpflichtige als auch nicht mautpflichtige Streckenabschnitte voneinander unterscheidbar macht.
Das linienförmige Referenzobjekt kann an beliebiger Stelle des mautfreien oder mautpflichtigen Streckenabschnittes bzw. Geoobjektes, eventuell sogar in definiertem Abstand vor oder nach einer Mautobjektsgrenze oder der Grenze eines mautfreien Geoobjektes angeordnet sein.
Durch die Heranziehung von erfindungsgemäßen Schnittpunkten ist es möglich, die vom Fahrzeug zurückgelegte mautpflichtige Strecke entweder anhand der eindeutigen Zuordnung einzelner Schnittpunkte zu mautpflichtigen Streckenabschnitten oder anhand der Verbindung zweier oder mehrerer Schnittpunkte zu ermitteln, ohne dass fortwährend eine statistische Auswertung der aktuell ermittelten Positionsdaten des Fahrzeugs hinsichtlich ihrer Deckungsgleichheit mit einem das Mautobjekt umgebenden Bereich bzw. mit einem den Bemautungsvorgang auslösenden Bereich, erfolgen muss. Alternativ dazu kann die vom Fahrzeug zurückgelegte mautpflichtige Strecke auch anhand der Zuordnung einzelner Schnittpunkte zu mautfreien Streckenabschnitten erkannt werden.
Dadurch kann der Rechenaufwand gegenüber herkömmlichen Mautobjekterkennungsverfahren verringert bzw. die RI Algorithmen vereinfacht werden. Insbesondere durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2, wonach es sich beim Linienzug um einen Polygonzug und beim linienförmigen Referenzobjekt vorzugsweise um eine mittels zweier Endpunkte definierte Strecke handelt, kann eine starke Reduktion des notwendigen Rechenaufwands erzielt werden, da anstelle der bisher notwendigen, vergleichsweise aufwändigen elliptischen Berechnungszyklen nunmehr lediglich lineare Berechnungszyklen durchgeführt werden müssen. Der der zurückgelegten Fahrstrecke entsprechende Polygonzug ergibt sich hierbei durch eine lineare Interpolation der Strecke zwischen mehreren zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten ermittelten Positionsdaten des Fahrzeugs.
Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 3 markiert das linienförmige Referenzobjekt entweder eine Eintrittsgrenze in oder eine Austrittsgrenze aus einem mautpflichtigen Streckenabschnitt bzw. einem Bereich des Straßennetzes und ermöglicht in unmittelbarer Weise eine Erkennung eines Ein- oder Austritts des Fahrzeuges in ein oder aus einem mautpflichtigen Streckenabschnitt.
Erfindungsgemäß ist es sowohl möglich, das Befahren mautpflichtiger als auch mautfreier Streckenabschnitte des Straßennetzes mittels der Anordnung linienförmiger Referenzobjekte zu observieren. So kann gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 4 der Streckenabschnitt des Straßennetzes zwischen einem ersten linienförmigen Referenzobjekt und einem zweiten linienförmigen Referenzobjekt als mautpflichtiger Streckenabschnitt des Straßennetzes klassifiziert sein, während gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 5 der Streckenabschnitt des Straßennetzes zwischen einem ersten linienförmigen Referenzobjekt und einem zweiten linienförmigen Referenzobjekt als mautfreier Streckenabschnitt des Straßennetzes klassifiziert sein kann.
Indem also jeweils Intervalle zwischen zwei oder mehreren Schnittpunkten an aufeinanderfolgenden linienförmigen Referenzobjekten hinsichtlich ihrer Mauteigenschaften rechnerisch erkannt werden, kann ein lückenloses System zur Kontrolle sämtlicher relevanter Wegstrecken innerhalb eines Verkehrsnetzes geschaffen werden.
Dem jeweiligen Streckenabschnitt bzw. Intervall kann auch ein vordefinierter Distanzwert zugeordnet sein, sodass eine Echtzeit-Längenberechnung entfallen kann.
Eine signifikante Erhöhung der Wahrscheinlichkeit einer korrekten Erkennung mautpflichtiger Streckenabschnitte kann gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 6 auch erzielt werden, indem auf einem mautpflichtigen Streckenabschnitt mehrere linienförmige Referenzobjekte definiert sind und die Bedingung überprüft wird, dass eine festgesetzte Anzahl, vorzugsweise alle dieser linienförmigen Referenzobjekte vom den Positionsdaten des Fahrzeugs entsprechenden Linienzug geschnitten werden.
Die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 7 bis 10 betreffen eine erfindungsgemäße Kombination des bisher beschrieben Verfahrens zur Mautobjekterkennung mit dem bereits bekannten Infrastruktur basierten Mauterfassungssystems.
Hierbei wird gemäß Anspruch 7 zusätzlich zu den linienförmigen Referenzobjekten bzw. den anhand dieser ermittelten Schnittpunkten das Passieren eines von mindestens einer straßenseitig installierten Kurzstreckenfunkinformationseinrichtung detektiert und zur Mautobjekterkennung herangezogen.
Gemäß Anspruch 8 ist beispielsweise vorgesehen, dass die logische Bedingung überprüft wird, ob das Fahrzeug auch nach ermitteltem Kreuzen eines einem mautpflichtigen Streckenabschnitt zugeordneten (vorher, nachher oder unmittelbar an der Mautobjektgrenze angeordneten) linienförmigen Referenzobjektes zusätzlich noch mindestens eine auf diesem mautpflichtigen Streckenabschnitt installierte Kurzstreckenfunkinformationseinrichtung passiert.
Solcherart wird also eine effektive Kombination von realen und virtuellen Baken zur Mautobjekterkennung vorgenommen. Ein mautpflichtiger Streckenabschnitt wird hierbei nur dann als mit hinreichender Sicherheit erkannt angesehen, wenn zusätz lich zum rechnerisch erkannten Kreuzen eines dem jeweiligen Mautobjekt entsprechenden linienförmigen Referenzobjektes auch noch das Passieren einer an dem mautpflichtigen Streckenabschnitt installierten Kurzstreckenfunkinformationseinrichtung registriert wird und dieses reale Ereignis mit jenem virtuellen Ereignis verfahrensmäßig in Form einer „UND"-Bedingung verknüpft wird.
Umgekehrt wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 9 ein zufolge der Schnittpunkts-Überprüfung als mautfrei klassifizierter Streckenabschnitt dennoch als mautpflichtig eingestuft, wenn das Passieren von mindestens einer auf einem mautpflichtigen Streckenabschnitt installierten Kurzstreckenfunkinformationseinrichtung detektiert wird.
In gegebenen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, an mautfreien Streckenabschnitten installierte Kurzstreckenfunkinformationseinrichtungen zur Differenzierung mautpflichtiger und unbemauteter Verkehrswege nutzbar zu machen, wobei es gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 10 vorgesehen ist, dass ein zufolge der Schnittpunkts-Überprüfung als mautpflichtig klassifizierter Streckenabschnitt dennoch als mautfrei eingestuft wird, wenn das Passieren von mindestens einer auf einem mautfreien Streckenabschnitt installierten Kurzstreckenfunkinformationseinrichtung detektiert wird.
Die in den vorangehenden Ansprüchen beschriebenen Bedingungen können je nach Anwendungsfall miteinander kombiniert oder durch andere logische Verknüpfungen erweitert werden und erlauben insbesondere im Falle eines verwechslungsträchtigen Geflechts von Verkehrswegen, so z.B. bei nahe beieinander liegenden bzw. parallel zueinander verlaufenden oder sich kreuzenden Straßenzügen eine Erhöhung der Sicherheit bei der Erkennung mautpflichtiger Streckenabschnitte.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes eines mit erfindungsgemäßen linienförmigen Referenzobjekten R_n versehenen virtuellen Straßennetzes.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der Ermittlung von Positionsdaten X_n eines Fahrzeugs mittels einer im Fahrzeug installierbaren mobilen Detektionseinheit (OBU). Diese umfasst als Grundkomponente eine Lokalisierungseinheit, welche in der Lage ist, mit Hilfe von Positionsinformationen ausstrahlenden Einrichtungen Positionsdaten zu ermitteln. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Lokalisierungseinheit um eine GNSS-Lokalisierungseinheit, die aus der Laufzeit von Satellitensignalen, die aktuelle Position (Positionsdaten) der mobilen Detektionseinheit bzw. des Fahrzeugs kontinuierlich in diskreten Zeitabständen ermittelt. Bevorzugt wird hierbei das bekannte GPS System eingesetzt.
Auf diese Art und Weise werden fortlaufend zu aufeianderfolgenden Zeitpunkten t₀, t₁, t₂, t₃ und t₄ Positionsdaten X_n ermittelt, aus welchen sich wiederum durch lineare Interpolation der Strecke zwischen den einzelnen Positionsdaten X_n ein der zurückgelegten Fahrstrecke entsprechender Polygonzug L ergibt. Bei den Positionsdaten X₁, X₂ etc. kann es sich beispielsweise um kartesische Koordinaten zur zwei- oder sogar dreidimensionalen Lokalisierung handeln. Die Lokalisierungseinheit vermag auch Richtung und Geschwindigkeit des Fahrzeuges mit Hilfe der GNSS Positionsinformationen zu ermitteln.
Es ist gleichfalls möglich, die Positionsdaten X_n der Fahrzeuge anhand von Informationen bzw. Empfangseigenschaften von Mobilfunknetzen zu ermitteln. Zusätzlich dazu können am Fahrzeug bzw. in der mobilen Detektionseinheit noch Ortungssensoren installiert sein, welche Gyrodaten oder Tachodaten zur Positionsbestimmung oder zumindest zur Erhöhung deren Genauigkeit ermitteln.
Unabhängig davon, auf welches Positionsbestimmungssystem die mobile Detektionseinheit zurückgreift, erfolgt die Klassifizierung eines mautpflichtigen oder nicht mautpflichtigen Streckenabschnittes A als „befahren" oder „erkannt" anhand einer entweder unmittelbar in der mobilen Detektionseinheit oder in einer zentralen Recheneinheit stattfindenden Mautobjekterkennung. Bei einer zentralen Mautobjekterkennung erfolgt bevorzugterweise zu festgesetzten Zeitpunkten eine Übertragung der weitgehend unbearbeiteten ermittelten Positionsdaten X_n an die fahrzeugexterne zentrale Recheneinheit, wobei die Mautobjekterkennung ausschließlich von der zentralen Recheneinheit vorgenommen wird.
Zur Kommunikation mit der zentralen Recheneinheit des Mautbetreibers des Mauterfassungssystems beinhaltet die mobile Detektionseinheit weiters Komponenten zum Aufbau einer Datenverbindung, vorzugsweise eine auf GSM-Funk basierende Sende/Empfangseinheit.
Unabhängig davon, wo die Mautobjekterkennung stattfindet, wird dabei der durch lineare Interpolation ermittelte, der zurückgelegten Fahrstrecke entsprechende polygonförmige Linienzug L mit erfindungsgemäß innerhalb der Geodaten definierten, linienförmigen Referenzobjekten R_n verglichen, wobei einer ausgewählten Anzahl mautpflichtiger oder nicht mautpflichtiger Streckenabschnitte A des Straßennetzes, vorzugsweise aller mautpflichtiger Streckenabschnitte A des Straßennetzes, jeweils zumindest ein linienförmiges Referenzobjekt R_n zugeordnet ist und überprüft wird, ob der Linienzug L einen Schnittpunkt S mit dem zumindest einen linienförmigen Referenzobjekt R_n aufweist.
Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung eines jeweiligen Verkehrsnetzes kann das linienförmige Referenzobjekt R_n stets an beliebiger Stelle eines mautpflichtigen Streckenabschnitts A angeordnet sein bzw. alternativ auch an beliebiger Stelle eines mautfreien Streckenabschnittes A'.
Wichtig ist nur, dass definierten mautpflichtigen und/oder mautfreien Streckenabschnitten im Straßennetz zumindest ein linienförmiges Referenzobjekt R_n zugeordnet ist.
In der partiellen Abbildung eines Straßennetzes gemäß 1 sind innerhalb der Geodaten rein beispielhaft linienförmige Referenzobjekte R₁, R₂ und R₃ angeordnet, welche jeweils einem mautpflichtigen Streckenabschnitt A und einem sich von diesem abzweigenden nicht mautpflichtigen Streckenabschnitt A' zugeordnet sind, indem sie diese Streckenabschnitte in willkürlich definierter Position in annähernder Normalrichtung zum jeweiligen Streckenverlauf überlagern.
Im Zuge der Mautobjekterkennung wird nunmehr erfindungsgemäß rechnerisch festgestellt, ob ein Schnittpunkt S zwischen dem Linienzug L und einem der Referenzobjekte R₁, R₂ und R3 ermittelt werden kann oder nicht.
Die Referenzobjekte R₁, R₂ und R₃ sind dabei unter Berücksichtigung der Ungenauigkeit bei der Positionsdatenermittlung so positioniert und dimensioniert, dass für den Fall des Befahrens dieses Streckenabschnittes, die interpolierte Fahrstrecke die Referenzobjekte R₁, R₂ und R₃ jedenfalls schneidet.
Die erfindungsgemäße Ermittlung eines Schnittpunkts zwischen dem Linienzug L der Fahrstrecke und den Referenzobjekten R₁, R₂ und R₃ ist einfach und erfordert keine hohe Rechenleistung der involvierten Recheneinheiten.
Mögliche Ungenauigkeiten bei der Positionsdatenermittlung, die vor einem möglichen Schnittpunkt stattgefunden haben, wie dies beispielsweise zum Zeitpunkt t₁ geschehen ist, wirken sich, anders als beispielsweise bei einem den mautpflichtigen Streckenabschnitt A „schlauchförmig" umgebenden Mautobjekt, auf die Mautobjekterkennung nicht negativ aus.
Wird beispielsweise ein Schnittpunkt S zwischen dem Linienzug L und dem Referenzobjekt R₁ festgestellt, so kann der zugeordnete mautpflichtige Streckenabschnitt A als „befahren" oder „erkannt" klassifiziert werden.
Umgekehrt kann als Bedingung für die Klassifizierung des mautpflichtigen Streckenabschnittes A als „erkannt" bzw. „befahren" aber auch vorgesehen sein, dass beide linienförmigen Referenzobjekte R₁ und R₃ einen Schnittpunkt S mit der Fahrstrecke L aufweisen müssen, wohingegen das Ausbleiben eines Schnittpunktes S der Fahrstrecke L mit dem Referenzobjekt R₃ dazu führen würde, dass der mautpflichtige Streckenabschnitt A als „nicht erkannt" bzw. „nicht befahren" klassifiziert wird.
Alternativ dazu könnte das Befahren des nicht mautpflichtigen Streckenabschnittes A' auch erkannt werden, indem diesem Streckenabschnitt ein weiteres linienförmiges Referenzobjekt R₂ zugeordnet wird. Für den Fall, dass das Fahrzeug im Bereich einer mit Bezugszeichen „Z" versehenen Straßengabelung seinen Weg nicht so wie dargestellt, auf dem Streckenabschnitt A fortsetzt, sondern auf den Streckenabschnitt A' überwechselt, so erfolgt sofort eine entsprechende (zeichnerisch nicht dargestellte) Schnittpunktsermittlung am linienförmigen Referenzobjekt R₂. Das linienförmige Referenzobjekt R₂ muss hierbei nicht so wie in 1 abgebildet, unmittelbar am Beginn des Streckenabschnitts A' angeordnet sein, sondern kann auch in einem beliebigen anderen Bereich des Streckenabschnitts A' positioniert sein, eventuell sogar erst am Ende von diesem.
Obwohl auch eine ausschließlich auf linienförmigen Referenzobjekten R_n basierende Mautobjekterkennung innerhalb der Geodaten möglich wäre, ist im erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere auch eine einfache Kombination der linienförmigen Referenzobjekte R_n mit direkt im Straßennetz vorgesehenen Kurzstreckenfunkinformationseinrichtungen (Baken) zur Mautobjekterkennung möglich.
Indem das Ereignis des Schneidens eines linienförmigen Referenzobjektes R_n durch den Linienzug L bzw. des Ermittelns eines Schnittpunktes S mit dem Ereignis eines registrierten Passierens einer straßenseitig installierten Kurzstreckenfunkinformationseinrichtung mittels unterschiedlicher Ausschluss- oder Kombinationskriterien logisch verknüpft wird, kann das Erkennen eines mautpflichtigen oder nicht mautpflichtigen Streckenabschnitts A verifiziert und die Zuverlässigkeit des Erkennungssystems somit erhöht werden.
Als Bedingung zum Erkennen eines mautpflichtigen oder nicht mautpflichtigen Streckenabschnitts A kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Fahrzeug nach ermitteltem Schnittpunkt S zwischen der Fahrstrecke L und einem linienförmigen Referenzobjekt R_n dieses mautpflichtigen Streckenabschnittes A, auch das Passieren von mindestens einer auf diesem mautpflichtigen Streckenabschnitt A installierten Kurzstreckenfunkinformationseinrichtung detektieren muss.
Neben einer solchen „UND"-Bedingung kann jedoch auch eine „ODER"-Verknüpfung definiert sein, beispielsweise für den Fall, dass das Fahrzeug bereits in einen mautpflichtigen Streckenabschnitt A eingetreten ist, dieser Eintritt aufgrund einer Ungenauigkeit oder eines temporären Funktionsausfalls der GNSS-Ortung jedoch nicht bemerkt wurde und zufolge eines in jenem Streckenabschnitt A falsch berechneten Linienzuges L auch kein Schnittpunkt S mit dem zugeordneten linienförmigen Referenzobjekt ermittelt wurde. In solchem Falle kann festgesetzt werden, dass das detektierte Passieren einer auf dem mautpflichtigen Streckenabschnitt A in definierter Position installierten Kurzstreckenfunkinformationseinrichtung ein hinreichender Grund ist, um das (zumindest abschnittsweise) Befahren eines innerhalb der Geodaten als mautpflichtig eingestuften Verkehrsweges nachzuweisen. Gegebenenfalls müssen zur Führung dieses Nachweises auch noch ermittelte Richtungs-, Geschwindigkeits- oder andere Daten über das observierte Fahrzeug herangezogen werden.
Eine weitere Verbesserung in der Erkennung mautpflichtiger Streckenabschnitte A kann auch erzielt werden, indem auf einem mautpflichtigen Streckenabschnitt A mehrere linienförmige Referenzobjekte R_n definiert sind und die Bedingung überprüft wird, ob eine festgesetzte Anzahl, idealerweise alle dieser linienförmigen Referenzobjekte R_n vom der Fahrstrecke entsprechenden Linienzug L geschnitten werden. Wurden beispielsweise an neun von zehn an dem mautpflichtigen Streckenabschnitt A angeordneten linienförmigen Referenzobjekten R_n Schnittpunkte S ermittelt, so darf mit größter Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass das jeweils observierte Fahrzeug den betreffenden mautpflichtigen Verkehrsweg tatsächlich befahren hat, während ein gewisser Prozentsatz an auf diesem Verkehrsweg erwarteten, aber aufgrund von Ungenauigkeiten in der fahrzeugseitigen Positionsermittlung nicht ermittelten Schnittpunkten S toleriert wird. Diese rein Mautobjekterkennung kann selbstverständlich auch mit den voranstehend vorgeschlagenen „UND"/„ODER"-Verknüpfungen kombiniert werden, um die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Erkennung mautpflichtiger Streckenabschnitte A zu erhöhen.
Bei nicht erfolgreicher Verifikation einer der genannten Bedingungen zum Erkennen des mautpflichtigen Streckenabschnitts A wird in automatisierter Weise eine bereits erfolgte Erkennung des mautpflichtigen Streckenabschnitts A aufgehoben bzw. gelöscht.
Auf diese Weise wird eine Optimierung in der Mautobjekterkennung erzielt, wodurch sowohl eine irrtümliche systeminterne Bewertung eines unbemauteten Streckenabschnitts A' als mautpflichtig als auch eine irrtümliche Bewertung eines mautpflichtigen Streckenabschnitts A als unbemautet vermieden werden kann.
Es versteht sich, dass darüber hinaus noch andere Kombinations- oder Ausschlusskriterien gefunden werden können, welche auf der erfindungsgemäßen Definition linienförmiger Refe renzobjekte R_n innerhalb der Geodaten und der Ermittlung von Schnittpunkten S basieren.
Beispielsweise kann es in Spezialfällen sinnvoll sein, linienförmige Referenzobjekte R_n und/oder Kurzstreckenfunkinformationseinrichtungen nicht nur an mautpflichtigen Streckenabschnitten A, sondern auch an einer oder mehreren unbemauteten Streckenabschnitten A' anzuordnen, wobei zwecks Verifikation des Befahrens eines mautpflichtigen Streckenabschnitts A nun der umgekehrte Weg der Überprüfung gegangen und die negative Bedingung überprüft wird, dass die jeweils an unbemauteten Streckenabschnitten angeordneten linienförmigen Referenzobjekte R_n vom den Positionsdaten X_n entsprechenden Linienzug L nicht geschnitten werden bzw. ein Passieren von Kurzstreckenfunkinformationseinrichtungen nicht detektiert wird. Insbesondere bei in knappem Abstand zueinander benachbarten oder sich abwechselnd kreuzenden oder verzweigenden Verkehrswegen kann eine solche Anordnung der linienförmigen Referenzobjekte R_n bzw. der Kurzstreckenfunkinformationseinrichtungen vorteilhaft sein.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel wäre hierbei das Szenario, die Benutzung eines unbemauteten Straßenzuges in einem ansonsten innerhalb der Geodaten als mautpflichtig eingestuften Areal zu erkennen.
In vielen Anwendungsfällen kann es notwendig sein, das linienförmige Referenzobjekt R_n und/oder die Kurzstreckenfunkinformationseinrichtung entweder als Eintrittsgrenze oder als Austrittsgrenze zu einem mautpflichtigen Streckenabschnitt zu definieren, sodass also die Bewegungsrichtung eines observierten Fahrzeugs bei Ermittlung eines Schnittpunkts S am jeweiligen linienförmigen Referenzobjekt R_n bekannt ist.
Es empfiehlt sich, das linienförmige Referenzobjekt R_n und/oder die Kurzstreckenfunkinformationseinrichtung jeweils vor Kreuzungen und/oder Zu- oder Abfahrten im Straßennetz an zuordnen, um eine lückenlose Erkennung relevanter Verkehrswege bzw. Mautobjekte zu ermöglichen.
Das linienförmige Referenzobjekt R_n ist vorzugsweise als Strecke definiert, welche innerhalb der Geodaten mittels zweier Endpunkte, vorzugsweise in Form kartesischer Koordinaten begrenzt ist. Eine geometrisch lineare Ausgestaltung des Referenzobjektes R_n erweist sich innerhalb des RI Algorithmus als vorteilhaft, da auf dieser Grundlage vereinfachte und schnellere Rechenoperationen getätigt werden können.
Gleichfalls ist es jedoch möglich, das linienförmige Referenzobjekt R_n als gekrümmte, parabolische, asymptotische oder andere Linie auszuführen. Auch an eine Ausführung des linienförmigen Referenzobjektes R_n als Polygonzug ist zu denken.

Claims

Verfahren zur Erkennung mautpflichtiger Streckenabschnitte (A) eines Straßennetzes in einem elektronischen Mauterfassungssystem, bei welchem mit Hilfe von Positionsinformationen ausstrahlenden Einrichtungen, beispielsweise Satelliten, Positionsdaten (X_n) eines Fahrzeugs ermittelt und diese mit elektronisch hinterlegten Geodaten, welche zumindest einen Teil des Straßennetzes umfassen, zum Zwecke der Mautobjekterkennung verglichen werden, wobei aus den Positionsdaten (X_n) des Fahrzeugs ein der zurückgelegten Fahrstrecke annähernd entsprechender Linienzug (L) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass einer beliebigen Anzahl mautpflichtiger und/oder mautfreier Streckenabschnitte (A, A') des Straßennetzes jeweils zumindest ein innerhalb der Geodaten definiertes, linienförmiges Referenzobjekt (R_n) zugeordnet ist und überprüft wird, ob der Linienzug (L) einen Schnittpunkt (S) mit dem zumindest einen linienförmigen Referenzobjekt (L) aufweist und im positiven Fall der dem zumindest einen linienförmigen Referenzobjekt (L) zugeordnete mautpflichtige oder mautfreie Streckenabschnitt (A, A') als erkannt klassifiziert wird.
Verfahren zur Erkennung mautpflichtiger Streckenabschnitte (A) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Linienzug (L) um einen Polygonzug und beim linienförmigen Referenzobjekt (R_n) vorzugsweise um eine mittels zweier Endpunkte definierte Strecke handelt.
Verfahren zur Erkennung mautpflichtiger Streckenabschnitte (A) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das linienförmige Referenzobjekt (R_n) entweder eine Eintrittsgrenze in oder eine Austrittsgrenze aus einem mautpflichtigen Streckenabschnitt (A) des Straßennetzes kennzeichnet.
Verfahren zur Erkennung mautpflichtiger Streckenabschnitte (A) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Streckenabschnitt (A) des Straßennetzes zwi schen einem ersten linienförmigen Referenzobjekt (R₁) und einem zweiten linienförmigen Referenzobjekt (R₂) als mautpflichtiger Streckenabschnitt (A) des Straßennetzes klassifiziert ist.
Verfahren zur Erkennung mautpflichtiger Streckenabschnitte (A) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Streckenabschnitt des Straßennetzes zwischen einem ersten linienförmigen Referenzobjekt (R₁) und einem zweiten linienförmigen Referenzobjekt (R₂) als mautfreier Streckenabschnitt (A') des Straßennetzes klassifiziert ist.
Verfahren zur Erkennung mautpflichtiger Streckenabschnitte (A) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem mautpflichtigen Streckenabschnitt (A) mehrere Referenzobjekte (R_n) definiert sind und zur Erkennung des mautpflichtigen Strecken-abschnittes (A) die Bedingung überprüft wird, dass eine festgesetzte Anzahl dieser linienförmigen Referenzobjekte (R_n) vom Linienzug (L) geschnitten wird.
Verfahren zur Erkennung mautpflichtiger Streckenabschnitte (A) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Ermittlung des Schnittpunktes (S) das Passieren des Fahrzeugs an mindestens einer straßenseitig installierten Kurzstreckenfunkinformationseinrichtung detektiert und zur Erkennung mautpflichtiger und/oder mautfreier Streckenabschnitte (A, A') herangezogen wird.
Verfahren zur Erkennung mautpflichtiger Streckenabschnitte (A) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein mautpflichtiger Streckenabschnitt (A) erst dann als erkannt klassifiziert wird, wenn das Passieren von mindestens einer auf dem mautpflichtigen Streckenabschnitt (A) installierten Kurzstreckenfunkinformationseinrichtung detektiert wird.
Verfahren zur Erkennung mautpflichtiger Streckenabschnitte (A) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zufolge der Schnittpunkts-Überprüfung als mautfrei klassifizierter Streckenabschnitt dennoch als mautpflichtig eingestuft wird, wenn das Passieren von mindestens einer auf einem mautpflichtigen Streckenabschnitt (A) installierten Kurzstreckenfunkinformationseinrichtung detektiert wird.
Verfahren zur Erkennung mautpflichtiger Streckenabschnitte (A) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein zufolge der Schnittpunkts-Überprüfung als mautpflichtig klassifizierter Streckenabschnitt (A) dennoch als mautfrei eingestuft wird, wenn das Passieren von mindestens einer auf einem mautfreien Streckenabschnitt (A') installierten Kurzstreckenfunkinformationseinrichtung detektiert wird.