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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein mobiles Endgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
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Aus dem Stand der Technik sind Routenplaner für den öffentlichen Personenverkehr bekannt (Nah- und Fernverkehr), welche als kostenlose Dienstleistung der Verkehrsbetriebe über das Internet online bereitgestellt werden. Verfahren zur Routenberechnung ermitteln den besten Weg zwischen zwei oder mehreren Punkten unter Berücksichtigung gegebener Optimierungskriterien. Neben der kalkulierten Strecke und Dauer stellen Routingmodule dem Anwender vor Reiseantritt (Pre-Trip) eine detaillierte Wegbeschreibung zur Verfügung. Derartige Routenplaner sind beispielsweise von der Deutschen Bahn (www.bahn.de), dem Verkehrs- und Tarifverbund Stuttgart (www.vvs.de) sowie dem Münchner Verkehrs- und Tarifverbund (www.mvv-muenchen.de) bekannt. Für mobile Endgeräte (Smartphones) sind zusätzlich installierbare Applikationsprogramme, sogenannte Apps, verfügbar, welche dazu ausgelegt sind, die von den Verkehrsbetrieben bereitgestellten Daten in einer auf die jeweiligen Endgeräte optimierten Darstellungsform aufzubereiten und auszugeben. Der prinzipielle Funktionsumfang einer solchen App geht jedoch nicht über denjenigen einer Browser-Version hinaus.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein mobiles Endgerät bereitzustellen, welche auf Basis der von den Verkehrsbetrieben verfügbaren Fahrplandaten einen funktionalen Mehrwert schafft.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein mobiles Endgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es für den öffentlichen Personenverkehr anders als für den Individualverkehr keine durchgehende Zielführung für Reisende gibt. Im Individualverkehr wird die beste (optimale) Route zwischen zwei Punkten im Straßennetz über eine spezifische Kostenfunktion, beispielsweise die zurückgelegte Strecke oder die benötigte Reisezeit, implementiert. Je nach Anwendungsfall werden in der Praxis verschiedene Algorithmen beziehungsweise deren Kombinationen eingesetzt. Die aktuelle Uhrzeit spielt nur dann eine kalkulatorische Rolle, wenn die aktuelle oder historische Verkehrslage (Reisezeit) in die Optimierung einfließen soll. Die Zielführung überwacht kontinuierlich die aktuelle Position des Reisenden und gleicht diese mit der berechneten Route ab. Sobald der Reisende (bewusst oder unbewusst) von der vorgeschlagenen Route abweicht, wird eine erneute Routenberechnung angestoßen und die Zielführung neu gestartet. Als Datengrundlage werden entweder kommerzielle/lizenzpflichtige Datenquellen (wie HERE oder TomTom) oder crowd-sourced(open-source)-Anbieter wie (OpenStreetMap) eingesetzt. Anders als im öffentlichen Personenverkehr (ÖPV) können sich im Individualverkehr (IV) Fahrzeuge jederzeit auf dem gesamten Straßennetz frei bewegen und müssen sich daher auch nicht an Abfahrtszeiten halten. Der öffentliche Personenverkehr stützt sich hingegen auf eine angegrenzte Infrastruktur (Haltestellen, Stationen, Schienen-/Liniennetz) sowie einen regelmäßig aktualisierten Fahrplan beziehungsweise Taktzeiten.
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Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Zielführung einer Person im öffentlichen Personenverkehr aus, die ein mobiles Endgerät mitführt, mit einem Ermitteln einer Route von einer vorgebbaren Startposition zu einer vorgebbaren Zielposition, wobei zumindest eine Abfahrtszeit oder eine Ankunftszeit vorgebbar ist. Das Verfahren wird gemäß der Erfindung weitergebildet durch ein lokales Speichern von Fahrplandaten auf dem mobilen Endgerät, ein fortlaufendes Ermitteln einer Positionsinformation über einen aktuellen Standort des mobilen Endgeräts, und ein Aktualisieren der Route in Abhängigkeit der Positionsinformation auf der Basis der gespeicherten Fahrplandaten. Die Routenberechnung im öffentlichen Personenverkehr kann durch die Anwendung von sogenannten CSA-basierten Routenalgorithmen (Connection Scan Algorithms) und geeigneten Datengrundlagen wie beispielsweise sogenannten GTFS-Quellen (General Transit Feed Specification) problemlos implementiert werden. Es kann vorgesehen sein, dass das CSA-Verfahren beispielsweise auf der Basis von GTFS-Rohdaten arbeitet und zeitabhängige ÖPV-Routen berechnet. Die GTFS-Daten beinhalten für gewöhnlich die nachfolgenden (statischen) Datensätze:
- • Betreiberinformation
- • Geokodierte Haltestelleninformationen
- • Linien- und Routenverläufe
- • Abfahrts- und Ankunftszeiten (gegebenenfalls Taktzeiten)
- • Tarifstruktur/Preisinformationen (optional).
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Einige Verkehrsbetriebe, wie beispielsweise die Bay Area Rapid Transportation Agency (BART) in San Francisco stellen zudem folgende dynamische GTFS-Informationen zur Verfügung:
- • Verspätungsinformationen in Echtzeit
- • Streckenänderungen und Ersatzverkehre.
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Auf Basis der oben aufgeführten Verfahren und Datenquellen lassen sich Routingverfahren im öffentlichen Personenverkehr implementieren. Anbieter wie Google (Google Transit Directions) oder HERE (HERE Transit) stellen auf ihren Web-Portalen diese Art von Diensten bereits zur Verfügung. Stand heute hat aber keiner dieser Anbieter eine durchgehende ÖPV-Zielführung realisiert. Durch eine logische Verknüpfung von Fahrzeug- bzw. Wagennummern mit dem Fahrplan (Fahrten/Routen) können dem Fahrgast vor dem Einsteigen wichtige Informationen wie Linie, Fahrtrichtung/Ziel oder Abfahrtszeit mitgeteilt werden. Während der Zielführung kann zuverlässig erkannt werden, wenn der Reisende in ein falsches Verkehrsmittel einsteigt oder zu früh oder zu spät aussteigen sollte.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens umfasst ein Auswerten von infrastrukturabhängig bereitgestellten, zur Ermittlung der Standortposition geeigneten Signalen und/oder autark durch Inertialsensoren des mobilen Endgeräts bereitstellbaren Signalen zur Ermittlung der aktuellen Standortposition, wobei vorzugsweise mehrere der jeweils verfügbaren Signale, insbesondere alle jeweils verfügbaren Signale, zur Bestimmung einer hochgenauen Positionsinformation fusioniert werden. Eine kontinuierliche Zielführung im ÖPV erfordert, dass zu jedem Zeitpunkt der aktuelle Standort des Reisenden zuverlässig und hinreichend genau bestimmt werden kann und der Fahrgast zeitgenaue Navigationsanweisungen bekommt. Die räumlichen und zeitlichen Anforderungen einer lückenlosen Zielführung können bevorzugt wie folgt gelöst werden. In den letzten Jahren wurden unterschiedliche Ansätze verfolgt und Verfahren entwickelt, die für eine Positionsbestimmung innerhalb von Gebäuden geeignet sind. Diese Ortungsverfahren lassen sich in die folgenden drei Hauptkategorien einordnen:
- • Trilateration: Die absolute oder relative Position (Abstand) eines Objekts wird basierend auf der gemessenen Signallaufzeit und/oder Signalstärke abgeschätzt,
- • Triangulation: Abstandsmessung durch Winkelmessung innerhalb von Dreiecken, und
- • Fingerabdruck (Fingerprinting): Aufzeichnung von gemessenen (Funk-)Signalen an einem definierten Ort und zu einer bestimmten Zeit und anschließende Mustererkennung der Signalcharakteristik.
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Die eingesetzte Kommunikationstechnik ist losgelöst von diesen Kategorien zu sehen. Zu den vielversprechendsten beziehungsweise am weitesten entwickelten Technologien zählen insbesondere:
- • Wi-Fi-Fingerprinting,
- • Bluetooth Low Energy (BLE) Beacons, und
- • Visible Light Communication (VLC).
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In diesem Zusammenhang ist aus der
US 2014/0280316 A1 eine LED-Lichtquelle bekannt, welche moduliertes Licht mit einer Kennung aussendet, welches von einem Mobilgerät mittels eines eingebauten Bildsensors erfasst werden kann.
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Weitere Möglichkeiten sind beispielsweise das Mobilfunknetz (GSM/UMTS) mit einer zellbasierten Ortung (über Laufzeittrilateration, Signalstärke und Signallaufzeitmessungen) oder über eine Inertialsensorik des Smartphones durch Nutzung der in einem Smartphone integrierten Sensorik wie beispielsweise Beschleunigungssensor und Gyroskop. Jedes dieser Verfahren hat seine Vor- und Nachteile im Hinblick auf Installation, Betrieb, Wartung, Kosten, Genauigkeit oder Störungsanfälligkeit.
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Gemäß der Erfindung werden vorteilhaft Verfahren eingesetzt, die aus einer Kombination der oben aufgeführten Verfahren bestehen. Zur Lokalisierung von Personen innerhalb von Gebäuden können sowohl infrastrukturgestützte als auch autarke Verfahren zur Positionsbestimmung eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft wird die Kombination beider Verfahren eingesetzt. Die infrastrukturgestützte Positionsbestimmung wird über vorinstallierte und verorte VLC/BLE-Positionsgebern realisiert. Die infrastrukturunabhängige Positionsbestimmung wird über die Inertialsensorik des Smartphones (Gyroskop, 3D-Beschleunigungssensor, Magnetometer, Barometer) implementiert. Durch eine mehrstufige Sensorfusion lässt sich eine höhere Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Positionsinformationen erzielen. Bei der Sensorfusion werden bruchstückhafte und teilweise widersprüchliche Sensordaten in ein homogenes Gesamtbild überführt, das eine bessere Aussage über die Position gibt als die einzelnen Sensorkanäle. Sofern in offenen oder halboffenen Bereichen GPS-Signale mit einer ausreichenden Güte empfangen werden, werden die über das Smartphone empfangenen Positionsdaten ebenfalls in die Sensorfusion integriert. Um eine relativ kostengünstige infrastrukturbasierte Positionsbestimmung an öffentlichen Haltestellen und Bahnhöfen aufbauen zu können, werden elektronische Positionsgeber installiert, welche die Visible Light Communications (VLC) und Bluetooth Low Energy(BLE)-Technologien kombinieren. Der Einsatz von VLC-Technologien ermöglicht Positionsbestimmungen unter einer Sekunde und erlaubt zudem eine Lokalisierungsgenauigkeit bis in den Submeterbereich. Auf dem Markt gibt es bereits heute kostengünstige Geräte, die diese Eigenschaften als integrierte Komponente bereitstellen und sich mit geringen Installationskosten in ein vorhandenes Stromnetz integrieren lassen. Jedes Bauteil besitzt – ähnlich zur MAC-Adresse einer Netzwerkkomponente – eine eindeutige Identifikation (ID). Während der Installation wird die Position der Komponente (zum Beispiel im Mercator-Koordinatensystem) fest mit der ID verknüpft, sodass jede ID einer globalen geographischen Position zugeordnet werden kann. Die in Smartphones verbauten Kameras und integrierten Bluetooth-Receiver dienen hier als Empfänger für die ausgestrahlten Licht- und Funksignale. Die Verarbeitung und Auswertung der Signale erfolgt offline auf dem Gerät durch eine numerisch-mathematische Datenanalyse.
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Teilweise werden die zur Positionserkennung eingesetzten Geräte, insbesondere BLE-Geräte, auch als „Sensoren” bezeichnet, was dadurch berechtigt sein kann, dass Messfühler beispielsweise für bestimmte physikalische Werte wie Temperatur, Druck, Feuchte, Kohlenmono- oder -dioxidgehalt der Luft integriert sind. Auch die hier gewählte Bezeichnung Positionsgeber ist zwar anschaulich, beruht aber keinesfalls auf einer Bereitstellung von Positionsdaten, vielmehr wird eine Kennung (ID) übertragen, die quasi einen Zeiger auf einen Datenbankinhalt liefert. Durch den Zugriff auf diese Datenbank, die offline in dem mobilen Endgerät gespeichert ist, kann dadurch indirekt die Position ermittelt werden. Insofern wäre eine – wenn auch weniger anschauliche – Bezeichnung ID-Transmitter eher zutreffend.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein Nachbearbeiten der fortlaufend ermittelten Positionsinformationen mittels Partikelfilter und/oder Kalman-Filter.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens umfasst ein Erfassen einer ersten Identifikationsnummer eines an einem Haltepunkt, einem Bahn-/Bussteig oder einem routingrelevanten Kreuzungspunkt installierten stationären Positionsgebers, und ein Ermitteln der Position des stationären Positionsgebers basierend auf der ersten Identifikationsnummer und den lokal gespeicherten Fahrplandaten zur Aktualisierung der Route. Über die stationäre beziehungsweise bahnsteigseitige Positionsgeberinstallation wird der Reisende vom Bahnhofseingang bis zum korrekten Bahnsteig – die richtige Bahnsteigseite eingeschlossen – gelotst. Somit wird ausgeschlossen, dass der Fahrgast am falschen Bahnsteig auf seine Verbindung wartet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein Erfassen einer zweiten Identifikationsnummer eines in einem Fahrzeug installierten mobilen Positionsgebers, und ein Identifizieren des Fahrzeugs, in dem der mobile Positionsgeber installiert ist, und der Linie, die das Fahrzeug momentan befährt, basierend auf der zweiten Identifikationsnummer und den lokal gespeicherten Fahrplandaten zur Aktualisierung der Route. Mit Hilfe der fahrzeugintegrierten Installation von VLC/BLE-Positionsgebern wird nicht nur der aktuelle Aufenthalt eines Fahrgasts auf der Ebene eines Fahrzeugs (Zugnummer, Wagennummer, Abteil, Busnummer) ermittelt, sondern auch das Abteil (zum Beispiel 1. und/oder 2. Klasse). Über den Fahrplan wird die aktuelle Position des Reisenden rechnerisch abgeschätzt (Interpolation), auch wenn vorübergehend keine Signale aus dem Stationsbereich verwertet werden können.
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Weiterhin geht die Erfindung von einem mobilen Endgerät zur Zielführung einer Person im öffentlichen Personenverkehr aus, die das mobile Endgerät mitführt, mit einer Datenschnittstelle zum Einlesen von Fahrplandaten, einer Recheneinrichtung zum Ermitteln einer Route von einer vorgebbaren Startposition zu einer vorgebbaren Zielposition, wobei zumindest eine Abfahrtszeit oder eine Ankunftszeit vorgebbar ist. Das mobile Endgerät wird gemäß der Erfindung weitergebildet durch einen Datenspeicher mit lokal gespeicherten Fahrplandaten, wobei die Recheneinrichtung dazu ausgelegt ist, fortlaufend eine Positionsinformation über einen aktuellen Standort des mobilen Endgeräts zu ermitteln, und die Route in Abhängigkeit der Positionsinformation auf der Basis der gespeicherten Fahrplandaten zu aktualisieren.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und Merkmale sowie Ausführungsformen gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße mobile Endgerät und umgekehrt. Folglich können für Verfahrensmerkmale entsprechende Vorrichtungsmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
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1 in schematischer Darstellung eine Station mit Graphenmodell aus Kanten und Knoten,
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2 in schematischer Darstellung einen Bahnsteig mit zwei Zügen sowie stationäre und mobile Positionsgeber,
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3 in schematischer Darstellung Zielführungshinweise auf einem mobilen Endgerät, und
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4 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus einem Linienplan/Fahrplan mit beispielhafter Zuweisung von Verbindungsfahrten zu einem bestimmten Fahrzeug.
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Um eine Routenberechnung und Zielführung innerhalb von ÖPV-Stationen wie der in 1 vereinfacht dargestellten Station 10 zu ermöglichen, werden in den entsprechenden Einrichtungen (Gebäuden) infrastrukturelle Vorbereitungen durchgeführt. Da in der Regel jede ÖPV-Haltestelle ohnehin mit Licht versorgt werden muss und an ein Stromnetz (Lichtnetz) angeschlossen ist, können diese Positionsgeber kostengünstig in eine bestehende Infrastruktur integriert werden, beispielsweise durch den Austausch konventioneller Leuchtmittel. Die Positionsgeber werden an allen routenrelevanten Punkten fest installiert und deren geographische Position digital verortet beziehungsweise festgehalten.
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Zu routenrelevanten Punkten gehören insbesondere folgende Standortklassen:
- • Bahn- und Bussteige: Die Station 10 umfasst Bahnsteige 11a, 11b, 11c, 11d. Für beide Fahrtrichtungen werden Decken-Positionsgeber – idealerweise im Abstand von 10m – in das bestehende Elektro- beziehungsweise Deckenlichtnetz installiert und deren Position dreidimensionalen metrisch verortet.
- • Treppen, Rolltreppen, Aufzüge: An Aufzügen, Auf- und Abgängen zu Treppen und Rolltreppen, beispielsweise Rolltreppen 12a, 12b, 12c, 12d, 12e wird jeweils ein Positionsgeber in das bestehende Elektro- beziehungsweise Deckenlichtnetz installiert.
- • Zugänge (Ein-/Ausgänge): An jedem Stationszugang, beispielsweise an Zugängen 13a, 13b wird ein Positionsgeber in das bestehende Elektro- beziehungsweise Deckenlichtnetz integriert.
- • Knoten- und Orientierungspunkte: Für jede Station werden alle Knotenpunkte identifiziert, die relevante Kreuzungspunkte des Personenflusses widerspiegeln. An diesen Punkten wird jeweils ein Positionsgeber in das bestehende Elektro- beziehungsweise Lichtnetz installiert.
- • Unterführungen, Überführungen: An allen Auf- und Abgängen zu Unter-/Überführungen und Brücken, beispielsweise einer Brücke 14, wird genau ein Positionsgeber in das bestehende Elektro- beziehungsweise Lichtnetz installiert.
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Für die beispielhaft dargestellte Station 10 – wie auch für jede andere Station – wird ein digitales Graphenmodell („Indoor Map”) erstellt, welches alle realen Wege (Kanten) und Kreuzungen (Knoten) der Station 10 auf allen vorhandenen Ebenen 15a, 15b, 15c abbildet. Dabei ist es nicht erforderlich, dass der Grundriss digital erfasst oder aus Planungsunterlagen abgeleitet wird.
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2 zeigt einen Bahnsteig 20 mit zwei Bahnsteigseiten 20A, 20B und zwei Zügen 21, 22. In Abhängigkeit der Größe eines Verkehrsmittels (Bus, U-Bahn, Zug) werden die Fahrzeuge mit einem oder mehreren Positionsgebern pro Wagen beziehungsweise Abteil ausgestattet. Jeder Positionsgeber wird mit einer eindeutigen Identifikationsnummer ID kodiert, mit einer genauen Ortsinformation angereichert und mit einer dem jeweiligen Zug 21, 22 eindeutig zugeordneten Zugnummer (train#4711, train#0815) verknüpft. Die Positionsgeber werden in das bestehende Strom- beziehungsweise Deckenlichtnetz integriert, idealerweise werden lediglich die Leuchtmittel ausgetauscht. Ein Installationsabstand von 10 bis 20 m entspricht der praxisbewährten Reichweite von BLE-Positionsgebern.
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In einer Datenbank, dem sogenannten Backend, ist jede Identifikationsnummer ID der zugehörigen Zugnummer (train#4711, train#0815), Wagennummer (train#4711/3, train#4711/2, train#4711/1, train#0815/1, train#0815/2, train#0815/3) und somit auch einer Linie beziehungsweise Route eindeutig zugeordnet. Da der Verkehrsbetrieb für jede Route einen Fahrplan hinterlegt hat, kann ein mobiles Endgerät wie beispielsweise ein Smartphone jederzeit bestimmen, welches Verkehrsmittel (Linie) am Bus- oder Bahnsteig einfährt, wann dieses wieder abfährt und wohin diese Fahrt geht. Verspätungen können dadurch erkannt werden, dass die Identifikationsnummer ID des aktuell einfahrenden Verkehrsmittels nicht mit der planmäßigen Ankunftszeit des Verkehrsmittels übereinstimmt.
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An jedem Bahn- beziehungsweise Bussteig werden für beide Seiten, also für eine erste Bahnsteigseite 20A und eine zweite Bahnsteigseite 20B, Positionsgebern in das bestehende Elektro- beziehungsweise Deckenlichtnetz installiert und deren Position dreidimensional metrisch verortet. Die Positionsgeber werden so angeordnet, dass darüber eine eindeutige Erkennung beziehungsweise Unterscheidung der beiden Bahnsteigseiten 20A, 20B möglich ist. Eine Installation oberhalb der Bahnsteigkanten 20A, 20B maximiert den Positionsgeberabstand und erhöht die Zuverlässigkeit der Seitenerkennung. Da die VLC-Sensorik eine Positionierungsgenauigkeit im Submeterbereich ermöglicht, kann über das mobile Endgerät beziehungsweise Smartphone festgestellt werden, an welchem Steig sich der Reisende aufhält. Dargestellt sind weiterhin Positionsgeber 23, 24, 25. Diese senden jeweils ein ID-Signal 23s, 24s, 25s aus. Die Positionsgeber 25 stellen stationäre Installationen am Bahn-/Bussteig und routenrelevanten Punkten dar. Die Positionsgeber 23, 24 repräsentieren die Installationen in den Fahrzeugen beziehungsweise Wagen, also den Zügen 21 beziehungsweise 22. Somit ist beispielsweise der Positionsgeber 23 mit 76-FE-90-9F-50-DE als Identifikationsnummer ID in dem vordersten Zugteil (train#4711/1) des Zugs 21 mit train#4711 als Zugnummer installiert. Eine Person 26 hält sich im Empfangsbereich eines mobilen Positionsgebers 23 (ID: 32-17-AC-F4-F6-16), eines stationären Positionsgebers 25 (ID: AE-F5-70-8E-C2-DC) sowie zwei weiteren mobilen Positionsgebern 24 (ID: A2-FE-D5-DB-2A-BC und C4-AE-90-48-86-ED) auf.
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Da in der Regel jede ÖPV-Fahrt mit einem Fußweg zum Start- beziehungsweise endgültigen Zielpunkt verbunden ist, wird die Navigation zu einem Bahnhof beziehungsweise einer Haltestelle über konventionelle Routing- und Zielführungsverfahren auf einem Straßennetz (zum Beispiel OpenStreetMap) realisiert. Dabei wird die geographische Position des Reisenden über eine Standard GPS Positionsbestimmung plus nachgelagertem Map Matching berechnet.
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Unter Zuhilfenahme von Planungsunterlagen und gegebenenfalls Ortsbegehungen werden die routenrelevanten Knotenpunkte im dreidimensionalen Raum metrisch verortet, die mit Zusatzinformationen wie Treppe, Aufzug, Bahnsteig als zusätzlichen Attributen versehen werden. Je nach Verbindungsart werden auch die Kanten mit Entfernungen und Attributen wie Laufen, Steigen, Fahren, etc. versehen. Die Routenberechnung von einem Haltepunkt zu einem anderen erfolgt auf Basis dieses Knoten-Kanten-Modells. Damit auch bei fehlender Daten-/GSM-Verbindung zum Server zu jedem Zeitpunkt die spezifischen Attribute eines erkannten Positionsgebers (wie beispielweise Position, Bahnsteig, Linie und Wagennummer) abgefragt werden können, werden diese in Abhängigkeit des Standorts auf dem mobilen Endgerät/Smartphone zwischengespeichert. Über die empfangene Signalstärke (received-signal-strength RSS) der modulierten LED Leuchten und einer Auswertung der Smartphone-Sensorik wird die Position eines Fahrgasts im Bahnhof beziehungsweise auf dem Bus-/Bahnsteig berechnet. Eine zusätzliche Nachverarbeitung des Signals über Partikelfilter und Kalman-Filter ermöglicht es, die Bewegung einer Person zu detektieren (Tracking) und bei Stillstand ein Driften zu vermeiden.
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3 zeigt bevorzugte Ausführungsformen von Zielführungshinweisen auf einem mobilen Endgerät 30 beispielsweise in Form eines Smartphones. Die Zielführung von einem Routenpunkt, beispielsweise Bushaltestelle 31, zum nächsten, Treppe 33, kann über die Anzeige eines einfachen Navigationspfeils 32 erfolgen, der die Himmelsrichtung zum nächsten Knotenpunkt und die restlichen Laufmeter anzeigt. Dem Anwender kann auch eine Ebene (Nummer) angezeigt werden, beispielsweise für eine der Ebenen 15a, 15b, 15c.
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Die entlang eines Bahnsteigs installierten Positionsgeber 25 dienen zur Markierung beziehungsweise Lokalisierung von Haltpunkten (Stopps) und identifizieren mittels der Identifikationsnummer ID des jeweiligen Positionsgebers 25 eine Haltestelle eindeutig.
- • Sobald ein Reisender, dargestellt durch die Person 26, an seinem Einsteige- beziehungsweise Umsteigebahnsteig angekommen ist, wird ihm auf dem mobilen Endgerät 30 (Smartphone) angezeigt, wann sein nächster Anschlusszug einfahren wird, beispielsweise: „In 3 Minuten fährt auf diesem Bahnsteig ihr nächster Zug S1 nach Kirchheim ein.”
- • Sobald der richtige Zug in die Station einfährt, wird der Reisende unmittelbar darüber informiert, beispielsweise: „Ihr Zug S1 nach Kirchheim fährt ein.”
- • Sollte sich der Reisende auf dem falschen Bahnsteig befinden, wird ihm dies unmittelbar mitgeteilt, beispielsweise: „Sie befinden sich auf dem falschen Bahnsteig. Nutzen Sie bitte den Bahnsteig gegenüber.”
- • Falls der Reisende in ein falsches Verkehrsmittel einsteigen sollte, wird er mit einer entsprechenden Mitteilung darauf hingewiesen, beispielsweise: „Achtung: Sie steigen in einen anderen Zug ein. Diese Linie führt Sie nicht zu ihrem Ziel. Bitte aussteigen!”
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Ein Fahrgast gilt als eingestiegen, wenn
- • die Signalstärke des im Fahrzeug installierten VLC/BLE-Gerätes einen definierten Schwellwert überschreitet, und/oder
- • das Smartphone über die Inertialsensorik einige Schritte in Richtung Fahrzeug erkannt hat, und/oder
- • der 3D-Beschleunigungssensor des Smartphones ein definiertes Bewegungsmuster (typische Beschleunigung des Verkehrsmittels) erkennen konnte.
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Im Backendsystem ist die Identifikationsnummer ID eines jeden Positionsgebers einer eindeutigen Zugnummer und somit auch einer eindeutigen Fahrt zugeordnet. Eine Fahrt gehört zu einer definierten Route, die wiederum durch eine Linienbezeichnung identifiziert wird.
- • Eine Station vor der Umsteige- oder Zielstation wird dem Reisenden beispielsweise folgende Information mitgeteilt: „Am nächsten Halt Stadtmitte bitte in Fahrtrichtung links aussteigen”
- • Sollte der Fahrgast zu früh ausgestiegen sein, kann er mit einer entsprechenden Ansage darauf hingewiesen werden: „Sie sind zu früh ausgestiegen. Falls möglich bitte wieder in den Zug einsteigen”
- • Falls der Reisende diesem Hinweis nicht mehr folgen konnte oder zu spät ausgestiegen sein sollte, wird eine neue Route berechnet, die Zielführung neu gestartet und eine entsprechende Mitteilung generiert, beispielsweise: „Es wurde eine neue Route berechnet. Folgen Sie bitte den Anweisungen.”
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Um auch bei einer fehlenden beziehungsweise temporär unsichtbaren Positionsgeberinfrastruktur einen planmäßigen Stopp zuverlässig erkennen zu können, kann während einer Fahrt die Sensorik des Smartphones ausgewertet werden. Jede durch den 3D-Beschleunigungssensor bis zum Stillstand detektierte Fahrzeugverlangsamung kann als Haltestellenstopp gedeutet werden. Damit aber außerplanmäßige Stopps nicht als reguläre Haltepunkte an Stationen gewertet werden, können diese mit dem Fahrplan, der seit dem letzten Halt verstrichenen Fahrtzeit und der aktuellen Uhrzeit verglichen werden. Auf Basis von linienbezogenen Fahrplanauswertungen werden zu kurze und/oder lange Stopps ausgefiltert. Somit lassen sich auch ungeplante Stopps zwischen Stationen detektieren und eliminieren. Um dem Fahrgast rechtzeitig das Aus- oder Umsteigen an der nächsten Haltestelle mitteilen zu können, werden die besuchten Haltestellen gezählt und wenn möglich kontinuierlich mit den Positionsgebern an den Stationen synchronisiert.
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Es gibt eine Vielzahl wissenschaftlicher Veröffentlichungen, die aus den Sensorrohdaten eines 3D Beschleunigungssensors (3-axis accelerometer), teilweise in Kombination mit einen Kreiselkompass (Gyrometer), mit einer hohen Wahrscheinlichkeit erkennen können, mit welcher Schrittfrequenz und Geschwindigkeit ein Mensch sich bewegt. In der Fachliteratur wird auch auf 6DOF-Tracking (pitch, roll, yaw, and x, y, z displacement) verwiesen. Über die ermittelte Schrittfrequenz und die individuelle Schrittlänge (stride length) – im mitteleuropäischen Raum in der Regel zwischen 71 und 75 cm – lässt sich die zurückgelegte Distanz eines Fußgängers näherungsweise berechnen. Über dieselbe Sensorik können Treppen anhand einer verkleinerten Schrittlänge (ca. 65 cm) bei gleichzeitiger Höhenänderung (ca. +/–20°) detektiert werden. Mit einer für die praktische Anwendung hinreichenden Genauigkeit lassen sich Aussagen über das aktuelle Bewegungsprofil eines Menschen ableiten, wie beispielsweise:
- • aufwärts gehen (~93%), abwärts gehen (~97%)
- • flacher Gang (~97%)
- • Treppensteigen aufwärts (~98%), abwärts (~92%)
- • Laufen/Joggen (~91%)
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Die zugehörigen Filteroperationen und numerischen Berechnungen können auf dem Smartphone ausgeführt werden.
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Am Beispiel des Stuttgarter Verkehrsverbunds (VVS) wird aufgezeigt, welche Datengrundlagen für eine Routenberechnung beziehungsweise Zielführung im ÖPV eingesetzt werden. Die Modellierung von Streckennetzen und den zugehörigen Umsteigbeziehungen im Öffentlichen Personenverkehr stellt in der Regel keine besondere Herausforderung an die Datenrepräsentation dar, da die Netze nach bekannten Verfahren als gerichtete Graphen mit zugehörigen Kanten- und Knotenattributen modelliert werden können. Auf Basis dieser Graphen lassen Routenberechnungen mit unterschiedlichen Algorithmen ausführen.
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Eine Haltestelle definiert einen geographischen Punkt auf einer Route, der von einem oder mehreren Verkehrsmitteln planmäßig oder regelmäßig bedient wird. Idealerweise werden die Koordinaten der Haltepunkte im WGS84 System in geodezimaler Notation bereitgestellt. Fahrgäste des Öffentlichen Personenverkehrs können nur an diesen ausgewiesenen Haltestellen ein- oder aussteigen. Da eine Haltestelle in der Regel von mehreren Routen bedient wird, werden die zugehörigen Abfahrts- beziehungsweise Ankunftszeiten fahrtbezogen in einer Fahrplanstruktur abgelegt.
| ”de:8111:2235:1:1 | ”Killesberg” | ”48.79939735” ”9.17134335” |
| ”de:8111:0115:1:1” | ”Eckartshaldenweg” | ”48.79786044” ”9.18251313” |
| ”de8111:6116:1:1” | ”Stadtbibliothek” | ”48.79056984” ”9.18112565” |
| ”de:8111:6112:1:4” | ”Hauptbf (A.-Klett-Pl.)” | ”48.78306100” ”9.18126183” |
| ”de:8111:6022:1:1” | ”Schlossplatz” | ”48.77896392” ”9.17907000” |
| ”de:8111:6075:1:1” | ”Charlottenplatz” | ”48.77632312” ”9.18289738” |
| ”de:8111:6119:1:1” | ”Olgaeck” | ”48.77415999” ”9.18599145” |
| ”de:8111:0159:1:1” | ”Dobelstraße” | ”48.76981660” ”9.18602977” |
| ”de:8111:6160:1:1” | ”Bopser” | ”48.76760899” ”9.18321931” |
| ”de:8111:0163:1:1 ” | ”Weinsteige” | ”48.75485299” ”9.17474333” |
| ”de:8111:6165:1:1” | ”Degerloch” | ”48.74884607” ”9.16872313” |
| ”de:8111:2594:2:1” | ”Degerloch Albstraße” | ”48.74660524” ”9.16369808” |
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Die oben dargestellte Tabelle zeigt exemplarisch einen Ausschnitt der Haltestellen, die für die Stuttgarter Stadtbahnlinie U5 „Killesberg” Richtung „Leinfelden Bf” relevant sind. Das Kürzel „de” steht hierbei für Deutschland, „8111” kennzeichnet den Verkehrsverbund Stuttgart, die nachfolgenden vierstelligen Zahlen stellen eine eindeutige Kennung der Station bereit, die beiden weiteren Zahlen können zusätzliche Attribute wie beispielsweise die Lageinformation „oberirdisch” umfassen. Nach der Bennennung der jeweiligen Station im Klartext folgen die Geo-Koordinaten der Station im WGS84 Koordinatensystem.
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Eine Route repräsentiert eine (unidirektionale) Verbindung zwischen zwei Endpunkten (Haltestellen, Stationen), die eine Gruppierung zeitlich versetzter Einzelfahrten darstellt. Ein ÖPV-Netz besteht in der Regel aus sehr vielen Routen, die für den Fahrgast vereinfacht zu Linien zusammengefasst werden. Da Routen zu verschiedenen Tageszeiten oder Wochentagen unterschiedliche Streckenführungen, oder zumindest andere Start-(Linienbeginn) beziehungsweise Endstationen (Linienziel) haben können, müssen Routen in zeitlich segmentierte Fahrten heruntergebrochen werden.
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4 zeigt in Ausschnitten zwei zusammengehörende unidirektionale Routen (U5-A, U5-B) der Stuttgarter Stadtbahnlinie U5. Eine Fahrt wird als zeitliche Abfolge (Sequenz) von Haltestellen beziehungsweise Stationen beschrieben, die genau einer Route zugeordnet ist. Die Abfahrts- und Ankunftszeiten einer Fahrt werden über einen Fahrplan genau definiert. Die Abfahrts- beziehungsweise Ankunftszeiten einer Fahrt werden nicht an der Route oder Linie, sondern an den entsprechenden Haltestellen abgelegt. Dargestellt ist jeweils für die Starthaltestelle (Killesberg/U5-A beziehungsweise Leinfelden Bf/U5-B) ein Teil des Fahrplans (und somit auch der Fahrten) zu den zuvor aufgeführten Beispielrouten. Im mittleren Bereich der 4 ist eine beispielhafte Zuweisungstabelle von Verbindungsfahrten (Trips) auf ein bestimmtes Fahrzeug dargestellt.
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Im öffentlichen Personenverkehr legt ein Fahrplan den zeitlichen Fahrtverlauf von Verkehrsmitteln fest. Neben zeitlichen Angaben wie Ankunfts-, Halte- und Abfahrtszeiten werden in einem Fahrplan auch notwendige Angaben zur Linie und dem Linienverlauf gemacht. Bei einem Taktfahrplan wiederholen sich die Abfahrts- beziehungsweise Ankunftszeiten eines öffentlichen Verkehrssystems in periodischen Abständen, so dass sich der Fahrgast diese leichter merken kann. Die Anzahl der Abfahrten in einem bestimmten Zeitraum wird dabei als Taktfrequenz bezeichnet. Ein integraler Taktfahrplan besitzt zudem eine für alle Linien einheitliche Symmetriezeit, wodurch Umsteigezeiten bei Hin- und Rückfahrt stets gleich sind. In der Regel verkehren Linien nicht an allen 365 (366) Tagen eines Jahres (Schaltjahres) zu den gleichen Uhrzeiten beziehungsweise Wochentagen. Feiertage und Schulferien sind nur ein Beispiel für Ausnahmen im Fahrplan, die durch ein geeignetes Kalendarium korrekt abgebildet werden müssen.
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In der aktuellen GTFS Spezifikation gibt es noch keine Definition für die Zuordnung von einzelnen Verkehrsmitteln zu Routen. Über eine kompatible Erweiterung des GTFS Standard können einzelnen Fahrzeugen im Öffentlichen Personenverkehr eindeutige Nummern zugewiesen werden, beispielsweise eine Zugnummer, Wagennummer oder Busnummer. Entsprechend dem zugrundeliegenden Fahrplan weist der ÖPV Betreiber einer Fahrt genau ein Fahrzeug zu. Somit lässt sich über die Fahrzeugnummer zu jedem Zeitpunkt feststellen, welche Fahrt und somit welche Route gerade von einem Fahrzeug bedient wird. 4 zeigt exemplarisch, welche Fahrten (Trips) der Betreiber einer (fiktiven) Wagennummer (3540-4711) zugewiesen hat.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Station
- 11a, 11b, 11c, 11d
- Bahnsteig
- 12a, 12b, 12c, 12d, 12e
- Rolltreppe
- 13a, 13b
- Zugang
- 14
- Brücke
- 15a, 15b, 15c
- Ebene
- 20
- Bahnsteig
- 20A, 20B
- Bahnsteigseite
- 21, 22
- Zug
- 23, 24
- mobiler Positionsgeber
- 23s, 24s, 25s
- ID-Signal
- 25
- stationärer Positionsgeber
- 26
- Person
- 30
- mobiles Endgerät
- 31
- Bushaltestelle
- 32
- Navigationspfeil
- 33
- Treppe
- 40
- Fahrplandaten
- ID
- Identifikationsnummer
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0280316 A1 [0012]
