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Bereich der Technik:
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Die
Erfindung betrifft das Messverfahren, das für die Parameter des Verkehrsflusses
in dem angegebenen Profil der Verkehrsstrasse, insbesondere für das Messen
der Verkehrsitensität,
die Klassifizierung der Verkehrsmittel und das Messen sonstiger
ergänzender
Informationen über
den Verkehrsfluss, bestimmt ist.
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Bisheriger Stand der Technik:
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Die
bestehenden bekannten Verfahren für die Messung der Verkehrsintensität und die
Verkehrsberechnung sind:
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Mechanisch-manuelles Messverfahren
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Dieses
System, dessen Genauigkeit und Zuverlässigkeit von dem subjektiven
Herangehen einer Person abhängen,
von der die Verkehrsberechnung im Terrain durchgeführt wird.
Als Nachteil von diesem Messverfahren sind bedeutende Ansprüche an die Organisation
und die Sicherstellung der Arbeitskräfte zu nennen. Den Vorteil
stellt jedoch dessen hohe Mobilität vor.
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Druckprinzip-Messverfahren
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Das
Fahzeug überfährt einen
Druckaufnehmer – ein
flexibles Rohr (einen Schlauch), das über die Verkehrsstrasse gelegt
ist, und die Anlage am Ende dieses Druckaufnehmers wertet die Zahl
der Achsen aus. Den Nachteil dieses Messverfahrens stellt die Ungenauigkeit
der anschliessenden Auswertung der Zahl und der Kategorien von Fahrzeugen,
die von den Angaben über
die Zahl der Achsen ausgeht, vor. Als nächste Nachteile sind verhältnismässig kurze
Haltbarkeitsdauer von diesen Anlagen, deren Zuverlässigkeit
und die Notwendigkeit der Eingriffe in die Verkehrsstrasse bei der
Stabilisierung dieses Systems auf der Oberfläche zu erwähnen.
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Induktionsschlinge
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Das
elektronische System erfasst die Störung des elektromagnetischen
Feldes von dieser Induktionsschlinge und dadurch werden die Durchfahrten
der Fahrzeuge über
diese Schlinge ausgewertet und die Fahrzeuge werden gemäss der Kategorien – auf Pkws,
Lkws, usw. – klassifiziert.
Der Nachteil dieses Systems besteht jedoch in dem Eingriff in die Oberfläche der
Verkehrsstrasse und in der kürzeren Haltbarkeitsdauer
der in der Verkehrsstrasse eingebauten Induktionsschlinge. Es handelt
sich um eine stationäre
Anlage und der Nachteil dieses Messverfahrens besteht also in der
bedeutenden Immobilität und
in der Verletzbarkeit.
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Mikrowellen-Messverfahren
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Dieses
Messverfahren nutzt das Prinzip der Radaraufnahme des sich bewegenden
Objekts – Geschwindigkeitsmessung
durch den Radar – Dooplerradar.
Das Radarsignal scannt die Verkehrsstrasse und wertet die Rückstosssignale
der durchgehenden Fahrzeuge gemäss
deren Durchfahrt aus, die die elektronische Auswerteeinrichtung
als Durchfahrt des Fahrzeugs erfasst, und führt anhand der Länge des
Rückstosssignals
die Klassifizierung in die einzelnen Kategorien durch. Diese Anlage
ermöglicht unter
bestimmten festgelegten Konditionen, dass die Position und die Einstellung
der Fahrzeuge festgestellt werden sowie die Geschwindigkeit gemessen wird.
Der Nachteil dieses Messverfahrens besteht in der Empfindlichkeit
hinsichtlich der Anfangseinstellung, der Radarposition – der Position
des Radarstrahles – im
Verhältnis
zu der Verkehrsstrasse und dadurch wird also die anspruchsvollere
Kalibrierung des Systems wegen der höheren Genauigkeit bei der Verkehrsberechnung
und der Geschwindigkeitsmessung verursacht, vor allem im Falle der
höheren
Zahl der Fahrzeugspuren und der Differenzierung der einzelnen Richtungen.
Als nächster
Nachteil ist die Empfindlichkeit des Systems hinsichtlich der Rückstosse
der elektromagnetischen Wellen und der Entstehung der falschen Echos
zu erwähnen.
Die Anlage für
die höhere
Zahl der Fahrzeugspuren aufgrund der höheren Ansprüche an die Einstellung – die Kalibrierung
ermöglicht
keine schnellen beweglichen Transporte und ist anspruchsvoll hinsichtlich
der passenden Auswahl einer hochwertigen Messstelle und des Systemsstandorts.
Der beste Standort ist in der Regel direkt über der Verkehrsstrasse.
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Ulltraschallmessverfahren
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Dieses
Messverfahren nutzt das Prinzip der Ulltraschallaufnahme eines sich
bewegenden Objekts. Das Ulltraschallsignal wird von einem Sender auf
der Verkehrsstrasse gesendet, wo zu seiner Reflexion und Verarbeitung
in dem Empfänger
von diesem Signal kommt. Bei der Durchfahrt eines Fahrzeugs kommt
es zu einer unterschiedlichen Reflexion, die sich in der elektronischen
Auswertungsanlage als Durchfahrt eines Fahrzeugs registriert, und
gemäss
der Reflexionslänge
wird die Klassifikation in die einzelnen Kategorien durchgeführt. Diese
Anlage ermöglicht
unter bestimmten festgelegten Bedingungen die Standortbestimmung
und die Einstellung auch der Messung der Fahrzeugsgeschwindigkeit. Das
Ulltraschallmessverfahren verfügt über die ähnlichen Eigenschaften,
die bei dem Mikrowellen-Messverfahren erwähnt wurden. Der beste Messstandort befindet
sich in der Regel auch direkt über
der Verkehrsstrasse.
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Optisches Messverfahren
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Dieses
Messverfahren nutzt das Prinzip der Unterbrechung einfallenden Lichtes
auf ein empfindliches Lichtmessgerät, das in der Regel in der
Mitte der Fahrzeugspur installiert ist und nach der Durchfahrt eines
Fahrzeugs über
diesem Messgerät
Impulse in die Zähleinrichtung
sendet, in der diese Impulse nicht nur als Zahl, sondern auch nach
deren Länge als
Fahrzeugskategorie ausgewertet sind. Der Nachteil dieses Messverfahrens
besteht in dessen Installation in der Mitte der Fahrzeugspur, die
Verletzbarkeit des Lichtmessgeräts
und die Abhängigkeit
von der Lichtbedingungen.
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In
den Bereich der optischen Messverfahren gehören auch die Systeme, die zu
der Aufnahme der Durchfahrt eines Fahrzeugs die Kameras verwenden.
Das Messverfahren gemäss
der Patentanmeldung
CZ 295326 ,
das zu der Aufnahme der Durchfahrt eines sich bewegenden Objekts
durch die Messstandorte mindestens eine Kamera in jedem Standort
verwendet, wertet dann das Zeitintervall der Durchfahrt eines sich
unter den Messstandorten bewegenden Objekts aus. Für die Tätigkeit
dieses Messverfahrens müssen
also mindestens zwei Messstandorte zur Verfügung stehen. Von dem Bild des
aufgenommenen Objekts, das in der elektronischen Form in den Empfangsauswerter
gesendet wird, werden charakterische Merkmale des sich bewegenden
Objekts ausgegliedert, es wird die Durchfahrtszeit des sich bewegenden
Objekts durch den entsprechenden Messstandort ausgewertet, wobei diese
Angaben durch das Kommunikationsnetz von den Messstandorten in die
Zentraleinheit übertragen werden,
in der die Auswertung des Zeitintervalls der Durchfahrt des sich
unter den einzelnen Messstandorten bewegenden Objekts durchgeführt wird.
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Der
Vorteil von dieser Lösung
besteht in der Verringerung des Umfangs der übertragenen Informationen durch
das Kommunikationsnetz, da von dem aufgenommenen Bild nur typische
Merkmale der sich bewegenden Objekte ausgewählt werden.
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Als
Einschränkung
wird jedoch die Tatsache gesehen, dass eine Kamera mindestens auf
zwei Messstandorten installiert werden muss.
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Alle
oben genannten technischen Messverfahren sind also nicht zufriedenstellend
mobil und benötigen
die erhöhten
Ansprüche
an die Installation auf der Verkehrsstrasse, in der Regel auch den
Eingriff in die eigene Verkehrsstrasse, sowie an den eigenen Betrieb.
Sie ermöglichen
keine Echoprüfung und
keine eventuelle Korrektur der gemessenen Daten unter der Vorraussetzung,
dass keine Kamera mit diesem System installiert ist, die jedoch
die Synchronisation der Bildaufnahme mit den anderen Anlagen benötigt. Dessenungeachtet
ist auch diese Aufnahme nur eine Unterstützungsgrundlage für die ergänzende Auswertung.
Die Messverfahren, die in keinem Kontakt mit der Oberfläche der
Verkehrsstrasse sind, benötigen
meistens jedoch die Installation über der Verkehrsstrasse und
das Aufnehmen des Bildes in der Richtung der Verkehrsstrasse. Das
erhöht
die Ansprüche
an die Installation von diesen Anlagen beim Alltagsverkehr und an
deren Mobilität.
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Wesen der Erfindung
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Die
oben genannten Nachteile werden im wesentlichen durch das vorgeschlagene
Verfahren und die Anlage für
die Messung der Parameter des Verkehrssflusses, insbesondere der
Verkehrsintensität,
der Kategorisierung der Verkehrsmittel und sonstiger ergänzender
Verkehr-Ingenieurparameter, z.B. der Geschwindigkeit der sich bewegenden
Fahrzeuge, der Flüssigkeit
des Verkehrsflussess und sonstiger Parameter, in dem angegebenen
Profil der Verkehrsstrasse behoben. Das Wesen der Erfindung besteht
darin, dass das Aufnehmen der sich bewegenden Fahrzeuge nur mit
einer einzigen elektronischen Kamera durchgeführt wird und zwar unabhängig von deren
Lage gegenüber
der Verkehrsstrasse, auf der sich die Fahrzeuge bewegen. Es ist
möglich,
das Aufnehmen der sich auf der Verkehrsstrasse bewegenden Fahrzeuge
durchzuführen,
und zwar senkrecht sowie schräg,
aber auch in der Achse des sich bewegenden Objekts, und von der
beliebigen Entfernung von der Verkehrsstrasse (auch Mehrspurstrasse) aus,
die nur durch technische Möglichkeiten
und Parameter der Aufnahmeanlage, der Kamera, begrenzt ist.
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Die
Lösung
gemäss
der Erfindung ermöglicht
eine genaue Klassifikation der Fahrzeuge und die Messung deren Geschwindigkeit
bei der Durchfahrt, beziehungsweise die Messung der Geschwindigkeit
der sich in dem untersuchten Profil bewegenden Objekte, und zwar
einschliesslich der Unterscheidung der einzelnen Verkehrsspuren
und der Richtungen der Bewegung im Rahmen einer einzelnen aufgenommenen
Szene.
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Das
Ausgangssignal von der elektronischen Kamera, das im Rahmen einer
einzigen aufgenommenen Szene den statischen Hintergrund und das sich
bewegende Fahrzeug beinhaltet, wird in der elektronischen Form mittels
des Kommunikationsnetzes in die Steuereinheit übertragen. Das Ausgangssignal
wird in der Steuereinheit bearbeitet und in die Aufzeichnungseinheit übertragen,
wo es auf das Speichermedium gespeichert und zugleich auch in die
Auswerteeinheit geführt
wird.
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Dank
der speziellen Software wird das Signal so bearbeitet, dass die
sich bewegenden Fahrzeuge auf der Aufnahme gegenüber dem statischen Hintergrund
anhand deren charakteristischen Merkmale, zum Beispiel deren Abmessungen,
erkannt werden und aufgrund des gegenseitigen statistischen Vergleichs
gemäss
den vordefinierten Werten werden die Fahrzeuge klassifiziert.
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Die
Lösung
gemäss
der Erfindung kann in voll automatischem Regime arbeiten, in dem
das System automatisch adaptiv aufgrund des gegenseitigen Vergleichs
der charakteristischen Merkmale der einzelnen sich bewegenden Fahrzeuge
kalibriert wird, wobei es möglich
ist, die Messung danach manuell zu kalibrieren, bzw. zu korrigieren,
und auf diese Weise werden die aufgenommenen Fahrzeuge durch das
System adaptiv kategorisiert.
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Die
Lösung
gemäss
der Erfindung kann auch die Auswertung des aufgenommenen Bildes
in einer einzigen Szene durchführen,
wobei die Abmessungen der sich bewegenden Fahrzeuge gegenüber der festgelegten,
direkt in dem zu bewertenden Bild vordefinierten Referenzentfernung
L ref. verglichen werden.
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Die
Lösung
gemäss
der Erfindung kann auch in dem manuellen kalibrierten Regime arbeiten,
in dem das Bedienungspersonal die Kalibration bei der Installation
der Anlage durchführt,
wobei die Referenzentfernung Lref manuell im Rahmen der aufgenommenen
Szene definiert wird, das heisst, dass das Bedienungspersonal über die
Möglichkeit
verfügt,
diese Entfernung in der Richtung der Kameraaufnahme vor der Messung
selbst zu definieren. Die Auswertung verläuft dann anhand des Vergleichs
der Abmessungen des sich in der Referenzentfernung Lref bewegenden
Fahrzeugs, die vor der Messung selbst aufgenommen und vordefiniert
wird.
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Die
Referenzentfernung Lref kann entweder manuell in die Kameraaufnahme,
zum Beispiel auf die Oberfläche
der Verkehrsstrasse, gespeichert werden oder es ist möglich, die
Referenzentfernung Lref in der Kameraaufnahme als die Entfernung
von zwei Punkten in dem aufgenommenen Bild festzulegen.
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Die
Lösung
gemäss
der Erfindung ermöglicht
in dem angegebenen aufgenommenen Abschnitt mit Hilfe von einer einzigen
Kamera auch die Geschwindigkeit des sich in dem vordefinierten Abschnitt
bewegenden Fahrzeugs zu messen, dessen Länge von dem System aufgrund
der festgelegten Referenzentfernung Lref und der Zeit, die für die Durchfahrt
dieser definierten Entfernung mit dem Fahrzeug benötigt wird,
ausgewertet wird.
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Das
Messverfahren ist möglich
entweder on-line oder rückläufig von
der Aufnahme, die z.B. auf dem Speichermedium gespeichert ist, durchzuführen.
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Die
Lösung
gemäss
der Erfindung ermöglicht
das Videosignal in die Zentraleinheit zu übertragen, damit es weiterverarbeitet
und visualisiert wird.
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Die
Lösung
gemäss
der Erfindung ermöglicht
ebenfalls in einem einzigen Augenblick mehrere Profile synchron
aufzunehmen bzw. auszuwerten, d.h. von mehreren Messstandorten gleichzeitig
und zwar auch ferngesteuert.
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Um
die Übertragungskapazitäten des
Bildsignals und den Speicherplatz auf dem Aufzeichnungsmedium von
den einzelenen elektronischen Kameras zu sparen, kann die klassische
Kompression des Videosignals benutzt werden.
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Das
Messverfahren und die Anlage für
die Messung der Intensität
und Klassifikation des Verkehrs gemäss dieser Erfindung sind ganz
mobil und sehr einfach für
die Installation an der Verkehrsstrasse, ohne dass in die eigene
Verkehrsstrasse und den eigenen Verkehr eingegriffen wird, sie ermöglichen die
Rückkontrolle
und eventuelle Korrektur sowie nachträgliche Auswertung der gemessenen
Daten, ohne dass noch andere Anlagen verwendet werden müssen.
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Übersicht
des Bildes in der Zeichnung
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Das
Messverfahren und die Anlage für
die Messung der Parameter des Verkehrsflusses in dem angegebenen
Profil der Verkehrsstrasse werden mit Hilfe der beigelegten Zeichnung
näher erklärt, wo das Blockschema
der Anlage und das Profil der von der Kamera in zwei Varianten dargestellten
Verkehrsstrasse in der 1 schaubildlich dargestellt
werden.
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Beispiele der Erfindungsausführung
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Das
Messverfahren und die Anlage für
die Messung der Parameter des Verkehrsflusses in dem angegebenen
Profil der Verkehrsstrasse, zum Beispiel der Verkehrsintensität und der
Struktur des Verkehrsflusses, einschliesslich sonstiger ergänzender Parameter – der Bestimmung
der Fahrzeugspur, der Richtung von der Bewegung, der Geschwindigkeit der
einzelnen Fahrzeuge 0, wird durch das Aufnehmen der sich
bewegenden Fahrzeuge 0 auf dem angegebenen Profil der Verkehrsstrasse
immer nur mit einer einzigen elektronischen Kamera 1 und
zwar unabhängig
von deren Lage gegenüber
der Verkehrsstrasse, auf der sich Fahrzeuge bewegen, durchgeführt. Das
Aufnehmen der Fahrzeuge 0, die sich auf der Verkehrsstrasse
bewegen, kann sowohl senkrecht als auch schräg, als auch in der Achse des
sich bewegenden Fahrzeugs 0 und zwar von der beliebigen
Entfernung der Verkehrsstrasse aus und auch auf einer mehrspurigen
Verkehrsstrasse durchgeführt
werden. Die Entfernung der Kamera 1 von dem sich bewegenden
Fahrzeug 0 wird nur von deren technischen Parameter bestimmt.
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Die
aufgenommene Szene – digitalisiertes Videosignal
wird von der elektronischen Kamera 1 mittels des Kommunikationsnetzes 7 in
die Steuereinheit 2 übertragen,
wo es bearbeitet und in die Aufzeichnungseinheit 4 und
in die Auswertungseinheit 5 übertragen wird.
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In
der Auswertungseinheit 5 wird ein Videosignal, das den
statistischen Hintergrund des aufgenommenen Bildes, das sich bewegende
Fahrzeug 0 und reale Referenzentfernung Lref beinhaltet,
so verarbeitet, dass die sich bewegenden Fahrzeuge 0 gegenüber dem
statischen Hintergrund erkannt werden und deren Abmessungen mit
der Referenzentfernung Lref verglichen werden. Aufgrund dieser Tatsache
wird jedes sich bewegende Fahrzeug 0 in die im vorraus
definierten Klassen eingeordnet.
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Gleichzeitig
wird auch die Geschwindigkeit des sich bewegenden Fahrzeugs 0 von
der Länge des
beobachteten und vordefinierten Abschnitts, dessen Länge von
der definierten Referenzentfernung Lref und von dem Zeitaugenblick
der Durchfahrt des Fahrzeugs 0 durch diesen definierten
Abschnitt ausgewertet wird, berechnet.
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Die
Referenzentfernung Lref ist die reale Entfernung, die im vorraus
manuall in die Richtung der Kameraaufnahme geordnet wird, die bei
der eigenen Auswertung in dem entsprechenden Bild definiert wird – manuelles
Kalibrierungsregime.
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Die
Lösung
gemäss
der Erfindung kann auch ohne der aufgenommenen oder definierten
Referenzentfernung Lref arbeiten, dann beinhaltet das Ausgangsvideosignal
von der Kamera 1 nur einen stationären Hintergrund und das eigene
Fahrzeug 0. Die Bewegung des Objekts – des Fahrzeugs 0 wird
gegenüber
dem stationären
Hintergrund identifiziert und die einzelnen Fahrzeuge 0 werden
untereinander in dem adaptiven automatischen Regime statistisch,
konkret deren charakteristische aufgenommene Merkmale, verglichen
und schrittweise in die vordefinierten Klassen eingeordnet.
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Diese
Autokalibrierung kann durch das Bedienungspersonal korrigiert werden
und das System kann sich an die Anweisungen des Bedienungspersonals
adaptiv anpassen. Bei diesem Regime kann mit der beschränkten Genauigkeit
auch die Messung der Geschwindigkeit von den Fahrzeugen 0 durchgeführt werden.
Die Länge
des definierten Abschnitts in der aufgenommenen Szene wird anhand
des statistischen Vergleichs der Abmessungen der einzelnen Fahrzeuge 0 ausgewertet.
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Die
Steuereinheit 2, die Aufzeichnungseinheit 3, das
Aufzeichnungsmedium 4 und die Auswertungseinheit 5 können auch
ausserhalb von dem Standort der elektronischen Kamera 1 platziert
werden.
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Die
Steuereinheit 2 dient zur Steuerung der Messung selbst,
der Einstellung des ganzen Systems, der Steuerung der Kamera 1 und
der Verarbeitung des Bildsignals von mehreren gemessenen Profilen.
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Mittels
dieser Einheit können
auch die einzelnen synchron aufgenommenen Profile – Videosignale
von Kameras 1–1n ausgewählt und
bevorzugt werden.
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Zur
Auswahl des zu verarbeitenden Signals für das On-line- oder Off-line-Regime
kommt es in der Aufzeichnungseinheit 3.
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Für die spätere Analyse,
gegebenenfalls das Belegen der gemessenen Daten wird zu dieser Einheit
auch das Aufzeichnungsmedium 4 angeschlossen, von dem die
eigene Messung – die
Off-line-Auswertung rückläufig durchgeführt und
reproduziert werden kann.
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Die
Auswertungseinheit 5 ermöglicht die eigene Auswertung
gemäss
den im vorraus ausgewählten
und geforderten Ausgangsparametern der Messung und und deren Übertragung
in die Zentraleinheit 6 wegen deren nachfolgenden Verarbeitung und
Visualisierung.
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An
die Zentraleinheit 6 kann eines, gegebenenfalls mehrere
Systeme für
die nachfolgende Verarbeitung der gemessenen Daten angeschlossen werden,
die von dieser Zentraleinheit über
das Kommunikationsnetz 7 gesteuert und die gemessenen Daten
zentral verarbeitet werden können.
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Die
Zentraleinheit 6 kann auch getrennt von der aufnehmenden
Kamera 1 und dem ganzen System angebracht werden.
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Falls
die Auswertungseinheit 5, die im automatischen Regime arbeitet,
in einen unetschiedenen Zustand gerät – wird die Entscheidung über die
Klassifizierung der Fahrzeuge, oder eines anderen Parameters nicht
ermöglicht,
es wird die Fehlermeldung mit der genauen Identifikation gesendet
und gespeichert und danach kann über
die richtige Lösung
von der Aufnahme rückläufig entschieden
werden. Die Steuereinheit 2, die Aufzeichnungseinheit 3,
das Speichermedium 4, die Auswertungseinheit 5 sowie die
Zentraleinheit 6 können
durch Standardmittel und Technologien der elektronischen Datenverarbeitungstechnik
umgesetzt werden oder sie können auch
mittels eines Geräts
auf der PC-Basis realisiert werden.
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Die
Kommunikatonsnetze 7 können
durch gängige
Mittel und Systeme der Mikrowellen-, Optik-, Radio- und Kabeltechnik
durchgeführt
werden.
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Das
ganze System wird durch eine spezielle Software betrieben und gesteuert.
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Industrielle Verwendbarkeit
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Es
ist geeignet, das Messverfahren und die Anlage für die Messung der Parameter
des Verkehrsflusses in dem angegebenen Profil der Verkehrsstrasse
vor allem zu der mobilen, aber auch zu der stationären Kontrolle
des Verkehrs, für
die Verkehr-Ingenieur-Forschungen
zu verwenden. Das System ermöglicht
die Variabilität
und die Verwendung der verschiedenen Messverfahren für die Parameter
auf dem Gebiet des Verkehrs – Intensität, Struktur,
Geschwindigkeit des Verkehrsflusses und Nachweis der aussergewöhnlichen
Ereignisse im Verkehr in der Abhängigkeit
von der geforderten Genauigkeit der Messung. Es ermöglicht also
maximales Mass an der Automatisierung und Mobilität in diesem
Bereich zu erreichen.
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Dieses
Messverfahren kann für
die Messung der Intensität,
der Geschwindigkeit und deren Klassifizierung auch anderer sich
bewegender Objekte verwendet werden.