DE102014106048B4

DE102014106048B4 - Verfahren zur Bestimmung der Position eines Verkehrsteilnehmers, Infrastruktureinrichtung, Fahrzeug und Computerprogramm

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Publication number: DE102014106048B4
Application number: DE102014106048.2A
Authority: DE
Inventors: Tobias Frankiewicz; Lars Schnieder
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2018-06-14
Anticipated expiration: 2034-05-01
Also published as: DE102014106048A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Position mindestens eines zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38), der über einen Rechner (4, 10) und eine Kommunikationseinheit (3, 9) verfügt, die zur funkbasierten Fahrzeug-zu-X Kommunikation mit Kommunikationseinheiten (3, 9) anderer Verkehrsteilnehmer (2, 8, 38) und/oder Kommunikationseinheiten (15, 19, 29) von Infrastruktureinrichtungen (14, 18, 28, 39, 41) eingerichtet ist, mit den Schritten:a) mindestens eine sendende Kommunikationseinheit (3, 9, 15, 19, 29) überträgt drahtlos ein eine Datennachricht repräsentierendes Signal an mindestens eine empfangende Kommunikationseinheit (3, 9, 15, 19, 29), wobei entweder eine sendende oder eine empfangende Kommunikationseinheit (3, 9, 15, 19, 29) die Kommunikationseinheit (3, 9) des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) ist,b) die empfangende Kommunikationseinheit (3, 9, 15, 19, 29) dekodiert aus dem empfangenen Signal zumindest einen Teil der in der Datennachricht enthaltenen Daten, wobei die dekodierten Daten durch lokale Sensoren (6, 7, 12, 13) eines Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) oder einer Infrastruktureinrichtung (14, 18, 28, 39, 41) ermittelte Daten, nämlich eine aktuelle Geschwindigkeit, Fahrtrichtung und/oder Beschleunigung eines Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) und/oder eine fehlerbehaftete oder fehlerfreie Position eines Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) oder einer Infrastruktureinrichtung (14, 18, 28, 39, 41), beinhalten,c) die empfangende Kommunikationseinheit (3, 9, 15, 19, 29) ermittelt mindestens ein Signalattribut des empfangenen Signals, das nicht die in der Datennachricht enthaltenen Daten betrifft,d) mit Hilfe des Signalattributs und der dekodierten Daten wird die Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zur Bestimmung der Position mindestens eines zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers, der über einen Rechner und eine Kommunikationseinheit verfügt, die zur funkbasierten Fahrzeug-zu-X Kommunikation mit Kommunikationseinheiten anderer Verkehrsteilnehmer und/oder Kommunikationseinheiten von Infrastruktureinrichtungen eingerichtet ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine zur Durchführung des eingangs genannten Verfahrens eingerichtete Infrastruktureinrichtung mit einem Rechner und einer zur funkbasierten Fahrzeug-zu-X Kommunikation mit Kommunikationseinheiten anderer Infrastruktureinrichtungen und/oder Kommunikationseinheiten von Verkehrsteilnehmern eingerichteten Kommunikationseinheit gemäß Anspruch 13 sowie ein zur Durchführung des Verfahrens eingerichtetes Fahrzeug mit einem Rechner und einer zur funkbasierten Fahrzeug-zu-X Kommunikation mit Kommunikationseinheiten anderer Verkehrsteilnehmer und/oder Kommunikationseinheiten von Infrastruktureinrichtungen eingerichteten Kommunikationseinheit gemäß Anspruch 14.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln gemäß Anspruch 15 zur Durchführung des eingangs genannten Verfahrens.
Unter einer Position wird der Standort eines Objektes im Sinne der Lage eines Punktes auf der Erdoberfläche oder im Raum verstanden. Die Position kann dabei relativ, beispielsweise bezogen auf einen Referenzpunkt, oder absolut, beispielsweise unter Verwendung geografischer Koordinaten, angegeben werden.
Die Begriffe Ortung, Lokalisierung, Positionsbestimmung und Positionsermittlung werden synonym verwendet. Dasselbe gilt für die Begriffe Abstand und Entfernung.
Die zuverlässige und genaue Bestimmung der Position von Verkehrsteilnehmern ist für verschiedene Zwecke auf den Gebieten der Verkehrslageerfassung und Verkehrssteuerung, zu Navigationszwecken sowie zur Unterstützung von Fußgängern und Fahrzeugführern mit Hilfe von Assistenzsystemen von zentraler Bedeutung. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene satellitengestützte Ortungssysteme (Global Navigation Satellite Systems, GNSS) wie GPS, GALILEO oder GLONASS bekannt, welche zur Positionsbestimmung von Fahrzeugen und Fußgängern weite Verbreitung gefunden haben.
Die Verwendung derartiger satellitengestützter Ortungssysteme ist jedoch mit einer Reihe von Nachteilen verbunden, welche vorwiegend durch die Ausbreitungseigenschaften der zur Positionsbestimmung verwendeten Funksignale in Verbindung mit den großen Entfernungen zwischen Satelliten und zu ortenden Verkehrsteilnehmern verursacht werden. In diesem Zusammenhang sind insbesondere Situationen problematisch, in denen der zu lokalisierende Verkehrsteilnehmer von Objekten umgeben ist, welche die Funkausbreitung durch Abschattung, Beugung, Reflexion oder Streuung beeinflussen. So ist die Genauigkeit der Positionsbestimmung auf Grundlage satellitengestützter Ortungssysteme vor allem in innerstädtischen Szenarien eingeschränkt und unterliegt großen Schwankungen. In anderen Situationen, die keine direkte Sichtverbindung zwischen dem Verkehrsteilnehmer und dem Satelliten erlauben, wie beispielsweise in Tunneln, in Gebäuden wie z. B. in Parkhäusern oder unter Überführungen, ist eine Positionsbestimmung auf diesem Wege überhaupt nicht möglich. Die Schwächen im Hinblick auf Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Positionsbestimmung haben zur Folge, dass eine alleinige Nutzung satellitengestützter Ortungssysteme die Anforderungen einer Vielzahl von Anwendungen der Verkehrstelematik und Fahrerassistenz, insbesondere sicherheitsrelevanter Anwendungen, nicht erfüllt.
Aus dem Stand der Technik sind unter der Bezeichnung „Differential GNSS (DGNSS)“ darüber hinaus Differential-Messverfahren zur Verbesserung der Genauigkeit der Positionsbestimmung satellitengestützter Ortungssysteme bekannt. Hierzu gehören insbesondere als „Differential GPS (DGPS)“ bezeichnete Systeme und Verfahren, welche die Genauigkeit der GPS-basierten Positionsbestimmung dadurch erhöhen, dass Referenzstationen Korrekturdaten aussenden, die von mit DGPS-Empfängern ausgestatteten Verkehrsteilnehmern empfangen und zur Fehlerkorrektur herangezogen werden können. Derartige DGPS-Empfänger sind jedoch aufgrund ihrer Komplexität mit hohen Kosten verbunden und haben daher bisher nur geringe Verbreitung zum Zwecke der Positionsbestimmung von Verkehrsteilnehmern gefunden. Ein weiterer Nachteil von DGPS-Systemen besteht darin, dass auch diese Systeme eine zuverlässige Positionsbestimmung nur dann erlauben, wenn ein von einem Satelliten ausgesendetes GPS-Signal in ausreichender Qualität empfangen werden kann. Des Weiteren sind auch die Errichtung und der Betrieb von Referenzstationen für DGPS und andere DGNSS-Systeme mit hohen Kosten verbunden. Entsprechend hoch sind daher auch die Kosten für die Nutzung verfügbarer Korrekturdatendienste wie z. B. SAPOS, ASCOS.
US 2012/0302287 A1 beschreibt ein System zur Lokalisierung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Einsatzfahrzeugs, bei dem das zu lokalisierende Fahrzeug ein detektierbares Funksignal aussendet, das von mindestens einer Detektionseinrichtung empfangen und gemessen wird. Das Ergebnis dieser Messung wird über ein Netzwerk an einen Server weitergeleitet, der Lokalisierungsalgorithmen ausführt und auf diese Weise aus den Messergebnissen die Position des Fahrzeugs berechnet. Die Lokalisierungsalgorithmen können dabei auf RSSI, TDOA, AOA, TOA sowie Triangulation, Trilateration und/oder Multilateration des Funksignals basieren.
US 2007/0219715 A1 offenbart ein System und ein Verfahren zur Reduzierung der Bandbreite und Hardwareressourcen, die für die Nutzung eines fahrzeugbezogenen Verkehrsinformationssystems, das Verkehrsinformationen an ein Fahrzeug sendet, notwendig sind. Dabei wird die Fahrzeugposition verwendet, um die für das Fahrzeug relevanten Verkehrsinformationen aus der Gesamtmenge empfangener Verkehrsinformationen herauszufiltern. Die zu diesem Zweck erforderliche Lokalisierung des Fahrzeugs erfolgt nach der Lehre der US 2007/0219715 A1 entweder durch GPS-Lokalisierung oder durch eine Triangulation oder Laufzeitmessung von Signalen, die das Fahrzeug von Repeatern empfängt.
US 8098152 B2 beschreibt Systeme, Verfahren und Vorrichtungen zur Gewinnung von Daten bezüglich der Einwirkung von Anzeigetafeln auf Personen, die an einer zu diesem Zweck durchgeführten Studie teilnehmen. Die Studienteilnehmer oder die sie befördernden Fahrzeuge werden zu diesem Zweck mit Überwachungsgeräten ausgestattet, deren Position für die Datengewinnung ermittelt wird. Die Lokalisierung der Überwachungsgeräte erfolgt nach der Lehre der US 8098152 B2 durch GPS-Ortung oder mit Hilfe von terrestrischen Funkortungsverfahren durch Messung empfangener Signale. Als Methoden der terrestrischen Funkortung sind dabei Angle of Arrival (AOA), Time Difference of Arrival (TDOA), Enhanced Signal Strength (ESS), Location Fingerprinting sowie Ultra Wideband Lokalisierung vorgesehen.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur Bestimmung der Position zu lokalisierender Verkehrsteilnehmer zu schaffen, die eine genaue und zuverlässige Positionsbestimmung erlaubt.
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung der Position mindestens eines zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers, der über einen Rechner und eine Kommunikationseinheit verfügt, die zur funkbasierten Fahrzeug-zu-X Kommunikation mit Kommunikationseinheiten anderer Verkehrsteilnehmer und/oder Kommunikationseinheiten von Infrastruktureinrichtungen eingerichtet ist, mit den Schritten:

a) mindestens eine sendende Kommunikationseinheit überträgt drahtlos ein eine Datennachricht repräsentierendes Signal an mindestens eine empfangende Kommunikationseinheit, wobei entweder eine sendende oder eine empfangende Kommunikationseinheit die Kommunikationseinheit des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers ist,
b) die empfangende Kommunikationseinheit dekodiert aus dem empfangenen Signal zumindest einen Teil der in der Datennachricht enthaltenen Daten, wobei die dekodierten Daten durch lokale Sensoren eines Verkehrsteilnehmers oder einer Infrastruktureinrichtung ermittelte Daten, nämlich eine aktuelle Geschwindigkeit, Fahrtrichtung und/oder Beschleunigung eines Verkehrsteilnehmers und/oder eine fehlerbehaftete oder fehlerfreie Position eines Verkehrsteilnehmers oder einer Infrastruktureinrichtung beinhalten,
c) die empfangende Kommunikationseinheit ermittelt mindestens ein Signalattribut des empfangenen Signals, das nicht die in der Datennachricht enthaltenen Daten betrifft,
d) mit Hilfe des Signalattributs und der dekodierten Daten wird die Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers ermittelt.

Ein Verkehrsteilnehmer kann dabei beispielsweise ein Fußgänger, Radfahrer, Kraftfahrzeug (z. B. Pkw, Lkw, Kraftrad), Schienenfahrzeug, Wasserfahrzeug oder Luftfahrzeug sein.
Drahtlose Datenkommunikationssysteme, wie beispielsweise IEEE 802.11 WLANs, haben inzwischen überaus weite Verbreitung gefunden und können kostengünstig hergestellt werden. Im Kontext des Straßenverkehrs sind diesbezüglich insbesondere in den letzten Jahren entwickelte Systeme zur funkbasierten Fahrzeug-zu-Fahrzeug und Fahrzeug-zu-Infrastruktur Kommunikation von Bedeutung. Diese Systeme werden auch kurz als Fahrzeug-zu-X, Vehicle-to-X oder Car-to-X Kommunikationssysteme bezeichnet, wobei „X“ für verschiedene Arten von Verkehrsteilnehmern, für Infrastruktureinrichtungen oder für beliebige andere mit einem solchen Kommunikationssystem ausgerüstete Objekte stehen kann.
Es ist daher zu erwarten, dass zukünftig ein immer größerer Anteil von Verkehrsteilnehmern derartige Systeme zur drahtlosen Datenkommunikation mit sich führen wird. Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass zur Bestimmung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers auf die Funktionalität kostengünstig verfügbarer und in vielen Fällen ohnehin vorhandener Kommunikationseinheiten der Verkehrsteilnehmer zurückgegriffen werden kann.
Es wird somit vorgeschlagen, dass in Schritt a) des Verfahrens mindestens eine sendende Kommunikationseinheit drahtlos ein Signal, welches eine Datennachricht repräsentiert, an mindestens eine empfangende Kommunikationseinheit überträgt.
Ein solches Signal ist erfindungsgemäß ein Funksignal. Vorteilhaft kann zu diesem Zweck auf dem Fachmann bekannte Funksysteme zur Datenübertragung wie IEEE 802.11 WLANs, ETSI ITS-G5, IEEE 802.16 WiMAX, Bluetooth, Ultra-Wideband (UWB) oder andere Funktechnologien zurückgegriffen werden. Vorteilhaft ist ebenfalls die Verwendung dem Fachmann bekannter Mobilfunksysteme wie beispielsweise GSM, UMTS, CDMA2000 oder LTE. In vorteilhafter Weise ist es außerdem möglich, die Auswertung der Signale unterschiedlicher Systeme zur drahtlosen Datenkommunikation zum Zwecke der Positionsbestimmung zu kombinieren.
Zur Durchführung des Verfahrens ist es notwendig, dass die Kommunikationseinheit des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers entweder sendende oder empfangende Kommunikationseinheit ist, das übertragene Signal also entweder von der Kommunikationseinheit des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers gesendet oder von dieser empfangen wird. Die Kommunikationseinheit des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers kann dabei die einzige sendende oder die einzige empfangende Kommunikationseinheit sein. Sie kann aber auch eine von mehreren sendenden oder eine von mehreren empfangenden Kommunikationseinheiten sein.
Vorteilhaft ist es, wenn die Kommunikationseinheiten so eingerichtet sind, dass sie sowohl zum Senden als auch zum Empfangen von Signalen fähig sind.
Die drahtlose Übertragung eines eine Datennachricht repräsentierenden Signals kann von der sendenden Kommunikationseinheit des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers an mindestens eine empfangende Kommunikationseinheit eines anderen Verkehrsteilnehmers und/oder einer Infrastruktureinrichtung erfolgen.
Ebenso ist es möglich, dass die drahtlose Übertragung eines eine Datennachricht repräsentierenden Signals von mindestens einer sendenden Kommunikationseinheit eines anderen Verkehrsteilnehmers und/oder einer Infrastruktureinrichtung an die empfangende Kommunikationseinheit des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers erfolgt.
Weiterhin sieht Schritt b) des vorgeschlagenen Verfahrens vor, dass die empfangende Kommunikationseinheit zumindest einen Teil der in der Datennachricht enthaltenen Daten aus dem empfangenen Signal dekodiert. Der Begriff der Datennachricht ist dabei im weitesten Sinne zu verstehen und umfasst Datenpakete, Datenframes, Datagramme, Datensegmente und andere dem Fachmann bekannte Dateneinheiten.
Erfindungsgemäß beinhalten die in Schritt b) dekodierten Daten durch lokale Sensoren eines Verkehrsteilnehmers oder einer Infrastruktureinrichtung ermittelte Daten, nämlich eine aktuelle Geschwindigkeit, Fahrtrichtung und/oder Beschleunigung eines Verkehrsteilnehmers und/oder eine fehlerbehaftete oder fehlerfreie Position eines Verkehrsteilnehmers oder einer Infrastruktureinrichtung.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die durch die empfangende Kommunikationseinheit dekodierten Daten eine Positionsangabe enthalten, wobei es sich um eine Position eines Verkehrsteilnehmers oder einer Infrastruktureinrichtung handeln kann und diese Positionsangabe entweder fehlerbehaftet oder fehlerfrei sein kann. Unter einer fehlerfreien Positionsangabe wird eine Positionsangabe verstanden, die lediglich mit einem Fehler tolerierbarer Größe behaftet ist und somit den Anforderungen an die Genauigkeit der Positionsermittlung genügt.
Eine fehlerbehaftete Positionsangabe kann z.B. von einem Verkehrsteilnehmer im Wege der Eigenortung durch ein satellitengestütztes Ortungssystem mit unzureichender Genauigkeit bestimmt worden sein. Eine solche fehlerbehaftete Position kann beispielsweise durch den empfangenden Verkehrsteilnehmer oder die empfangende Infrastruktureinrichtung dazu verwendet werden, in Verbindung mit sonstigen aus dem empfangenen Signal dekodierten Daten und Signalattributen des empfangenen Signals die Genauigkeit bei der Positionsermittlung des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers im Wege der Fremdortung zu verbessern.
Eine aus dem empfangenen Signal dekodierte fehlerfreie Position kann beispielsweise von dem empfangenden Verkehrsteilnehmer oder der empfangenden Infrastruktureinrichtung in vorteilhafter Weise als Referenzposition zur Ermittlung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers in Verbindung mit der Bestimmung einer Entfernung oder einer Peilung zur Referenzposition genutzt werden.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die dekodierten Daten die aktuelle Geschwindigkeit, Fahrtrichtung und/oder Beschleunigung eines Verkehrsteilnehmers als durch lokale Sensoren eines Verkehrsteilnehmers oder einer Infrastruktureinrichtung ermittelte Daten beinhalten. Vorteilhaft können als Sensoren in diesem Zusammenhang beispielsweise Tachometer, Hodometer, Beschleunigungssensoren, Rad-Drehzahlsensoren, Radar, Lidar, Kameras oder andere im Fahrzeug oder in der Infrastruktureinrichtung installierte Sensoren genutzt werden. Die Verwendung derartiger Sensordaten hat den Vorteil, dass einerseits die Genauigkeit der Positionsermittlung des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers verbessert wird und andererseits eine Prognose über die Bewegung des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers erzeugt werden kann.
In vorteilhafter Weise dekodiert somit die empfangende Kommunikationseinheit aus dem empfangenen Signal Positions-, Fahrtrichtungs-, Geschwindigkeits-, Beschleunigungsdaten, welche durch lokale Sensoren der zur sendenden Kommunikationseinheit gehörenden Infrastruktureinrichtung oder des zur sendenden Kommunikationseinheit gehörenden Verkehrsteilnehmers erzeugt worden sein können. Die genannten Daten können sich dabei auf einen Verkehrsteilnehmer oder eine Infrastruktureinrichtung beziehen.
Vorteilhaft ist es außerdem, wenn die empfangende Kommunikationseinheit aus dem empfangenen Signal zumindest eine eindeutige Kennung der sendenden Kommunikationseinheit dekodiert. Das Dekodieren einer eindeutigen Kennung ist deswegen von Vorteil, weil mit Hilfe der eindeutigen Kennung eine Zuordnung zwischen dem empfangenen Signal und der sendenden Kommunikationseinheit möglich ist.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die empfangende Kommunikationseinheit sämtliche in der Datennachricht enthaltenen Daten aus dem empfangenen Signal dekodiert.
In sämtlichen Fällen ist es vorteilhaft, wenn die dekodierten Daten oder zumindest ein Teil dieser Daten durch die empfangende Kommunikationseinheit oder einen damit verbundenen Rechner gespeichert werden.
Weiterhin sieht Schritt c) des vorgeschlagenen Verfahrens vor, dass die empfangende Kommunikationseinheit mindestens ein Signalattribut des empfangenen Signals ermittelt, das nicht die in der Datennachricht enthaltenen Daten betrifft.
Es wird also ein Signalattribut ermittelt, welches nicht der Repräsentation der in der Datennachricht enthaltenen Daten dient. Ein solches Signalattribut dient nicht der durch den Sender vorgenommenen Modulation oder Kodierung der Daten, die das Signal repräsentiert, sondern es handelt sich um ein Signalattribut, welches dem Signal aus anderen Gründen, insbesondere bedingt durch seine Ausbreitungseigenschaften, anhaftet. Ein solches Signalattribut kann beispielsweise die Empfangsleistung des Signals, die Phasenlage des Signals, die Amplitude des Signals, die Empfangsrichtung des Signals, der Empfangszeitpunkt des Signals, die Laufzeit des Signals oder ein anderes Signalattribut sein. Vorteilhaft ist auch die Ermittlung eines Signalattributs, beispielsweise der Empfangsleistung oder der Empfangsrichtung, im Zeitverlauf.
Darüber hinaus sieht Schritt d) des vorgeschlagenen Verfahrens eine Ermittlung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers mit Hilfe sowohl des Signalattributs als auch der dekodierten Daten vor. So ist es beispielsweise möglich, auf Grundlage eines oder mehrerer Signalattribute wie der Empfangsleistung, der Empfangsrichtung, dem Empfangszeitpunkt oder der Differenz zwischen verschiedenen Empfangszeitpunkten den Abstand oder die Peilung des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers zu einer bekannten und somit vorgegebenen Referenzposition zu ermitteln und auf dieser Grundlage einen geometrischen Ort des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers im Sinne einer Standlinie oder Ortskurve zu bestimmen.
Vorteilhaft ist es, wenn zumindest eine in den dekodierten Daten enthaltene eindeutige Kennung zur Positionsermittlung genutzt wird, da diese eine eindeutige Zuordnung zwischen Signalattributen und zu lokalisierendem Verkehrsteilnehmer erlaubt. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn weitere dekodierte Daten zur Ermittlung der Position herangezogen werden. Dabei kann es sich beispielsweise um die bekannte und somit vorgegebene Position einer Infrastruktureinrichtung, die geschätzte oder bekannte aktuelle und/oder frühere Position eines Verkehrsteilnehmers und/oder die Fahrtrichtung, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung eines Verkehrsteilnehmers handeln.
Durch Fusion komplementärer und/oder redundanter Informationen, die aus einem oder mehreren in Schritt c) des Verfahrens ermittelten Signalattributen und den in Schritt b) des Verfahrens dekodierten Daten gewonnen werden können, kann somit eine Verbesserung der Genauigkeit, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Positionsbestimmung erreicht werden.
Die Ermittlung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers kann dabei in Form einer sogenannten Eigenortung durch den zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmer selbst oder in Form einer sogenannten Fremdortung durch einen anderen Verkehrsteilnehmer, eine Infrastruktureinrichtung, eine zentrale Verarbeitungseinrichtung und/oder einen Verbund mehrerer Infrastruktureinrichtungen, ggf. gesteuert durch eine zentrale Verarbeitungseinheit, durchgeführt werden. Zur Durchführung der Positionsermittlung kann ein Rechner des jeweiligen Verkehrsteilnehmers, der Infrastruktureinrichtung bzw. der zentralen Verarbeitungseinrichtung in Verbindung mit einem darauf jeweils ausgeführten Computerprogramm verwendet werden. In vorteilhafter Weise können im Fall der Positionsermittlung durch einen Verkehrsteilnehmer zu diesem Zweck auch mobile Endgeräte, z. B. Smartphones, PDAs oder Tablet-PCs, eingesetzt werden.
Vorteilhaft ist es dabei, wenn verschiedene jeweils eine Datennachricht repräsentierende Signale zur Ermittlung der Position kombiniert werden.
So ist es beispielsweise möglich, dass ein zu lokalisierender Verkehrsteilnehmer mit Hilfe seiner Kommunikationseinheit Signale von verschiedenen Infrastruktureinrichtungen und/oder anderen Verkehrsteilnehmern empfängt, aus den empfangenen Signalen jeweils eine eindeutige Kennung und/oder eine bekannte Position der sendenden Verkehrsteilnehmer und/oder Infrastruktureinrichtungen dekodiert, aus den ermittelten Signalattributen der empfangenen Signale einen Abstand und/oder eine Peilung zu den bekannten Positionen bestimmt und auf dieser Grundlage seine eigene Position ermittelt und/oder die Genauigkeit einer durch ein satellitengestütztes Ortungssystem ermittelten Position verbessert.
Darüber hinaus ist es beispielsweise möglich, dass der zu lokalisierende Verkehrsteilnehmer mit Hilfe seiner Kommunikationseinheit ein eine Datennachricht repräsentierendes Signal an mindestens einen, vorteilhaft aber mehrere andere Verkehrsteilnehmer und/oder Infrastruktureinrichtungen, deren Positionen jeweils bekannt sind, überträgt. Auf Grundlage der dekodierten Daten und der Signalattribute der empfangenden Signale ist es den empfangenden Verkehrsteilnehmern und/oder Infrastruktureinrichtungen dann beispielsweise möglich, einen Abstand und/oder eine Peilung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers zu ihrer eigenen Position zu ermitteln und auf dieser Grundlage die Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers zu bestimmen.
Das vorgeschlagene Verfahren bietet somit den Vorteil, dass eine fehlerbehaftete Schätzung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers, die der Verkehrsteilnehmer beispielsweise mit Hilfe eines satellitengestützten Ortungssystems selbst durchgeführt hat, verbessert werden kann.
Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, dass die Bestimmung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers auch allein unter Verwendung der Kommunikationseinheiten und der durch sie übertragenen Signale erfolgen kann, so dass es möglich ist, die Position eines zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers zu bestimmen, der nicht über ein satellitengestütztes oder sonstiges Ortungssystem verfügt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Anschluss an Schritt d) des Verfahrens die ermittelte Position dem zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmer zur Verfügung gestellt.
Wird die Ermittlung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers als Fremdortung, also durch einen anderen Verkehrsteilnehmer, eine Infrastruktureinrichtung und/oder eine zentrale Verarbeitungseinrichtung durchgeführt, kann die ermittelte Position dem zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmer durch drahtlose Übertragung einer Datennachricht, beispielsweise durch Infrarot- oder Funkübertragung, zur Verfügung gestellt werden. Vorteilhaft kann zu diesem Zweck wiederum auf dem Fachmann bekannte Funksysteme zur Datenübertragung wie IEEE 802.11 WLAN, ETSI ITS-G5, IEEE 802.16 WiMAX, Bluetooth, Ultra-Wideband (UWB), andere Funktechnologien oder dem Fachmann bekannte Mobilfunksysteme wie beispielsweise GSM, UMTS, CDMA2000 oder LTE zurückgegriffen werden.
Wird die Ermittlung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers als Eigenortung, also durch den zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmer selbst durchgeführt, so steht die ermittelte Position ohnehin bereits innerhalb der an der Positionsermittlung beteiligten Einrichtungen des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers zur Verfügung, sodass lediglich eine interne Weiterleitung an ein Navigationssystem, Assistenzsystem oder eine andere Einrichtung des Verkehrsteilnehmers notwendig sein kann.
Wird die ermittelte Position dem zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmer zur Verfügung gestellt, so hat dies den Vorteil, dass der zu lokalisierende Verkehrsteilnehmer die ermittelte Position zu verschiedensten Zwecken verwenden kann. Vorteilhaft ist beispielsweise eine Verwendung zu Navigationszwecken, aber auch für verschiedene Assistenzsysteme, welche einer Verbesserung von Verkehrssicherheit, Verkehrseffizienz oder Komfort dienen können.
Die in Form einer Informations- oder Datenfusion durchführbare Zusammenführung komplementärer und/oder redundanter Informationen, die einerseits aus den in Schritt b) des Verfahrens dekodierten Daten und andererseits aus einem oder mehreren der in Schritt c) des Verfahrens ermittelten Signalattribute gewonnen werden können, hat den Vorteil, dass durch Einbeziehung unterschiedlicher Informationsquellen die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Positionsermittlung verbessert werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet demnach den Vorteil, dass im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wie der satellitengestützten Ortung die Ortungsgenauigkeit signifikant verbessert werden kann. Diese verbesserte Ortungsgenauigkeit erlaubt z.B. im Kontext des Straßenverkehrs eine fahrstreifengenaue Ermittlung der Position eines zu lokalisierenden Straßenfahrzeugs und kann von entsprechenden Navigations- oder Assistenzsystemen zur Verbesserung der Routenführung, zur Vermeidung von Unfällen oder für andere Zwecke genutzt werden. Möglich ist auch eine deutliche Verbesserung der Ortung von Fußgängern und Radfahrern, insbesondere weil diese sich häufig nicht auf vorgegebenen Fahrstreifen oder Wegen bewegen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Übertragung des die Datennachricht repräsentierenden Signals in Schritt a) des Verfahrens in konstanten oder variablen Zeitabständen wiederholt wird. Die wiederholte Übertragung kann dabei entweder die gleichen oder andere Daten als die vorangegangene Übertragung enthalten. Vorteilhaft kann die wiederholte Übertragung aktualisierte Daten enthalten.
Eine Wiederholung der Übertragung hat den Vorteil, dass eine sendende Kommunikationseinheit ein eine Datennachricht repräsentierendes Signal auch dann erfolgreich an eine empfangende Kommunikationseinheit übertragen kann, wenn sich die empfangende Kommunikationseinheit vorübergehend nicht in der Kommunikationsreichweite der sendenden Kommunikationseinheit befindet oder die Signalübertragung gestört ist. Die empfangende Kommunikationseinheit empfängt in diesem Fall die durch das Signal repräsentierte, gegebenenfalls aktualisierte Datennachricht lediglich mit zeitlicher Verzögerung.
Darüber hinaus ist eine Übertragungswiederholung des die Datennachricht repräsentierenden Signals vorteilhaft, weil sie es ermöglicht, dass zur Ermittlung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers dekodierte Daten und Signalattribute von Signalen verwendet werden können, die eine empfangende Kommunikationseinheit von einer bestimmten sendenden Kommunikationseinheit zu unterschiedlichen Zeitpunkten empfängt. Diese zu unterschiedlichen Zeitpunkten empfangenen Signale können zur Bestimmung der aktuellen Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers, aber auch zur Abschätzung einer zukünftigen Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers, also für eine Prognose verwendet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das die Datennachricht repräsentierende Signal in Schritt a) des Verfahrens an mindestens zwei empfangende Kommunikationseinheiten, die an unterschiedlichen Orten positioniert sind, übertragen wird.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist es außerdem möglich, dass in Schritt a) des Verfahrens mindestens zwei sendende Kommunikationseinheiten, die an unterschiedlichen Orten positioniert sind, jeweils ein eine Datennachricht repräsentierendes Signal an mindestens eine empfangende Kommunikationseinheit übertragen.
Die Verwendung zweier oder mehrerer sendender und/oder empfangender Kommunikationseinheiten, die an unterschiedlichen Orten positioniert sind, hat den Vorteil, dass durch diese Maßnahme die Genauigkeit der Positionsermittlung verbessert werden kann. Grundsätzlich gilt, dass eine erhöhte Anzahl empfangener Signale, die von unterschiedlichen Positionen gesendet oder an unterschiedlichen Positionen empfangen werden, die Genauigkeit der Positionsermittlung erhöht, da bei der Positionsermittlung auftretende Fehler, Ungenauigkeiten und Mehrdeutigkeiten eliminiert werden können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers in Schritt d) des Verfahrens durch einen Vergleich der Signalattribute ermittelt wird, die an mindestens zwei verschiedenen empfangenden Kommunikationseinheiten ermittelt wurden.
Eine solche Positionsermittlung durch einen Vergleich der an verschiedenen empfangenden Kommunikationseinheiten ermittelten Signalattribute kann beispielsweise realisiert werden, indem an mindestens zwei empfangenden Kommunikationseinheiten, die an unterschiedlichen Orten positioniert sind, die Empfangsleistung, die Phasenlage, die Amplitude, der Empfangszeitpunkt des Signals und/oder andere Signalattribute ermittelt und miteinander verglichen werden. Aus jeweils einem Vergleich der an zwei verschiedenen Positionen empfangenen Signalattribute kann eine Entfernungsdifferenz im Hinblick auf die Entfernung des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers zur Position der ersten empfangenden Kommunikationseinheit und der Position der zweiten empfangenden Kommunikationseinheit ermittelt und daraus ein geometrischer Ort des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers im Sinne einer Standlinie oder Ortskurve ermittelt werden.
Eine solche Positionsermittlung durch einen Vergleich der Signalattribute und/oder Bestimmung einer Entfernungsdifferenz hat den Vorteil, dass zur Ermittlung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers keine Zeitsynchronisierung zwischen sendender und empfangender Kommunikationseinheit notwendig ist.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers auch durch einen Vergleich der Signalattribute mindestens zweier verschiedener Signale erfolgen, die von mindestens zwei verschiedenen sendenden Kommunikationseinheiten, die an unterschiedlichen Orten positioniert sind, übertragen wurden. Auch auf diesem Wege kann die Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers beispielsweise durch Bestimmung mindestens einer Entfernungsdifferenz auf Grundlage der oben beschriebenen Methodik erfolgen.
Auch diese Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil, dass keine Zeitsynchronisierung zwischen sendender und empfangender Kommunikationseinheit notwendig ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das in Schritt c) ermittelte Signalattribut die Empfangsleistung des Signals, die Laufzeit des Signals, den Empfangszeitpunkt des Signals, den Empfangswinkel des Signals, die Phase des empfangenen Signals oder eine Kombination dieser Attribute beinhaltet.
Dies hat den Vorteil, dass aus den genannten Attributen ein geometrischer Ort des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers im Sinne einer Standlinie oder Ortskurve bestimmt werden kann. So ist es beispielsweise möglich, unter Verwendung einer bekannten und somit vorgegebenen Referenzposition mit Hilfe der Empfangsleistung, der Laufzeit, des Empfangszeitpunktes und/oder der Phase des empfangenen Signals durch Lateration eine Entfernung und/oder Entfernungsdifferenz zwischen der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers und einer oder mehreren Referenzpositionen zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, unter Verwendung einer vorgegebenen Referenzposition mit Hilfe des Empfangswinkels des Signals eine Peilung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers zu der Referenzposition zu bestimmen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die in Schritt b) des Verfahrens dekodierten Daten die bei der Übertragung des Signals verwendete Sendeleistung, den Sendezeitpunkt des Signals und/oder eine eindeutige Kennung der sendenden Kommunikationseinheit, eines Verkehrsteilnehmers oder einer Infrastruktureinrichtung beinhalten.
Die bei der Übertragung des Signals verwendete Sendeleistung kann beispielsweise in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden, in Verbindung mit der durch die empfangende Kommunikationseinheit festgestellten Empfangsleistung des Signals unter Zugrundelegung eines geeigneten Ausbreitungsmodells die Entfernung zwischen sendender und empfangender Kommunikationseinheit zu bestimmen und zur Ermittlung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers zu nutzen.
In ähnlicher Weise kann der Sendezeitpunkt des Signals verwendet werden, um in Verbindung mit dem Empfangszeitpunkt des Signals eine Laufzeit des Signals und hieraus eine Entfernung zwischen sendender und empfangender Kommunikationseinheit zu bestimmen.
Eine eindeutige Kennung der sendenden Kommunikationseinheit kann durch die empfangende Kommunikationseinheit oder einen damit verbundenen Rechner in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden, eine eindeutige Zuordnung zwischen dem empfangenen Signal und der sendenden Kommunikationseinheit zu ermöglichen.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die durch die empfangende Kommunikationseinheit dekodierten Daten eine fehlerfreie Positionsangabe enthalten, wobei es sich um eine Position eines Verkehrsteilnehmers oder einer Infrastruktureinrichtung handeln kann. In vorteilhafter und einfacher Weise kann eine solche fehlerfreie Position beispielsweise die hochgenau eingemessene und damit vorgegebene Position einer ortsfesten Infrastruktureinrichtung sein, die im Rechner der Infrastruktureinrichtung oder einem damit verbundenen digitalen Datenspeicher gespeichert ist.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der empfangende Verkehrsteilnehmer oder die empfangende Infrastruktureinrichtung mindestens einen Teil der in Schritt b) des Verfahrens dekodierten Daten und/oder mindestens ein in Schritt c) des Verfahrens ermitteltes Signalattribut und/oder daraus gewonnene Informationen an einen anderen Verkehrsteilnehmer, eine andere Infrastruktureinrichtung oder eine zentrale Verarbeitungseinrichtung zur Durchführung von Schritt d) des Verfahrens weiterleitet.
Eine solche Weiterleitung dekodierter Daten und/oder ermittelter Signalattribute und/oder daraus gewonnener Informationen hat den Vorteil, dass Signale dezentral an verschiedenen Positionen empfangen und anschließend zur Positionsermittlung zusammengeführt werden können. So ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn eine sendende Kommunikationseinheit eines Verkehrsteilnehmers ein eine Datennachricht repräsentierendes Signal an zwei oder mehrere empfangende Kommunikationseinheiten zweier oder mehrerer Infrastruktureinrichtungen überträgt und anschließend die empfangenden Infrastruktureinrichtungen dekodierte Daten und/oder ermittelte Signalattribute und/oder daraus gewonnene Informationen an einen ausgewählten Verkehrsteilnehmer, eine ausgewählte Infrastruktureinrichtung und/oder eine zentrale Verarbeitungseinrichtung weiterleiten, sodass die Positionsermittlung gemäß Schritt d) des Verfahrens an zentraler Stelle erfolgen kann. In ähnlicher Weise ist es jedoch auch möglich, dass der Empfang und die Weiterleitung durch an unterschiedlichen Orten positionierte Verkehrsteilnehmer erfolgen. Die Durchführung der Positionsermittlung gemäß Schritt d) des Verfahrens an zentraler Stelle hat den Vorteil, dass die dafür notwendige Software und Hardware, insbesondere Hardware mit der für die Positionsermittlung notwendigen Rechenleistung, nur an zentraler Stelle vorgehalten werden muss. Dies führt zu Kostenvorteilen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass in Schritt d) des Verfahrens zur Ermittlung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers zusätzliche Daten verwendet werden, die durch lokale Sensoren des empfangenden Verkehrsteilnehmers oder der empfangenden Infrastruktureinrichtung ermittelt wurden.
Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang beispielsweise die Verwendung lokaler Sensoren wie Tachometer, Hodometer, Beschleunigungssensoren, Rad-Drehzahlsensoren, Radar, Lidar, Kameras oder anderer mit dem empfangenden Verkehrsteilnehmer oder der empfangenden Infrastruktureinrichtung verbundener Sensoren möglich. Die Verwendung von Daten, welche durch lokale Sensoren des empfangenden Verkehrsteilnehmers oder der empfangenden Infrastruktureinrichtung generiert wurden, erlaubt eine zusätzliche Verbesserung im Hinblick auf die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Positionsermittlung des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das in Schritt d) des Verfahrens zur Ermittlung der Position eines Verkehrsteilnehmers verwendete mindestens eine Signalattribut und/oder die zur Ermittlung der Position verwendeten dekodierten Daten gemeinsam mit der dabei ermittelten Position mindestens bis zur nächsten Durchführung von Schritt d) des Verfahrens gespeichert und bei der nächsten und/oder einer späteren Durchführung von Schritt d) des Verfahrens für die Ermittlung der Position desselben Verkehrsteilnehmers oder eines anderen Verkehrsteilnehmers verwendet wird.
Das Speichern des mindestens einen Signalattributs in Verbindung mit der daraus ermittelten Position bietet den Vorteil, dass zu einem späteren Zeitpunkt im Rahmen einer erneut in Schritt d) des Verfahrens durchzuführenden Ermittlung der Position eines zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers auf diese Daten zurückgegriffen werden kann, beispielsweise um eine Plausibilitätsprüfung durchzuführen und somit die Zuverlässigkeit der Positionsermittlung zu verbessern oder um die im Zeitverlauf ermittelten Signalattribute direkt für die Positionsermittlung des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers und/oder zur Verbesserung der Genauigkeit der Positionsermittlung zu verwenden.
Darüber hinaus bietet das Speichern von Signalattributen und daraus ermittelter Positionen die vorteilhafte Möglichkeit, einen iterativen Lernprozess zu realisieren, welcher einer Eliminierung oder Reduzierung von Fehlern bei der Positionsermittlung des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers in Schritt d) des Verfahrens dient.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass aus mindestens einer gespeicherten Position eine Prognose des Bewegungsverlaufs des Verkehrsteilnehmers erstellt und bei der nächsten und/oder einer späteren Durchführung von Schritt d) des Verfahrens für die Ermittlung der Position eines Verkehrsteilnehmers verwendet wird. Neben mindestens einer gespeicherten Position können außerdem ein oder mehrere gespeicherte Signalattribute und/oder gespeicherte dekodierte Daten für die Erstellung einer Prognose des Bewegungsverlaufs des Verkehrsteilnehmers verwendet werden.
Es wird somit vorgeschlagen, dass auf Grundlage in der Vergangenheit empfangener Signale und daraus ermittelter Positionen des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers, daraus ermittelter Signalattribute und/oder daraus dekodierter Daten eine Schätzung der gegenwärtigen und/oder zukünftigen Position des Verkehrsteilnehmers vorgenommen wird. Dies hat den Vorteil, dass durch Anwendung von Verfahren aus dem Bereich des Trackings oder der Koppelnavigation (Dead Reckoning) die gespeicherten Daten verwendet werden können, um die Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Genauigkeit der Positionsermittlung des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers zu verbessern.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die sendende oder empfangende Kommunikationseinheit in Schritt a) des Verfahrens die Kommunikationseinheit einer Infrastruktureinrichtung ist, deren Position festgelegt und/oder vorgegeben ist.
Eine festgelegte und/oder vorgegebene Position einer Infrastruktureinrichtung kann beispielsweise durch Messung bei der Installation oder Inbetriebnahme der Infrastruktureinrichtung ermittelt worden sein. Vorteilhaft kann eine solche festgelegte und/oder vorgegebene Position einer Infrastruktureinrichtung beispielsweise in einem Rechner oder einem damit verbundenen digitalen Datenspeicher derselben Infrastruktureinrichtung, einer anderen Infrastruktureinrichtung, eines Verkehrsteilnehmers und/oder einer zentralen Verarbeitungseinrichtung gespeichert sein.
Die Verfügbarkeit einer festgelegten und/oder vorgegebenen Position einer Infrastruktureinrichtung hat den Vorteil, dass die festgelegte und/oder vorgegebene Position als Referenzposition verwendet und beispielsweise in Verbindung mit einer Entfernung oder Peilung des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers zu der Referenzposition zur Ermittlung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers genutzt werden kann.
Darüber hinaus hat die Verwendung von Infrastruktureinrichtungen den allgemeinen Vorteil, dass komplexe und aufwändige Hard- und Software zur Durchführung des Verfahrens in einer oder mehreren Infrastruktureinrichtungen implementiert werden kann. Dadurch ist eine einfache und kostengünstige Realisierung der Hard- und Software der Verkehrsteilnehmer möglich.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass mindestens die Schritte a) und c) des Verfahrens bei bekannter Position des Verkehrsteilnehmers durchgeführt werden und das dabei ermittelte mindestens eine Signalattribut gemeinsam mit der bekannten Position gespeichert und später für die Ermittlung der Position eines Verkehrsteilnehmers in Schritt d) des Verfahrens verwendet wird.
Es wird somit vorgeschlagen, dass das erfindungsgemäße Verfahren eine Kalibrierung vorsieht, in deren Rahmen eine Zuordnung von Signalattributen zu Positionen des Verkehrsteilnehmers empirisch ermittelt wird. Ein solches Kalibrieren oder Anlernen des Verfahrens hat den Vorteil, dass auf die daraus resultierenden Ergebnisse bei der späteren Ermittlung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers zurückgegriffen und somit die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Positionsermittlung verbessert werden kann. Vorteilhaft ist es außerdem, wenn der Kalibrierungs- oder Anlernprozess regelmäßig wiederholt wird, um veränderte Ausbreitungseigenschaften des Signals bzw. der Umgebung berücksichtigen zu können.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Kommunikationseinheit der Infrastruktureinrichtung zur Erhöhung der Kommunikationsreichweite mit mindestens einer gerichteten Antenne ausgerüstet wird, die auf einen Bereich ausgerichtet wird, in dem zu lokalisierende Verkehrsteilnehmer erwartet werden.
Ein solcher Bereich, in dem zu lokalisierende Verkehrsteilnehmer erwartet werden, kann beispielsweise eine Straße oder ein Straßenabschnitt, eine Kreuzung oder ein Kreuzungsabschnitt, eine Einmündung oder ein Einmündungsabschnitt, ein Fahrstreifen oder ein Fahrstreifenabschnitt, ein Fahrradweg oder ein Fahrradwegabschnitt, ein Fußweg oder ein Fußwegabschnitt, ein Fußgängerüberweg, ein Gleis oder ein Gleisabschnitt oder ein anderer Bereich sein.
Wird die Kommunikationseinheit der Infrastruktureinrichtung mit mindestens einer gerichteten Antenne ausgerüstet, so hat dies den Vorteil, dass die Kommunikationsreichweite der Infrastruktureinrichtung erhöht und somit der Bereich, in dem die Positionen zu lokalisierender Verkehrsteilnehmer ermittelt werden können, vergrößert werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass auf Grundlage der in Schritt d) des Verfahrens ermittelten Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers eine Verkehrslageerfassung und/oder eine Steuerung des Verkehrsablaufs durchgeführt werden.
Eine solche Steuerung des Verkehrsablaufs kann beispielsweise mit Hilfe von Lichtsignalanlagen oder anderen Verkehrsbeeinflussungsanlagen erfolgen. In diesem Zusammenhang bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass die verbesserte Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Ermittlung der Positionen zu lokalisierender Verkehrsteilnehmer eine zuverlässigere und genauere Verkehrslageerfassung erlaubt. Auf dieser Grundlage kann wiederum eine verbesserte Steuerung des Verkehrsablaufs realisiert werden.
So ist es beispielsweise möglich, mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens im Kontext des Straßenverkehrs eine fahrstreifengenaue Positionsermittlung zu lokalisierender Verkehrsteilnehmer zu erreichen. Dadurch kann nicht nur der Verkehrsfluss innerhalb eines bestimmten Straßenabschnitts und/oder in eine bestimmte Fahrtrichtung bestimmt, sondern darüber hinaus beispielsweise auch die Häufigkeit bestimmter Abbiegebeziehungen an Kreuzungen oder anderen Knotenpunkten ermittelt werden. Auf dieser Basis ist eine verbesserte Steuerung des Verkehrsablaufs, beispielsweise durch eine an den Verkehrsfluss und die Häufigkeit der Abbiegebeziehungen angepasste Steuerung von Lichtsignalanlagen oder anderen Verkehrsbeeinflussungsanlagen möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Verkehrsteilnehmer ein Straßenfahrzeug ist. Ein solches Straßenfahrzeug kann beispielsweise ein Pkw, Lkw, Omnibus, Kraftrad oder sonstiges Kraftfahrzeug, aber auch ein Fahrrad oder sonstiges Straßenfahrzeug sein.
In vorteilhafter Weise ist es dabei möglich, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf in den letzten Jahren entwickelte Systeme zur funkbasierten Fahrzeug-zu-X Kommunikation zurückzugreifen. Auf dieser Grundlage ist eine kostengünstige Implementierung des Verfahrens möglich, da auf weit verbreitete Hard- und Software sowie auf in vielen Fällen ohnehin vorhandene Kommunikationseinheiten der Verkehrsteilnehmer zurückgegriffen werden kann. Derartige Kommunikationseinheiten können beispielsweise auf ETSI ITS, ETSI ITS-G5, IEEE 802.11p, WAVE oder anderen Fahrzeug-zu-X Kommunikationstechnologien basieren.
Die eingangs genannte Aufgabe wird gemäß Anspruch 13 gelöst durch eine Infrastruktureinrichtung mit einem Rechner und einer zur funkbasierten Fahrzeug-zu-X Kommunikation mit Kommunikationseinheiten anderer Infrastruktureinrichtungen und/oder Kommunikationseinheiten von Verkehrsteilnehmern eingerichteten Kommunikationseinheit, wobei die Infrastruktureinrichtung zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens und zur Ermittlung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers mit Hilfe des Signalattributs und der dekodierten Daten eingerichtet ist. Mit der genannten Infrastruktureinrichtung können die zuvor im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren bereits erläuterten Vorteile ebenfalls realisiert werden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird weiterhin gemäß Anspruch 14 gelöst durch ein Fahrzeug mit einem Rechner und einer zur funkbasierten Fahrzeug-zu-X Kommunikation mit Kommunikationseinheiten anderer Verkehrsteilnehmer und/oder Kommunikationseinheiten von Infrastruktureinrichtungen eingerichteten Kommunikationseinheit, wobei das Fahrzeug zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens und zur Ermittlung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers mit Hilfe des Signalattributs und der dekodierten Daten eingerichtet ist. Mit einem solchen Fahrzeug lassen sich ebenfalls die im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren bereits erläuterten Vorteile realisieren.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gemäß Anspruch 15 gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, welches zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens und zur Ermittlung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers mit Hilfe des Signalattributs und der dekodierten Daten eingerichtet ist, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner eines Verkehrsteilnehmers, einem Rechner einer Infrastruktureinrichtung und/oder einem Rechner einer zentralen Verarbeitungseinrichtung ausgeführt wird. Mit einem solchen Computerprogramm können die im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren bereits erläuterten Vorteile ebenfalls realisiert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.

Die 1 zeigt eine in der Aufsicht dargestellte beispielhafte Einmündung mit an dem erfindungsgemäßen Verfahren beteiligten Verkehrsteilnehmern, Infrastruktureinrichtungen, Signalgebern einer Lichtsignalanlage und einer zentralen Verarbeitungseinrichtung.
Die 2 veranschaulicht anhand derselben beispielhaften Einmündung die Ermittlung der Position eines zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers.
Die 3 zeigt ein weiteres Beispiel für die Ermittlung der Position eines zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers an einer Kreuzung.

Die 1 zeigt eine Aufsicht einer exemplarischen Einmündung 1 als Beispiel eines Knotenpunktes eines Straßenverkehrsnetzes. Zu erkennen sind als beispielhafte Verkehrsteilnehmer zwei Straßenfahrzeuge 2, 8, die sich an unterschiedlichen Positionen des Straßenverkehrsnetzes befinden.
Jedes der Straßenfahrzeuge 2, 8 verfügt über eine Kommunikationseinheit 3, 9, die zur funkbasierten Fahrzeug-zu-X Kommunikation mit Kommunikationseinheiten anderer Verkehrsteilnehmer und/oder Kommunikationseinheiten von Infrastruktureinrichtungen eingerichtet ist. Die Technologie der Kommunikationseinheiten kann beispielsweise auf ETSI ITS, ETSI ITS-G5, IEEE 802.11p, WAVE oder anderen Fahrzeug-zu-X Kommunikationstechnologien basieren. Zur Durchführung der drahtlosen Datenkommunikation ist an die Kommunikationseinheiten 3, 9 jeweils eine Antenne 5, 11 angeschlossen.
Die Straßenfahrzeuge 2, 8 verfügen darüber hinaus jeweils über einen Rechner4, 10, auf dem ein Steuer- und Verarbeitungsprogramm ausgeführt wird. Weiterhin verfügen die Straßenfahrzeuge 2, 8 jeweils über lokale Sensoren 6, 7, 12, 13. Solche lokalen Sensoren 6, 7, 12, 13 können beispielsweise Tachometer, Hodometer, Beschleunigungssensoren, Rad-Drehzahlsensoren, Radar, Lidar, Kameras oder andere Sensoren sein.
Darüber hinaus zeigt 1 insgesamt drei erfindungsgemäße Infrastruktureinrichtungen 14, 18, 28, die jeweils mit Kommunikationseinheiten 15, 19, 29 ausgerüstet sind. Die Kommunikationseinheiten 15, 19, 29 sind jeweils zur funkbasierten Fahrzeug-zu-X Kommunikation mit Kommunikationseinheiten anderer Infrastruktureinrichtungen, Kommunikationseinheiten von Verkehrsteilnehmern und/oder Kommunikationseinheiten von zentralen Verarbeitungseinrichtungen eingerichtet. Als technische Realisierungsmöglichkeiten im Hinblick auf die drahtlose Kommunikationstechnologie der Kommunikationseinheiten der Infrastruktureinrichtungen kommen beispielsweise IEEE 802.11 WLAN, IEEE 802.11p, ETSI ITS, ETSI ITS-G5, WAVE oder andere Fahrzeug-zu-X Kommunikationstechnologien in Betracht, die mit den Kommunikationseinheiten 3, 9 der Straßenfahrzeuge 2, 8 kompatibel sind.
Jede der Kommunikationseinheiten 15, 19, 29 der Infrastruktureinrichtungen ist zur Durchführung der funkbasierten Fahrzeug-zu-X Kommunikation mit jeweils einer Antenne 17, 22, 32 verbunden. Während die Infrastruktureinrichtungen 18, 28 über herkömmliche Antennen 22, 32, beispielsweise mit einer Rundstrahlcharakteristik, verfügen, ist die Infrastruktureinrichtung 14 mit einer gerichteten Antenne 17 ausgerüstet. Die gerichtete Antenne 17 ist zur Erhöhung der Kommunikationsreichweite auf den Bereich der Einmündung 1 bzw. den Bereich der sich daran anschließenden Straßenabschnitte ausgerichtet, in dem zu lokalisierende Verkehrsteilnehmer erwartet werden.
Darüber hinaus verfügt jede der Infrastruktureinrichtungen 14, 18, 28 jeweils über einen Rechner 16, 20, 31, auf dem ein Steuer- und Verarbeitungsprogramm ausgeführt wird. Die Infrastruktureinrichtungen 18, 28 sind außerdem jeweils mit einer weiteren Kommunikationseinheit 21, 30 ausgerüstet, die in dem Fachmann bekannter Weise zur drahtgebundenen Datenkommunikation mit anderen Infrastruktureinrichtungen oder zentralen Verarbeitungseinrichtungen eingerichtet ist.
Weiterhin zeigt 1 zwei Signalgeber 33, 34 einer Lichtsignalanlage, die zur Steuerung des Verkehrsablaufs dienen. Die erfindungsgemäße Infrastruktureinrichtung 28 ist dabei in vorteilhafter Weise als konstruktive Einheit mit dem Signalgeber 33 ausgeführt. Die gezeigte Verbindung einer erfindungsgemäßen Infrastruktureinrichtung 28 mit einem Signalgeber 33 bietet den Vorteil, dass zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorhandene Standorte von Signalgebern der Lichtsignalanlagen des Straßenverkehrsnetzes genutzt werden können.
Darüber hinaus zeigt 1 eine zentrale Verarbeitungseinrichtung 23. Diese ist mit einer Kommunikationseinheit 24 und einer daran angebundenen Antenne 27 ausgerüstet. Die Kommunikationseinheit 24 ist zur funkbasierten Fahrzeug-zu-X Kommunikation mit Kommunikationseinheiten 15, 19, 29 der Infrastruktureinrichtungen 14, 28 eingerichtet. Darüber hinaus verfügt die zentrale Verarbeitungseinrichtung 23 über eine weitere Kommunikationseinheit 26, die zur drahtgebundenen Datenkommunikation mit den Kommunikationseinheiten 21, 30 der Infrastruktureinrichtungen 18, 28 eingerichtet ist.
Die zentrale Verarbeitungseinrichtung 23 verfügt außerdem über einen Rechner 25, auf dem ein Steuer- und Verarbeitungsprogramm ausgeführt wird.
Es sei nun angenommen, dass die Position des Straßenfahrzeugs 2 ermittelt werden soll, so dass das Straßenfahrzeug 2 als zu lokalisierender Verkehrsteilnehmer aufzufassen ist.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens überträgt nun beispielsweise eine sendende Kommunikationseinheit 3 des Straßenfahrzeugs 2 drahtlos ein eine Datennachricht repräsentierendes Signal an mindestens eine empfangende Kommunikationseinheit 9, 15, 19, 29. Die jeweilige empfangende Kommunikationseinheit 9, 15, 19, 29 dekodiert aus dem empfangenen Signal zumindest einen Teil der in der Datennachricht enthaltenen Daten. Die dekodierten Daten können dabei beispielsweise eine eindeutige Kennung, die bei der Übertragung des Signals verwendete Sendeleistung, den Sendezeitpunkt des Signals, eine fehlerbehaftete Position des Straßenfahrzeugs 2, dessen aktuelle Geschwindigkeit, Fahrtrichtung und/oder Beschleunigung und/oder andere durch lokale Sensoren 6, 7 des Straßenfahrzeugs 2 ermittelte Daten beinhalten.
Außerdem ermittelt die jeweilige empfangende Kommunikationseinheit 9, 15, 19, 29 mindestens ein Signalattribut des empfangenen Signals, das nicht die in der Datennachricht enthaltenen Daten betrifft. Das ermittelte Signalattribut kann beispielsweise die Empfangsleistung des Signals, die Laufzeit des Signals, den Empfangszeitpunkt des Signals, den Empfangswinkel des Signals, die Phase des empfangenen Signals oder eine Kombination dieser Attribute beinhalten.
Mit Hilfe des Signalattributs und der dekodierten Daten wird anschließend die Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers 2 ermittelt.
Diese Positionsermittlung kann beispielsweise durch den Rechner 10 des Straßenfahrzeugs 8 in Verbindung mit dem darauf ausgeführten Steuer- und Verarbeitungsprogramm durchgeführt werden. Die Positionsermittlung kann aber auch durch einen oder mehrere Rechner 16, 20, 31 der Infrastruktureinrichtungen 14, 18, 28 in Verbindung mit dem darauf jeweils ausgeführten Steuer- und Verarbeitungsprogramm durchgeführt werden. Außerdem ist es möglich, dass die Positionsermittlung durch den Rechner 25 der zentralen Verarbeitungseinrichtung 23 in Verbindung mit dem darauf ausgeführten Steuer- und Verarbeitungsprogramm durchgeführt wird.
Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn das empfangende Straßenfahrzeug 8 und/oder die empfangende Infrastruktureinrichtung 14, 18, 28 mindestens einen Teil der dekodierten Daten und/oder mindestens ein ermitteltes Signalattribut des empfangenen Signals und/oder daraus gewonnene Informationen weiterleitet, beispielsweise an eine ausgewählte Infrastruktureinrichtung 14, 18, 28 oder an die zentrale Verarbeitungseinrichtung 23. Die Weiterleitung kann drahtgebunden und/oder drahtlos, beispielsweise mit Hilfe der Kommunikationseinheiten 9, 15, 19, 21, 24, 26, 30 erfolgen.
Ein Beispiel zur Durchführung der Positionsermittlung des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers soll nun anhand von 2 näher erläutert werden.
Die 2 zeigt in einer vereinfachten Darstellung erneut die Infrastruktureinrichtungen 14, 18, 28, die zentrale Verarbeitungseinrichtung 23 sowie die Straßenfahrzeuge 2, 8 und zwei Signalgeber 33, 34 einer Lichtsignalanlage an einer Einmündung 1.
Zur Vereinfachung der Darstellung wird angenommen, dass die Positionsermittlung im Beispiel lediglich unter Verwendung der Kommunikationseinheiten der Infrastruktureinrichtungen 14, 18 und des Straßenfahrzeugs 8 erfolgt, welche in diesem Beispiel als empfangende Kommunikationseinheiten fungieren. Selbstverständlich ist auch eine Einbeziehung weiterer sendender und/oder empfangender Kommunikationseinheiten möglich.
Darüber hinaus sei angenommen, dass die Positionen der Infrastruktureinrichtungen 14, 18 sowie des Straßenfahrzeugs 8 zumindest näherungsweise bekannt und somit vorgegeben sind. In diesem Zusammenhang ist anzunehmen, dass die Positionen der Infrastruktureinrichtungen 14, 18, 28 im Rahmen ihrer Inbetriebnahmen präzise gemessen werden können und somit als festgelegte und/oder vorgegebene Positionen mit hoher Genauigkeit zur Verfügung stehen. Die Positionen der Infrastruktureinrichtungen 14, 18, 28 können daher in dem jeweiligen Rechner 16, 20, 31 derselben und/oder einer anderen Infrastruktureinrichtung 14, 18, 28, dem Rechner 4, 10 eines Straßenfahrzeugs 2, 8 und/oder dem Rechner 25 der zentralen Verarbeitungseinrichtung 23 oder einem mit dem jeweiligen Rechner verbundenen digitalen Datenspeicher gespeichert werden.
Auf Grundlage der durch die Infrastruktureinrichtung 18 dekodierten Daten und des durch diese Infrastruktureinrichtung ermittelten mindestens einen Signalattributs, wobei beispielsweise die Sende- und Empfangsleistung, die Phase des empfangenen Signals und/oder die Laufzeit des Signals verwendet werden kann, ist es möglich, die Entfernung des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers 2 zu der Infrastruktureinrichtung 18 zu bestimmen. In Verbindung mit der vorgegebenen Position der Infrastruktureinrichtung 18, welche als Referenzposition verwendet werden kann, ist es somit möglich, eine kreisförmige Standlinie 36 zu ermitteln, auf der sich die Position des Straßenfahrzeugs 2 befindet.
In gleicher Weise ist es möglich, auf Basis der durch das Straßenfahrzeug 8 dekodierten Daten und ermittelten Signalattribute in Verbindung mit dessen vorgegebener Position eine Standlinie 35 zu ermitteln, auf der sich das zu lokalisierende Straßenfahrzeug 2 befindet.
Darüber hinaus kann unter Verwendung der durch die Infrastruktureinrichtung 14 dekodierten Daten und des durch die Infrastruktureinrichtung 14 ermittelten mindestens einen Signalattributs, welches in diesem Beispiel den Empfangswinkel des Signals betrifft, eine Peilung von der Position der Infrastruktureinrichtung 14 zu der Position des zu lokalisierenden Straßenfahrzeugs 2 ermittelt werden. Aus dieser Peilung lässt sich eine Standlinie 37 in Form einer Geraden bestimmen, auf der sich das zu lokalisierende Straßenfahrzeug 2 befindet.
Der Schnittpunkt der ermittelten Standlinien ergibt die Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers. 2 zeigt dabei den idealisierten Fall sich in einem Punkt schneidender Standlinien. In der Realität treten bei der Bestimmung der Standlinien jedoch Fehler auf. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in diesem Zusammenhang in der Lage, durch Heranziehung redundanter und/oder komplementärer Daten, Signalattribute und Informationen derartige Fehler zu korrigieren und somit die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Positionsermittlung zu verbessern.
Die 3 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine städtische Kreuzung 43 mit zwei Infrastruktureinrichtungen 39, 41, die in vorteilhafter Weise als konstruktive Einheit mit den Signalgebern einer Lichtsignalanlage ausgeführt sind, und einem zu lokalisierendem Verkehrsteilnehmer, dem Straßenfahrzeug 38.
Zur Ermittlung der Position des Straßenfahrzeugs 38 kann auch in diesem Beispiel das oben bereits im Detail beschriebene Verfahren angewendet werden, welches im Folgenden daher nur verkürzt wiedergegeben wird. Beispielsweise ist es möglich, dass das Straßenfahrzeug 38 mit Hilfe seiner Kommunikationseinheit drahtlos ein eine Datennachricht repräsentierendes Signal an die Kommunikationseinheiten der Infrastruktureinrichtungen 39, 41 überträgt. Die jeweilige empfangende Kommunikationseinheit der Infrastruktureinrichtungen 39, 41 dekodiert aus dem empfangenen Signal zumindest einen Teil der in der Datennachricht enthaltenen Daten und ermittelt mindestens ein Signalattribut des empfangenen Signals, das nicht die in der Datennachricht enthaltenen Daten betrifft.
Auf Grundlage der durch die Infrastruktureinrichtungen 39, 41 dekodierten Daten und des ermittelten mindestens einen Signalattributs, wobei auch hier beispielsweise die Sende- und Empfangsleistung, die Phase des empfangenen Signals und/oder die Laufzeit des Signals verwendet werden kann, ist es möglich, zwei Entfernungen des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers 38 zu den beiden Infrastruktureinrichtungen 39, 41 zu bestimmen. Unter der Annahme, dass die Positionen der Infrastruktureinrichtungen 39, 41 zumindest näherungsweise bekannt und somit vorgegeben sind, ist es somit möglich, zwei Standlinien 40, 42 zu ermitteln. Die Position des Straßenfahrzeugs 38 ergibt sich als Schnittpunkt der Standlinien 40, 42.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht somit vor, dass drahtlose Datenkommunikationseinheiten nicht lediglich zur Datenübertragung verwendet, sondern als Sensoreingabe zum Zwecke der Positionsermittlung genutzt werden. Die Positionsermittlung kann dabei durch eine Kooperation von Verkehrsteilnehmern mit Infrastruktureinrichtungen und/oder zentralen Verarbeitungseinrichtung und/oder anderen Verkehrsteilnehmern erfolgen. Durch die Kooperation der beteiligten Einrichtungen ist es möglich, eine fusionierte Gesamtinformation bereitzustellen und somit die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Positionsermittlung zu verbessern.
In vorteilhafter Weise ist es dabei möglich, auf vorhandene Kommunikationstechnik, unter anderem aus dem Gebiet der Fahrzeug-zu-X Kommunikation, zurückzugreifen. So sehen dem Fachmann bekannte Fahrzeug-zu-X Kommunikationssysteme beispielsweise vor, dass die Fahrzeuge periodisch Nachrichten an Stationen in ihrer Umgebung senden. Diese Nachrichten können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Positionsermittlung der Fahrzeuge genutzt werden. Auch kann davon ausgegangen werden, dass der Standort zur Fahrzeug-zu-X Kommunikation vorgesehener Infrastruktureinrichtungen, sogenannter Road Side Units oder Road Side Stations, durch hochpräzise Messung bei ihrer Installation oder Inbetriebnahme bekannt und somit vorgegeben ist und für die Positionsermittlung auf Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann.
Die Ortung eines zu lokalisierenden Fahrzeugs oder eines sonstigen Verkehrsteilnehmers kann beispielsweise mit Hilfe eines der folgenden Verfahren oder einer Kombination dieser Verfahren erfolgen:

Angulation: Der jeweilige Winkel zwischen dem zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmer und einer oder mehreren Infrastruktureinrichtungen und/oder Verkehrsteilnehmern wird bestimmt und die Position des Verkehrsteilnehmers auf der Erdoberfläche anhand einer Gerade oder eines Schnittpunktes mehrerer Geraden (im dreidimensionalen Raum anhand einer Ebene, einer Schnittgerade oder eines Schnittpunktes mehrerer Ebenen) ermittelt. Im Falle dreier oder mehrerer bestimmter Winkel wird diese Methode auch als Triangulation bzw. Multiangulation bezeichnet. Die Positionsermittlung kann dabei als verkehrsteilnehmerbasierte Angulation durch den Verkehrsteilnehmer, als infrastrukturbasierte Angulation durch eine Infrastruktureinrichtung oder eine zentrale Verarbeitungseinrichtung oder als kooperative Angulation durch Kooperation mehrerer Verkehrsteilnehmer, Infrastruktureinrichtungen und/oder zentraler Verarbeitungseinrichtungen erfolgen.
Signalstärkenbasierte Lateration: Bei diesem auch als „empfangsleistungsbasierte“ oder „feldstärkenbasierte“ Lateration bezeichneten Verfahren wird aus der Empfangsleistung, Feldstärke oder Signalstärke des jeweils empfangenen Signals die jeweilige Entfernung zwischen dem zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmer und einer oder mehreren Infrastruktureinrichtungen und/oder Verkehrsteilnehmern bestimmt. Im Falle dreier oder mehrerer bestimmter Entfernungen wird diese Methode auch als Trilateration bzw. Multilateration bezeichnet. Die Position des Verkehrsteilnehmers auf der Erdoberfläche wird anhand eines Kreises oder eines Schnittpunktes mehrerer Kreise (im dreidimensionalen Raum anhand einer Kugeloberfläche, eines Schnittkreises oder eines Schnittpunktes mehrerer Kugeloberflächen) mit dem Radius der jeweils bestimmten Entfernung ermittelt. Die Positionsermittlung kann dabei als verkehrsteilnehmerbasierte Lateration durch den Verkehrsteilnehmer, als infrastrukturbasierte Lateration durch eine Infrastruktureinrichtung oder eine zentrale Verarbeitungseinrichtung oder als kooperative Lateration durch Kooperation mehrerer Verkehrsteilnehmer, Infrastruktureinrichtungen und/oder zentraler Verarbeitungseinrichtungen erfolgen.
Signallaufzeitenbasierte Lateration: Der Empfangszeitpunkt, die Signallaufzeit und/oder die Differenz verschiedener Empfangszeitpunkte oder Signallaufzeiten eines oder mehrerer Signale, die zwischen dem zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmer und einer oder mehreren Infrastruktureinrichtungen und/oder Verkehrsteilnehmern übertragen werden, wird ausgewertet und daraus die jeweilige Entfernung oder Entfernungsdifferenz zwischen dem zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmer und einer oder mehreren Infrastruktureinrichtungen und/oder Verkehrsteilnehmern bestimmt. Die Position des Verkehrsteilnehmers auf der Erdoberfläche wird anhand eines Kreises oder eines Schnittpunktes mehrerer Kreise (im dreidimensionalen Raum anhand einer Kugeloberfläche, eines Schnittkreises oder eines Schnittpunktes mehrerer Kugeloberflächen) mit dem Radius der jeweils bestimmten Entfernung ermittelt. Die Positionsermittlung kann dabei als verkehrsteilnehmerbasierte Lateration durch den Verkehrsteilnehmer, als infrastrukturbasierte Lateration durch eine Infrastruktureinrichtung oder eine zentrale Verarbeitungseinrichtung oder als kooperative Lateration durch Kooperation mehrerer Verkehrsteilnehmer, Infrastruktureinrichtungen und/oder zentraler Verarbeitungseinrichtungen erfolgen.

Zur zusätzlichen Verbesserung der Genauigkeit der Positionsermittlung ist darüber hinaus eine Nutzung von Korrekturdaten eines Differential GNSS Systems möglich, beispielsweise in Form eines Differential GPS Systems. Zu diesem Zweck können die Korrekturdaten von einer GPS-Referenzstation und/oder einer Infrastruktureinrichtung und/oder einer zentralen Verarbeitungseinrichtung unter Verwendung eines Mobilfunknetzes, des Internets, drahtloser Datenkommunikation und/oder Fahrzeug-zu-X Kommunikation an einen zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmer übermittelt werden.
Eine genaue und zuverlässige Positionsermittlung von Straßenfahrzeugen ist beispielsweise für die Zwecke einer optimierten Verkehrslenkung von großer Bedeutung. Auf der Grundlage mikroskopischer und makroskopischer Kenngrößen, beispielsweise Verkehrsstärke, Verkehrsdichte und/oder Reisezeit, können auf übergeordneter Ebene Strategieentscheidungen im Verkehrsmanagement getroffen werden. Auf der Ebene eines lichtsignalgeregelten Knotens oder eines koordinierten Streckenzuges können Entscheidungen über die konkrete Ausgestaltung der zeitlichen Parameter der Steuerung getroffen werden. Je genauer die benötigten Daten der Fahrzeuge vorhanden sind, desto differenzierter kann diese verkehrsabhängige Steuerung erfolgen.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es möglich, mit hoher Genauigkeit, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit verschiedenste verkehrsbezogene Qualitätsparameter, beispielsweise fahrstreifenbezogene Rückstaulängen oder die Anzahl von Anfahrvorgängen vor einer Haltelinie einer Lichtsignalanlage, zu bestimmen.
Die vorliegende Erfindung erlaubt in vorteilhafter Weise beispielsweise eine fahrstreifengenaue Zuordnung von Abbiegeströmen, eine sehr genaue Ermittlung der Verkehrsstärke und/oder Verkehrsdichte, eine exakte Ermittlung von Rückstaulängen vor Lichtsignalanlagen und/oder die Erhebung weiterer Qualitätsparameter. In vorteilhafter Weise sind auch eine Erfassung von Fahrzeug-Trajektorien (Weg über Zeit) sowie eine entsprechende Prädiktion möglich.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Position mindestens eines zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38), der über einen Rechner (4, 10) und eine Kommunikationseinheit (3, 9) verfügt, die zur funkbasierten Fahrzeug-zu-X Kommunikation mit Kommunikationseinheiten (3, 9) anderer Verkehrsteilnehmer (2, 8, 38) und/oder Kommunikationseinheiten (15, 19, 29) von Infrastruktureinrichtungen (14, 18, 28, 39, 41) eingerichtet ist, mit den Schritten: a) mindestens eine sendende Kommunikationseinheit (3, 9, 15, 19, 29) überträgt drahtlos ein eine Datennachricht repräsentierendes Signal an mindestens eine empfangende Kommunikationseinheit (3, 9, 15, 19, 29), wobei entweder eine sendende oder eine empfangende Kommunikationseinheit (3, 9, 15, 19, 29) die Kommunikationseinheit (3, 9) des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) ist, b) die empfangende Kommunikationseinheit (3, 9, 15, 19, 29) dekodiert aus dem empfangenen Signal zumindest einen Teil der in der Datennachricht enthaltenen Daten, wobei die dekodierten Daten durch lokale Sensoren (6, 7, 12, 13) eines Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) oder einer Infrastruktureinrichtung (14, 18, 28, 39, 41) ermittelte Daten, nämlich eine aktuelle Geschwindigkeit, Fahrtrichtung und/oder Beschleunigung eines Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) und/oder eine fehlerbehaftete oder fehlerfreie Position eines Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) oder einer Infrastruktureinrichtung (14, 18, 28, 39, 41), beinhalten, c) die empfangende Kommunikationseinheit (3, 9, 15, 19, 29) ermittelt mindestens ein Signalattribut des empfangenen Signals, das nicht die in der Datennachricht enthaltenen Daten betrifft, d) mit Hilfe des Signalattributs und der dekodierten Daten wird die Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) ermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Datennachricht repräsentierende Signal in Schritt a) des Verfahrens an mindestens zwei empfangende Kommunikationseinheiten (3, 9, 15, 19, 29), die an unterschiedlichen Orten positioniert sind, übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) in Schritt d) durch einen Vergleich der Signalattribute ermittelt wird, die an mindestens zwei verschiedenen empfangenden Kommunikationseinheiten (3, 9, 15, 19, 29) ermittelt wurden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt c) ermittelte Signalattribut die Empfangsleistung des Signals, die Laufzeit des Signals, den Empfangszeitpunkt des Signals, den Empfangswinkel des Signals, die Phase des empfangenen Signals oder eine Kombination dieser Attribute beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt b) des Verfahrens dekodierten Daten die bei der Übertragung des Signals verwendete Sendeleistung, den Sendezeitpunkt des Signals und/oder eine eindeutige Kennung der sendenden Kommunikationseinheit (3, 9, 15, 19, 29), eines Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) oder einer Infrastruktureinrichtung (14, 18, 28, 39, 41) beinhalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der empfangende Verkehrsteilnehmer (2, 8, 38) oder die empfangende Infrastruktureinrichtung (14, 18, 28, 39, 41) mindestens einen Teil der in Schritt b) des Verfahrens dekodierten Daten und/oder mindestens ein in Schritt c) des Verfahrens ermitteltes Signalattribut und/oder daraus gewonnene Informationen an einen anderen Verkehrsteilnehmer (2, 8, 38), eine andere Infrastruktureinrichtung (14, 18, 28, 39, 41) oder eine zentrale Verarbeitungseinrichtung (23) zur Durchführung von Schritt d) des Verfahrens weiterleitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt d) des Verfahrens zur Ermittlung der Position eines Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) verwendete mindestens eine Signalattribut und/oder die zur Ermittlung der Position verwendeten dekodierten Daten gemeinsam mit der dabei ermittelten Position mindestens bis zur nächsten Durchführung von Schritt d) des Verfahrens gespeichert und bei der nächsten und/oder einer späteren Durchführung von Schritt d) des Verfahrens für die Ermittlung der Position desselben Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) oder eines anderen Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sendende oder empfangende Kommunikationseinheit (15, 19, 29) in Schritt a) des Verfahrens die Kommunikationseinheit einer Infrastruktureinrichtung (14, 18, 28, 39, 41) ist, deren Position festgelegt und/oder vorgegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Schritte a) und c) des Verfahrens bei bekannter Position des Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) durchgeführt werden und das dabei ermittelte mindestens eine Signalattribut gemeinsam mit der bekannten Position gespeichert und später für die Ermittlung der Position eines Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) in Schritt d) des Verfahrens verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (15, 19, 29) der Infrastruktureinrichtung (14, 18, 28, 39, 41) zur Erhöhung der Kommunikationsreichweite mit mindestens einer gerichteten Antenne (17) ausgerüstet wird, die auf einen Bereich ausgerichtet wird, in dem zu lokalisierende Verkehrsteilnehmer (2, 8, 38) erwartet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grundlage der in Schritt d) des Verfahrens ermittelten Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) eine Verkehrslageerfassung und/oder eine Steuerung des Verkehrsablaufs durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verkehrsteilnehmer (2, 8, 38) ein Straßenfahrzeug ist.
Infrastruktureinrichtung (14, 18, 28, 39, 41) mit einem Rechner (16, 20 31) und einer zur funkbasierten Fahrzeug-zu-X Kommunikation mit Kommunikationseinheiten (15, 19, 29) anderer Infrastruktureinrichtungen (14, 18, 28, 39, 41) und/oder Kommunikationseinheiten (3, 9) von Verkehrsteilnehmern (2, 8, 38) eingerichteten Kommunikationseinheit (15, 19, 29), dadurch gekennzeichnet, dass die Infrastruktureinrichtung (14, 18, 28, 39, 41) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und zur Ermittlung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) mit Hilfe des Signalattributs und der dekodierten Daten eingerichtet ist.
Fahrzeug (2, 8, 38) mit einem Rechner (4, 10) und einer zur funkbasierten Fahrzeug-zu-X Kommunikation mit Kommunikationseinheiten (3, 9) anderer Verkehrsteilnehmer (2, 8, 38) und/oder Kommunikationseinheiten (15, 19, 29) von Infrastruktureinrichtungen (14, 18, 28, 39, 41) eingerichteten Kommunikationseinheit (3, 9), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (2, 8, 38) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und zur Ermittlung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) mit Hilfe des Signalattributs und der dekodierten Daten eingerichtet ist.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und zur Ermittlung der Position des zu lokalisierenden Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38) mit Hilfe des Signalattributs und der dekodierten Daten, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner (4, 10) eines Verkehrsteilnehmers (2, 8, 38), einem Rechner (16, 20, 31) einer Infrastruktureinrichtung (14, 18, 28, 39, 41) und/oder einem Rechner (25) einer zentralen Verarbeitungseinrichtung (23) ausgeführt wird.