DE102015212027A1

DE102015212027A1 - Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Ermitteln von Verkehrsregelungen an Straßenkreuzungen

Info

Publication number: DE102015212027A1
Application number: DE102015212027.9A
Authority: DE
Inventors: Thoralf Reis; Christian Ruhhammer; Felix Klanner; Horst Klöden
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2016-12-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Verkehrsregelungen an einer Kreuzung (1), mit folgenden Schritten: – Bereitstellen (S1) von Positions- und Bewegungsdaten von Kraftfahrzeugen (3), die die Kreuzung (1) durchfahren; – Bestimmen (S2) eines oder mehrerer Kreuzungsdurchgangspfade (15) durch die Kreuzung (1) aus den Positions- und Bewegungsdaten der Kraftfahrzeuge (3); – Extrahieren (S4) mindestens eines Messreihenmerkmals für jede Durchfahrt durch den einen oder die mehreren Kreuzungsdurchgangspfade (15); und – Zuordnen (S7) einer Verkehrsregelungsklasse zu dem einen oder den mehreren Kreuzungsdurchgangspfaden (15) mithilfe eines Klassifikationsverfahrens auf Basis des mindestens einen Messreihenmerkmals.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft das Gebiet von automatisierten Verfahren zum Extrahieren von Verkehrsinformationen aus Flottendaten.
Technischer Hintergrund
Eine Motor-Start-Stopp-Automatik bei Kraftfahrzeugen sieht vor, den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs automatisch zu stoppen, sobald das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist. Soll das Fahrzeug weiterfahren, so wird der Verbrennungsmotor automatisch wieder gestartet. Auf diese Weise kann Energie bzw. Kraftstoff eingespart werden, sofern die Dauer, während der der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist, eine Mindestdauer überschreitet.
Eine Motor-Start-Stopp-Automatik kann ohne eine robuste Prädiktion, wie lange sich ein Kraftfahrzeug vor einer Kreuzung voraussichtlich im Stillstand befinden wird, nicht optimal ausgelegt werden. Ist die Haltedauer des Kraftfahrzeugs zu kurz, benötigt der Startvorgang mehr Energie, als während des abgeschalteten Zustands eingespart werden konnte, und die Energieeffizienz wird verschlechtert. Ist dagegen bekannt, wie lange ein Kraftfahrzeug vor einer Straßenkreuzung voraussichtlich stehen wird, kann in der Motor-Start-Stopp-Automatik über eine Abschaltung des Verbrennungsmotors basierend auf der voraussichtlichen Stillstandszeit entschieden werden.
Da die voraussichtlichen Stillstandszeiten vor Straßenkreuzungen von den an der Straßenkreuzung bestehenden Verkehrsregelungen, wie beispielsweise einer Lichtsignalschaltung, einem Stoppschild, einer Vorfahrtsstraße, einer Vorfahrt-gewähren-Straße, einer Rechts-vor-Links-Regelung und dergleichen abhängt, ist folglich eine Kenntnis der Verkehrsregelungen an Straßenkreuzungen für eine effiziente Nutzung der Motor-Start-Stopp-Automatik hilfreich, da bei Kenntnis der geltenden Verkehrsregelungen die durchschnittlichen Stillstandszeiten geschätzt werden können.
Des Weiteren können Informationen zu Verkehrsregelungen an Straßenkreuzungen verwendet werden, um die durchschnittlichen Stillstandszeiten an Kreuzungen zur Realisierung einer Verbrauchsminimierung bei einer Navigation zu schätzen, da aufgrund großer Wartezeiten vor Straßenkreuzungen der Verbrauch und damit die Emissionen erheblich ansteigen können.
Es sind kamerabasierte Systeme bekannt, die Lichtsignalanlagen und Verkehrsschilder erfassen können und so Verkehrsregelungen an Kreuzungen detektieren können. Diese Systeme sind jedoch anfällig gegenüber Einflüssen aus der Fahrzeugumgebung, da Kamerasysteme eine freie Sicht voraussetzen. Verdeckt beispielsweise ein weiteres Fahrzeug ein die Verkehrsregeln angebendes Zeichen, wie beispielsweise ein Schild oder eine Lichtsignalanlage, so ist keine automatische Erkennung der Verkehrsregelung möglich. Auch muss sich das Fahrzeug in Sichtweite zur Kreuzung befinden, um die dort geltende Verkehrsregelung zu erfassen.
Heutige Systeme im Kraftfahrzeug verfügen nicht über Kartendaten mit einem Detaillierungsgrad, der Informationen zu Verkehrsregelungen an Straßenkreuzungen beinhaltet. Es müssen daher in verfügbaren Kartendaten Informationen über Verkehrsregelungen hinzugefügt werden. Beispielsweise ist aus der Druckschrift Shaohan Hu et al. "SmartRoad: A Crowd-Sourced Traffic Regulator Detection and Identification System", Information Processing in Sensor Networks (IPSN), 2013, ACM/IEEE International Conference on IEEE, 2013, bekannt, mithilfe durch ein Mobilgerät erfasste Position- und Bewegungsdaten Verkehrsregelungen für Kreuzungsüberfahrten zu erlernen. Durch die Nutzung eines Mobilgeräts besteht jedoch kein Zugriff auf die Informationen der Fahrzeugsensorik. Weiterhin werden nur Kreuzungsüberfahrten berücksichtigt, die in gerader Richtung über eine Kreuzung führen. Diese Einschränkung berücksichtigt daher nicht die große Anzahl von Abbiegungen an Kreuzungen, so dass nur ein Teil der für das Betreiben von Fahrerassistenzsystemen und zum Ermitteln von energieoptimalen Fahrstrecken benötigten Informationen zur Verfügung steht.
Auch die Druckschrift Christopher A. Pribe und Seth O. Rogers, "Learning to Associate Observed Driver Behavior with Traffic Controls", Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board 1679.1 (1999), S. 95–100, offenbart das Ermitteln von Verkehrsregelungen, wobei ebenfalls Kreuzungsüberfahrten in gerader Richtung berücksichtigt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, um Kartendaten mit Informationen zu Verkehrsregelungen zu ergänzen und für Fahrerassistenzsysteme bzw. Navigationssysteme zur Verfügung zu stellen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Bestimmen von Verkehrsregelungen an einer Kreuzung gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung und das System gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zur Bestimmung von Verkehrsregelungen an einer Kreuzung vorgesehen, mit folgenden Schritten:

– Bereitstellen von Positions- und Bewegungsdaten von Kraftfahrzeugen, die die Kreuzung durchfahren;
– Bestimmen eines oder mehrerer Kreuzungsdurchgangspfade durch die Kreuzung aus den Positions- und Bewegungsdaten der Kraftfahrzeuge;
– Extrahieren mindestens eines Messreihenmerkmals für jede Durchfahrt durch den einen oder die mehreren Kreuzungsdurchgangspfade; und
– Zuordnen einer Verkehrsregelungsklasse zu dem einen oder den mehreren Kreuzungsdurchgangspfaden mithilfe eines Klassifikationsverfahrens auf Basis des mindestens einen Messreihenmerkmals.

Insbesondere kann das Verfahren die folgenden weiteren Schritte aufweisen:

– Ermitteln eines oder mehrerer statistischer Durchgangspfadmerkmale aus den einem Kreuzungsdurchgangspfad zugeordneten Messreihenmerkmalen; und
– Zuordnen der Verkehrsregelungsklasse zu einem Kreuzungsdurchgangspfad mithilfe eines Klassifikationsverfahrens für die Durchgangspfadmerkmale.

Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, Positions- und Bewegungsdaten von einer Mehrzahl von Kraftfahrzeugen auszuwerten, um automatisiert Verkehrsregelungen an Kreuzungen zu bestimmen.
Unter einer Kreuzung werden hier zwei oder mehrere sich kreuzende Verkehrswege, wie Straßenkreuzungen, Überwege, z.B. Fahrrad- oder Fußgängerüberwege, Fahrbahnverzweigungen sowie Einmündungen von Verkehrswegen in Verkehrswege verstanden. Verkehrsregelungen an Straßenkreuzungen betreffen Regelungen für die Abwicklung des Verkehrs an den Kreuzungen. Für Kraftfahrzeuge können diese Regelungen durch eine Lichtsignalanlage, eine Kennzeichnung einer Vorfahrtsstraße, eine Kennzeichnung eines Vorfahrt-gewährens, einer Kennzeichnung einer Stoppregelung oder eine Rechts-vor-links-Regelung vorsehen umfassen.
Bei dem obigen Verfahren werden die Positions- und Bewegungsdaten der Mehrzahl der Kraftfahrzeuge gesammelt, zum Beispiel in einer Zentraleinheit, und statistisch ausgewertet, um durch eine Klassifikation die eine Kreuzung betreffenden Verkehrsregelungen zu bestimmen. Dabei wird für jeden möglichen Kreuzungsdurchgangspfad, d.h. jede mögliche Kombination aus Kreuzungseinfahrt und –ausfahrt für Kraftfahrzeuge eine Verkehrsregelung ermittelt, da für unterschiedliche Kreuzungsdurchgangspfade einer Kreuzung unterschiedliche Verkehrsregelungen existieren können bzw. in der Regel existieren. Zum Beispiel ist es möglich, dass für Rechtsabbieger an einer Straßenkreuzung mit einer Lichtsignalanlage zusätzlich eine Vorfahrt-gewähren-Regelung gültig ist („Grüner Pfeil“).
Das obige Verfahren ermöglicht das automatisierte Erlernen von Verkehrsregelungen, indem Positions- und Bewegungsdaten der Mehrzahl von Fahrzeugen statistisch ausgewertet werden und mit Hilfe eines Klassifikationsverfahrens die Verkehrsregelung für den betreffenden Kreuzungsdurchgangspfad ermittelt wird. Auf diese Weise können Verkehrsregelungen für die Kreuzungsdurchgangspfade einer Straßenkreuzung automatisiert erfasst bzw. erlernt werden, so dass es im Gegensatz zum aktuellen Stand der Technik möglich ist, eine unabhängige Klassifikation der Verkehrsregelung für die betreffenden Kreuzungsdurchgangspfade vorzunehmen.
Weiterhin kann durch die Verwendung weiterer Merkmale und Objekte in der Fahrzeugumgebung und das Beschleunigungsverhalten ein besseres Klassifikationsergebnis erzielt werden.
Neben der Ermittlung der Verkehrsregelung ist es möglich, Statistiken über ein Fahrerverhalten an Kreuzungen mit bestimmten Verkehrsregelungen, insbesondere Vorfahrtsregelungen, zu extrahieren.
Weiterhin können die Messreihenmerkmale eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen:

– Anzahl der Stopps bei der Kreuzungsdurchfahrt;
– letzte Stopp-Position des Kraftfahrzeugs während der Kreuzungsdurchfahrt;
– längste Dauer eines Stopps des Kraftfahrzeugs bei der Kreuzungsdurchfahrt;
– eine minimale Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bei der Kreuzungsdurchfahrt;
– eine Beschleunigung bei einem Anfahrvorgang nach dem Stopp bzw. nach dem längsten Stopp des Kraftfahrzeugs;
– eine maximale Anzahl der Kraftfahrzeuge vor dem eigenen Fahrzeug während des letzten Stopps vor der Kreuzungsdurchfahrt;
– eine maximale Beschleunigung nach einem Stopp im Kreuzungsbereich.

Gemäß einer Ausführungsform können die Durchgangspfadmerkmale eine oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen:

– Prozentuale Anzahl an Überfahrten mit Stopps;
– Minimale Dauer aller Stopps;
– Maximale Dauer aller Stopps;
– Varianz der Dauer aller Stopps;
– Durchschnitt der Dauer aller Stopps;
– Minimum der minimalen Geschwindigkeit aller Überfahrten;
– Maximum der minimalen Geschwindigkeiten aller Überfahrten;
– Varianz der minimalen Geschwindigkeit aller Überfahrten;
– Durchschnitt der minimalen Geschwindigkeit aller Überfahrten;
– Minimum der letzten Stoppposition eines Fahrzeugs;
– Maximum der letzten Stoppposition;
– Varianz der letzten Stoppposition;
– Durchschnitt der letzten Stoppposition;
– Minimum aller maximalen Beschleunigungen beim Anfahrvorgang;
– Maximum aller maximalen Beschleunigungen beim Anfahrvorgang;
– Varianz der maximalen Beschleunigungen beim Anfahrvorgang;
– Durchschnitt der maximalen Beschleunigungen beim Anfahrvorgang;
– Minimale Anzahl der Fahrzeuge vor dem eigenen Fahrzeug beim Stopp;
– Maximale Anzahl der Fahrzeuge vor dem eigenen Fahrzeug beim Stopp;
– Varianz der Anzahl der Fahrzeuge vor dem eigenen Fahrzeug beim Stopp; und
– Durchschnitt der Anzahl der Fahrzeuge vor dem eigenen Fahrzeug beim Stopp.

Es kann vorgesehen sein, dass die Positions- und Bewegungsdaten von Kraftfahrzeugen, die die Kreuzung durchfahren, an eine Zentraleinheit bereitgestellt werden, wobei insbesondere die Positions- und Bewegungsdaten von Kraftfahrzeugen, die der Kreuzung zugeordnet sind, aus Positions- und Bewegungsdaten von Kraftfahrzeugen ausgewählt werden.
Weiterhin können der eine oder die mehreren Kreuzungsdurchgangspfade der Kreuzung bestimmt werden, indem aus den Positions- und Bewegungsdaten von Kraftfahrzeugen, die die Kreuzung durchfahren, befahrbare Kombinationen aus Kreuzungseingängen und Kreuzungsausgängen ermittelt werden.
Insbesondere können für das Klassifikationsverfahren ein oder mehrere Klassifikatoren automatisch oder manuell bereitgestellt werden, wobei der Klassifikator zwei oder mehr als zwei der folgenden Verkehrsregelungsklassen unterscheiden:

– eine Steuerung durch Lichtsignalanlage,
– eine vorgegebene Vorfahrt, zum Beispiel angegeben durch eine entsprechende Beschilderung,
– ein vorgegebenes Vorfahrt achten, zum Beispiel angegeben durch eine entsprechende Beschilderung,
– eine Stopp-Regelung, zum Beispiel angegeben durch eine entsprechende Beschilderung, und
– eine Rechts-vor-Links-Regelung, sofern keine aktive Lichtsignalanlage oder Beschilderung vorhanden ist.

Weiterhin können die Positions- und Bewegungsdaten von Kraftfahrzeugen, die die Kreuzung durchfahren, mit einem Zeitstempel bereitgestellt werden, wobei das Extrahieren der Messreihenmerkmalen für jede Durchfahrt des einen oder der mehreren Kreuzungsdurchgangsfaden der Kreuzung für in einen vorgegebenen Zeitraum fallende Positions- und Bewegungsdaten durchgeführt wird, wobei das Zuordnen der Verkehrsregelung zu dem Kreuzungsdurchgangspfad mithilfe des Klassifikationsverfahrens für die sich aus den zeitabhängig extrahierten Messreihenmerkmalen ergebenden Durchgangspfadmerkmalen basierend auf für den betreffenden Zeitraum vorgegebenen Klassifikatoren durchgeführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Zuordnung der Kreuzungsdurchgangspfade an einer Kreuzung zu den Verkehrsregelungsklassen durch eine regelbasierte Betrachtung aller Kreuzungsdurchgangspfade der Kreuzung plausibilisiert werden.
Weiterhin kann die Zuordnung der Kreuzungsdurchgangsfahrten der Kreuzung zu entsprechenden Verkehrsregelungsklassen durch regelbasierte Betrachtung aller Kreuzungsdurchgangspfade plausibilisiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zur Bestimmung von Verkehrsregelungen an einer Kreuzung vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um:

– Positions- und Bewegungsdaten von Kraftfahrzeugen, die die Kreuzung durchfahren, zu erhalten;
– einen oder mehrere Kreuzungsdurchgangspfade durch die Kreuzung aus den Positions- und Bewegungsdaten der Kraftfahrzeuge zu bestimmen;
– mindestens ein Messreihenmerkmals für jede Durchfahrt durch den einen oder die mehreren Kreuzungsdurchgangspfade zu extrahieren;
– eine Verkehrsregelungsklasse zu dem einen oder den mehreren Kreuzungsdurchgangspfaden mithilfe eines Klassifikationsverfahrens auf Basis des mindestens einen Messreihenmerkmals zuzuordnen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Kreuzung mit mehreren Kreuzungsdurchgangspfaden;
2 eine schematische Darstellung eines Systems zur Erfassung von Positions- und Bewegungsdaten eines Kraftfahrzeugs;
3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Ermittlung von Verkehrsregelungen an einer Straßenkreuzung für alle Kreuzungsdurchgangspfade;
4 eine Darstellung zur Ermittlung eines Kreuzungsmittelpunktes als Referenz;
5 ein Diagramm zur Darstellung eines Beschleunigungsverhaltens an Kreuzungen mit verschiedenen Arten von Verkehrsregelungen; und
6 eine Veranschaulichung der Erkennung von Merkmalen die Fahrzeugumgebung betreffend.
Beschreibung von Ausführungsformen
In 1 ist eine Kreuzung 1 in Form einer Straßenkreuzung dargestellt. Die Kreuzung 1 kann hierin sowohl zwei oder mehrere sich kreuzende Verkehrswege, wie z.B. Fahrbahnen, Fahrbahnverzweigungen und -einmündungen sowie Überwege, wie z.B. Fahrrad- oder Fußgängerüberwege umfassen. Die in 1 dargestellte Kreuzung 1 enthält eine Anzahl von Kreuzungseingängen 11 sowie Kreuzungsausgängen 12, die jeweils durch eine oder mehrere Fahrspuren 13 für Kraftfahrzeuge gebildet sein können. Durch Markierungen 14 kann einem Fahrer eines Kraftfahrzeugs angezeigt werden, auf welchem oder welchen Kreuzungsdurchgangspfaden 15 dieser die Kreuzung 1 durchfahren kann bzw. soll. So können Pfeile auf der jeweiligen Fahrspur 13 vorgeben, welchen Kreuzungsausgang 12 aus der Kreuzung 1 ein Fahrer befahren soll.
Für Kreuzungen 1 ist in der Regel eine Verkehrsregelung vorgegeben, die beispielsweise durch eine Lichtsignalanlage, eine Beschilderung oder durch gesetzliche Regelungen, wie beispielsweise die Straßenverkehrsordnung, vorgegeben sein können. So können beispielsweise das Befahren der Kreuzung 1 durch eine Schaltung der Lichtsignalanlage, durch eine Vorfahrt anzeigende Beschilderung, eine Beschilderung des Beachtens der Vorfahrt, eine Beschilderung mit einem Stoppschild oder durch eine Rechts-vor-lins-Regel bestimmt sein.
In Kartendaten, die üblicherweise Fahrerassistenzsystemen und Navigationssystemen bereitgestellt werden, sind die Verkehrsregelungen an Straßenkreuzungen in der Regel nicht enthalten. Es ist daher zur Verbesserung der Funktion von Fahrerassistenzsystemen, wie beispielsweise zur Realisierung einer Motor-Start-Stopp-Funktion oder einer Navigationsfunktion mit einer verbesserten verbrauchsoptimierten Fahrstreckenermittlung notwendig, zusätzliche Verkehrsregelungsinformationen für Straßenkreuzungen zur Verfügung zu stellen. Für die Motor-Start-Stopp-Automatik ist beispielsweise die Kenntnis einer durchschnittlichen Stillstandszeit vor einer Kreuzung notwendig, um über ein automatisches Abschalten des Verbrennungsmotors entscheiden zu können. Für die verbrauchsoptimierte Ermittlung einer Fahrstrecke in einem Navigationssystem kann die Kenntnis einer durchschnittlichen Kreuzungsdurchfahrzeit, d.h. der Zeit, die ein die Kreuzung durchfahrendes Fahrzeug voraussichtlich benötigt, hilfreich sein.
In 2 ist schematisch ein System dargestellt, mit dem kreuzungsrelevante Daten erfasst werden können. Das System umfasst ein Kraftfahrzeug 3, das mit einer Positionserfassungseinheit 31 zur Erfassung einer geographischen Position des Kraftfahrzeugs 3 versehen ist. Die Positionserfassungseinheit 31 kann beispielsweise einen GPS-Empfänger oder dergleichen aufweisen, um globale Positionsdaten des Kraftfahrzeugs 3 zu erfassen und darüber hinaus Bewegungsdaten bereitzustellen, die beispielsweise Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs 3 und dergleichen umfassen können und die z.B. aus Änderungen der globalen Positionsdaten ermittelt werden können.
Weiterhin kann das Kraftfahrzeug 3 mit einer Sende-/Empfangseinheit 32 versehen sein, um die Positionsdaten des Kraftfahrzeugs 3 zusammen mit einem Zeitstempel über die Erfassungszeit an eine fahrzeugexterne Zentraleinheit 4 zu übermitteln. Weiterhin kann ein Kamerasystem 33 vorgesehen sein, um Umfeldinformationen aus der Fahrzeugumgebung zu erfassen und diese ebenfalls an die fahrzeugexterne Zentraleinheit 4 zu übermitteln.
Die Zentraleinheit 4 umfasst eine Verarbeitungseinheit 41, einen Flottendatenspeicher 43 und einen digitalen Kartenspeicher 42. Der digitale Kartenspeicher 42 umfasst in elektronischer Form gespeicherte Kartendaten, aus denen sich Positionen von Kreuzungen ermitteln lassen, so dass damit anhand der von dem Kraftfahrzeug 3 übermittelten Positionsdaten eine Annäherung bzw. ein Durchfahren einer Kreuzung erkannt werden kann.
In dem Flottendatenspeicher 43 werden die von den Kraftfahrzeugen 3 übermittelten Positions- und Bewegungsdaten des Kraftfahrzeugs 3 gemeinsam mit dem entsprechenden Zeitstempel in geeigneter Weise gespeichert. Auf diese Weise können an die Zentraleinheit 4 von einer Menge von Kraftfahrzeugen 3 Positions- und Bewegungsdaten mit ihren jeweiligen Zeitbezügen übermittelt und in dem Flottendatenspeicher 43 abgespeichert werden.
Zur Durchführung von bestimmten Funktionen im Fahrerassistenzsystem kann eine Information über die geltenden Verkehrsregelungen an einer vorausliegenden Kreuzung benötigt werden. Insbesondere können die Verkehrsregelung für jeden der Kreuzungsdurchgangspfade einer auf der Fahrstrecke vorausliegenden Kreuzung benötigt werden. Beispielsweise können als Fahrerassistenzfunktionen eine Vorfahrtswarnfunktion, eine intelligente Motor-Start-Stopp-Automatik und/oder eine optimierte energieverbrauchseffiziente Navigationsfunktion auf solche Verkehrsregelungsinformationen zurückgreifen.
Durch die Verarbeitungseinheit 41 können durch Auswerten von Flottendaten aus dem Flottendatenspeicher 43 Regelmäßigkeiten beim Durchfahren der Kreuzung 1 aus den Kreuzungsdurchgangsfahrten 15 ermittelt werden, indem jedem der Kreuzungsdurchgangspfade eine bestimmte Verkehrsregelung zugeordnet werden kann. Dazu kann in der Verarbeitungseinheit 41 ein Verfahren ausgeführt werden, wie es in dem Flussdiagramm der 3 dargestellt ist.
Zunächst werden im Schritt S1 Positions- und Bewegungsdaten von einer Menge von Kraftfahrzeugen 3 ermittelt, an die Zentraleinheit 4 übermittelt und in dem Flottendatenspeicher 43 gespeichert. Die Erfassung der Daten in den Kraftfahrzeugen 3 kann kontinuierlich erfolgen. Jedes sich in Bewegung befindliche Kraftfahrzeug 3 übermittelt daher Positions- und Bewegungsdaten mit einem entsprechenden Zeitstempel, so dass sich die gefahrene Fahrstrecke (Trajektorie) des betreffenden Kraftfahrzeugs aus der Abfolge der übermittelten Positions- und Bewegungsdaten ergibt.
In Schritt S2 werden für eine vorgegebene Kreuzung relevante Positions- und Bewegungsdaten von denjenigen Kraftfahrzeugen ausgewählt, die eine Trajektorie über eine Kreuzungsdurchgangsfahrt der betreffenden Kreuzung enthalten. Die relevanten Positions- und Bewegungsdaten werden anhand einer örtlichen Nähe des die Kreuzung durchfahrenden Kraftfahrzeugs anhand der betreffenden Positions- und Bewegungsdaten ermittelt. Es ergeben sich eine Menge von Datensätzen, die jeweils eine Fahrt eines Kraftfahrzeugs durch einen Kreuzungsdurchgangspfad der betreffenden Kreuzung angeben.
In Schritt S3 wird auf Basis der ausgewählten Daten für die betreffende Kreuzung eine Basisgeometrie der Kreuzung beschrieben. Die Beschreibung umfasst Kombinationen von möglichen Kreuzungseinfahrten 11 und Kreuzungsausfahrten 12, durch die die Kreuzungsdurchgangspfade 15 bestimmt sind. Für jeden Kreuzungsdurchgangspfad 15 kann eine bestimmte Trajektorie ermittelt werden, die z.B. den Mittelwerten sämtlicher Kreuzungsdurchfahrten entspricht.
Zur besseren Vergleichbarkeit mehrerer Kreuzungen und deren Kreuzungsdurchgangspfade wird jeweils ein Mittelpunkt der Kreuzung auf die einzelnen Kreuzungsdurchgangspfade projiziert. Entlang eines Kreuzungsdurchgangspfades ergibt sich eine eindimensionale Koordinate, sobald der projizierte Mittelpunkt als Referenzpunkt verwendet wird. Jeder weitere beliebige Punkt kann auf einen Kreuzungsdurchgangspfad projiziert werden. In 4 sind zwei beispielhafte Kreuzungsdurchgangspfade D1, D2 durch eine Kreuzung 1 mit projiziertem Kreuzungsmittelpunkt M als Referenz dargestellt.
In Schritt S4 werden für jede Kreuzungsdurchfahrt eines Kraftfahrzeugs über einen Kreuzungsdurchgangspfad ein oder mehrere Messreihenmerkmale extrahiert. Die Messreihenmerkmale können ein oder mehrere der folgenden Parameter betreffen:

Insbesondere die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs nach einem Stopp im Kreuzungsbereich bei einem Anfahrvorgang und/oder die Anzahl der Kraftfahrzeuge in der Fahrzeugumgebung während des letzten Stopps vor der Kreuzungsdurchfahrt sind Merkmale, die eine bessere Klassifizierung zur Ermittlung der an der betreffenden Kreuzung herrschenden Verkehrsregelung ermöglichen.
Die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs nach einem Stopp im Kreuzungsbereich wird dadurch bestimmt, dass, sofern eine Messreihe, d.h. ein einer Kreuzungsdurchfahrt zugeordneter Datensatz, mindestens einen Stoppvorgang beinhaltet, nach diesem Stopp so lange die Beschleunigung aus Informationen der Fahrzeugdynamik bestimmt wird, solange diese ansteigt und der sich daraus ergebende maximale Beschleunigungswert zwischengespeichert. Der Vorgang wird für alle Anhaltevorgänge einer jeweiligen Kreuzungsdurchfahrt wiederholt und daraus die maximale Beschleunigung der jeweiligen Kreuzungsdurchfahrt bestimmt.
Bei verschiedenen Verkehrsregelungen kann dieses Merkmal eine verbesserte Klassifizierung zur Bestimmung der tatsächlich geltenden Verkehrsregelung an den betreffenden Kreuzungen ermöglichen. Beispielsweise ist in 5 das Beschleunigungsverhalten von zwei beispielhaften Kreuzungsdurchgangsfahrten an Kreuzungen mit verschiedenen Verkehrsregelungsarten dargestellt.
Die Kurve K1 zeigt einen Verlauf von durchschnittlichen Beschleunigungswerten von einer einen ersten Kreuzungsdurchgangspfad betreffenden Messreihe mit einer Vorfahrt-gewähren-Regelung entlang des ersten Kreuzungsdurchgangspfades, während die Kurve K2 einen Verlauf von durchschnittlichen Beschleunigungswerten von einer einen zweiten Kreuzungsdurchgangspfad betreffenden Messreihe angibt, wobei der zweite Kreuzungsdurchgangspfad durch eine Lichtsignalanlage gesteuert ist. Man erkennt, dass das Beschleunigungsverhalten von Kraftfahrzeugen von der Verkehrsregelung der Kreuzungsdurchgangspfade abhängt und dieses daher als Klassifikationsmerkmal dienen kann.
Das Merkmal der maximalen Anzahl der Fahrzeuge vor dem eigenen Fahrzeug während des letzten Stopps vor der Kreuzungsdurchfahrt kann durch eine Umfeldsensorik, wie beispielsweise das Abstandsradar, eine Kamera und/oder dergleichen, ermittelt werden. Auf Basis der ermittelten Anzahl der Objekte im Fahrzeugumfeld wird das Messreihenmerkmal der maximalen Anzahl der Fahrzeuge vor dem eigenen Fahrzeug während des letzten Stopps bestimmt.
In 6 ist die Ermittlung dieses Merkmals anschaulich dargestellt. Das ausgefüllte Rechteck repräsentiert dabei ein Fahrzeug 20, das die Daten erfasst, und die nicht ausgefüllten Rechtecke sind erkannte, valide Objekte 21, wie beispielsweise weitere Kraftfahrzeuge zwischen der Kreuzungsdurchfahrt 15 und dem datenerfassenden Kraftfahrzeug. Es werden diejenigen weiteren Kraftfahrzeuge ermittelt, die sich innerhalb eines in der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs definierten Korridors befinden. Während der gesamten Zeitdauer des Stopps wird die maximale Anzahl der vorausliegenden erkannten Objekte ermittelt und als Messreihenmerkmal bereitgestellt.
In Schritt S5 werden statistische Durchgangspfadmerkmale für jeden Kreuzungsdurchgangspfad ermittelt. Dazu werden aus allen verwendeten Messreihenmerkmalen, die einem Kreuzungsdurchgangspfad zugeordnet werden können, durch statistische Auswertung Durchgangspfadmerkmale erzeugt. Die statistische Auswertung der Durchgangspfadmerkmale ermöglicht es, die Auswirkung von Ausreißern zu minimieren, die beispielsweise dadurch entstehen können, dass bei Kreuzungsdurchgangspfaden die gültige Verkehrsregelung ignoriert wurde. Die verwendeten statistischen Durchgangspfadmerkmale können insbesondere eines oder mehrere der folgenden umfassen:

– Prozentuale Anzahl an Überfahrten mit Stopps;
– Minimale Dauer aller Stopps;
– Maximale Dauer aller Stopps;
– Varianz der Dauer aller Stopps;
– Durchschnitt der Dauer aller Stopps;
– Minimum der minimalen Geschwindigkeit aller Überfahrten;
– Maximum der minimalen Geschwindigkeiten aller Überfahrten;
– Varianz der minimalen Geschwindigkeit aller Überfahrten;
– Durchschnitt der minimalen Geschwindigkeit aller Überfahrten;
– Minimum der letzten Stoppposition eines Kraftfahrzeugs;
– Maximum der letzten Stoppposition;
– Varianz der letzten Stoppposition;
– Durchschnitt der letzten Stoppposition;
– Minimum aller maximalen Beschleunigungen beim Anfahrvorgang;
– Maximum aller maximalen Beschleunigungen beim Anfahrvorgang;
– Varianz der maximalen Beschleunigungen beim Anfahrvorgang;
– Durchschnitt der maximalen Beschleunigungen beim Anfahrvorgang;
– Minimale Anzahl der Kraftfahrzeuge vor dem eigenen Kraftfahrzeug beim Stopp;
– Maximale Anzahl der Kraftfahrzeuge vor dem eigenen Kraftfahrzeug beim Stopp;
– Varianz der Anzahl der Kraftfahrzeuge vor dem eigenen Kraftfahrzeug beim Stopp; und
– Durchschnitt der Anzahl der Kraftfahrzeuge vor dem eigenen Kraftfahrzeug beim Stopp.

In Schritt S6 können die Durchgangspfadmerkmale dazu verwendet werden, einen Klassifikator automatisch anzulernen oder bereitzustellen. Der Klassifikator kann zwischen zwei oder mehr als zwei der folgenden Verkehrsregelungsklassen für jeden Kreuzungsdurchgangspfad unterscheiden:

– Steuerung durch Lichtsignalanlage,
– vorgegebene Vorfahrt, zum Beispiel angegeben durch eine entsprechende Beschilderung,
– vorgegebenes Vorfahrt-achten, zum Beispiel angegeben durch eine entsprechende Beschilderung,
– Stopp-Regelung, zum Beispiel angegeben durch eine entsprechende Beschilderung, und
– Eine Rechts-vor-Links-Regelung, sofern keine aktive Lichtsignalanlage oder Beschilderung vorhanden ist.

Die Verkehrsregelungen können manuell in Verkehrsregelungsklassen klassifiziert werden, zum Beispiel durch einen Experten, die den maschinellen Lernvorgang als Trainings- und Validierungsdaten zur Verfügung stehen. Für das automatische Training des Klassifikators können bekannte Klassifikationsverfahren, wie Random Forest oder neuronale Netze, verwendet werden.
Steht ein trainierter Klassifikator zur Verfügung, wird dieser in Schritt S7 für weitere Kreuzungsdurchgangspfade an derselben und/oder weiteren Kreuzungen angewendet. Der Klassifikator ordnet dabei dem jeweiligen Kreuzungsdurchgangspfad eine der genannten Verkehrsregelungsklassen zu. Die Zuordnung erfolgt dabei vorzugsweise probabilistisch, also unter Verwendung von Wahrscheinlichkeiten.
Weiterhin ist es möglich, dass sich die Verkehrsregelung an einer Kreuzung abhängig von der Tageszeit ändert. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn eine Lichtsignalanlage nur tagsüber aktiv ist. In diesem Fall kann die Klassifikation zeitabhängig durchgeführt werden, d.h. die extrahierten Merkmale werden entsprechend ihrer Zeitstempel sortiert und beispielsweise in Zeitabschnitten stundenweise über Werk- und Wochenendtage gruppiert. Daraufhin erfolgt für jedes Zeitfenster eine separate Klassifikation, so dass sich eine zeitabhängige Zuordnung ergibt.
Sind den Kreuzungsdurchgangsfahrten einer Kreuzung entsprechende Verkehrsregelungsklassen zugeordnet, kann in Schritt S8 eine Plausibilisierung und eine Verbesserung der Klassifikation durch regelbasierte Betrachtung aller Kreuzungsdurchgangspfade durchgeführt werden. Es tritt beispielsweise in der Praxis nicht auf, dass eine Kreuzung an drei Kreuzungseinfahrten von einer Lichtsignalanlage reguliert wird und eine weitere Kreuzungseinfahrt einer Vorfahrtsstraße entspricht. Ist dies das Ergebnis der Klassifikation, so kann angenommen werden, dass der Kreuzungsdurchgangspfad, für den eine Vorfahrtsregelung ermittelt wurde, ebenfalls einer Regelung durch eine Lichtsignalanlage entspricht. Dadurch ist es möglich, die Qualität der Ermittlung der Verkehrsregelung für alle Kreuzungsdurchgangspfade weiter zu verbessern.
Bezugszeichenliste

1: Kreuzung
11: Kreuzungseingang
12: Kreuzungsausgang
13: Fahrspur
14: Markierung
15: Kreuzungsdurchgangspfad
3: Kraftfahrzeug
31: Sende-/Empfangseinheit
33: Kamerasystem
4: Zentraleinheit
41: Verarbeitungseinheit
42: Kartenspeicher
43: Flottendatenspeicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Shaohan Hu et al. "SmartRoad: A Crowd-Sourced Traffic Regulator Detection and Identification System", Information Processing in Sensor Networks (IPSN), 2013 [0007]
ACM/IEEE International Conference on IEEE, 2013 [0007]
Christopher A. Pribe und Seth O. Rogers, "Learning to Associate Observed Driver Behavior with Traffic Controls", Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board 1679.1 (1999), S. 95–100 [0008]

Claims

Verfahren zur Bestimmung von Verkehrsregelungen an einer Kreuzung (1), mit folgenden Schritten: – Bereitstellen (S1) von Positions- und Bewegungsdaten von Kraftfahrzeugen (3), die die Kreuzung (1) durchfahren; – Bestimmen (S2) eines oder mehrerer Kreuzungsdurchgangspfade (15) durch die Kreuzung (1) aus den Positions- und Bewegungsdaten der Kraftfahrzeuge (3); – Extrahieren (S4) mindestens eines Messreihenmerkmals für jede Durchfahrt durch den einen oder die mehreren Kreuzungsdurchgangspfade (15); – Zuordnen (S7) einer Verkehrsregelungsklasse zu dem einen oder den mehreren Kreuzungsdurchgangspfaden (15) mithilfe eines Klassifikationsverfahrens auf Basis des mindestens einen Messreihenmerkmals.
Verfahren nach Anspruch 1, mit den folgenden weiteren Schritten:. – Ermitteln eines oder mehrerer statistischer Durchgangspfadmerkmale aus den einem Kreuzungsdurchgangspfad (15) zugeordneten Messreihenmerkmalen; – Zuordnen der Verkehrsregelungsklasse zu einem Kreuzungsdurchgangspfad (15) mithilfe eines Klassifikationsverfahrens für die Durchgangspfadmerkmale.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Durchgangspfadmerkmale eine oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen: – Prozentuale Anzahl an Überfahrten mit Stopps; – Minimale Dauer aller Stopps; – Maximale Dauer aller Stopps; – Varianz der Dauer aller Stopps; – Durchschnitt der Dauer aller Stopps; – Minimum der minimalen Geschwindigkeit aller Überfahrten; – Maximum der minimalen Geschwindigkeiten aller Überfahrten; – Varianz der minimalen Geschwindigkeit aller Überfahrten; – Durchschnitt der minimalen Geschwindigkeit aller Überfahrten; – Minimum der letzten Stoppposition eines Kraftfahrzeugs; – Maximum der letzten Stoppposition; – Varianz der letzten Stoppposition; – Durchschnitt der letzten Stoppposition; – Minimum aller maximalen Beschleunigungen beim Anfahrvorgang; – Maximum aller maximalen Beschleunigungen beim Anfahrvorgang; – Varianz der maximalen Beschleunigungen beim Anfahrvorgang; – Durchschnitt der maximalen Beschleunigungen beim Anfahrvorgang; – Minimale Anzahl der Kraftfahrzeuge vor dem eigenen Kraftfahrzeug beim Stopp; – Maximale Anzahl der Kraftfahrzeuge vor dem eigenen Kraftfahrzeug beim Stopp; – Varianz der Anzahl der Kraftfahrzeuge vor dem eigenen Kraftfahrzeug beim Stopp; und – Durchschnitt der Anzahl der Kraftfahrzeuge vor dem eigenen Kraftfahrzeug beim Stopp.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Messreihenmerkmale eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfasst: – Anzahl der Stopps bei der Kreuzungsdurchfahrt; – letzte Stopp-Position des Kraftfahrzeugs (3) während der Kreuzungsdurchfahrt; – längste Dauer eines Stopps des Kraftfahrzeugs (3) bei der Kreuzungsdurchfahrt; – eine minimale Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bei der Kreuzungsdurchfahrt; – eine Beschleunigung bei einem Anfahrvorgang nach dem Stopp bzw. nach dem längsten Stopp des Kraftfahrzeugs; – eine maximale Anzahl der Kraftfahrzeuge vor dem eigenen Fahrzeug während des letzten Stopps vor der Kreuzungsdurchfahrt; – eine maximale Beschleunigung nach einem Stopp im Kreuzungsbereich.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Positions- und Bewegungsdaten von Kraftfahrzeugen (3), die die Kreuzung (1) durchfahren, an eine Zentraleinheit (4) bereitgestellt werden, wobei insbesondere die Positions- und Bewegungsdaten von Kraftfahrzeugen (3), die der Kreuzung zugeordnet sind, aus Positions- und Bewegungsdaten von Kraftfahrzeugen (3) ausgewählt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der eine oder die mehreren Kreuzungsdurchgangspfade (15) der Kreuzung (1) bestimmt werden, indem aus den Positions- und Bewegungsdaten von Kraftfahrzeugen (3), die die Kreuzung (1) durchfahren, befahrbare Kombinationen aus Kreuzungseingängen und Kreuzungsausgängen ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei für das Klassifikationsverfahren einen oder mehrere Klassifikatoren automatisch oder manuell bereitgestellt werden, wobei der Klassifikator zwei oder mehr als zwei der folgenden Verkehrsregelungsklassen unterscheiden: – eine Steuerung durch Lichtsignalanlage, – eine vorgegebene Vorfahrt, zum Beispiel angegeben durch eine entsprechende Beschilderung, – ein vorgegebenes Vorfahrt achten, zum Beispiel angegeben durch eine entsprechende Beschilderung, – eine Stopp-Regelung, zum Beispiel angegeben durch eine entsprechende Beschilderung, und – eine Rechts-vor-Links-Regelung, sofern keine aktive Lichtsignalanlage oder Beschilderung vorhanden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Positions- und Bewegungsdaten von Kraftfahrzeugen (3), die die Kreuzung (1) durchfahren, mit einem Zeitstempel bereitgestellt werden, wobei das Extrahieren der Messreihenmerkmalen für jede Durchfahrt des einen oder der mehreren Kreuzungsdurchgangsfaden (15) der Kreuzung für in einen vorgegebenen Zeitraum fallende Positions- und Bewegungsdaten durchgeführt wird, wobei das Zuordnen der Verkehrsregelung zu dem Kreuzungsdurchgangspfad mithilfe des Klassifikationsverfahrens für die sich aus den zeitabhängig extrahierten Messreihenmerkmalen ergebenden Durchgangspfadmerkmalen basierend auf für den betreffenden Zeitraum vorgegebenen Klassifikatoren durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Zuordnung der Kreuzungsdurchgangspfade (15) an einer Kreuzung (1) zu den Verkehrsregelungsklassen durch eine regelbasierte Betrachtung aller Kreuzungsdurchgangspfade (15) der Kreuzung plausibilisiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Zuordnung der Kreuzungsdurchgangsfahrten der Kreuzung zu entsprechenden Verkehrsregelungsklassen durch regelbasierte Betrachtung aller Kreuzungsdurchgangspfade plausibilisiert wird.
Vorrichtung zur Bestimmung von Verkehrsregelungen an einer Kreuzung (1), wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um: – Positions- und Bewegungsdaten von Kraftfahrzeugen (3), die die Kreuzung (1) durchfahren, zu erhalten; – einen oder mehrere Kreuzungsdurchgangspfade (15) durch die Kreuzung (1) aus den Positions- und Bewegungsdaten der Kraftfahrzeuge (3) zu bestimmen; – mindestens ein Messreihenmerkmal für jede Durchfahrt durch den einen oder die mehreren Kreuzungsdurchgangspfade (15) zu extrahieren; und – eine Verkehrsregelungsklasse zu dem einen oder den mehreren Kreuzungsdurchgangspfaden (15) mithilfe eines Klassifikationsverfahrens auf Basis des mindestens einen Messreihenmerkmals zuzuordnen.