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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur verkehrstelematischen Informationsbereitstellung über die Fahrroute eines Fahrzeugs, das in einem Straßensystem mit mehreren Straßen bewegt wird, wobei die Straßen zwischen Straßenverbindungspunkten miteinander verbunden sind.
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STAND DER TECHNIK
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Mit der Verkehrstelematik wird das Ziel verfolgt, eine vorhandene Verkehrsinfrastruktur besonders effizient zu nutzen, um beispielsweise Staus sowie Leer- und Suchfahrten von Fahrzeugen zu vermeiden. Ferner kann die Verkehrssicherheit erhöht werden, woraus resultierend eine Verringerung von Unfällen erreicht wird. Auch die Umweltbelastung kann verringert werden, indem Fahrzeuge effizienter eingesetzt werden und indem Fahrrouten optimiert werden. Dadurch verringert sich insbesondere der CO2- Ausstoß im Straßenverkehr.
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Die Verkehrstelematik bezieht sich vorliegend auf den Individualverkehr, und es werden Informationen über aktuelle oder zukünftige Fahrrouten von Fahrzeugen zu zentralen Recheneinheiten oder von Fahrzeugen untereinander ausgetauscht. Der Austausch der Informationen, das heißt die Technik der Informationsbereitstellung durch das Fahrzeug, basiert auf verschiedenen Standards. Dabei weisen die verschiedenen Standards verschiedene Datensatzgrößen auf, und es wird das Ziel verfolgt, eine möglichst effiziente Übermittlung des enthaltenen Informationsgehaltes der wahrscheinlichen zukünftigen mikroskopischen Fahrzeugroute zu übermitteln. Die mikroskopische Fahrzeugroute betrifft das Fahrzeugnahfeld, beispielsweise direkt Straßen oder umgebende Straßenpfade mit möglichen Straßenverbindungspunkten wie Kreuzungen oder Einmündungen.
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Eine Bekannte Methode zur Beschreibung der zukünftigen Fahrzeugroute, die im verkehrsmikroskopischen Bereich auch als vorausliegende Fahrzeugtrajektorie oder Probable Path bezeichnet wird, betrifft die Nutzung einer Koordinaten-Sequenz. Die Fahrzeugtrajektorie lässt sich durch diese Frequenz von Koordinaten (Koordinatentupel) annähern, indem die Koordinaten die Geo-Koordinaten der zu beschreibenden Trajektorie in geeigneter Auflösung beschreiben. Mittels des sogenannten Map-Matchings können andere Verkehrsteilnehmer die Koordinaten-Sequenz auf ihre digitale Karte projizieren und damit auf die übermittelte Trajektorie schließen. Damit lässt sich der Vorteil erreichen, dass prinzipiell durch eine entsprechend hohe Sequenzlänge- und Auflösung die Form der Trajektorie beliebig genau nachgebildet werden kann, um diese entsprechend zu übermitteln. Dabei entsteht jedoch der Nachteil, dass die Koordinaten gleicher Straßenabschnitte in Kartendaten unterschiedlicher Hersteller nicht zwingend Geo-Koordinaten aufweisen, und die Genauigkeit beträgt üblicherweise etwa 30 Meter. Ein straßengenaues Map-Matching ist damit nicht grundsätzlich gewährleistet. Ferner ist die Gefahr eines fehlerhaften Map-Matchings gegeben, und um diese Gefahr zu verringern, bedarf es einer großen Sequenzlänge an Punktkoordinaten.
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Da jedoch zum Teil benachbarte Straßenzüge parallel verlaufen, ist dieser Ansatz nicht unbedingt zielführend und damit nicht zuverlässig. Ferner kann zur Nachbildung einer Trajektorie zur Erreichung einer einigermaßen hohen Map-Matching-Trefferquote eine Vielzahl von Punktkoordinaten erforderlich sein, typischerweise etwa 30 bis 50 Punktkoordinaten für eine jeweilige mikroskopische Trajektorie. Die Übermittlung mehrerer wahrscheinlicher Trajektorien erzeugt auf diese Art ein relativ hohes Datenaufkommen. 100 Punktkoordinaten erzeugen bereits 800 Byte Netto-Daten bei Gebrauch der üblichen WGS84-Koordinaten. Bei Nutzung der C2X-Kommunikation mittels IEEE 802.11p zur Übermittlung der Daten kann eine derartige Paketgröße bereits als kritisch betrachtet werden. Die möglichen Trajektorien enthalten mit großer Wahrscheinlichkeit signifikante Redundanzen.
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Als weiterer Übertragungsstandard ist der Standard SAE J2735 – Dedicated Short Range Communications (DSRC) Message Set Dictionary bekannt, und dieser Standard ist über das DF_Path Prediction Element mit einem Datenfeld zur unmittelbaren Fahrzeugtrajektorienprädiktion spezifiziert. Es besteht aus einer Angabe zum gegenwärtigen Lenkeinschlag. Damit wird der Vorteil erreicht, dass dieser Standard im Wesentlichen zur Prädiktion der zukünftigen Fahrspur bereitgestellt werden kann, jedoch ist auch diese Prädiktion nicht ausreichend zur Definition der mikroskopischen Fahrroute.
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Als weiterer Standard bekannt ist der AGORA-C-Standard (ISO 17572-3) und definiert eine Methodik, welche eine relativ zuverlässige Positionsreferenzierung unabhängig von der jeweils zugrundeliegenden digitalen Karte ermöglicht. Neben den WGS84-Koordinaten werden Verkehrsnetzwerk-spezifische Attribute wie Straßenklasse und Himmelsrichtung des entsprechenden Streckenabschnitts genutzt. Referenziert werden können sowohl einzelne Punkte des Straßennetzwerkes als auch Straßenstrecken oder Gesamtbereiche eines Straßennetzwerks. Eine AGORA-C-Referenzierung eines einzelnen Punktes weist typischerweise eine Datengröße von weniger als 50 Byte auf, während die Referenzierung von Streckenabschnitten bestehend aus wenigen Kilometern wesentlich mehr als 100 Byte beanspruchen kann. Damit wird der Vorteil erreicht, dass eine relativ zuverlässige Referenzierung von prädizierten mikroskopischen Routen geboten ist, jedoch ist damit auch der Nachteil verbunden, dass bei Übertragung mehrerer möglicher mikroskopischer Routen schnell die kritische Datengröße erreicht werden kann, und es ergibt sich eine Beschränkung der Selektion weniger möglicher Trajektorien.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur verkehrstelematischen Informationsbereitstellung mit einem möglichst hohem Genauigkeitswert über die vorausliegende Fahrzeugtrajektorie bereitzustellen, und insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, die Datenrate zur Übermittlung der Fahrzeugtrajektorie möglichst gering zu halten.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren zur verkehrstelematischen Informationsbereitstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Verfahren wenigstens die Schritte der Bestimmung und Zuordnung einer Wahrscheinlichkeit zu einem jeweiligen Straßenverbindungspunkt aufweist, mit der das Fahrzeug den Straßenverbindungspunkt anfährt und der Übermittlung der Straßenverbindungspunkte aufweist, die mit erhöhter Wahrscheinlichkeit befahren werden. Mit erhöhter Wahrscheinlichkeit ist dabei eine Wahrscheinlichkeit generiert, die über einem vorgegebenen oder wählbarem Mindestwert liegt.
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Dieser Verbindungspunkt-Wahrscheinlichkeitsansatz verfolgt den Grundgedanken, nicht die vollständigen Trajektorien zu übertragen, sondern lediglich die relevanten Straßenverbindungspunkte, wobei jeder dieser möglichen Abzweigungen eine Wahrscheinlichkeit für deren Nutzung zugeordnet wird. Die möglichen verkehrsmikroskopischen Routen zwischen den Kreuzungspunkten lassen sich so in Form einer Baumstruktur repräsentieren. Das Fahrzeug kann eine Verkehrstelematikeinheit aufweisen, und die Daten über die möglichen Straßenverbindungspunkte werden entweder an einen weiteren Verkehrsteilnehmer oder an eine zentrale Recheneinheit übertragen, die eine Sendeeinrichtung aufweist, mit der Daten empfangen und gesendet werden können.
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Vorzugsweise kann die Wahrscheinlichkeit für das Befahren jeweiliger Verbindungspunkte durch das Fahrzeug durch eine Multiplikation jeweiliger Abzweigungswahrscheinlichkeiten aufeinanderfolgender Verbindungspunkte bestimmt werden. Fährt das Fahrzeug beispielsweise auf eine Abzweigung zu, und ermöglicht eine erste Richtung der Abzweigung die Weiterfahrt in eine Vielzahl weiterer Richtungen, so wird die Abzweigung mit einer höheren Wahrscheinlichkeit durch das Fahrzeug befahren als die zweite Abzweigung, die beispielsweise eine geringere Anzahl von möglichen weiteren Fahrrouten bereitstellt. Damit können Straßenverbindungspunkte verschiedenen Wahrscheinlichkeiten zugeordnet werden, und es werden beispielsweise nur diejenigen Straßenverbindungspunkte übermittelt, die eine Mindest-Wahrscheinlichkeit zum Befahren aufweisen.
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Mit weiterem Vorteil kann ein Map-Matching-Verfahren der mit einer erhöhten Wahrscheinlichkeit bestimmten Fahrroute mit einer elektronischen Straßenkarte ausgeführt werden, sodass durch weitere Verkehrsteilnehmer die mögliche Fahrroute des Fahrzeugs mit entsprechender Wahrscheinlichkeit empfangen wird. Mittels des Map-Matchings der übermittelten Kreuzungspunkte können andere Verkehrsteilnehmer auf die mögliche Route des Fahrzeugs schließen. Die Wahrscheinlichkeit für eine Nutzung der jeweiligen Route kann durch Multiplikation der entsprechenden Abzweig-Wahrscheinlichkeiten entlang dieser Route ermittelt werden. Für ein zuverlässiges Map-Matching-Verfahren wird die Referenzierung der Kreuzungspunkte mit Hilfe einer kartenbasisunabhängigen Methode, wie beispielsweise der AGORA-C-Methode ermöglicht.
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Mit besonderem Vorteil können die Daten, die vom Fahrzeug übermittelt werden, beschränkt werden auf Geo-Referenz-Daten der Position des Fahrzeugs, auf Geo-Referenz-Daten der bevorstehenden Straßenverbindungspunkte und/oder einer Verknüpfung eines nachfolgenden Straßenverbindungspunktes mit einem zuvorigen Straßenverbindungspunkt und/oder eine Identifizierung möglicher Abzweigungen eines Straßenverbindungspunktes. Somit können den möglichen Abzweigungen eines Strassenverbinungspunkts Wahrscheinlichkeiten zugeordnet werden, mit denen ein jeweiliger Strassenverbindungspunkt verlassen wird. Insbesondere können die Daten, die vom Fahrzeug übermittelt werden, die Wahrscheinlichkeiten umfassen, mit denen das Fahrzeug einen Strassenverbindungspunkt verlässt. Dies kann insbesondere mit der Zuordnung von Nutzungswahrscheinlichkeiten der möglichen Abzweigungen eines Strassenverbindungspunktes erfolgen. Damit wird der Zweck erfüllt, dass diese Wahrscheinlichkeiten am Empfänger genutzt werden können, um neben der wahrscheinlichsten Route die zweit- oder dritt- wahrscheinlichste Route, jedoch auch weitere warscheinliche Routen, zu bestimmen. Eine eindeutige Identifizierung der möglichen Abzweigungen eines Straßenverbindungspunktes kann beispielsweise mittels aus dem NDS-Kartenformat (Navigation Data Standard) bekannter „Link Angles“ erfolgen. Die Attribute können in Form einer Nachbarschaftsliste, der sogenannten „Adjacency List“ übermittelt werden und erlauben die vollständige Rekonstruktion der Baumstruktur.
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Die erreichbaren Vorteile sind eine maximale Flexibilität bei der Auswertung wahrscheinlicher Trajektorien, und das Verfahren basiert auf einem relativ kompakten Datensatz, wobei kaum Redundanzen, das heißt sich wiederholende Informationen, vorhanden sind. Die Kreuzungspunkte lassen sich tendenziell zuverlässiger in einer Karte „matchen“, als beliebige Punkte auf einem Streckensegment. Durch Ausnutzung der geringfügig noch bestehenden Redundanz, beispielsweise bei der Information der Position des Fahrzeugs mit einem Heading, d. h. einer Fahrrichtung bzw. Ausrichtung bezüglich der Himmelsrichtungen, und zuzüglich damit die mögliche Ableitung der bevorstehenden Kreuzungen aus der Karte lässt sich die Robustheit des Verfahrens noch erhöhen.
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Mit weiterem Vorteil können mögliche bevorstehende Straßenverbindungspunkte übermittelt werden, die mit einer Wahrscheinlichkeit von wenigstens 20%, vorzugsweise von wenigstens 25% und besonders bevorzugt von wenigstens 30% befahren werden. Mit einer höheren Wahrscheinlichkeitsgrenze wird eine weitere Verringerung der Datenmenge erreicht, jedoch nimmt die mögliche Genauigkeit zur Vorhersage der zu fahrenden Route bzw. die Informationsvielfalt zur Vorhersage möglicher zu fahrender Routen ab.
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Die vorliegende Erfindung richtet sich ferner auf eine Verkehrstelematikeinheit zur verkehrstelematischen Informationsbereitstellung über die Fahrroute eines Fahrzeugs, das in einem Straßensystem mit mehreren Straßen bewegt wird, wobei die Straßen zwischen Straßenverbindungspunkten miteinander verbunden sind, wobei die Verkehrstelematik ausgebildet ist zur Bestimmung und Zuordnung einer Wahrscheinlichkeit zu einem jeweiligen Straßenverbindungspunkt, mit der das Fahrzeug den Straßenverbindungspunkt anfährt und zur Übermittlung der Straßenverbindungspunkte, die mit erhöhter Wahrscheinlichkeit befahren werden. Die weiteren Ausführungsmerkmale und Vorteile des Verfahrens können mit der erfindungsgemäßen Verkehrstelematikeinheit entsprechend ausgeführt und angewendet werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen und Vorteilen durchzuführen, insbesondere wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Verkehrstelematikeinheit ausgeführt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um die Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Verkehrstelematikeinheit ausgeführt wird. Der Datenträger kann dabei auch mit einem Datenserver verbunden sein, welcher über Internet zugänglich ist, so dass das Computerprogramm über Internet auf angeschlossenem Rechner ladbar ist, um dort ausgeführt zu werden.
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BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Straßensystems mit einem Fahrzeug, einem weiteren Verkehrsteilnehmer sowie einer zentralen Recheneinheit zur Ausführung eines Verfahrens zur verkehrstelematischen Informationsbereitstellung und
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2 ein Beispiel eines Straßensystems mit Fahrrouten verschieden hoher Befahrenswahrscheinlichkeiten.
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1 zeigt in schematischer Weise die Ansicht eines Straßensystems 11, das von einem Fahrzeug 1 befahren werden kann. Das Fahrzeug 1 fährt auf einen Straßenverbindungspunkt 22 zu, und der Straßenverbindungspunkt 22 ermöglicht die Weiterfahrt in die Straßen 12, 13 und 14. Die Straße 12 führt auf den Straßenverbindungspunkt 23 zu, und ermöglicht die Weiterfahrt in die Straßen 15 und 16. Die Straße 13 führt auf den Straßenverbindungspunkt 25 zu, und die Straße 14 führt auf den Straßenverbindungspunkt 24 zu. Beispielhaft ist eine Fahrroute 10 mit einer hohen Befahrenswahrscheinlichkeit angegeben Somit ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Fahrzeug 1 nach dem Straßenverbindungspunkt 22 die Straße 12 befährt, größer, als das Befahren der Straßen 13 oder 14.
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Zur verkehrstelematischen Informationsbereitstellung weist das Fahrzeug 1 eine Verkehrstelematikeinheit 2 auf, über die das Fahrzeug 1 mit einer Verkehrstelematikeinheit 2 eines weiteren Verkehrsteilnehmers 28 oder über eine Sendeeinrichtung 6 mit einer zentralen Recheneinheit 5 kommunizieren kann. Dabei wird erfindungsgemäß das Ziel verfolgt, die erforderlichen Datenmengen zur Kommunikation möglichst gering zu halten. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Daten, die zur verkehrstelematischen Informationsbereitstellung ausgesendet werden, lediglich die Bestimmung und Zuordnung einer Wahrscheinlichkeit zu einem jeweiligen Straßenverbindungspunkt 22, 23, 24 und/oder 25 vorsieht, mit der das Fahrzeug 1 den Straßenverbindungspunkt 22, 23, 24 und/oder 25 anfährt, wobei anschließend eine Übermittlung der möglichen Straßenverbindungspunkte 22 oder 23 stattfindet, die mit erhöhter Wahrscheinlichkeit befahren werden, wobei den Straßenverbindungspunkten optional die zugehörigen Wahrscheinlichkeiten für die Nutzung der jeweiligen Abzweigungsmöglichkeiten insbesondere für das Verlassen des jeweiligen Strassenverbindungspunktes zugeordnet werden.
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Somit können die an die Verkehrstelematikeinheit 2 des weiteren Verkehrsteilnehmers 28 und/oder an die zentrale Recheneinheit 5 zu übermittelnden Daten beschränkt werden auf einen geringeren Datensatz, der lediglich die gegenwärtige Geo-Referenz des Fahrzeugs 1 mit einem Heading umfasst, ferner die Geo-Referenzierung der bevorstehenden Straßenverbindungspunkte 22 oder 23 umfasst, wobei eine Verknüpfung der Straßenverbindungspunkte 22 oder 23 mit der gegebenen zuvorigen Kreuzung verknüpft. Die eindeutige Identifizierung der möglichen Abzweigung für die Zuordnung von Nutzungswahrscheinlichkeiten der Abzweigungen eines Kreuzungspunktes kann dabei mittels der „Link Angles“ aus dem NDS-Kartenformat erfolgen. Diese Identifizierung hat ihren Sinn in der Zuordnung von Wahrscheinlichkeiten, die angeben, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Strassenverbindungspunkt über welche Abzweigung verlassen wird. Um die Bestimmung der Wahrscheinlichkeit der zu befahrenden Straßen weiter zu verdeutlichen, wird auf die nachfolgende 2 verwiesen.
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2 zeigt beispielhaft ein Straßensystem 11, und ein Fahrzeug 1 kann beispielsweise über die Straße 17 fahren und an den Straßenverbindungspunkt 26 gelangen. Über den Straßenverbindungspunkt 26, dargestellt als Abzweigung, können die Straßen 18 oder 19 befahren werden. Wird die Straße 18 befahren, kann das Fahrzeug an den Straßenverbindungspunkt 27 gelangen, von dem aus das Fahrzeug 1 die Möglichkeit der Weiterfahrt in die Straßen 20 und 21 erhält. Durch Befahren der Straße 19 ist eine weitere Möglichkeit einer zielführenden Fahrroute unwahrscheinlich. Folglich können die Fahrrouten entlang der Straße 18 und der Straße 19 mit einer unterschiedlich hohen Wahrscheinlichkeit bestimmt werden. Durch die weiterführenden Abzweigungsmöglichkeiten bei Befahren der Straße 18 erhält diese beispielsweise eine Wahrscheinlichkeit zum Befahren durch das Fahrzeug mit 70%, wobei die Straße 19 lediglich eine Wahrscheinlichkeit von 30% erhält. Die Wahrscheinlichkeit zum Befahren dieser Straßen entspricht dabei den Abzweigungswahrscheinlichkeiten des Strassenverbindungspunktes, von welchem diese Strassen abzweigen. Passiert das Fahrzeug den Strassenverbindungspunt 26, so weist die Abzweigungswahrscheinlichkeit von Strassenverbindungspunkt 26 in diesem Beispiel einen Wert von 70% für eine Weiterfahrt auf Strasse 18 auf, 30% für eine Weiterfahrt auf Strasse 19 und 0% für eine Weiterfahrt auf Strasse 17 auf. Fährt das Fahrzeug entlang der Straße 18 auf den Straßenverbindungspunkt 27 zu, kann wiederum bestimmt werden, mit welcher Wahrscheinlichkeit die Straßen 20 oder 21 befahren werden. Da die Straße 21 (in nicht näher gezeigter Weise) eine höhere Weiterfahrtwahrscheinlichkeit aufweist als die Straße 20, kann die Straße 21 mit einer 60%-igen Befahrenswahrscheinlichkeit und die Straße 20 mit beispielsweise einer 40%-igen Befahrenswahrscheinlichkeit kategorisiert werden.
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Durch diese Kategorisierung kann eine Baumstruktur der Straßenkarte 11 rekonstruiert werden, und es werden lediglich diejenigen Straßenverbindungspunkte 22 bis 27 übermittelt, die eine entsprechend hohe Befahrenswahrscheinlichkeit aufweisen. Beispielsweise kann eine Grenze der Befahrenswahrscheinlichkeit auf 30% festgesetzt werden, und erst Straßen, die mit einer Wahrscheinlichkeit von über 30% befahren werden, werden mit der Verkehrstelematikeinheit 2 übermittelt.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEEE 802.11p [0005]
- SAE J2735 [0006]
- ISO 17572-3 [0007]
