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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Ermittlung von ein oder mehreren Parametern oder Attributen eines Knotenpunktes, insbesondere einer Straßenkreuzung.
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Die Erhöhung der Detailtiefe von digitalen Karten spielt eine wichtige Rolle für die Weiterentwicklung von Fahrerassistenzsystemen. Ein Beispiel für fehlende Details in digitalen Karten sind Kreuzungsparameter, wie beispielsweise die Art der Verkehrsregelung an einer Straßenkreuzung oder die Position von Haltelinien. Ein manuelles Vermessen dieser Parameter oder die Extraktion dieser Parameter aus Stadtplänen verursacht hohe Aufwände und Kosten.
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Derartige Parameter können aber in verschiedenen Assistenzsystemen hilfreich sein. Beispielsweise ist ein Ausschalten eines Verbrennungsmotors durch eine Motor-Start/Stopp Automatik verbrauchstechnisch typischerweise nur dann von Vorteil, wenn der Motor über mehrere Sekunden abgestellt bleibt. Ist hingegen der Motor z.B. nur für eine Sekunde abgestellt, so kann sich der Verbrauch im Vergleich dazu, wenn der Motor nicht abgestellt worden wäre, erhöhen. Anhand von Wissen über den Grund eines Anhaltevorgangs (z.B. das Vorliegen eines Stopp-Schilds oder einer Ampel) und/oder über die Relativposition des angehaltenen Fahrzeugs zu einer Haltelinie, kann eine Schätzung der erwarteten Standzeit durchgeführt werden. Damit kann dann ein situationsadaptives Abstellen bzw. Nichtabstellen des Motors ermöglicht werden, woraus sich eine Verbrauchsoptimierung für das Fahrzeug ergibt.
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Ein weiteres Beispiel sind kamerabasierte Assistenzsysteme. Fahrerassistenzsysteme basieren zunehmend auf Informationen aus Kameras. So kann der Fahrer in komplexen Kreuzungsszenarien anhand von einem Vorfahrts- und Kreuzungsassistenten unterstützt werden. Grundlage für derartige Systeme ist die kamerabasierte Erkennung der Vorfahrtsregeln an einer Kreuzung (Vorliegen einer Lichtsignalanlage, eines Vorfahrt-Schilds, eines Vorfahrt-Gewähren-Schilds, eines Stopp-Schilds, der Rechts-vor-Links Regel, etc.). Um die Sicherheit zu erhöhen, könnten Kreuzungsparameter in digitalen Karten als a-priori Wissen in die Detektion der Vorfahrtssituation mit einfließen. Dadurch können mögliche Fehlauslösungen eines rein kamerabasierten Systems vermieden werden.
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Fahrerassistenzsysteme können ggf. auf eine Internetanbindung und auf ein zentrales Serversystem, das Backend, zurückgreifen. Insbesondere kann so auf Informationen einer Vielzahl von anderen Fahrzeugen zurückgegriffen werden (Crowd Sourcing). Ein Beispiel dafür ist die Darstellung des aktuellen Verkehrsflusses im Fahrzeug, in einem Internetbrowser oder über eine Smartphone Applikation. Die Anwendung internetbasierter Dienste im Fahrzeug beschränkt sich heute jedoch auf die Bereiche Navigation und Entertainment.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der Ermittlung von Daten zur Anreicherung von digitalen Karten mit weiteren Kartenattributen (wie z.B. Kreuzungsparametern). Insbesondere befasst sich das vorliegende Dokument mit der technischen Aufgabe, derartige Kartenattribute in effizienter und präziser Weise aus einer Vielzahl von gemessenen Trajektorien von Fahrzeugen zu bestimmen.
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Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Ermittlung eines Werts eines Attributes (auch als Parameter bezeichnet) eines Knotenpunktes zwischen einer Vielzahl von Verkehrswegen beschrieben. Die Vielzahl von Verkehrswegen kann durch den Knotenpunkt zusammengeführt werden. Der Knotenpunkt kann eine höhengleiche Kreuzung oder einen Kreisverkehr umfassen, und die Vielzahl von Verkehrswegen kann eine entsprechende Vielzahl von Straßen umfassen, die durch den Knotenpunkt zusammengeführt werden. Bei dem Attribut kann es sich um eine Eigenschaft des Knotenpunkts handeln, die derzeit typischerweise nicht aus einer digitalen Karte zu entnehmen ist, wie z.B. die Position einer Haltelinie an einer Zufahrt (d.h. auf einem Verkehrsweg) zu dem Knotenpunkt und/oder die absoluten Verkehrsdichten (ggf. zeitabhängig) auf den Verkehrswegen an dem Knotenpunkt.
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Das Verfahren umfasst das Ermitteln einer simulierten Verkehrssituation an dem Knotenpunkt für einen angenommenen Wert des Attributs. Insbesondere kann eine Vielzahl von simulierten Verkehrssituationen für eine entsprechende Vielzahl von angenommenen Werten des Attributs ermittelt werden. Die simulierte Verkehrssituation kann mittels einer mikroskopischen Verkehrssimulation ermittelt werden. Bei einer mikroskopischen Verkehrssimulation kann das Verhalten einzelner Fahrzeuge an dem Knotenpunkt simuliert werden. Zur Durchführung der Verkkehrssimulation kann ein Simulationsmodell des Knotenpunkts zugrunde gelegt werden. Die Durchführung einer Simulation ist vorteilhaft, da zur Durchführung der Simulation typischerweise keine signifikanten Mengen an Trainingsdaten erforderlich sind. Die Simulation kann somit mit relativ geringem Aufwand durchgeführt werden.
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Das Verfahren umfasst weiter das Bestimmen einer gemessenen Verkehrssituation an dem Knotenpunkt. Die gemessene Verkehrssituation kann auf Basis einer Vielzahl von gemessenen Trajektoriendaten von Fahrzeugen an dem Knotenpunkt bestimmt werden. Bei den Fahrzeugen kann es sich insbesondere um Straßenfahrzeuge (wie z.B. Automobile oder Motorräder) handeln. Ein Fahrzeug kann bei dem Überfahren des Knotenpunktes Trajektoriendaten erfassen und zur Ermittlung des Wertes des Attributes bereitstellen. Die Trajektoriendaten können z.B. eine Trajektorie des Fahrzeugs beim Überfahren des Knotenpunktes umfassen. Eine Trajektorie kann z.B. die Position des Fahrzeugs an dem Knotenpunkt in Abhängigkeit von der Zeit (ggf. inkl. Tageszeit und/oder Wochentag) umfassen. Aus einer Trajektorie eines Fahrzeugs können so z.B. Haltepositionen und/oder Haltezeiträume des Fahrzeugs an dem Knotenpunkt (z.B. auf einem Verkehrsweg zum Knotenpunkt) bestimmt werden.
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Alternativ oder ergänzend können die Trajektoriendaten eines Fahrzeugs direkt bestimmte Elemente einer Trajektorie umfassen. Beispielsweise können die Trajektoriendaten eines Fahrzeugs für einen Knotenpunkt ein oder mehrere Haltepositionen und/oder Haltezeiträume des Fahrzeugs an dem Knotenpunkt (z.B. auf einem Verkehrsweg zum Knotenpunkt) umfassen. Diese ausgewählten Elemente einer Trajektorie des Fahrzeugs können ggf. direkt von dem Fahrzeug ermittelt werden, und als Trajektoriendaten zur Bestimmung eines Wertes des Attributes des Knotenpunktes bereitgestellt werden. So kann die Menge an Trajektoriendaten, die von dem Fahrzeug an einen zentralen Server übermittelt werden, reduziert werden.
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Das Verfahren umfasst weiter das Vergleichen der gemessenen Verkehrssituation mit der simulierten Verkehrssituation und das Bestimmen des Werts (z.B. des Schätzwerts) des Attributes, so dass die simulierte Verkehrssituation an die gemessene Verkehrssituation angenähert wird. Somit ermöglicht es das beschriebene Verfahren einen Wert des Attributs in präziser und effektiver Weise zu ermitteln.
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Der Vergleich zwischen der gemessenen Verkehrssituation und der simulierten Verkehrssituation kann insbesondere durch Verwendung eines Vergleichsmaß zwischen der simulierten Verkehrssituation und der gemessenen Verkehrssituationen erfolgen. Somit kann der Wert des Attributs auf Basis des Vergleichsmaßes ermittelt werden.
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Eine Verkehrssituation kann ein oder mehrere statistische Verkehrsparameter umfassen. Mit anderen Worten, eine Verkehrssituation kann durch ein oder mehrere statistische Verkehrsparameter beschrieben werden. Die ein oder mehreren statistischen Verkehrsparameter können insbesondere ein (statistisches) Verhalten und/oder eine (statistische) Verteilung der Fahrzeuge an dem Knotenpunkt (z.B. an einzelnen Verkehrswegen an dem Knotenpunkt) beschreiben.
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Die ein oder mehreren statistischen Verkehrsparameter können auf Basis von gemessenen oder simulierten Trajektoriendaten ermittelt werden. Insbesondere können ein oder mehrere (gemessene) statistische Verkehrsparameter der gemessenen Verkehrssituation auf Basis der Trajektoriendaten einer Vielzahl von Fahrzeugen an dem Knotenpunkt ermittelt werden. In analoger Weise können ein oder mehrere (simulierte) statistische Verkehrsparameter der statistischen Verkehrssituation auf Basis von simulierten Trajektoriendaten einer Vielzahl von simulierten Fahrzeugen an dem Knotenpunkt ermittelt werden (insbesondere durch Durchführung einer mikroskopischen Simulation, bei der das Verhalten einzelner Fahrzeuge an dem Kontenpunkt simuliert wird).
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Das Vergleichsmaß zwischen der simulierten Verkehrssituation und der gemessenen Verkehrssituationen kann ein Vergleichsmaß zwischen den ein oder mehreren (simulierten) statistischen Verkehrsparametern der simulierten Verkehrssituation und den ein oder mehreren (gemessenen) statistischen Verkehrsparametern der gemessenen Verkehrssituation umfassen.
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Wie bereits oben dargelegt kann das Verfahren das Ermitteln einer Vielzahl von simulierten Verkehrssituationen an dem Knotenpunkt für eine entsprechende Vielzahl von angenommenen Werten des Attributs umfassen. Die Vielzahl von simulierten Verkehrssituationen (z.B. die ein oder mehreren simulierten statistischen Verkehrsparameter) kann mit der gemessenen Verkehrssituation (z.B. mit den ein oder mehreren gemessenen statistischen Verkehrsparametern) verglichen werden, um den Schätzwert des Attributs zu bestimmen. Insbesondere kann eine Vielzahl von Vergleichsmaßen zwischen der gemessenen Verkehrssituation (z.B. den ein oder mehreren gemessenen statistischen Verkehrsparametern) und der entsprechenden Vielzahl von simulierten Verkehrssituationen (z.B. den ein oder mehreren simulierten statistischen Verkehrsparametern) ermittelt werden. Der Schätzwert des Attributes kann dann aus der Vielzahl von angenommenen Werten des Attributs bestimmt oder ausgewählt werden. Insbesondere kann der Wert ausgewählt werden der einem relativ verbesserten Vergleichsmaß aus der Vielzahl von Vergleichsmaßen entspricht.
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Das Vergleichsmaß kann ein Indiz für einen Unterschied zwischen der gemessenen Verkehrssituation und der simulierten Verkehrssituationen umfassen. Beispielsweise kann das Vergleichsmaß ein Indiz für den Unterschied zwischen den gemessenen statistischen Verkehrsparametern und den simulierten statistischen Verkehrsparametern umfassen. Ein relativ großes Vergleichsmaß kann ein Indiz für einen relativ großen Unterscheid sein. Es kann der angenommene Wert für das Attribut als Schätzwert ausgewählt werden, der das Vergleichsmaß (und damit den Unterschied) reduziert. Die Verwendung eines Vergleichsmaßes ermöglicht die Verwendung eines Optimierungsverfahrens (z.B. eines Gradientenverfahrens). Dadurch kann der Rechenaufwand zur Ermittlung des Schätzwerts des Attributs reduziert werden. Insbesondere kann dadurch die Anzahl von zu ermittelnden simulierten Verkehrssituationen reduziert werden.
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Das Verfahren kann das Ermitteln von ein oder mehreren Modellparametern eines Simulationsmodells für den Knotenpunkt umfassen. Die ein oder mehreren Modellparameter können auf Basis der Vielzahl von gemessenen Trajektoriendaten und/oder auf Basis von einer digitalen Karte ermittelt werden. Die ein oder mehreren Modellparameter können konstant sein, und zur Ermittlung der Vielzahl von simulierten Verkehrssituationen verwendet werden. Die ein oder mehreren Modellparameter können ein oder mehrere umfassen von: eine Geometrie des Knotenpunkts (die z.B. anhand der digitalen Karte ermittelt werden kann), eine relative Verkehrsdichte auf der Vielzahl von Verkehrswegen des Knotenpunkts (die z.B. aus der Vielzahl von gemessenen Trajektoriendaten bestimmt werden kann), und/oder eine Manöverwahrscheinlichkeit für mögliche Manöver eines Fahrzeugs an dem Knotenpunkt (die z.B. aus der Vielzahl von gemessenen Trajektoriendaten bestimmt werden kann).
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Das Simulationsmodell kann darüber hinaus den angenommenen Wert des Attributes als weiteren Modellparameter umfassen. Wie bereits dargelegt, kann der angenommene Wert zur Ermittlung der Vielzahl von simulierten Verkehrssituationen verändert werden. Der angenommene Wert des Attributs kann somit als variabler Modellparameter verwendet werden, um das Simulationsmodell zu verändern. Eine veränderte simulierte Verkehrssituation (welche z.B. ein oder mehrere veränderte simulierte statistische Verkehrsparameter umfasst) kann dann auf Basis eines veränderten Simulationsmodells ermittelt werden. Durch die Verwendung eines veränderbaren Simulationsmodells kann gewährleistet werden, dass die verschiedenen simulierten Verkehrssituationen in präziser und effizienter Weise ermittelt werden können.
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Die simulierte Verkehrssituation und die gemessene Verkehrssituation können einen statistischen Verkehrsparameter umfassen, der das Verkehrsverhalten und/oder die Verteilung der Fahrzeuge an dem Knotenpunkt in Bezug auf das zu ermittelnde Attribut des Knotenpunkts beschreibt. Mit anderen Worten, die simulierte und gemessene Verkehrssituation kann von dem zu ermittelnden Wert des Attributs abhängen. Insbesondere kann ein (ggf. stetiger) Zusammenhang zwischen Attribut und Verkehrssituation bestehen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Vergleich der Verkehrssituationen einen Rückschluss auf den Wert des Attributs ermöglicht, und dass somit der Vergleich der Verkehrssituationen die Ermittlung des Schätzwerts des Attributs ermöglicht.
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Beispielsweise kann das zu ermittelnde Attribut eine Position einer Haltelinie eines ersten Verkehrsweges an dem Knotenpunkt umfassen. Die simulierte Verkehrssituation und die gemessene Verkehrssituation können dann einen statistischen Verkehrsparameter umfassen, der die Verteilung von Haltepositionen der Fahrzeuge auf dem ersten Verkehrsweg beschreibt.
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Das Verfahren kann zur Ermittlung von Werten einer Vielzahl von Attributen des Knotenpunkts dienen. Das Verfahren kann dann das Ermitteln der simulierten Verkehrssituation an dem Knotenpunkt für angenommene Werte für die Vielzahl von Attributen umfassen. Desweiteren können die Werte der Vielzahl von Attributen bestimmt werden, so dass die simulierte Verkehrssituation an die gemessene Verkehrssituation angenähert wird. So können in effizienter und präziser Weise die Schätzwerte einer Vielzahl von Attributen bestimmt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigt
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1 ein Flussdiagram eines beispielhaften Verfahrens zur Bestimmung eines Attributs eines Knotenpunkts;
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2 einen Vergleich einer beispielhaften simulierten Verkehrssituation und einer beispielhaften gemessenen Verkehrssituation; und
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3 einen Verlauf eines beispielhaften Vergleichsmaßes.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten und präzisen Ermittlung von ein oder mehreren Kartenattributen für eine digitale Karte. Ein beispielhaftes Kartenattribut ist z.B. die Position einer Haltelinie (oder die Haltelinienposition) an einer Straßenkreuzung und/oder die absolute Verkehrsdichte am Eingang einer Kreuzung (z.B. in Abhängigkeit von der Tageszeit und/oder von dem Wochentag). Im Folgenden wird ein Verfahren zur Ermittlung derartiger Kartenattribute beschrieben. Das Verfahren wird beispielhaft für die Kartenattribute „Haltelinienposition“ und „absolute Verkehrsdichte“ beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das in diesem Dokument beschriebene Verfahren (und die entsprechende Vorrichtung) in analoger Weise für Attribute von Knotenpunkten im Allgemeinen verwendet werden kann.
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Fahrzeuge können über das Internet mit einem zentralen Server oder einem zentralen Rechnersystem (z.B. mit einem Backendsystem) verbunden sein und Daten bereitstellen. Insbesondere können beim Überfahren einer Kreuzung durch ein Fahrzeug sogenannte Trajektorien und/oder Trajektoriendaten aufgezeichnet werden. Eine Trajektorie kann anzeigen, wo sich das Fahrzeug zu welchem Zeitpunkt befunden hat. Aus einer Trajektorie können somit eine Halteposition des Fahrzeugs und eine Verweilzeit an der Halteposition bestimmt werden. Desweiteren kann die Tageszeit und/oder der Wochentag des Überfahrens der Kreuzung in der Trajektorie festgehalten werden.
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Das Backendsystem kann somit ggf. auf eine Vielzahl von Trajektorien oder auf eine Vielzahl von Trajektoriendaten für das Überfahren einer bestimmten Kreuzung zugreifen. Daraus ergibt sich für das Backendsystem die Möglichkeit Kreuzungsparameter, wie z.B. die absolute Verkehrsdichte an Kreuzungseingängen und/oder eine Haltelinienposition zu bestimmen.
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Mit anderen Worten, die im Fahrzeug erfassten Daten (Trajektoriendaten) können über ein Kommunikationsnetz an eine zentrale Recheneinheit, das Backend, gesendet werden. Im Backend können aus diesen Daten Kreuzungsparameter extrahiert und den Fahrzeugen beispielsweise über Kartenupdates wieder zur Verfügung gestellt werden. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, einen Teil des Verfahrens lokal im Fahrzeug durchzuführen, um damit die Übertragungskosten zu reduzieren. Insbesondere können im Fahrzeug spezifische Elemente einer Trajektorie (z.B. ein oder mehrere Haltepositionen des Fahrzeugs) ermittelt werden und als kompakte Trajektoriendaten bereitgestellt werden.
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Eine Möglichkeit zur Extraktion von kontinuierlichen Parametern aus einer großen Zahl von Daten (Trajektoriendaten) sind maschinelle Lernverfahren, wie lineare Regression, nichtlineare Regression oder Support Vector Regression. Die Variablen zur Bestimmung von Kreuzungsparametern, wie z.B. von Haltepositionen, sind allerdings von sehr vielen Einflussfaktoren abhängig. Beispielsweise beeinflussen die Kreuzungsgeometrie und Topologie, sowie auch die Verkehrsdichte an Kreuzungseingängen und die Wahrscheinlichkeit von Abbiegemanövern die Halteposition eines Fahrzeugs. Aufgrund der großen Zahl von Einflussgrößen, werden sehr viele Trainingsdaten (also sehr viele Kreuzungen mit bekannten, bzw. gelabelten Parametern) für ein maschinelles Lernverfahren benötigt, was einen sehr hohen Aufwand verursachen würde.
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Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, das Verkehrsverhalten an der Kreuzung, für die weitere Attribute oder Parameter bestimmt werden sollen, zu simulieren. Für die Simulation des Verkehrsverhaltens an einer Kreuzung wird typischerweise nur eine geringe Anzahl an Trainingsdaten zur Erstellung einer korrekten Simulation benötigt. Die Durchführung einer Simulation des Verkehrsverhaltens an einer Kreuzung kann somit mit relativ geringem Aufwand und in präziser Weise erfolgen.
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Zur Ermittlung von ein oder mehreren Parametern einer Kreuzung auf der Basis einer Vielzahl von aufgezeichneten Überfahrten (z.B. GPS-Trajektorien) wird im Folgenden ein generisches Verfahren beschrieben. Dieses Verfahren basiert auf einer Simulation des Verkehrsverhaltens an Kreuzungen. 1 zeigt ein Flussdiagram eines beispielhaften Verfahrens 100 zur Ermittlung eines Attributs eines Knotenpunktes zwischen einer Vielzahl von Straßen (z.B. einer Kreuzung oder eines Kreisverkehrs). Das Verfahren 100 umfasst das Ermitteln 101 von a-priori Informationen 113 über den Knotenpunkt. Die a-priori Informationen 113 über den Knotenpunkt können z.B. auf Basis von digitalen Karten 111 ermittelt werden. Eine beispielhafte a-priori Information 113, die auf Basis einer digitalen Karte 111 ermittelt werden kann, ist z.B. die Geometrie des Knotenpunktes. Die a-priori Informationen 113 können auch als Modellparameter eines Simulationsmodells betrachtet werden.
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Alternativ oder ergänzend können a-priori Informationen (oder Modellparameter) 113 aus der Vielzahl von Trajektoriendaten 112 ermittelt werden. Die Trajektoriendaten 112 können eine Trajektorie umfassen. Wie oben dargelegt, kann eine Trajektorie darlegen, zu welcher Tageszeit und/oder an welchem Wochentag ein Fahrzeug an einem Knotenpunkt war und wie sich das Fahrzeug an diesem Knotenpunkt verhalten hat (z.B. ob es rechts/links abgebogen ist oder ob es geradeaus weitergefahren ist). Alternativ oder ergänzend können die Trajektoriendaten 112 ausgewählte Elemente einer Trajektorie umfassen (z.B. Haltepositionen und/oder Haltezeiträume).
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Bei Vorliegen einer Vielzahl von Trajektoriendaten 112 von einer Vielzahl von Fahrzeugen können daraus a-priori Informationen 113 wie z.B. eine relative Verkehrsdichte an den einzelnen Armen / Verkehrswegen des Knotenpunkts und/oder die Manöverwahrscheinlichkeiten für ein Fahrzeug (z.B. Wahrscheinlichkeit für Rechts-Abbiegen, Wahrscheinlichkeit für Links-Abbiegen und/oder Wahrscheinlichkeit für Geradeaus-Fahren) ermittelt werden.
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Das Verfahren 100 umfasst weiter das Durchführen 102 einer Verkehrssimulation. Bei der Verkehrssimulation kann es sich insbesondere um eine mikroskopische Verkehrssimulation handeln, bei der das Verhalten von einer Vielzahl von Fahrzeugen an dem Knotenpunkt simuliert wird und dadurch die Verkehrssituation an dem Knotenpunkt ermittelt wird. Die a-priori Informationen oder Modellparameter 113 ermöglichen es, den Knotenpunkt für die Simulation (d.h. das Simulationsmodell) in Bezug auf die Geometrie und in Bezug auf relative Verkehrsdichten zu beschreiben. Desweiteren ermöglichen es die a-priori Informationen, das Verhalten einzelner Fahrzeuge an dem Knotenpunkt zu simulieren (insbesondere in Bezug auf die von dem Fahrzeug an dem Knotenpunkt durchgeführten Fahrmanöver). Die Verkehrssituation kann durch ein oder mehrere statistische Verkehrsparameter beschrieben werden. Ein beispielhafter statistischer Verkehrsparameter ist z.B. eine Verteilung der Haltepositionen der Fahrzeuge an einem Arm oder Verkehrsweg des Knotenpunkts.
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Darüber hinaus können Annahmen 117 in Bezug auf ein oder mehrere nicht bekannte Attribute des Knotenpunkts gemacht werden. Mit anderen Worten, es können angenommene Werte 117 für die ein oder mehreren Attribute bestimmt werden. Insbesondere können Annahmen in Bezug auf Haltelinien und/oder absolute Verkehrsdichten des Knotenpunkts gemacht werden. Diese Annahmen 117 bzgl. der nicht bekannten Attribute können bei der Simulation berücksichtigt werden. Insbesondere kann ermittelt werden, welche Verkehrssituation an dem Knotenpunkt bei Vorliegen der Annahmen 117 beobachtet werden würde. Diese Verkehrssituation kann als simulierte Verkehrssituation 114 bezeichnet werden.
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Das Durchführen 102 einer Verkehrssimulation umfasst somit das Ermitteln einer simulierten Verkehrssituation 114 unter Berücksichtigung der a-priori Informationen (oder Modellparameter) 113 bzgl. des Knotenpunkts und unter Berücksichtigung von Annahmen 117 bzgl. ein oder mehrerer nicht bekannter Attribute des Knotenpunkts. Die Annahmen 117 können als variable Modellparameter eines Simulationsmodells betrachtet werden.
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Das Verfahren 100 umfasst weiter das Ermitteln 103 einer gemessenen Verkehrssituation 115 auf Basis der Vielzahl von Trajektoriendaten 112. Wie bereits oben dargelegt, können die Trajektoriendaten 112 Informationen bzgl. einer oder mehrerer Haltepositionen des Fahrzeugs an einem Arm (auch als Verkehrsweg bezeichnet) eines Knotenpunkts umfassen. Aus der Vielzahl von Trajektoriendaten 112 kann beispielsweise eine Verteilung der Haltepositionen der Fahrzeuge an dem Arm des Knotenpunkts ermittelt werden. Die Verteilung der Haltepositionen kann die gemessene Verkehrssituation 115 an dem Knotenpunkt wiedergeben. Mit anderen Worten, eine Verkehrssituation 114, 115 kann z.B. (unter anderem) durch eine Verteilung von Haltepositionen von Fahrzeugen an den Armen eines Knotenpunkts beschrieben werden. Diese Komponente der Verkehrssituation kann sowohl simuliert werden (zur Ermittlung der simulierten Verkehrssituation 114) als auch aus der Vielzahl von Trajektoriendaten 112 ermittelt werden (zur Ermittlung der gemessenen Verkehrssituation 115).
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Das Verfahren 100 umfasst weiter das Vergleichen 104 der simulierten Verkehrssituation 114 mit der gemessenen Verkehrssituation 115. Insbesondere kann auf Basis der simulierten Verkehrssituation 114 und der gemessenen Verkehrssituation ein Vergleichsmaß 116 errechnet werden.
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Das Verfahren 100 umfasst weiter das Ermitteln 105 eines Schätzwerts 118 für die ein oder mehreren unbekannten Attribute des Knotenpunkts. Der Schätzwert 118 kann in Abhängigkeit von dem Vergleichsmaß 116, z.B. von dem Wert oder der Höhe des Vergleichsmaßes 116, ermittelt werden. Insbesondere kann der Schätzwert 118 für die ein oder mehreren unbekannten Attribute des Knotenpunkts derart ermittelt werden, dass das Vergleichsmaß 116 reduziert (ggf. minimiert) wird.
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Die Reduzierung oder Minimierung des Vergleichsmaßes 116 kann iterativ erfolgen. Dazu können die Schritte des Durchführens 102 einer Verkehrssimulation und des Vergleichens 104 der simulierten Verkehrssituation 114 mit der gemessenen Verkehrssituation 115 für unterschiedliche Annahmen (oder angenommenen Werte) 117 bzgl. der ein oder mehreren nicht bekannten Attribute wiederholt werden. Die Annahmen (d.h. die angenommenen Werte) 117 können, z.B. mittels eines Optimierungsverfahrens, etwa eines Gradientenverfahrens, so ausgewählt werden, dass das Vergleichsmaß 116 tendenziell von einer Iteration zur nächsten reduziert wird. Bei Erreichen eines (lokalen) Minimums des Vergleichsmaßes 116 kann das iterative Verfahren abgebrochen werden. Die Schätzwerte 118 für die ein oder mehreren unbekannten Attribute können dann mit den Annahmen 117 für die ein oder mehreren unbekannten Attribute gleichgesetzt werden, welche zu dem Vergleichsmaß 116 bei Abbruch des iterativen Verfahrens geführt haben.
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2 zeigt beispielhaft eine simulierte Verkehrssituation 114 und eine gemessene Verkehrssituation 115. In dem dargestellten Beispiel wird die Verkehrssituation durch die Verteilung der Haltepositionen (relativ zu der Mitte 201 des Knotenpunkts) von Fahrzeugen an einem Knotenpunkt beschrieben. Im Allgemeinen kann eine Verkehrssituation durch ein oder mehrere statistische Verkehrsparameter beschrieben werden. Die ein oder mehreren statistischen Verkehrsparameter können eine Verteilung und/oder ein Verhalten von Fahrzeugen an dem Knotenpunkt wiedergeben. 2 zeigt weiter die tatsächliche Haltelinienposition 219, sowie die angenommene Haltelinienposition 217, die für die Ermittlung der simulierten Verkehrssituation 114 zugrunde gelegt wurde. Aus 2 ist zu sehen, dass die simulierte Verkehrssituation 114 (beschrieben durch die Verteilung der simulierten Verteilung der Haltepositionen) von der gemessenen Verkehrssituation 115 (beschrieben durch die Verteilung der gemessenen Verteilung der Haltepositionen) abweicht, was sich typischerweise in einem relativ hohen Wert für das Vergleichsmaß 116 wiederspiegelt. Das in 1 beschriebene Verfahren 100 führt dazu, dass (durch Veränderung der Annahmen 117, 217 bzgl. der Attribute, d.h. durch Veränderung der angenommenen Werte 117, 217) die simulierte Verkehrssituation 114 an die gemessene Verkehrssituation 115 angepasst oder angenähert wird. Dies führt dann dazu, dass sich auch die angenommene Haltelinienposition 217 der tatsächlichen Haltelinienposition 219 annähert, so dass ein präziser Schätzwert 118, 217 für die tatsächliche Haltelinienposition 219 bestimmt werden kann.
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3 zeigt einen Verlauf eines beispielhaften Vergleichsmaßes 116 in Abhängigkeit von den Annahmen 117 bzgl. der zu ermittelnden Attribute des Knotenpunkts. In dem dargestellten Beispiel weist das Vergleichsmaß 116 ein (absolutes) Minimum auf. Die Annahmen 117 bzgl. der zu ermittelnden Attribute am Minimum des Verlaufs des Vergleichsmaßes 116 ergeben die Schätzwerte 118 der zu ermittelnden Attribute.
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Mit anderen Worten umfasst das Verfahren 100 das Erfassen von Messdaten oder Trajektoriendaten 112 (z.B. Trajektorien) in einer Vielzahl von Fahrzeugen. Die Messdaten 112 können insbesondere die Fahrzeugposition, die Fahrzeugorientierung und die Längsgeschwindigkeit (ggf. als Funktion der Zeit) umfassen. Das Fahrzeug (oder ein externer Server) kann eingerichtet sein, charakteristische Größen des Knotenpunkts, z.B. den Abstand von Haltepositionen zum Knotenmittelpunkt 201, die Dauer von Haltepositionen, und/oder die Einfahrtsrichtung in die Kreuzung, zu extrahieren. Die extrahierten charakteristischen Größen des Knotenpunkts können dann an einen Backend-Server übermittelt werden. Durch die Extrahierung der charakteristischen Größen aus den Messdaten 112 im Fahrzeug kann ggf. die erforderliche Übertragungskapazität zwischen Fahrzeug und Backend-Server reduziert werden.
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Aus den übermittelten charakteristischen Größen können dann gemessene Merkmale oder gemessene statistische Verkehrsparameter 115 einer Verkehrssituation an dem Knotenpunkt bestimmt werden (Schritt 103). Die gemessenen Merkmale 115 können insbesondere das Verkehrsverhalten der Fahrzeuge in Zusammenhang mit den zu schätzenden Parametern oder Attributen beschreiben. Die gemessenen Merkmale oder die gemessenen statistischen Verkehrsparameter 115 können beispielsweise die Verteilungsdichte der Haltepositionen an Kreuzungseingängen umfassen. Die Verteilungsdichte kann anhand eines Histogramms oder eines Kerndichteschätzers approximiert werden. Für eine derartige Approximation ist typischerweise kein Modellwissen erforderlich, wie beispielsweise die Modellierung durch eine Gaußglocke.
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Das Verfahren 100 umfasst weiter das Simulieren 102 des Verkehrs an dem jeweiligen Knotenpunkt (z.B. an einer Kreuzung). Für die zu schätzenden Parameter oder Attribute kann jeweils ein diskreter Wertebereich festgelegt werden, wobei die Kombination aller möglichen Parameterwerte einen diskreten Parameterraum ergibt. Für jede einzelne Parameterkombination 117 kann iterativ eine Simulation durchgeführt. Als Ergebnis liegen dadurch für jede einzelne Parameterkombination simulierte Merkmale oder simulierte statistische Verkehrsparameter 114 der Verkehrssituation an dem Knotenpunkt vor. Die simulierten Merkmale oder die simulierten statistischen Verkehrsparameter 114 können insbesondere die Verteilungsdichte der Haltepositionen der Fahrzeuge umfassen.
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Das Verfahren 100 umfasst weiter das Vergleichen 104 der gemessenen Merkmale (d.h. der gemessenen statistischen Verkehrsparameter) 115 und der simulierten Merkmale (d.h. der simulierten statistischen Verkehrsparameter) 114 der Verkehrssituation. Insbesondere kann die approximierte Verteilungsdichte aus den realen Daten mit den Verteilungsdichten aus den einzelnen Simulationen verglichen werden. Zum Vergleich können statistische Verfahren, insbesondere Match Distance, Bhattcharyya, Bhattcharyya2, Histogram Intersection und entsprechende Vergleichsmaße 116 verwendet werden. Für jede einzelne Simulation mit einer bestimmten Parameterkombination 117 erhält man so ein Vergleichsmaß 116. Für das Beispiel eines eindimensionalen Parameterraums (z.B. Haltelinienposition oder absolute Verkehrsdichte) ergeben sich beispielhaft Vergleichsmaße 116 entsprechend 3. Als Schätzwert 118 für die Parameter kann sich die Parameterkombination 117 aus der Simulation ergeben, für die das minimale Vergleichsmaß 116 ermittelt wird.
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Zur Durchführung der Simulation kann ein Kreuzungsmodell oder ein Knotenpunktmodell erstellt werden. Dieses Modell kann zum einen feste Modellparameter 113 umfassen, die direkt aus den Messdaten 112 und/oder aus anderen Quellen 111 extrahiert werden können. Beispiele dafür sind relative Verkehrsdichten an den Kreuzungseingängen und Manöverwahrscheinlichkeiten, abhängig von der Tageszeit. Die Geometrie und Topologie des Knotenpunktes kann aus verfügbarem Kartenmaterial 111 extrahiert werden. Diese festen Modellparameter 113 werden nicht zwischen den Iterationen verändert und sind daher konstante Parameter. Zusätzlich enthält das Modell die zu schätzenden Parameter, welche entsprechend dem diskreten Parameterraum zwischen Iterationen verändert werden und daher variablen Parametern entsprechen.
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Ein Vorteil des in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens 100 ist die Möglichkeit, das Verfahren 100 generisch auf unterschiedliche Parameter oder Attribute eines Knotenpunkts anzuwenden. Außerdem ist es möglich, mehrere Parameter in präziser und effizienter Weise gleichzeitig zu schätzen. Desweiteren müssen zur Durchführung des Verfahrens 100 keine Heuristiken bzw. Regeln für einzelne Parameter aufgestellt werden, die zu Fehlern bei der Ermittlung der Werte der Attribute führen könnten. Außerdem werden nur relativ wenige Trainingsdaten zur Durchführung des Verfahrens 100 benötigt.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
