DE102009049382A1

DE102009049382A1 - System zur Bestimmung von Verkehrsdichte und Verkehrsdynamik

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Publication number: DE102009049382A1
Application number: DE200910049382
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2011-04-21

Abstract

Erfindungsgemäß ein Verfahren, um die vom Straßenverkehr erzeugten Emissionen mit einem passiv arbeitenden System aufzunehmen und die Daten mittels geeigneter integrierter Schaltungen zu analysieren.

Description

Die Erfindung stellt ein passiv arbeitendes System dar, welches in der Lage ist die aktuelle Verkehrslage an seiner Position zu bestimmen. Die gesammelten Informationen werden über bevorzugter weise drahtlose Kommunikationswege, z. B. GPRS, UMTS, an eine zentrale Verarbeitungsstation übermittelt. Die so zusammengeführten Daten von einer Vielzahl verteilter Geräte ergeben schließlich ein zusammenhängendes Bild des Ist-Zustandes der Verkehrslage entlang der beobachteten Straßenabschnitte.
Es sind bereits eine Vielzahl von Messmethoden zur Verkehrssituation bekannt, die aber jeweils spezifische, zum Teil schwerwiegende Mängel aufweisen, die einen flächendeckenden Einsatz verhindern. Es handelt sich dabei zum Beispiel um in die Fahrbahndecken eingelassene Induktionsschleifen [Bsp. DE 22 06 820 B2 ], in den Straßenbelag eingelassene oder aufgeklebte piezoelektrische Sensoren [ DE 10 2006 014 148 B4 ], Radarsysteme [ DE 41 02 460 A1 oder EP 0 730 166 A1 ], z. B. an Brücken montierte Sensoren [Bsp. EP 0 344 208 B1 ], die über opto-elektrische Methoden Fahrzeuge detektieren oder Methoden zur Datensammlung mittels Floating-Car-Data (FCD) [Bsp. EP 1 921 588 A2 ]. Letzteres setzt die Bereitschaft von Verkehrsteilnehmer voraus, einen Teil ihrer Persönlichkeitsdaten preis zugeben. Speziell dieser Aspekt hat durch vielfältig aufgetretene Datenskandale an Brisanz gewonnen. Ebenso werden optische Systeme genutzt, die prinzipiell in der Lage sind Verkehrsteilnehmer eineindeutig zu identifizieren und ihre Bewegungsgewohnheiten zu dokumentieren.
Wie die optischen Messsysteme, haben auch die auf alternativen Methoden (Induktionsschleifen) arbeitenden Module den Nachteil, dass wegen des erheblichen Aufwands zur Installation und Datenakquise eine Verfügbarkeit in ausreichender Anzahl flächendeckend nicht sinnvoll ist. Weiterhin unterliegen alle in den Straßenkörper integrierten Methoden einer, der Verkehrsdichte entsprechenden, Abnutzung, so dass sie nach einer gewissen Zeit aufwendig repariert oder ausgetauscht werden müssen.
Für die intelligente Verkehrsführung ist aber analog zur Wettervorhersage eine hohe Datendichte, sowohl räumlich als auch zeitlich gesehen, zwingend notwendig. Sicherlich existieren Erfahrungswerte wie, jeden Freitag ist auf der A3 zwischen Köln und Leverkusen in Fahrtrichtung Norden Stau. Diese sind aber nicht ausreichend, um Verkehrsteilnehmer, die sich diesem Straßenabschnitt noch nähern, eine intelligente, zeit- und ressourcensparende Umfahrung vorzuschlagen.
Diese Mängel, werden durch die hier dargestellte Erfindung behoben. Durch eine passive Messtechnik wird eine hohe Prozesssicherheit erreicht, da keine aktiven Elemente wie Aktuatoren, Emitter elektromagnetischer Strahlung oder ähnliches ausfallen und das System außer Funktion setzten können und somit quasi keine Abnutzungserscheinungen auftreten. Da auch keine optischen Elemente vorhanden sind, erfolgt die Datenerfassung anonym und es sind keine Verletzungen von Persönlichkeitsrechten möglich.
Durch gezielte Datensammlung, sowohl gerät intern als auch im zentralen Rechenzentrum, können im Laufe des Betriebs Datenbanken erstellt und Datenmuster analysiert werden, die wiederum eine Erhöhung der Zuverlässigkeit zukünftiger Modellberechnung zur Verkehrsprognose ergeben.
Geringe Herstell- und Montagekosten, es müssen zum Beispiel keine Arbeiten an der Fahrbahn durchgeführt werden, lassen auch eine hohe Zahl von Messstellen zu. Dadurch kann eine räumlich erheblich dichtere Datenerfassung, auch auf kleineren Verkehrswegen wie zum Beispiel Bundes- oder Landstraßen, erzielt werden. Dies wirkt sich wiederum förderlich auf die Qualität der Aussagen zum aktuellen Zustand des Straßenverkehrs und Prognosen aus.
Die so gewonnen Daten werden über bekannte Methoden anschließend an entsprechende Empfangseinheiten wie mobile Navigationsgeräte oder Mobilfunkendgeräte gesandt, um zum Beispiel eine optimierte Stauumfahrung vorzuschlagen. Letztlich ist jedoch der Fahrzeugführende allein dafür verantwortlich, ob er die Empfehlung annimmt oder die ursprüngliche Route weiter verfolgt.
Durch eine hohe zeitliche Informationsdichte sind die ermittelten Empfehlungen zur weiteren Reiseroute minutengenau, im Gegensatz zu aktuellen Systemen, bei denen zeitliche Verzögerungen von einer Stunde zwischen Entstehen eines Staus und Bekanntgabe über die Verkehrsleitsysteme bereits als guter Wert angesehen werden.
Aufgrund einer kompakten Bauweise und autonomen Arbeitsweise, die Energieversorgung eingeschlossen, kann das System auch in einsamen Gebieten eingesetzt aber auch in städtischen Gebieten leicht integriert werden. In letzteren ist zum Beispiel eine einfache Montage an in ausreichender Anzahl vorhandene Straßenlaternen möglich.
Der besonders erfinderische Wert kommt der passiven Messmethodik und der Möglichkeit des autonomen Einsatzes des Systems zu. Dem Anspruch 1 entsprechend nutzt die Erfindung die durch die Existenz des Straßenverkehrs auffangbaren Emissionen desselben, um über intelligente Datenanalyse den aktuellen Zustand des Straßenverkehrs zu analysieren. In bevorzugter Ausführungsform werden durch mindestens einen geeigneten elektromechanisch gekoppelten Sensor die durch den Straßenverkehr entstehenden longitudinalen Druckwellen augefangen. Dies kann sowohl kontinuierlich als auch innerhalb frei, der Situation angepassten, zeitlichen Intervalle mehrmals pro Zeiteinheit erfolgen. Anschließend werden diese Daten mittels einer mathematischen Faltung, in bevorzugter Ausführungsform durch eine Transformation nach Fourier, vom zeitlichen Bezugssystem in die Darstellung durch trigonometrische Funktionen umgewandelt. Aus den Schwingungsparametern lassen sich nun typische Muster für die jeweiligen Verkehrssituationen ableiten. Aus der DE 1 599 017 ist zwar die Nutzung der Schallemission zur Verkehrsdetektion bekannt, jedoch werden dort die erzeugten Ströme nur ausschließlich einer unmittelbaren Vergleichsschaltung zugeführt, während die hier beschriebene Erfindung mittels komplexer Methoden die Formen und zeitlichen Verläufe der Signale umfangreich analysiert.
Eine zusätzliche Ausführungsform der Analysemethodik beinhaltet die Verknüpfung mit Daten von benachbarten Messsystemen, welche weitere Aussagen zur zukünftigen Entwicklung an der aktuellen Messstelle zulässt, zum Beispiel kann durch Analyse der Menge des in diesen Bereich hinein und aus ihm heraus fließenden Verkehrs auf eine Zu- oder Abnahme einer Staulänge geschlossen werden.
Eine Alternative Ausführungsform nutzt die durch die Bewegung der Transportmittel verursachten Bewegungen des Untergrunds, um damit die aktuellen Verkehrsströme zu messen. Hierbei werden die über den Untergrund übertragenen Bewegungen mittels mindesten einen geeigneten Schwingungssensor in analoger Weise zu der Messung der longitudinalen Druckwellen aufgefangen und anschießend der Datenverarbeitung zugeführt.
In der bevorzugten Ausführungsform versorgt sich das System selber durch Solarzellen oder andere energieerntenden Systeme mit der notwendigen Energie. Weiterhin beinhaltet die bevorzugte Ausführungsform einen Energiespeicher, zum Beispiel in Form von Akkusystemen, um die über Tag überschüssige gesammelte Energie für Zeiten unzureichender Energie vorzuhalten, z. B. während der Nacht. Eine weitere Ausführungsform, die speziellen Regionen vorbehalten sein sollte, z. B. in unbeleuchteten Tunneln zum Einsatz kommt, beinhaltet auswechselbare Batteriesysteme oder direkte Netzanschlüsse.
Neben dem System zum Emissionsaufnahme, werden weiterhin eine Sende- und Empfangseinheit zur bidirektionalen Kommunikation und ein Analysesystem, in bevorzugter Ausführung ein Digitaler-Signal-Prozessor, durch die Energieversorgung in Funktion gehalten. In einer alternative Bauform kann die Kommunikation mit der Rechenzentrale auch zum Teil oder Gänze über kabelartige Verbindungen hergestellt werden.
In einer Erweiterung der Ausführungsform kann mindestens ein zusätzlicher Temperatursensor und mindestens ein zusätzlicher Sensor zur Bestimmung der relativen Luftfeuchte in dem System integriert sein.
Weiterhin kann über in einer weiteren Ausführungsform integrierte Strom- und Spannungssensoren die jeweiligen von der Solarzelle gelieferten elektrischen Zustände erfasst und durch geeignete mathematische Verfahren aus den so gewonnen Daten auf die aktuelle Lichteinstrahlung und damit auf den Bewölkungsgrad geschlossen werden.
Durch Kombination mit den Daten zur Temperatur und relativen Luftfeuchte können so weitere Wetterzustände analysiert werden. Zum Beispiel kann so auf Nebel- und Eisbildung geschlossen und entsprechend als Information an die Verkehrsleitsysteme weitergeleitet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2206820 B2 [0002]
DE 102006014148 B4 [0002]
DE 4102460 A1 [0002]
EP 0730166 A1 [0002]
EP 0344208 B1 [0002]
EP 1921588 A2 [0002]
DE 1599017 [0011]

Claims

Erfindungsgemäß ein Verfahren, um die vom Straßenverkehr erzeugten Emissionen mit einem passiv arbeitenden System aufzunehmen und die Daten mittels geeigneter integrierter Schaltungen zu analysieren.
Verfahren nach allen vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die sich vom Straßenverkehr in der Atmosphäre longitudinal ausbreitenden Druckwellen mittels mindestens einem elektromechanisch gekoppelten System aufgefangen und der Datenverarbeitung zugeführt werden und dort unter Anwendung mathematischer Transformationsmethoden aufbereitet und auf spezielle, eindeutige Datenstrukturen hin analysiert werden, welche eineindeutig die verschiedenen Verkehrszustände abbilden.
Verfahren nach allen vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Straßenverkehr auf den Untergrund übertragenen mechanischen Schwingungen durch mindestens einen geeigneten Schwingungssensor aufgefangen und der Datenverarbeitung analog zu Anspruch 2) zugeführt werden.
Verfahren nach allen vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das System zusätzlich mit mindestens jeweils einem Sensor für die Messung der Umgebungstemperatur und der relativen Luftfeuchte ausgestattet ist, und die so gewonnen Daten ebenfalls der Datenverarbeitung zugeführt werden.
Verfahren nach allen vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das System sich selbst mit der notwendigen Energie durch Einsatz von Solarzellen oder anderen „Energie erntenden” (Energy-Harvesting) Systemen mit integriertem Energiepufferspeicher versorgt.
Verfahren nach allen vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass durch geeignete Systeme zur Messung der Ströme und Spannungen der photovoltaischen Energiequelle in Verbindung der aus Anspruch 4) gewonnen Daten die aktuelle Wetterlage analysiert wird.
Verfahren nach allen vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenaufnahme sowohl kontinuierlich als auch sequentiell über wiederkehrende, beliebig variable oder konstante. Zeitintervalle in konstanten oder variablen Wiederholraten durchgeführt wird.
Verfahren nach allen vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich und örtlich benachbarte Analyseergebnisse zur Erzeugung weiterer Erkenntnisse, zum Beispiel für Prognosen der weiteren Verkehrslagenentwicklung, kombinatorisch verarbeitet werden.
Verfahren nach allen vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem laufenden Betrieb heraus Datenbanken über die Ergebnisse aufgebaut werden, mittels derer sich Soll-Zustände des Straßenverkehrs zu bestimmten Zeiten, z. B. Wochenendverkehr Freitags zwischen 14 und 16 Uhr, etc. ableiten und zur Detaillierung der Vorhersagen nutzen lassen.
Verfahren nach allen vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnenen Daten über kabellose oder kabelgebundene Kommunikationswege an ein zentrales Rechenzentrum zur weiteren Analyse übermittelt und die Ergebnisse den mobilen Endgeräten der Verkehrsteilnehmer zurück übermittelt werden.