DE102015206593A1

DE102015206593A1 - Fahrzeug, Anordnung und Verfahren zur Analyse eines Verhaltens einer Lichtsignalanlage

Info

Publication number: DE102015206593A1
Application number: DE102015206593.6A
Authority: DE
Inventors: Valentin Protschky; Stefan Feit; Regina Glas; Philipp Oestmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2016-10-20

Abstract

Es werden ein Fahrzeug, eine Anordnung sowie ein Verfahren zur Analyse eines Verhaltens einer Lichtsignalanlage vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte:
– Ermitteln von Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) einer Vielzahl von Fahrzeugen im Bereich einer Lichtsignalanlage (1),
– Vergleichen von ersten Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) innerhalb eines ersten Zeitraumes mit zweiten Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) innerhalb eines zweiten, späteren Zeitraumes,
– Erkennen eines maximalen Grades an Übereinstimmung eines ersten Musters (I, III) und eines zweiten Musters (I, III), wobei
– das erste Muster (I, III) die ersten Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) bezüglich des ersten Zeitraumes repräsentiert und
– das zweite Muster (I, III) die zweiten Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) bezüglich des zweiten Zeitraumes repräsentiert, und
– Erkennen einer Schaltperiodendauer der Lichtsignalanlage (1) aus dem ersten Zeitraum und dem zweiten Zeitraum.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fortbewegungsmittel, eine Anordnung sowie ein Verfahren zur Analyse eines Verhaltens einer Lichtsignalanlage auf der Basis von Weg-Zeit-Informationen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Möglichkeit zur Ampelphasenprädiktion auf der Basis von Daten vergleichsweise weniger die Lichtsignalanlage (LSA) passierender Fortbewegungsmittel.
Zur optimalen und insbesondere energieeffizienten Fortbewegung eines Fahrzeugs im Straßenverkehr sind detaillierte Kenntnisse über die Schaltzeiten von Lichtsignalanlagen erforderlich. Sofern die Schaltzeiten bekannt sind, können beispielsweise besonders effiziente Motor-Start-Stopp-Verfahren implementiert werden. Zudem sind besonders zutreffende Grüne-Welle-Empfehlungen möglich. Schließlich können auch Fahrtzeiten für berechnete Routen exakter berechnet bzw. Routenempfehlungen zur fahrtzeitoptimierten Reise verbessert werden.
Bisher können Ampelprognosen nur mit Hilfe von historischen Schaltzeiten oder durch die Kenntnis der programmierten Signalisierungspläne in Verbindung mit Echtzeitinformationen aus den Controllern der Kommunen erfasst werden. Lichtsignalanlagen sind jedoch hinsichtlich ihrer Hersteller und ihrer Verwaltung sehr heterogen, weshalb viele unterschiedliche Systeme und Pläne betrachtet werden müssten, um das Verhalten der Lichtsignalanlagen der einzelnen Systeme zu erfassen. Eine im Stand der Technik bekannte Möglichkeit besteht in der Untersuchung von Überfahrtzeitpunkten aus Floating-Car-Data (Fahrzeugtrajektorien), um so zu erlernen, wie das Schaltverhalten der Lichtsignalanlage (LSA) ist. Ein entsprechendes Verfahren ist in P. Krijger, "Traffic Light Prediction for Tomtom Devices," 2013, oder V. Protschky, "On the Potential of Floating Car Data for Traffic Light Signal Reconstruction" offenbart. Es zeigt sich jedoch, dass mit den vorgenannten Verfahren zwar das Verhalten der Lichtsignalanlage grundsätzlich gelernt werden kann, jedoch viele Überfahrten einer jeweiligen Lichtsignalanlage nötig sind, um belastbare Ergebnisse zu erhalten. Die im Stand der Technik bekannten Verfahren beschränken sich auf die Erkennung von Überfahrten eines vordefinierten Punktes im Bereich einer jeweiligen Lichtsignalanlage, ohne weitere Parameter der Überfahrt zu berücksichtigen. Die erhobenen Daten könnten auch als "Ort-Zeit-Daten" bezeichnet werden. Sie können beispielsweise über Kameras, Kontaktschalter, Induktionsschleifen o.Ä. realisiert werden. Entsprechend besteht Bedarf an einem Verfahren, welches die Anzahl der für belastbare Ergebnisse erforderlichen Überfahrten verringert.
Die vorstehend identifizierte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Analyse eines Verhaltens einer Lichtsignalanlage gelöst. Die Lichtsignalanlage (auch: "Ampel") ist eingerichtet, eine Überfahrt für ein Fortbewegungsmittel (auch: „Fahrzeug“) entsprechend ihrem Signalzustand zu gewähren oder zu verwehren. In einem ersten Schritt werden Weg-Zeit-Informationen einer Vielzahl von Fahrzeugen im Bereich der Lichtsignalanlage ermittelt. Im Unterschied zum Stand der Technik sind die Weg-Zeit-Informationen als Wegpunkte bzw. Positionsinformationen des jeweiligen Fahrzeugs über der Zeit zu verstehen. Auf diese Weise repräsentieren die Weg-Zeit-Informationen ein Geschwindigkeitsprofil, welches auch als relatives Positionsprofil bezüglich der Haltelinie oder unmittelbaren Position der Lichtsignalanlage ausgestaltet sein kann. Über den Zeitpunkt der Überfahrt der Haltelinie, wie dies im Stand der Technik bereits zur Untersuchung des Schaltverhaltens einer Lichtsignalanlage verwendet wird, werden also auch Positionen vor und/oder nach der Haltelinie berücksichtigt, um das Schaltverhalten der Lichtsignalanlage zu ermitteln. In einem zweiten Schritt werden erste Weg-Zeit-Informationen innerhalb eines ersten Zeitraumes mit zweiten Weg-Zeit-Informationen innerhalb eines zweiten, späteren Zeitraumes verglichen. Mit anderen Worten werden die Weg-Zeit-Informationen bezüglich ein und derselben Lichtsignalanlage in unterschiedlichen, hintereinander liegenden Zeiträumen betrachtet. In einem weiteren Schritt wird ein maximaler Grad an Übereinstimmung eines ersten Musters und eines zweiten Musters erkannt. Das erste Muster repräsentiert die ersten Weg-Zeit-Informationen bezüglich des ersten Zeitraumes. Das zweite Muster repräsentiert die zweiten Weg-Zeit-Informationen bezüglich des zweiten Zeitraumes. Werden auf diese Weise zwei im Wesentlichen gleich aufgebaute Schaltperioden der Lichtsignalanlage miteinander verglichen und relative Start- und Endzeitpunkte als Zeitraumes einer jeweiligen Schaltperiodendauer einander entsprechend gewählt, kann anschließend aus dem ersten Zeitraum und dem zweiten Zeitraum auf eine Schaltperiodendauer der Lichtsignalanlage geschlossen werden. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Berücksichtigung der Weg-Zeit-Informationen führt zu zweidimensionalen Mustern (Geschwindigkeit über der Zeit anstatt lediglich einer Information, zu welchem Zeitpunkt ein jeweiliges Fahrzeug die Haltelinie der LSA überquert hat). Auf diese Weise können genauere Kenntnisse über die Position und die erstmalige Überfahrt der Haltelinie (Beschleunigung aus dem Stand) für die Ermittlung der Schaltperiodendauer berücksichtigt werden. Im Ergebnis sind weniger Überfahrten für eine betrachtete Lichtsignalanlage erforderlich als im Stand der Technik bekannte Verfahren erfordern.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Der erste Zeitraum und der zweite Zeitraum können bevorzugt identische Dauern aufweisen. Hierzu kann in einem ersten Schritt eine vordefinierte Schaltperiodendauer angenommen werden und beispielsweise in einem iterativen Prozess eine Anpassung der geschätzten Schaltperiodendauer bis zur Erreichung eines maximalen Grades an Übereinstimmung der beiden Muster vorgenommen werden. Übliche Dauern für Schaltperioden liegen im Bereich zwischen 40 Sekunden und 120 Sekunden, insbesondere zwischen 70 und 100 Sekunden, bevorzugt zwischen 80 und 90 Sekunden, so dass die Muster zum Zwecke des Vergleiches auf entsprechende Zeiträume zugeschnitten werden können.
Der erste Zeitraum und der zweite Zeitraum können derart zueinander positioniert gewählt werden, dass sie um ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Zeitdauer und/oder der zweiten Zeitdauer gegeneinander versetzt sind. Mit anderen Worten werden die Weg-Zeit-Informationen für eine Lichtsignalanlage in nicht-überlappende Zeitfenster zerschnitten und deren Längen angepasst, bis ein maximales Übereinstimmungsmaß der enthaltenen Trajektorienmuster gefunden wurde. Mit anderen Worten repräsentieren für den Fall einer exakt bestimmten Schaltperiodendauer die ersten x Sekunden einen ersten Schaltzustand der LSA (z.B. Grün), während darauffolgende y Sekunden einen ungleichnamigen Schaltzustand (z.B. Rot) der LSA repräsentieren. Eine solche Gesetzmäßigkeit müsste nach den im Stand der Technik verwendeten Verfahren aus einer Häufung von Überfahrten während der gesamten Dauer einer jeweiligen Phase gefunden werden, wozu eine hohe Verkehrsdichte und eine hohe Anzahl von Überfahrten pro Zeiteinheit erforderlich sind. Andernfalls versagen die im Stand der Technik bekannten Ansätze.
Weiter kann ein frühester durch die ersten und/oder die zweite Weg-Zeit-Informationen repräsentierter Zeitpunkt eines Überfahrens einer Haltelinie der Lichtsignalanlage ermittelt werden. Dieser Zeitpunkt kann auch als Anfahrzeitpunkt des vordersten, die Warteschlange an der Lichtsignalanlage anführenden Fahrzeugs verstanden werden. Zusätzlich wird eine Position der Haltelinie aus den ersten und/oder den zweiten Weg-Zeit-Informationen bestimmt. Beispielsweise kann hierzu eine geographische Position des ersten, während einer Grünphase anfahrenden Fahrzeugs, ermittelt werden und dabei angenommen werden, dass die Haltelinie vor dem Anfahren dieses Fahrzeugs unmittelbar vor dem Fahrzeug angeordnet war. Anschließend kann ein Beginn einer Grünphase der Lichtsignalanlage auf Basis dieses frühesten Zeitpunktes (Anfahrzeitpunkt) ermittelt werden. Da die Fahrzeuge an einer roten Ampel nicht zeitgleich, sondern im Mittel in einer kontinuierlich steigenden Zeitverzögerung in Abhängigkeit ihrer Warteposition anfahren, kann das sich als erstes bewegende Fortbewegungsmittel üblicherweise als dasjenige angenommen werden, welches als erstes aus dem Stand beschleunigt. Sofern geografische Positionsdaten o.Ä. für die Fahrzeuge vorliegen, kann auch der Anfahrzeitpunkt des der Haltelinie nächstgelegenen Fahrzeugs als Beginn der Grünphase ermittelt werden.
Die durch die Weg-Zeit-Informationen repräsentierten Trajektorien oder Manöver der Fahrzeuge können bevorzugt in vordefinierte Manöverklassen eingeordnet ("klassifiziert") werden. Beispiele für Manöverklassen bilden im Bereich der Lichtsignalanlage nichtstoppende Fahrzeuge ("Durchfahrt ohne Halt") und im Bereich der Lichtsignalanlage stoppende Fahrzeuge ("Rotsignal-bedingter Halt im Rahmen der Überfahrt"). Die Manöverklassen ermöglichen eine inhaltliche Strukturierung der Zeiträume, welche als Schaltperioden der LSA untersucht und bestmöglich miteinander korreliert werden. Während die aufgrund einer roten Ampel wartenden Fahrzeuge im Weg-Zeit-Diagramm ein im Wesentlichen horizontales Plateau ausbilden, steigt der entsprechende Graph der ohne Halt die LSA passierenden Fahrzeuge stark und streng monoton an. Diese Information stellt einen wertvollen Indikator für die jeweils zugehörige Ampelphase dar.
Bevorzugt können jeweilige aktuelle Fahrtrichtungen der Fahrzeuge im Bereich der LSA ermittelt werden. Dies kann beispielsweise unter Verwendung von Ortungseinrichtungen zur Routenführung erfolgen. Die jeweiligen aktuellen Fahrtrichtungen der Fahrzeuge können anschließend mit den Weg-Zeit-Informationen assoziiert werden. Auf diese Weise kann an Kreuzungen bestimmt werden, welcher Haltelinie bzw. welchem Verkehrsstrom eine jeweilige Weg-Zeit-Information zuzuordnen ist und somit bestimmt werden, mit welchen anderen Weg-Zeit-Informationen und Zeiträumen die ermittelte Information zu vergleichen ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass Weg-Zeit-Informationen unterschiedlichen Fahrtrichtungen und Ampelphasen zugehöriger Fahrzeuge miteinander vermischt betrachtet werden, so dass keine Rückschlüsse auf die Schaltperiode bzw. die Schaltperiodendauer der LSA möglich sind.
Zur Erkennung eines maximalen Grades an Übereinstimmung der Weg-Zeit-Informationen unterschiedlicher Zeiträume können unterschiedliche Algorithmen einzeln oder bevorzugt in Verbindung miteinander herangezogen werden. Beispielsweise kann ein Korrelationskoeffizient für eine Korrelation des ersten Musters mit dem zweiten Muster ermittelt werden. Je höher die Verwandtschaft der miteinander korrelierten Zeiträume bzw. je besser die Übereinstimmung der Lage korrespondierender Ampelschaltzustände innerhalb der Zeiträume, desto höher ist der Korrelationskoeffizient. Eine Maximierung des Korrelationskoeffizienten bedeutet somit eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, dass die aktuell gewählte Zeitdauer der Zeiträume der tatsächlichen Schaltperiodendauer entspricht. Alternativ oder zusätzlich kann eine minimale Varianz von zeitlichen Unterschieden zwischen Bereichen, in welchen ein erstes Manöver überwiegt, in dem ersten Zeitabschnitt mit ähnlichen Bereichen, in welchen das erste Manöver überwiegt, in dem zweiten Abschnitt ermittelt werden. Mit anderen Worten werden bei diesem Verfahren jeweils zeitliche Lagen einander entsprechender Manöver betrachtet und bei einer Lage minimaler Varianz davon ausgegangen, dass die aktuell angenommene Zeitdauer und/oder die aktuell angenommenen Zeiträume (also Zeitdauer und zeitliche Lage) der tatsächlichen Schaltperiodendauer der LSA entsprechen. Alternativ oder zusätzlich können leere Bereiche in einer Überlagerung des ersten Musters und des zweiten Musters bei unterschiedlichen relativen Positionierungen und/oder Längen des ersten Zeitraumes und des zweiten Zeitraumes ermittelt werden. Dieser Ansatz ist mit Bildanalysemethoden verwandt und zielt insbesondere darauf ab, die oberhalb horizontal verlaufender Abschnitte überlagerter Weg-Zeit-Informationen gelegenen Freiflächen zu maximieren. Da diese Bereiche normalerweise in jeder Ampelphase frei von Fahrzeugdaten bzw. übermittelten Weg-Zeit-Informationen sein sollten, können sie als Schlüssel für eine Ermittlung einer Schaltperiodendauer der LSA verwendet werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, welches einen Weg-Zeit-Sensor zur Aufnahme einer Weg-Zeit-Information nach Art eines Bewegungsprofils eingerichtet ist. Der Weg-Zeit-Sensor ermöglicht somit eine datentechnische Erfassung der Bewegung des Fahrzeugs über der Zeit. Bevorzugt weist das Fahrzeug auch einen Ortungssensor auf, welcher die Ermittlung eines aktuellen Ortes (geographische Position o.Ä.) des Fahrzeugs ermöglicht. Zudem ist eine Sendeempfangseinrichtung vorgesehen, welche eingerichtet ist, die Weg-Zeit-Informationen als Drahtlosnachricht an einen stationären Server zu senden. Die Weg-Zeit-Informationen können insbesondere mit dem optional ermittelten aktuellen Ort des Fahrzeugs assoziiert werden, um exaktere Analysen und Ergebnisse zu unterstützen. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine aktuelle Fahrtrichtung des Fahrzeugs (z.B. bezüglich einer Himmelsrichtung, eine Bewegungsrichtung bezüglich eines Straßenverlaufes o.Ä.) über den Ortungssensor ermittelt und mit den Weg-Zeit-Informationen des Fahrzeugs assoziiert werden. Die derart ermittelten bzw. kompilierten Daten können bei hinreichender Fahrzeuganzahl den Server in die Lage versetzen, die Schaltperiodendauer und andere Informationen einer von den Fahrzeugen überfahrenen Lichtsignalanlage zu ermitteln und auszusenden. Die ausgesandten Informationen können beispielsweise von wiederum anderen Fahrzeugen empfangen werden, um deren Start-Stopp-Automatik und/oder Grüne-Welle-Empfehlungen zu optimieren. Der Server kann beispielsweise von einem Fuhrparkanbieter, einem Fahrzeughersteller, einer Kommune o.Ä. betrieben werden. Für den Fall, dass eine privatrechtliche Ermittlung der Daten erfolgt, kann die Nutzung unabhängig von der Kommune oder einer anderen Betreibergesellschaft der Lichtsignalanlagen zur Verfügung gestellter Daten erfolgen. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen denjenigen des oben im Detail beschriebenen Verfahrens derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung (z.B. "Datenserver") vorgeschlagen, welche eine Kommunikationseinrichtung aufweist, die zum Empfang von Weg-Zeit-Informationen von Fahrzeugen im Bereich einer Lichtsignalanlage eingerichtet ist. Die Anordnung weist weiter einen Datenspeicher zum Speichern der Weg-Zeit-Informationen und eine Auswerteeinheit (z.B. ein programmierbarer Prozessor) auf. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, erste Weg-Zeit-Informationen innerhalb eines ersten Zeitraumes mit zweiten Weg-Zeit-Informationen innerhalb eines zweiten, späteren Zeitraumes zu vergleichen. Die ersten Weg-Zeit-Informationen können im Wesentlichen den zweiten Weg-Zeit-Informationen entsprechen bzw. einander entsprechende Manöver und Ampelphasen/Schaltzustände einer Lichtsignalanlage repräsentieren. Die Auswerteeinheit ist weiter eingerichtet, einen maximalen Grad an Übereinstimmung eines ersten Musters und eines zweiten Musters zu ermitteln, wobei das erste Muster die ersten Weg-Zeit-Informationen bezüglich des ersten Zeitraumes repräsentiert und das zweite Muster die zweiten Weg-Zeit-Informationen bezüglich des zweiten Zeitraums repräsentiert. Aus den vorgenannten Informationen ist die Auswerteeinheit eingerichtet, eine Schaltperiodendauer der Lichtsignalanlage aus dem ersten Zeitraum und dem zweiten Zeitraum zu erkennen. Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung eingerichtet, ein Verfahren gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt auszuführen. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus dieser ergebenden Vorteile entsprechen derart ersichtlich denjenigen des erstgenannten Erfindungsaspektes, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Draufsicht auf eine Kreuzung mit einer Lichtsignalanlage, durch welche ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht wird;
2 ein Überfahrts-Zeitdiagramm zur Veranschaulichung einer Schaltperiodenerkennung gemäß dem Stand der Technik;
3 eine Draufsicht auf eine Kreuzung und zugehörige Weg-Zeit-Informationen für die jeweiligen Verkehrsflüsse bzw. Fahrtrichtungen;
4 eine Detailansicht eines Diagramms enthaltend Weg-Zeit-Informationen zur Klassifikation unterschiedlicher Manöver;
5a bis 5d Diagramme veranschaulichend Dichte- bzw. Leere-Koeffizienten über der Zeit für unterschiedliche (korrekt und falsch angenommene) Schaltperiodendauern; und
6 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Analyse eines Verhaltens einer Lichtsignalanlage.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Straßenkreuzung 20 mit einer Lichtsignalanlage 1. Zum dargestellten Zeitpunkt ist die Nord-Süd-Fahrtrichtung entsprechend zweier Pfeile P1, P2 freigegeben ("Grün"), so dass die entsprechenden Haltelinien 2 wiederkehrend von Fahrzeugen 10, 11 überfahren werden. Exemplarisch ist ein Fahrzeug 10 dargestellt, welches ein Drahtlossignal S über einen Sendemasten 6 an einen Datenserver 30 kommuniziert. Der Datenserver 30 umfasst eine Auswerteeinheit 7 und einen Datenspeicher 8. Die Auswerteeinheit 7 ist zur Untersuchung von Weg-Zeit-Informationen des Fahrzeugs 10 eingerichtet und kann sowohl von diesem Fahrzeug 10 und anderen Fahrzeugen 11 empfangene Weg-Zeit-Rohdaten abspeichern als auch Ermittlungsergebnisse, welche die Schaltperiodendauer der Lichtsignalanlage 1 repräsentieren. Das Fahrzeug 10 weist einen Weg-Zeit-Sensor 4 auf, welcher auch als "Odometer" bezeichnet wird und informationstechnisch mit einem Ortungssensor 5 verbunden ist. Eine Antenne 3 repräsentiert eine Sende-Empfangs-Einrichtung, mittels welcher das Fahrzeug 10 nicht lediglich die eigene Position sowie die Weg-Zeit-Informationen an den Datenserver 30 senden, sondern auch Informationen repräsentierend die Schaltzeitpunkte der Lichtsignalanlage 1 empfangen und somit entsprechende Empfehlungen für die Nutzung einer grünen Welle ausgeben kann.
2 zeigt ein Überfahrts-Zeit-Diagramm, mittels dessen im Stand der Technik Schaltzustandsphasen I, II für Lichtsignalanlagen ermittelt werden. Während die ersten 40 Sekunden der dargestellten 90-sekündigen Schaltperiode eine zu vernachlässigende Häufigkeit für Überfahrten einer betrachteten Haltelinie zu verzeichnen sind, erfolgt eine sprunghafte Erhöhung der Überfahrten pro Zeiteinheit ab der 40. Sekunde, welche auch als „Anfahrzeitpunkt“ 9 verstanden werden kann. Bis etwa zur 66. Sekunde dauert die Grünphase I an, nach welcher die Häufigkeit von Überfahrten erneut drastisch sinkt und ab der 70. Sekunde bis zum Ende des dargestellten Zeitraums zu vernachlässigende und auf Erfassungsfehlern beruhende Werte sinkt. Da allein die Anzahl der Häufigkeit der Überfahrten die Grünphasen I von den Rotphasen II unterscheiden, sind erhebliche Verkehrsdichten über den Tag verteilt Voraussetzung dafür, dass eine sichere Detektion der vollständigen Bereiche mit hoher Überfahrtsdichte erfolgen kann.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine Straßenkreuzung, in welcher auch Weg-Zeit-Informationen D1, D2, D3, D4 in Form von Diagrammen für entsprechende Fahrtrichtungen dargestellt sind. Ein jedes Diagramm ist einer Haltelinie zugeordnet, so dass die Grünphasen I sowie die Rotphasen II der Weg-Zeit-Informationen D2, D4 bzw. die Grünphasen I und Rotphasen II der Weg-Zeit-Informationen D1, D3 einander im Wesentlichen bezüglich ihrer relativen Lage im dargestellten 90-Sekunden-Zeitraum entsprechen. Wie in 2 wird der Beginn der Grünphase I durch den Anfahrzeitpunkt 9 charakterisiert. Die steil ansteigende Charakteristik der die Grünphase repräsentierenden Manöver lässt sich bereits rein optisch besonders gut gegenüber den lange horizontale Abschnitte aufweisenden Rotphasen II unterscheiden. Die Klassifikation der vorgenannten Abschnitte der Weg-Zeit-Informationen D1 bis D4 wird in Verbindung mit 4 eingehender beschrieben.
4 zeigt Weg-Zeit-Informationen ähnlich D3 (siehe 3). Zusätzlich zu den Ampelphasen I, II werden charakteristische Muster III, IV, V hervorgehoben und nachfolgend erläutert. Im Bereich III wird die Position der Haltelinie der repräsentierten LSA gelernt. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die am weitesten vorgefahrenen Fahrzeuge direkt an die Haltelinie herangefahren sind und durch die obersten, parallelen Linien im Bereich III repräsentiert werden. Entsprechend kann die Position der Haltelinie als im Bereich der 95-Meter-Marke liegend angenommen werden. In etwa ab dem Anfahrzeitpunkt 9 schließt sich ein Bereich IV mit im Wesentlichen solchen Trajektorien an, welche durch an der LSA aus dem Stand anfahrende Fahrzeuge geprägt sind. Aus der Horizontalen gehen die Weg-Zeit-Informationen im Bereich IV in steil steigende Graphen über. Das Ende der Durchfahrt bzw. das Ende der Grünphase wird durch ohne Halt die Kreuzung zuletzt passierende Trajektorien im Bereich V gekennzeichnet. Anschließend herannahende Fahrzeuge weisen ein Verzögerungsverhalten auf, welches erneut durch im Wesentlichen waagerechte Linien gekennzeichnet ist. Gepunktet dargestellte Linien kennzeichnen eine Beschleunigung nach erfolgtem Ampelstopp. Gestrichelt dargestellte Linien repräsentieren abbremsende Linien bis zum vollständigen Halt. Fett durchgezogen dargestellte Linien kennzeichnen eine Durchfahrt ohne Ampelhalt. Dünn durchgezogen dargestellte Linien repräsentieren nicht eindeutig klassifizierbare Trajektorien bzw. Manöver.
5 zeigt vier Teildiagramme 5a, 5b, 5c, 5d, wobei die 5a und 5b auf Basis der Dichte einander entsprechender Manöver über der Zeit erstellt sind. Hierbei zeigt 5a das Ergebnis der Dichte über der Zeit für eine korrekt angenommene Umlaufzeit bzw. Schaltperiodendauer der LSA von 90 Sekunden. Die bestmögliche Überlagerung einander entsprechender Manöverabschnitte ist ein Indiz für eine korrekt angenommene Schaltperiodendauer. Demgegenüber wurde in 5b eine Überlagerung der Dichte über der Zeit für eine fälschlicherweise als 88 Sekunden angenommene Schaltperiodendauer über der Zeit aufgetragen. Sämtliche Zeitaufschnitte weisen steil ansteigende und diese kreuzende waagerechte Linien auf, ohne dass die bereits oben diskutierten Merkmale einer jeweiligen Ampelphase für den einen oder anderen Zeitpunkt überwiegen. Diese stochastische Verteilung basiert auf einer nicht mit den jeweiligen Ampelphasen übereinstimmenden Überlagerung einer Vielzahl von Weg-Zeit-Informationen.
Entsprechend zeigt 5c die Leere über der Zeit bei einer korrekt angenommenen Umlaufzeit bzw. Schaltperiodendauer von 90 Sekunden. Die Leere kann beispielsweise entsprechend einem in der Literatur als „Region growing" genannten Ansatz ermittelt werden, siehe R. Adams and L. Bischof, „Seeded region growing", Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Transactions on, vol. 16, no. 6, pp 641–647, Jun 1994. Hier ergibt sich eine starke Bündelung der steil ansteigenden Beschleunigungsphasen im mittleren Bereich des dargestellten Zeitfensters als Indiz für dessen korrekt angenommene Dauer.
Entsprechend zeigt 5d das Ergebnis des Leere-Koeffizienten für eine mit 88 Sekunden falsch angenommene Schaltperiodendauer. Wie in 5b sind auch hier keine Zeitabschnitte mit bevorzugten Manövern, sondern nahezu homogen verteilte Beschleunigungsphasen und Haltephasen erkennbar. Auch diese stochastische Verteilung basiert also auf einer nicht mit den jeweiligen Ampelphasen übereinstimmenden Überlagerung einer Vielzahl von Weg-Zeit-Informationen.
6 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Analyse eines Verhaltens einer Lichtsignalanlage. In Schritt 100 werden Weg-Zeit-Informationen als Geschwindigkeitsprofile einer Vielzahl von Fahrzeugen im Bereich einer Lichtsignalanlage ermittelt. Anschließend werden in Schritt 200 erste Weg-Zeit-Informationen innerhalb eines ersten Zeitraumes mit zweiten Weg-Zeit-Informationen innerhalb eines zweiten, späteren Zeitraumes verglichen. In Schritt 300 werden hierzu ein durch die ersten Weg-Zeit-Informationen repräsentiertes Manöver und ein durch die zweiten Weg-Zeit-Informationen repräsentiertes Manöver klassifiziert. Mit anderen Worten wird festgestellt, ob die enthaltenen Weg-Zeit-Informationen jeweils Überfahrten mit oder ohne Ampelhalt repräsentieren. In Schritt 400 werden jeweilige aktuelle Orte der Vielzahl von Fahrzeugen in Form geographischer Positionsangaben ermittelt, in Schritt 500 der jeweilige aktuelle Ort des Fahrzeugs mit den Weg-Zeit-Informationen des Fahrzeugs assoziiert und in Schritt 600 auf Basis der Ortsinformationen eine jeweilige aktuelle Fahrtrichtung der Fahrzeuge ermittelt. Die Ortsermittlung kann beispielsweise eine satellitenbasierte Ortung der Fahrzeuge umfassen. Sie kann durch die Fahrzeuge selbst vorgenommen und entsprechende Daten anschließend gemeinsam mit den Weg-Zeit-Informationen drahtlos gesendet werden. In Schritt 700 wird ermittelt, dass die Vielzahl Fahrzeuge an einer gemeinsamen Straßenkreuzung und in derselben Fahrtrichtung unterwegs sind. In Schritt 800 wird die jeweilige Fahrtrichtung der Fahrzeuge mit den Weg-Zeit-Informationen assoziiert. Dies ermöglicht eine Trennung von Weg-Zeit-Informationen für unterschiedliche Fahrtrichtungen, wodurch sich die Erkennung erheblich verbessert. In Schritt 900 wird ein maximaler Grad an Übereinstimmung eines ersten Musters und eines zweiten Musters erkannt, wobei das erste Muster die ersten Weg-Zeit-Informationen bezüglich des ersten Zeitraumes repräsentiert und das zweite Muster die zweiten Weg-Zeit-Informationen bezüglich des zweiten Zeitraumes repräsentiert. In Schritt 1000 wird anschließend eine Schaltperiodendauer der Lichtsignalanlage aus dem ersten Zeitraum und dem zweiten Zeitraum erkannt. Die korrekte Schaltperiodendauer ergibt sich auf diese Weise üblicherweise dadurch, dass sie zu einer maximalen Verwandtschaft der jeweils enthaltenen Weg-Zeit-Informationen führt. In Schritt 1100 wird ein frühester durch die ersten und die zweiten Weg-Zeit-Informationen repräsentierter Zeitpunkt eines Überfahrens einer Haltelinie der Lichtsignalanlage ermittelt und die Position der Haltelinie aus den ersten und den zweiten Weg-Zeit-Informationen ermittelt. Für eine betrachtete Grünphase kann die Position der Haltelinie üblicherweise im Bereich desjenigen Fahrzeugs angenommen werden, welches dem Mittelpunkt des betrachteten Verkehrsknotenpunktes nächstgelegen zum Stehen kommt. In Schritt 1200 wird anschließend der Beginn einer Grünphase der Lichtsignalanlage auf Basis des frühesten Anfahrzeitpunktes unter den an der LSA wartenden Fahrzeugen ermittelt.
Bezugszeichenliste

1: Lichtsignalanlage
2: Haltelinie
3: Antenne
4: Weg-Zeit-Sensor
5: Ortungssensor
6: Sendemast
7: Auswerteeinheit
8: Datenspeicher
9: Anfahrzeitpunkt
10, 11: Fahrzeug
20: Straßenkreuzung
30: Datenserver
100 bis 1200: Verfahrensschritte
I: Grünphase
II: Rotphase
III: Lernphase der Haltelinienposition
IV: Lernphase Grünstart
V: Lernphase Grünende
D1, D2, D3, D4: Weg-Zeit-Informationen
P1, P2: Pfeile
S: Drahtlossignal
t: Zeit
x: Weg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

P. Krijger, "Traffic Light Prediction for Tomtom Devices," 2013, oder V. Protschky, "On the Potential of Floating Car Data for Traffic Light Signal Reconstruction" [0003]
„Region growing“ genannten Ansatz ermittelt werden, siehe R. Adams and L. Bischof, „Seeded region growing“, Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Transactions on, vol. 16, no. 6, pp 641–647, Jun 1994 [0026]

Claims

Verfahren zur Analyse eines Verhaltens einer Lichtsignalanlage (1) umfassend die Schritte: – Ermitteln (100) von Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) einer Vielzahl von Fahrzeugen (10, 11) im Bereich einer Lichtsignalanlage (1), – Vergleichen (200) von ersten Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) innerhalb eines ersten Zeitraumes mit zweiten Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) innerhalb eines zweiten, späteren Zeitraumes, – Erkennen (900) eines maximalen Grades an Übereinstimmung eines ersten Musters (I, II, III, IV, V) und eines zweiten Musters (I, II, III, IV, V), wobei – das erste Muster (I, II, III, IV, V) die ersten Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) bezüglich des ersten Zeitraumes repräsentiert und – das zweite Muster (I, II, III, IV, V) die zweiten Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) bezüglich des zweiten Zeitraumes repräsentiert, und – Erkennen (1000) einer Schaltperiodendauer der Lichtsignalanlage (1) aus dem ersten Zeitraum und dem zweiten Zeitraum.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei – der erste Zeitraum und der zweite Zeitraum identische Dauern aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei – der erste Zeitraum und der zweite Zeitraum ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Zeitdauer und/oder der zweiten Zeitdauer gegeneinander versetzt sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche weiter umfassend – Ermitteln (1100) – eines frühesten durch die ersten und/oder die zweiten Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) repräsentierten Zeitpunktes (9) eines Überfahrens einer Haltelinie (2) der Lichtsignalanlage (1), und – einer Position der Haltelinie (2) aus den ersten und/oder den zweiten Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) und – Ermitteln (1200) eines Beginns einer Grünphase (I) der Lichtsignalanlage (1) auf Basis des frühesten Zeitpunktes (9).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche weiter umfassend – Klassifizieren (300) eines durch die ersten Weg-Zeit-Informationen repräsentierten Manövers und eines durch die zweiten Weg-Zeit-Informationen repräsentierten Manövers in vordefinierte Manöverklassen und – Ermitteln (900) des maximalen Grades an Übereinstimmung des ersten Musters (I, II, III, IV, V) und des zweiten Musters (I, II, III, IV, V).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche weiter umfassend – Ermitteln (400) eines jeweiligen aktuellen Ortes der Vielzahl von Fahrzeugen (10, 11), – Assoziieren (500) des aktuellen Ortes mit den Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) und/oder – Ermitteln (600) einer jeweiligen aktuellen Fahrtrichtung (P1) der Fahrzeuge (10, 11) und – Assoziieren (800) der jeweiligen aktuellen Fahrtrichtung (P1) der Fahrzeuge (10, 11) mit den Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche weiter umfassend – Ermitteln (700), dass die Vielzahl Fahrzeuge (10, 11) an einer gemeinsamen Straßenkreuzung (20), insbesondere in ein und derselben Fahrtrichtung (P1), unterwegs sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Erkennen (900) eines maximalen Grades an Übereinstimmung weiter ein Ermitteln – eines Korrelationskoeffizienten für eine Korrelation des ersten Musters (I, II, III, IV, V) mit dem zweiten Muster (I, II, III, IV, V), und/oder – einer minimalen Varianz von zeitlichen Unterschieden zwischen Bereichen, in welchen ein erstes Manöver überwiegt, in dem ersten Zeitabschnitt mit ähnlichen Bereichen, in welchen das erste Manöver überwiegt, in dem zweiten Zeitabschnitt und/oder – leerer Bereiche in einer Überlagerung des ersten Musters (I, II, III, IV, V) und des zweiten Musters (I, II, III, IV, V) bei unterschiedlichen relativen Positionierungen und/oder Längen des ersten Zeitraumes und des zweiten Zeitraumes umfasst.
Fahrzeug, umfassend – einen Weg-Zeit-Sensor (4), welcher zur Aufnahme einer Weg-Zeit-Information der Bewegung des Fahrzeugs (10, 11) eingerichtet ist, – einen Ortungssensor (5) zur Bestimmung eines aktuellen Ortes des Fahrzeugs (10, 11), und – eine Sendeempfangseinrichtung (3), welche eingerichtet ist, – die Weg-Zeit-Information – insbesondere mit dem aktuellen Ort, bevorzugt auch mit einer aktuellen Fahrtrichtung (P1) des Fahrzeugs (10) assoziiert – als Drahtlosnachricht (S) an einen stationären Server (30) zu senden und – eine auf Basis der Drahtlosnachricht (S) und mittels eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche vom Server (30) ermittelte Information zur Ermittlung eines Verhaltens einer Lichtsignalanlage (1) zu verarbeiten.
Anordnung umfassend – eine Kommunikationseinrichtung (6), welche zum Empfang von Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) von Fahrzeugen (10, 11) im Bereich einer Lichtsignalanlage (1) eingerichtet ist, – einen Datenspeicher (8), welcher zum Speichern der Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) eingerichtet ist und – eine Auswerteeinheit (7), welche eingerichtet ist, – erste Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) innerhalb eines ersten Zeitraumes mit zweiten Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) innerhalb eines zweiten, späteren Zeitraumes zu vergleichen, – einen maximalen Grad an Übereinstimmung eines ersten Musters (I, II, III, IV, V) und eines zweiten Musters (I, II, III, IV, V) zu ermitteln, wobei – das erste Muster (I, II, III, IV, V) die ersten Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) bezüglich des ersten Zeitraumes repräsentiert und – das zweite Muster (I, II, III, IV, V) die zweiten Weg-Zeit-Informationen (D1, D2, D3, D4) bezüglich des zweiten Zeitraumes repräsentiert, und – eine Schaltperiodendauer der Lichtsignalanlage (1) aus dem ersten Zeitraum und dem zweiten Zeitraum zu erkennen.
Anordnung nach Anspruch 10, welcher weiter eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.