-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Ermitteln der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs, das eine Straße mit getrennten Richtungsfahrbahnen befährt. Das Verfahren wird zur Erkennung von Falschfahrern („Geisterfahrern”) eingesetzt.
-
Bekanntermaßen geht auf Straßen mit getrennten Richtungsfahrbahnen eine große Gefahr von Falschfahrern aus. So verursachen jährlich etwa 2000 Falschfahrer nahezu 80 schwere Unfälle auf bundesdeutschen Straßen mit zum Teil tödlichem Ausgang. Zwar wird versucht, Autofahrer mit besonders auffälligen Schildern oder Fahrbahnmarkierungen vor dem Auffahren auf falsche Richtungsfahrbahnen abzuhalten, doch schützen solche Maßnahmen nur bedingt vor großer Unachtsamkeit und keinesfalls vor Mutwilligkeit. Wenn es doch passiert, dann werden Verkehrsteilnehmer über den Rundfunk vor Falschfahrern gewarnt. Im schlimmsten Fall kann es dann jedoch schon zu spät sein.
-
Es wurden auch schon elektronisch unterstützte Systeme erdacht, um Geisterfahrten zu verhindern und/oder zumindest rechtzeitig davor zu warnen. Für ein jedes dieser Systeme ist die fahrspurgenaue Ortung der Falschfahrer zwingende Voraussetzung. Nach der
DE 10 2010 025 379 werden Falschfahrer beispielsweise mittels eines Funkfeldes erkannt, das Fahrspuren auf einem bestimmten Fahrbahnabschnitt abdeckt. Die Detektion eines Falschfahrers löst dann eine entsprechende Warnung aus. Darüber hinaus schlägt die
DE 10 2013 007 866 ein Verfahren vor, die Position ermittelter Falschfahrer an Navigationssysteme der anderen Verkehrsteilnehmer zu übermitteln, um den Fahrzeugführern die Information aktuell zur Verfügung stellen zu können.
-
Wegen der Dringlichkeit des Problems wurden viele unterschiedliche Ansatzpunkte zur Ermittlung von Falschfahrern entwickelt, die sich zumeist externer Sensoren, wie Kameras oder dergleichen, bedienen, mit denen Fahrspuren einzelner Straßenabschnitte überwacht werden. Da Geisterfahrten jedoch im Verhältnis zu regulären Fahrten recht selten auftreten, ist es für jedes System eine besondere Herausforderung, diese wenigen Fälle zuverlässig aus dem normalen Verkehrsbetrieb heraus zu filtern.
-
So ist es beispielsweise wegen der immanenten Ungenauigkeit bislang nicht flächendeckend möglich, mit Navigationssystemen wie GPS (hier synonym für jegliche Navigationssystem) eine fahrbahngenaue Lokalisierung eines Fahrzeugs zuverlässig vorzunehmen. Vielmehr müssen zusätzlich zu GPS ergänzende Ortungsverfahren hinzugezogen werden, um die systemimmanenten Ungenauigkeiten zu überwinden. Beispielsweise können in besiedelten Gebieten Wifi Netze zur Standortkorrektur verwendet werden. Auch führt der Abgleich der GPS Daten mit Straßenkarten („map matching”) zu einer metergenauen Ortsangabe, die jedoch mit einer im vorliegenden Fall unakzeptablen Unsicherheit behaftet ist. Eine Bestimmung von Geisterfahrten vermittels GPS ist daher trotz möglicher Korrekturen zu unsicher.
-
Die
DE 20 2004 008 041 U1 offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung von Lauten oder Tonfolgen. Diese umfasst einen in eine Straße eingelassenen Grundkörper, der eine Anordnung von definierten Erhebungen und Vertiefungen enthält. Fährt nun ein Fahrzeug mit seinen Reifen über die Erhebungen und Vertiefungen, so wird durch die Erhebungen und Vertiefungen eine Tonfolge erzeugt. Diese Tonfolge kann eine Sprachausgabe darstellen, mit der den Insassen eine Information zugeleitet werden soll.
-
In der
US 2013/0085664 A1 wird die Verwendung eines Beschleunigungssensors für die Ermittlung einer tatsächlichen Fahrtrichtungsänderung beschrieben.
-
Die
US 2012/0053805 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung von Straßenbedingungen unter Verwendung eines Mobiltelefons, welches einen Beschleunigungssensor sowie Mikrofon aufweist. Über die aufgezeichneten Sensor- und Geräuschdaten lassen sich Rückschlüsse auf den Fahrbahnbelag herleiten.
-
Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem sich auf technisch einfache und kostengünstige Weise Fahrten von Falschfahrern zuverlässig und schnell ermitteln lassen. Aufgabe ist es weiterhin, ein entsprechendes System zur Umsetzung des Verfahrens vorzuschlagen.
-
Diese Aufgaben werden durch das Verfahren nach Anspruch 1 und das System nach Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
-
Die Grundidee des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt ganz allgemein darin, mit einem im fahrenden Fahrzeug mitgeführten Beschleunigungssensor die Vibrationen zu registrieren, die das Fahrzeug und mithin der Beschleunigungssensor beim Überfahren des Straßenbelages erfährt. Anhand diese gemessenen „Ist-Vibrationen” und deren Abgleich mit gespeicherten „Soll-Vibrationen” kann zumindest auf die Fahrtrichtung und – gegebenenfalls mit zusätzlichen Informationen – auf den genauen Ort des Fahrzeugs geschlossen werden.
-
Die Erfindung macht es sich demnach zu Nutze, dass Fahrbahnen aufgrund einer Vielzahl von Einflüssen beim Bau, durch Benutzung und durch Witterung ein eigentümliches deterministisches Fahrbahnprofil aufweisen. Die von dem Fahrbahnbelag verursachten feinsten Bewegungen können im Fahrzeug durch hochgradig sensible Bewegungssensoren, wie sie kostengünstig erhältlich sind und mittlerweile beispielsweise in nahezu allen handelsüblichen Smartphones verbaut sind, registriert werden. Mit diesen Bewegungssensoren kann somit die für den Streckenabschnitt charakteristische Frequenzfolge als Schwingungsmuster aufgenommen werden. Solche Schwingungsmuster gleichen Frequenzmustern im hörbaren Bereich und führen daher über gewisse Zeitintervalle aufgenommen zur Ausbildung einer unverwechselbaren „Melodie”. Diese Melodie wird vor allem durch die Unebenheiten der Fahrbahnoberfläche bestimmt. Das entsprechende Muster tritt somit bei allen Fahrzeugen, die diese Strecke befahren, in hinreichend genauer Korrelation auf. Im Rahmen der Verarbeitung kann es vorteilhaft sein, die Daten der Beschleunigungssensoren durch Fourier-Transformation in den Frequenzbereich zu übertragen.
-
Über seine charakterisierende „Melodie” kann mit entsprechender Rechenleistung und unter der Voraussetzung, dass alle Streckenabschnitte gespeichert sind, jeder beliebige Streckenabschnitt identifiziert werden. Damit kann natürlich auch festgestellt werden, wenn eine aufgenommene „Melodie” nicht gespeichert ist und/oder wenn eine gespeicherte Melodie quasi rückwärts gespielt wird. Ein Falschfahrer durchläuft die charakteristische Melodie dieser Fahrbahn quasi „in umgekehrter Reihenfolge”. In der Datenkorrelation gegenüber den Referenzdaten aller Autofahrer fällt ein Falschfahrer gegenüber anderen Verkehrsteilnehmern direkt auf. In einem solchen Fall ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass es sich um einen Falschfahrer handelt. Um den Streckenabschnitt einzugrenzen und um die Rechenleistung zu reduzieren, ist es allerdings von großem Vorteil, den Aufenthaltsort des Fahrzeugs mit GPS-Ortskoordinaten einzugrenzen.
-
Entsprechend der Erfindung wird das Verfahren dadurch umgesetzt, dass zunächst die Ausgangssignale des im Fahrzeug mitgeführten Beschleunigungssensors registriert werden. Aus diesen Ausgangssignalen werden die Oberflächendaten herausgefiltert, die das für den aktuell befahrenen Fahrbahnbelag charakteristische Schwingungsmuster, mithin die Melodie, ausbilden. Bei der Filterung der Oberflächendaten können auch individuelle Fahrzeugcharakteristika Berücksichtigung finden. Diese Oberflächendaten werden dann zur weiteren Verarbeitung an eine Datenbank übermittelt, die lokal im Fahrzeug und/oder in einem zentral aufgestellten Server lokalisiert sein kann. Anhand der in der Datenbank gespeicherten Schwingungsmuster („Melodien”) wird ein Abgleich durchgeführt, der sowohl Rückschlüsse auf den aktuellen Standort des Fahrzeugs auf der Richtungsfahrbahn als auch auf die momentane Fahrtrichtung zulässt. Letztendlich wird eine Warnung an den Fahrer oder an andere Verkehrsteilnehmer ausgegeben, wenn die für den aktuellen Standort ermittelte Fahrtrichtung nicht der für die Richtungsfahrbahn vorgesehenen Fahrtrichtung entspricht. Dabei muss der aktuelle Standort nicht zwangsläufig eine absolute Ortsangabe beinhalten. Es ist auch möglich, dass er mit einer relativen Ortsangabe einhergeht, beispielsweise mit der Ortsangabe „Autobahnauffahrt falsche Seite”.
-
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt darin, die charakterisierenden Schwingungsmuster zu generieren, um sie in der Datenbank zu hinterlegen. Ferner ist es ein wesentlicher Aspekt der Erfindung, dass die Schwingungsmuster von mehreren Fahrzeugen in Korrelation zu einer lokalen Position miteinander verglichen werden, um Übereinstimmungen im Fall der regelgerechten Nutzung von Fahrbahnen oder grobe Abweichungen im Fall von Geisterfahrten zu erkennen. In einem weit reichenden Ansatz werden die Melodien einer Vielzahl markanter – wenn nicht sogar aller – Streckenabschnitte aufgenommen und im Zusammenhang mit einem Streckennetz, insbesondere mit entsprechender Position in einer zentralen Datenbank gespeichert. Die Position kann durch Ortkoordinaten bestimmt werden, aber auch durch räumliche Angaben wie Mobilfunkzelldaten oder durch Richtungsangaben wie den fortschreitenden Wechsel von Mobilfunkzellen oder Ortskoordinaten. Im Falle der Feststellung der Position mittels Ortskoordinaten ist das Lokalisierungsmittel bevorzugt ein satellitengestützten Positionsbestimmungssystem wie GPS, im Falle der Feststellung der Position mittels Bestimmung einer Funkselle oder eines Wechsels einer Abfolge von Funkzellen ist das Lokalisierungsmittel die Registrierung von Funkzellenkennungen und die Erkennung der Lage und Ausdehnung der Funkzellen mittels einer Datenbank. In einem weniger weit reichenden Model werden lediglich die Melodien markanter Punkte, wie insbesondere Ab- und Zufahrten getrennter Richtungsfahrbahnen, aufgenommen. Wird nun die Melodie eines Streckenabschnittes von einem mitfahrenden Beschleunigungssensor „verkehrt herum” aufgenommen, dann erkennt das System, dass es sich um eine Geisterfahrt handelt.
-
Im einfachsten Falle können aber auch bestimmte Artefakte, wie standardisierte Muster kleiner Erhebungen und/oder Vertiefungen, in den Fahrbahnbelag eingebracht werden, die eine entsprechende Standardmelodie erzeugen. Standardmelodien und deren rückwärts abgespieltes Inverses können in einem kleineren bordeigenen Speicher gespeichert werden. Um jedoch den anderen Verkehrsteilnehmern den Geisterfahrer und dessen Position signalisieren zu können, ist in diesem Fall die Zusatzinformation des Standortes des Fahrzeuges, die über GPS Daten oder durch Mobilfunk oder WLAN-Zelldaten oder andere bekannte Funkortungsverfahren gewonnen werden kann, notwendig.
-
Jede Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit geeignet, Falschfahrer hinreichend sicher zu erkennen und diese in Echtzeit orten zu können. Dann kann eine Warnung an andere Verkehrsteilnehmer dahingehend ausgesendet werden, dass ein Autofahrer entgegen der erlaubten Fahrtrichtung auf ihrer Fahrspur unterwegs ist.
-
Im Fall der flächendeckenden Speicherung von Melodien ist es vorteilhaft, wenn diese von möglicht vielen fahrenden Fahrzeugen aufgenommen und in Verbindung mit Ortskoordinaten an eine zentrale Datenbank übermittelt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn in Smartphons vorhandene Beschleunigungssensoren verwendet werden, da diese nicht nur in Vielzahl vorhanden sind und mitgeführt werden, sondern da die Smartphons über entsprechende Funkmittel zur Datenübertragung verfügen. Wegen der großen Verbreitung von Smartphons kann ein Straßennetz im Hinblick auf seine Melodien im Prinzip vollständig vermessen werden. Schließlich fahren auf bundesdeutschen Autobahnen alle Fahrzeuge pro Stunde etwa 3 Millionen Kilometer.
-
Um nicht den Nutzer mit der Datenerhebung zu belasten, ist es weiterhin vorteilhaft, häufig genutzte und während einer Autofahrt laufende Applikationen („Apps”), die eigentlich einem anderen Einsatzzweck dienen, mit einer im Hintergrund laufenden Datenerhebungsfunktionalität auszustatten. Als solche ständig benutzen Apps bieten sich beispielsweise „Tankstellenapps” an, mit denen sich Fahrer Kraftstoffpreise an Tankstellen informieren. Auch die Apps von „social networks” oder Spiele-Apps können für diesen Einsatz erweitert werden. Auf diese Weise können große Mengen von Daten flächendeckend mit guter Statistik erhoben werden. Zudem kann sichergestellt werden, dass der Datenbestand ständig aktualisiert wird, was gerade im Hinblick auf das Auftreten von Baustellen mit Fahrbahnwechseln auf die Gegenspur besonders wichtig ist. Baustellen können zusätzlich anhand von Verkehrsfunkdaten wie den Traffic Messagiung Channel (TMC) Daten berücksichtigt werden. Um die Datenflut einzugrenzen, kann es ausreichen, auf dieselbe Weise Melodien markanter Punkte, wie Streckenabschnitten in der Nähe von Autobahnauffahrten aufzunehmen.
-
Um die Zahl der Fehlalarme zu reduzieren, können im Rahmen der Auswertung der aufgenommenen Melodien besondere Plausibilitätsprüfungen vorgesehen werden. Bei solchen Prüfungen können beispielsweise Schwellen für relevante Geschwindigkeiten gesetzt werden. Plausibilitätsprüfungen können auch statistische Überlegungen einbeziehen. Da Geisterfahrer Ausnahmeerscheinungen sind, ist mit einem Fehlalarm zu rechnen, wenn dieselbe Melodie etwa zur derselben Zeit auch noch von einem anderen Fahrzeug aufgenommen wird. Mehr als ein in Gegenrichtung detektiertes Fahrzeug ist daher nicht plausibel. Vorteilhafterweise ist ein das Verfahren umsetzendes System auch lernfähig. Wenn eine neue Melodie hinzukommt, kann diese auch daraufhin untersucht werden, ob sie zeitnah mehrfach an derselben Stelle vorkommt. Dann könnte es sich beispielsweise um eine Ausleitung über einen Standstreifen handeln. Mit der Lernfähigkeit kann sich das System auch auf vorübergehende beispielsweise witterungsbedingte Änderungen des Oberflächenbelages einstellen.
-
Für die Warnung sind unterschiedliche Szenarien vorstellbar. Zum Einen kann das Fahrzeug seinen Fahrer selber über entsprechend deutliche Signale warnen, wenn es eine Falschfahrt feststellt. Zusätzlich müssen jedoch auch die anderen Verkehrsteilnehmer gewarnt werden. Dazu kann das Fahrzeug, das für sich selber eine Falschfahrt ermittelt hat, diese Information zusammen mit den aktuellen Ortskoordinaten und der Fahrtrichtung an eine zentrale Stelle melden. Von dort wird die Information dann über ein Verbreitungsmedium beispielsweise über Rundfunk an die anderen Verkehrsteilnehmer übermittelt. Vermittels TMC kann die Information auch direkt an die Navigationsgeräte der anderen Verkehrsteilnehmer geschickt werden, die dann entsprechende Warnungen ausgeben.
-
Die Erfindung wird anhand der Figuren nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine Skizze von dem erfindungsgemäßen System,
-
2 die Systematik des Verfahrens und
-
3 eine Entscheidungskaskade.
-
In 1 ist ein System zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens skizziert. Ein Fahrzeug 1 fährt in Fahrtrichtung (Pfeil A) über einen Fahrbahnbelag 2 mit einer Oberflächenstruktur, die genau diesen Fahrbahnabschnitt charakterisiert. Diese Oberflächenstruktur versetzt das Rad 3 in Schwingungen (Pfeil B), die sich über die Aufhängung in den Innenraum übertragen und dort ein korreliertes Schwingungsmuster (Pfeil C) hinterlassen. Im Fahrzeug 1 wird ein Smartphone 4 mit integriertem Bescheunigungssensor mitgeführt, welches das Schwingungsmuster aufzeichnet. Auf dem Smartphone läuft eine Applikation, die aus dem aufgezeichneten Schwingungsmuster Oberflächendaten heraus filtert, die für den Fahrbahnbelag 2 und Rückschlüsse auf die charakteristische Oberflächenstruktur ermöglichen. Mit dieser Applikation wird somit die Oberflächenstruktur analysiert. Zugleich ist auf dem Smartphone ein Navigationssystem realisiert, das GPS Daten von einem Satelliten 5 empfängt und daraus den aktuellen Standort des Fahrzeugs ermittelt und dem soeben überfahrenen Fahrbahnbelag 2 zuordnet.
-
Über ein Mobilfunknetz 6 werden die Daten umfassend den Standort und die Oberflächenstruktur des am Standort angetroffenen Fahrbahnbelages an eine zentrale Einrichtung 7 gesendet, die Zugriff auf ein Datenbanksystem 8 zur Speicherung charakteristischer Oberflächendaten hat. In dem Datenbanksystem 8 sind Datensätze 9 enthaltend für bestimmte Fahrbahnabschnitte charakteristische Oberflächendaten als Referenzdaten hinterlegt, die von regulär fahrenden Fahrzeugen aufgenommen worden sind. Wenn eine sehr große Menge an Fahrzeugen mit dem oben beschriebenen System ausgerüstet ist, entsteht in kurzer Zeit ein Abbild des Streckennetzes und dessen Charakterisierung durch Referenzdaten, wobei dieses ständig aktualisiert wird. Das System kennt also zu jeder Zeit die Melodie jedes Streckenabschnittes, wenn er denn in der richtigen Richtung befahren wird.
-
Für die Auswertung umfasst die zentrale Einrichtung 7 ein Auswertemittel, das einen Datenabgleich zwischen den aktuell extrahierten und von einem Fahrzeug gesendeten Oberflächendaten und den gespeicherten Oberflächendaten durchführt. Werden dem System unbekannte Oberflächendaten zugespielt, ist die Gefahr groß, dass diese während einer Falschfahrt („Geisterfahrt”) aufgenommen sind. Das lässt sich durch das Auswertemittel realisieren, indem dieses untersucht, inwiefern die Oberflächendaten eine falsch herum abgespielte gespeicherte Melodie repräsentieren. Wenn auf diese Weise eine Geisterfahrt oder Falschfahrt entdeckt wurde, gibt die zentrale Einrichtung 7 diese Information zusammen mit den Ortskoordinaten und Bewegungsdaten an einen Sender 10, alle Verkehrsteilnehmer auf die Gefahr durch einen Geisterfahrer hinweist. Zugleich wird die Information über das Mobilfunknetz 6 an den Geisterfahrer selber zurück gegeben, wo sie einen adäquaten Alarm auslöst.
-
Das System ermittelt somit die Fahrtrichtung eines Fahrzeuges, das eine Straße mit getrennten Richtungsfahrbahnen befährt, indem im fahrenden Fahrzeug 1 die Ausgangssignale des mitgeführten Beschleunigungssensors registriert werden. Aus den Ausgangssignalen werden dann die Oberflächendaten ermittelt, die für den aktuell befahrenen Fahrbahnbelag charakteristisch sind. Diese Oberflächendaten werden zum Abgleich an die zentrale Einrichtung 7 mit Zugriff auf die Datenbank 8 übermittelt. Die zentrale Einrichtung 7 ermittelt dass anhand eines Abgleichs von „Ist”- und „Soll”-Oberflächendaten den aktuellen Standort des Fahrzeugs auf einer Richtungsfahrbahn und die momentane Fahrtrichtung. Letztendlich wird eine Warnung ausgegeben, wenn die für den aktuellen Standort ermittelte Fahrtrichtung nicht der für die Richtungsfahrbahn vorgesehenen Fahrtrichtung entspricht.
-
Dieses Verfahren ist in 2 noch einmal schematisch dargestellt. Das mitgeführte Smartphone 11 hat ein Navigationsmodul 12 mit GPS Empfänger und Beschleunigungssensor wie insbesondere ein Gyroskop 13. Die Ausgangsdaten des Beschleunigungssensors 13 werden einer Fourier-Transformation 14 und einem Filter 15 zugeführt. Über eine Funkstrecke werden die Datenpakete umfassend den aktuellen Standort und die Oberflächendaten an die zentrale Einrichtung 7 übermittelt, die diese Daten in einer Korrelationsstufe 16 mit den Referenzdaten 17 ständig über einen Regelkreis 18 abgleicht. Solange Übereinstimmung herrscht, ist alles in Ordnung (Pfeil B). Wenn eine Abweichung festgestellt wird, wird der Regelkreis 18 durchbrochen (Pfeil A) und über den Zweig 19 eine Warnung erzeugt, die beispielsweise per Textnachricht (SMS) oder Rundfunk an die Verkehrsteilnehmer ausgesendet wird.
-
Ein Bestandteil der Erfindung ist somit, eine statistische relevante Abschätzung aufgrund der verknüpften Daten aus Fahrbahnoberfläche und Fahrtrichtungsdaten derart durchzuführen, dass in einem Regelkreislauf aus den Prädiktionsdaten Abweichungen, die vorbestimmten Fehlermustern entsprechen, mit hoher Plausibilität erkannt werden können und aufgrund der lokalen Koordinaten auf einer Karte dargestellt werden können.
-
3 zeigt nunmehr eine Entscheidungskaskade, die durchlaufen wird, um Fehlalarme aufgrund falsch identifizierter Geisterfahrer ausschließen zu können. Dabei wird in einem ersten Block 20 entsprechend dem Regelkreis 18 geprüft, ob die bei der derzeitigen Fahrtrichtung ermittelten Oberflächendaten dem befahrenen Fahrbahnbelag zugeordnet werden können. Wenn das nicht der Fall ist, muss eine Geisterfahrt angenommen werden. Dann wird in 21 geprüft, ob das ermittelte Fahrbahnprofil einem gespeicherten Fahrbahnprofil aber mit rückwärts gespielter Melodie entspricht. Wenn das nicht der Fall ist, wird angenommen, dass es sich nicht um eine Geisterfahrt sondern beispielsweise einem Rangiervorgang auf einem Rastplatz handelt (Block 24). Nachfolgend wird in 22 geprüft, inwieweit das ermittelte Fahrbahnprofil dem „reziproken” Fahrbahnprofil der zulässigen Fahrspur entspricht. Wenn das so ist, kann davon ausgegangen werden, dass es sich um eine Fahrspurüberleitung aufgrund einer Baustelle handelt (Block 25). Zuletzt wird in 23 geprüft, ob die zu überprüfende Fahrt die einzige Fahrt mit dieser Oberflächencharakteristik im Umkreis von etwa 5 km ist und ob die zu überprüfende Fahrt mit einer Geschwindigkeit von mehr als 40 km/h durchgeführt wird. Die Randbedingungen können entsprechen den Anforderungen an die Fehlergenauigkeit festgelegt werden oder auch dynamisch angepasst werden. Wird beides verneint, kann die Messung noch mit der Baustellensituation erklärt werden (Block 26). Wird beides bejaht, muss es sich um einen Geisterfahrer handeln (Block 27).
