DE102016204237B4

DE102016204237B4 - Verfahren und System zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche einer Straße mittels einer Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten

Info

Publication number: DE102016204237B4
Application number: DE102016204237.8A
Authority: DE
Inventors: Cosmin Tudosie
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: TUDOSIE, COSMIN, DE
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2019-10-24
Anticipated expiration: 2036-03-16
Also published as: DE102016204237A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche (2) einer Straße mittels einer Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten (3), wobei
- jede mobile Überwachungseinheit (3) wenigstens einen Oberflächensensor (7), eine Steuerungseinheit (6), ein Positionsbestimmungssystem (5) und eine Kommunikationsvorrichtung (4) aufweist,
- jede mobile Überwachungseinheit (3) autonom bewegbar ist,
- die Position jeder mobilen Überwachungseinheiten (3) in Echtzeit mittels des Positionsbestimmungssystems (5) jeder mobilen Überwachungseinheit (3) ermittelt und an die weiteren mobilen Überwachungseinheiten (3) und an eine Auswertevorrichtung (8) weitergeleitet wird,
- die mobilen Überwachungseinheiten (3) mittels ihrer Kommunikationsvorrichtungen (4) untereinander kommunizieren, so dass sich jede mobile Überwachungseinheit (3) innerhalb eines für diese mobile Überwachungseinheit (3) spezifischen Bereichs (12) entlang der Fahrbahnoberfläche (2) autonom bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten (3) ein Schwarm an mobilen Überwachungseinheiten (3) ist,
- jede mobile Überwachungseinheit (3) mittels ihres wenigstens einen Oberflächensensors (7) die Fahrbahnoberfläche (2) ihres spezifischen Bereichs (12) abtastet und für diesen Oberflächendaten ermittelt,
- die Oberflächendaten, die von jeder mobilen Überwachungseinheit (3) ermittelt wurden, an die Auswertevorrichtung (8) weitergeleitet und von dieser ausgewertet werden,
- die ausgewerteten Oberflächendaten jeder mobilen Überwachungseinheit (3) mit Positionsdaten verknüpft werden,
- die ausgewerteten Oberflächendaten jeder mobilen Überwachungseinheit (3) und die verknüpften Daten in der Auswertevorrichtung (8) gespeichert werden,
- der wenigstens eine Oberflächensensor (7) ein Ultraschallsensor und/ oder ein Lidarsensor und/oder ein Radarsensor und/ oder ein Laserscanner ist, und
- wenigstens eine der mobilen Überwachungseinheiten (3) ein Luftfahrzeug ist, welches eine Flugdrohne ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche einer Straße mittels einer Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten mit den oberbegrifflichen Merkmalen nach Anspruch 1, ein System zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche einer Straße nach Anspruch 7, und ein Verfahren zum Reparieren eines Straßenschadens nach Anspruch 8.
Der Fahrbahnzustand einer Straße hat direkten Einfluss auf den dortigen Verkehrsfluss. Ist die Fahrbahnoberfläche der Straße beispielsweise durch Risse oder Schlaglöcher beschädigt, ist ein schnelles Vorankommen für Fahrzeuge nicht mehr möglich. Zudem sind Fahrbahnschäden eine Gefahrenquelle. Weiterhin sind die Kosten für Infrastrukturerhaltung höher, wenn Schäden erst spät erkannt werden. Werden kleine Schäden erkannt und repariert, bevor sie zu einer Gefahr werden, wird der Verkehrsfluss verbessert und die Erhaltungskosten werden reduziert.
Aus DE 10 2012 019 064 B3 ist Verkehrsüberwachungssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Verkehrsüberwachungssystems bekannt. Das System weist eine oder mehrere Überwachungseinheiten zur Erfassung eines Fahrbahnabschnittes und der dortigen Verkehrssituation auf. Ermittelte Daten werden an wenigstens eine mobile Einheit übermittelt. Die mobile Einheit kann sich auf einer Route autonom bewegen. Die mobile Einheit kann ein Luftfahrzeug sein.
Aus DE 10 2012 219 631 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren von zumindest einer Fahrbahnunebenheit bekannt. Bei dem Verfahren wird eine geografische Position und eine dieser Position zugeordnete Information über eine erfasste Fahrbahnunebenheit eingelesen und verknüpft. Die Daten bezüglich der Fahrbahnunebenheit werden mittels fahrzeugeigener Sensoren, z. B. Beschleunigungssensoren, während eines regulären Fahrbetriebs, ermittelt.
Aus DE 10 2010 045 162 A1 ist ein Schlaglochassistent mit Umfeldwahrnehmung bekannt. Bei dem beschriebenen Verfahren wird die Querführung eines Kraftfahrzeugs angesteuert und beeinflusst auf Grund von Daten einer eine Umfeldsensorik. In dem Umfeld wird die Fahrbahnoberfläche vermessen und Schäden der Fahrbahnoberfläche, z. B. Schlaglöcher, werden ermittelt. Anschließend wird eine Ausweichtrajektorie berechnet, so dass das Fahrzeug nicht in das Schlagloch hineinfährt.
Aus WO 2004/092876 ist ein System zum Datensammeln, Auswerten und Weiterleiten von Straßenzustandsdaten bekannt. Dieses System ist Teil der fahrzeuginternen Sensorik eines Kraftfahrzeugs.
Aus US 2015/0183440 A1 sind ein System und ein Verfahren zum Feststellen von Straßenzustandsdaten mittels Fahrzeugsensoren bekannt. Die Straßenzustandsdaten werden z. B. mittels einer mobilen Kommunikationseinheit, z. B. mittels eines Smartphones weitergeleitet.
Aus US 2014/0160295 A1 sind ein System und ein Verfahren bekannt, um einen Straßenzustand mittels mehrerer Fahrzeuge zu ermitteln, die sich entlang der Straße bewegen.
Aus US 2013/0018575 A1 ist bekannt, mittels einer Mehrzahl von mobilen Überwachungseinheiten (Straßenfahrzeugen) einen Fahrbahnzustand zu ermitteln und die gesammelten und ausgewerteten Daten weiterzuleiten.
Aus DE 10 2007 0428 77 A1 ist ein Fahrzeug bekannt, das eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer physikalischen Fahrbahneigenschaft und eine Positionsermittlungseinrichtung aufweist.
Aus Business Geomatics, 2015, H. 2, S. 1-23. - ISSN 1437-5532 zeigt die Anwendung von Flugdrohnen zur Vermessung von Straßen und Grundstücken.
Von der Fachtagung Bauwerksdiagnose aus 2008 sind Systeme zur Straßenuntersuchungen mit Radar, Ultraschallecho und FWD bekannt (D. Straussberger, A. Hasenstab, I. Hartmann, TÜV Rheinland, LGA Nürnberg). Es wird beschrieben, dass Ultraschallsensoren zum Ermitteln von kleinsten Rissen eingesetzt werden können. „Gesunde“ Bereiche von beispielsweise Straßen aus Betonplatten können eindeutig identifiziert werden und von geschädigten Bereichen abgegrenzt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes System zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche einer Straße vorzuschlagen. Der Zustand der Fahrbahnoberfläche soll dabei ermittelt werden ohne in den jeweiligen beschädigten Fahrbahnoberflächenbereich hineinzufahren. Das Ermitteln soll daher berührungslos erfolgen. Zudem soll das Ermitteln des Fahrbahnoberflächenzustand unabhängig von einem Verkehrsaufkommen in einem Fahrbahnbereich sein.
Die vorliegende Erfindung schlägt ausgehend von der vorgenannten Aufgabe ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche einer Straße mittels einer Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 vor. Außerdem wird ein System zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche einer Straße mit den Merkmalen nach Anspruch 7 vorgeschlagen. Zudem wird ein Verfahren zum Reparieren eines Straßenschadens mit den Merkmalen nach Anspruch 8 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Bei einem Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche einer Straße mittels einer Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten, weist jede mobile Überwachungseinheit wenigstens einen Oberflächensensor, eine Steuerungseinheit, ein Positionsbestimmungssystem und eine Kommunikationsvorrichtung auf. Jede mobile Überwachungseinheit ist autonom bewegbar. Die Position jeder mobilen Überwachungseinheit wird in Echtzeit mittels des Positionsbestimmungssystems jeder Überwachungseinheit ermittelt und an die weiteren Überwachungseinheiten und an eine Auswertevorrichtung weitergeleitet. Die mobilen Überwachungseinheiten kommunizieren mittels ihrer Kommunikationsvorrichtungen untereinander, so dass sich jede mobile Überwachungseinheit innerhalb eines für diese mobile Überwachungseinheit spezifischen Bereichs entlang der Fahrbahnoberfläche autonom bewegt. Jede mobile Überwachungseinheit tastet mittels ihres wenigstens einen Oberflächensensors die Fahrbahnoberfläche ihres spezifischen Bereichs ab und ermittelt für diesen spezifischen Bereich Oberflächendaten. Die Oberflächendaten, die von jeder mobilen Überwachungseinheit ermittelt werden, werden an die Auswertevorrichtung weitergeleitet und von dieser ausgewertet. Die ausgewerteten Oberflächendaten jeder mobilen Überwachungseinheit werden mit den Positionsdaten der mobilen Überwachungseinheiten verknüpft. Die ausgewerteten Oberflächendaten jeder mobilen Überwachungseinheit und die verknüpften Daten werden in der Auswertevorrichtung gespeichert.
Eine mobile Überwachungseinheit ist hierbei eine Einheit, die nicht an einem festen Ort installiert ist, sondern die sich fortbewegen kann. Jede mobile Überwachungseinheit kann sich hierbei autonom fortbewegen, wobei jede mobile Überwachungseinheit dabei von ihrer Steuerungseinheit gesteuert wird. Unter besonderen Umständen, beispielsweise in Gefahrensituationen, kann ein Steuern der mobilen Überwachungseinheiten durch einen Nutzer ermöglicht sein. Beispielsweise kann ein Fahrzeugführer in die Steuerung einer einzelnen oder mehrerer oder aller mobilen Überwachungseinheiten eingreifen. Unter einer Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten sind hierbei mehr als zwei mobile Überwachungseinheiten zu verstehen, beispielsweise ein Schwarm an mobilen Überwachungseinheiten.
Eine einzelne mobile Überwachungseinheit kann beispielsweise ein Straßenfahrzeug sein. Alternativ dazu kann eine einzelne mobile Überwachungseinheit ein Luftfahrzeug sein. Die Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten kann aus gleichartigen mobilen Überwachungseinheiten, z. B. nur aus Luftfahrzeugen, oder aus einer Kombination aus beiden Arten von mobilen Überwachungseinheiten ausgebildet sein. Wenigstens eine der mobilen Überwachungseinheiten ist ein Luftfahrzeug. Selbstverständlich können mehrere der mobilen Überwachungseinheiten oder alle der mobilen Überwachungseinheiten Luftfahrzeuge sein. Vorzugsweise ist das Luftfahrzeug eine Flugdrohne, weiterhin bevorzugt ist das Luftfahrzeug eine Mini- oder Mikroflugdrohne. Es können unterschiedliche Typen von Luftfahrzeugen gemeinsam eingesetzt werden. Alternativ dazu können alle mobilen Überwachungseinheiten vom gleichen Luftfahrzeugtyp sein. Vorteilhaft ist, dass Luftfahrzeuge die Fahrbahnoberfläche berührungslos abtasten können und dem fließenden Verkehr schneller und agiler ausweichen können. Selbst bei widrigen Straßenverhältnissen, beispielsweise bei starker Beschädigung der Straße oder bei Glätte, kann das Luftfahrzeug die Fahrbahnoberfläche ungehindert abtasten.
Jede mobile Überwachungseinheit weist wenigstens einen Oberflächensensor auf, der dazu dient, die Fahrbahnoberfläche abzutasten. Jede mobile Überwachungseinheit kann hierbei mehr als einen Oberflächensensor aufweisen, z. B. ein Sensorfeld. Jede mobile Überwachungseinheit kann ein Sensorfeld an Oberflächensensoren aufweisen. Ein Oberflächensensor kann beispielsweise ein Radarsensor, ein Lidarsensor, ein Ultraschallsensor, ein Laserscanner oder ein anderer Sensor sein, der geeignet ist eine Fahrbahnoberfläche abzutasten. Verschiedene mobile Überwachungseinheiten können eine unterschiedliche Anzahl an Oberflächensensoren und verschiedene Arten von Oberflächensensoren aufweisen. Beispielsweise kann eine erste mobile Überwachungseinheit einen Ultraschallsensor und einen Radarsensor aufweisen, während eine zweite mobile Überwachungseinheit einen Ultraschallsensor, einen Lidarsensor und einen Radarsensor aufweisen kann.
Der wenigstens eine Oberflächensensor ist ein Ultraschallsensor und/ oder ein Lidarsensor und/oder ein Radarsensor und/ oder ein Laserscanner. Vorteilhaft an einem Ultraschallsensor ist, dass mit Hilfe dieses Ultraschallsensors die Fahrbahnoberfläche bis zu einer gewissen Materialtiefe abgetastet werden kann und somit Mikrorisse und Hohlräume entdeckt werden können. Vorteilhaft an einem Laserscanner ist, dass eine genaue Kartierung der Fahrbahnoberfläche erfolgen kann. Eine mobile Überwachungseinheit kann eine Kombination der eben genannten Oberflächensensoren aufweisen.
Jede mobile Überwachungseinheit weist ein Positionsbestimmungssystem auf. Mittels des Positionsbestimmungssystems kann eine Position der jeweiligen mobilen Überwachungseinheit bestimmt werden. Dies erfolgt beispielsweise mittels GPS. Für jede mobile Überwachungseinheit sind also die Koordinaten bekannt. Zudem kann das Positionsbestimmungssystem jeder mobilen Überwachungseinheit eine Position der mobilen Überwachungseinheit in einem lokal begrenzten Bereich bestimmen, z. B. aus einem Abstand der jeweiligen mobilen Überwachungseinheit zu einem Objekt in der unmittelbaren Umgebung der jeweiligen mobilen Überwachungseinheit. Mittels des Positionsbestimmungssystems wird für jede mobile Überwachungseinheit ununterbrochen und in Echtzeit die Position bestimmt. Es ist somit für jede mobile Überwachungseinheit zu jedem Zeitpunkt bekannt, an welchem Ort sich diese aufhält oder aufgehalten hat.
Des Weiteren weist jede mobile Überwachungseinheit eine Kommunikationsvorrichtung auf. Mittels dieser Kommunikationsvorrichtung kann z. B. eine erste mobile Überwachungseinheit mit einer zweiten mobilen Überwachungseinheit, mit mehreren mobilen Überwachungseinheiten und/ oder mit weiteren Nutzern der Straße, z. B. mit anderen Verkehrsteilnehmer wie Kraftfahrzeugen oder Radfahrern, und/ oder mit einer Zentrale, z. B. dem Straßenverkehrsamt, kommunizieren. Zudem kann jede mobile Überwachungseinheit mit einer Auswertevorrichtung kommunizieren. Die Kommunikationsvorrichtung dient u. a. also dazu, die mobilen Überwachungseinheiten untereinander zu vernetzen. Die Kommunikation findet hierbei vorzugsweise drahtlos statt, z. B. mittels eines Funkstandards, Li-Fi, Wi-Fi, ZigBee, Bluetooth oder mit einem anderen geeigneten Funkstandard.
Die mobilen Überwachungseinheiten stimmen sich mittels ihrer Kommunikationsvorrichtungen im Hinblick auf ihre jeweiligen Positionsdaten derart ab, dass diese nicht miteinander in Konflikt geraten oder kollidieren. Somit werden die Positionsdaten jeder mobilen Überwachungseinheit von jeder anderen mobilen Überwachungseinheit genutzt, um eine Verteilung der mobilen Überwachungseinheiten entlang der zu überprüfenden Fahrbahnoberfläche festzulegen und auszuführen. Die mobilen Überwachungseinheiten können hierbei ähnlich einem Schwarm handeln. Dazu kann z. B. jede mobile Überwachungseinheit eine künstliche Intelligenz aufweisen, welche mittels der Steuerungseinheit der jeweiligen mobilen Überwachungseinheit in Abstimmung mit den weiteren mobilen Überwachungseinheiten übernimmt. Jede mobile Überwachungseinheit bewegt sich innerhalb eines für diese mobile Überwachungseinheit spezifischen Bereichs entlang der Fahrbahnoberfläche autonom. Beispielsweise kann eine Fahrbahnoberfläche gerastert sein, so dass jede mobile Überwachungseinheit einen spezifischen Bereich des Rasters abdeckt. Beispielsweise kann jeder mobilen Überwachungseinheit von vorne herein ein spezifischer Bereich zugeteilt sein, in dem diese sich ausschließlich bewegt. Alternativ dazu kann diese Bereichszuteilung sich dynamisch ändern und sich an äußere Umstände anpassen, wenn z. B. ein Straßenabschnitt gesperrt ist, ist eine Bewegung einer mobilen Überwachungseinheit entlang der Fahrbahnoberfläche dieses Straßenabschnitts nicht sinnvoll.
Weiterhin kann jede mobile Überwachungseinheit mittels ihrer Kommunikationsvorrichtung Daten empfangen, z. B. von weiteren Nutzern der Straße, d. h. weiteren Verkehrsteilnehmern, oder von der Auswertevorrichtung. Die weiteren Nutzer der Straße können jeder mobilen Überwachungseinheit ihre jeweiligen Positionsdaten in Echtzeit mitteilen, so dass jede mobile Überwachungseinheit die Möglichkeit hat, den weiteren Nutzern der Straße auszuweichen. Alternativ kann jede mobile Überwachungseinheit die Position eines Straßennutzers mittels ihres Positionsbestimmungssystems feststellen. Die mobilen Überwachungseinheiten sind im Straßenverkehr den weiteren Nutzern der Straße, also den weiteren Verkehrsteilnehmern oder dem fließenden Verkehr, nachrangig. Dies heißt, dass die autonome Bewegung jeder mobilen Überwachungseinheit derart ist, dass die weiteren Nutzer der Straße nicht behindert werden. Das Ermitteln des Zustands der Fahrbahnoberfläche ist somit nachrangig nach dem fließenden Verkehr.
Jede mobile Überwachungseinheit tastet mittels ihres wenigstens einen Oberflächensensors die Fahrbahnoberfläche ihres spezifischen Bereichs ab und ermittelt für diesen spezifischen Bereich Oberflächendaten. Das Abtasten der Fahrbahnoberfläche erfolgt hierbei kontinuierlich während sich die mobile Überwachungseinheit entlang der Fahrbahnoberfläche bewegt. Weist eine mobile Überwachungseinheit z. B. einen Radarsensor oder einen Lidarsensor auf, kann diese die Oberflächendaten ihres spezifischen Bereichs ähnlich einer topographischen Karte ermitteln. Weist eine mobile Überwachungseinheit alternativ oder zusätzlich dazu einen Ultraschallsensor auf, kann diese Oberflächendaten ihres spezifischen Bereichs bis zu einer gewissen Materialtiefe der Straße ermitteln, weshalb auch Mikrorisse oder lunkerähnliche Hohlräume der Straße gefunden werden können. Der Einsatz von Ultraschallsensoren hat den Vorteil, dass kleinste Risse ermittelt werden können und Straßenschäden verhindert werden können, wenn diese kleinsten Risse rechtzeitig repariert werden.
Die Oberflächendaten, die von jeder mobilen Überwachungseinheit ermittelt werden, werden an die Auswertevorrichtung weitergeleitet und von dieser ausgewertet. Diese Weiterleitung erfolgt vorzugsweise drahtlos, kann alternativ dazu auch kabelgebunden erfolgen. Die Auswertevorrichtung weist einen Speicher auf und dient zum Auswerten der ermittelten Oberflächendaten. Entweder weist jede mobile Überwachungseinheit eine eigene interne Auswertevorrichtung auf, oder jede mobile Überwachungseinheit leitet ihre ermittelten Oberflächendaten an eine zentrale externe Auswertevorrichtung weiter. In letztem Fall erfolgt die Weiterleitung der ermittelten Oberflächendaten selbstverständlich drahtlos. Die zentrale externe Auswertevorrichtung kann beispielsweise ein Rechenzentrum oder eine Cloud sein, in welcher die nötigen Rechenoperationen zum Auswerten der ermittelten Oberflächendaten durchgeführt werden. Die Auswertevorrichtung kann im Zuge der Auswertung die ermittelten Oberflächendaten in unterschiedliche Schadensuntergruppen klassifizieren z. B. von keinem Straßenschaden über geringen Straßenschaden zu großem Straßenschaden, oder bestimmten Schadenstypen zuordnen, z. B. Mikroriss, Riss, Schlagloch, Senke, Blow-Up, o.ä.. Die ausgewerteten Oberflächendaten jeder mobilen Überwachungseinheit werden mit Kartendaten verknüpft. Somit können Straßenschäden und unbeschädigte Bereiche der Straße lokalisiert werden. Für die gesamte Fahrbahnoberfläche der Straße kann somit der Zustand dieser Fahrbahnoberfläche in einer virtuellen Karte dargestellt werden. Zusätzlich dazu kann die Auswertevorrichtung die ausgewerteten Oberflächendaten mit Maßnahmen verknüpfen, die bezogen auf die vorgenommene Auswertung oder Klassifizierung der Oberflächendaten ergriffen werden können, z. B. eine Ausweichempfehlung, eine Reparaturempfehlung, eine Warnung, eine Umfahrungsempfehlung oder ähnliche Maßnahmen. Diese Maßnahmen können beispielsweise aus einer Datenbank mit einem Maßnahmenkatalog für gewisse Oberflächendaten, z. B. für gewisse Schadenstypen, stammen, wobei diese Datenbank in dem Speicher der Auswertevorrichtung hinterlegt ist.
Die ausgewerteten Oberflächendaten jeder mobilen Überwachungseinheit und die verknüpften Daten werden in der Auswertevorrichtung gespeichert. Im Speicher der Auswertevorrichtung ist somit die virtuelle Karte der untersuchten Straße hinterlegt, in welcher die ausgewerteten Oberflächendaten mit bestimmten Koordinaten verknüpft sind. Mit diesen Koordinaten können zusätzlich die zu ergreifenden Maßnahmen verknüpft sein.
Vorteilhaft hierbei ist im Vergleich zu einem Ermitteln eines Zustands der Fahrbahnoberfläche einer Straße mit einem herkömmlichen Kraftfahrzeug, dass das Ermitteln des Zustands der Fahrbahnoberfläche der Straße von mobilen Überwachungseinheiten durchgeführt wird, die durch das Ermitteln keinen Schaden nehmen oder einer gefährlichen Verkehrssituation ausgesetzt sind. Ein permanentes Überwachen des Fahrbahnoberflächenzustands ist auch für abgelegene Bereiche möglich, die kein hohes Verkehrsaufkommen haben und die selten von Kraftfahrzeugen frequentiert werden. Außerdem ist vorteilhaft, dass kein bemanntes Straßenkontrollfahrzeug den Fahrbahnoberflächenzustand ermitteln muss und somit den Verkehrsfluss stört, da die mobilen Überwachungseinheiten nachrangig sind zu dem fließenden Verkehr. Außerdem ist es nicht nötig, dass ein Fahrzeug in den Schaden „hineinfährt“.
Nach einer Ausführungsform sind die ausgewerteten Oberflächendaten jeder mobilen Überwachungseinheit und die verknüpften Daten, die in der Auswertevorrichtung gespeichert sind, von Nutzern der Straße abrufbar oder werden automatisiert an diese Nutzer der Straße weitergeleitet. Diese Weiterleitung erfolgt drahtlos. Der Nutzer kann entweder gezielt für einen Bereich der Straße ausgewertete Oberflächendaten oder verknüpfte Daten anfordern, z. B. bei der Planung einer Reiseroute, oder die ausgewerteten Daten oder verknüpften Daten werden dem Nutzer, der sich bereits auf einer Route bewegt, automatisiert mitgeteilt. Beispielsweise können an einen Nutzer der Straße, z. B. an ein Kraftfahrzeug, die ausgewerteten Oberflächendaten oder die verknüpften Daten mittels seines Navigationssystems oder mittels eines Elektroniksystems des Kraftfahrzeugs oder mittels eines mobilen Endgeräts ausgegeben werden. Beispielsweise kann auf einer Karte des Navigationssystems der Straßenschaden angezeigt werden. Somit kann dieser Nutzer der Straße vor z. B. Straßenschäden gewarnt werden, sich auf diese vorbereiten und reagieren. Beispielsweise kann der Nutzer eine andere Route wählen, dem Straßenschaden ausweichen oder im Bereich des Straßenschadens besonders vorsichtig fahren.
Nach einer weiteren Ausführungsform werden die ausgewerteten Oberflächendaten jeder mobilen Überwachungseinheit und die verknüpften Daten, die in der Auswertevorrichtung gespeichert sind, automatisiert an eine Zentrale weitergeleitet. Diese Zentrale ist beispielsweise das Straßenbauamt, das Straßenverkehrsamt, oder eine ähnliche Institution, die mit der Betreuung der Infrastruktur betraut ist. Dieser Zentrale werden somit kontinuierlich ausgewertete Oberflächendaten und verknüpfte Daten übermittelt. Zusätzlich können die verknüpften Maßnahmen weitergeleitet werden. Von Seiten der Zentrale können somit Reparaturmaßnahmen geplant und umgesetzt werden. Diese Reparaturmaßnahmen können z. B. automatisiert durchgeführt werden. Dies heißt, dass sobald Daten bezüglich eines zu reparierenden Straßenschadens an die Zentrale weitergeleitet werden, wird automatisch und ohne Zeitverlust eine mobile autonome Reparatureinheit geschickt, um den Straßenschaden zu reparieren.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens eine der mobilen Überwachungseinheiten ein Straßenfahrzeug. Selbstverständlich können mehrere der mobilen Überwachungseinheiten oder alle der mobilen Überwachungseinheiten Straßenfahrzeuge sein. Beispielsweise kann das Straßenfahrzeug ein Kraftfahrzeug sein. Vorzugsweise ist das Straßenfahrzeug eine Fahrdrohne, weiterhin bevorzugt ist das Straßenfahrzeug eine Mini- oder Mikrofahrdrohne. Es können unterschiedliche Typen von Straßenfahrzeugen gemeinsam eingesetzt werden. Alternativ dazu können alle mobilen Überwachungseinheiten vom gleichen Straßenfahrzeugtyp sein. Selbstverständlich können einige der mobilen Überwachungseinheiten Straßenfahrzeuge und andere der mobilen Überwachungseinheiten Luftfahrzeuge sein. Vorteilhaft hierbei ist, dass durch das Bilden der Mehrzahl der mobilen Überwachungseinheiten aus verschiedenen Arten von Fahrzeugen, eine kontinuierliche Abtastung der Fahrbahnoberfläche besser gewährleistet werden kann. Können beispielsweise auf Grund von schlechten Witterungsverhältnissen wie Starkwind oder Hagel Luftfahrzeuge nicht eingesetzt werden, können nur Straßenfahrzeuge das Abtasten der Fahrbahnoberfläche übernehmen.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Auswertevorrichtung eine Cloud. Hierbei ist vorteilhaft, dass die Rechenleistung bei der Auswertung der ermittelten Oberflächendaten gebündelt ist. Die mobilen Überwachungseinheiten müssen daher keine Auswertevorrichtungen aufweisen.
Ein System zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche einer Straße nach dem Verfahren, welches bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben wurde, umfasst eine Auswertevorrichtung und eine Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten, wobei jede mobile Überwachungseinheiten wenigstens einen Oberflächensensor, eine Steuerungseinheit, ein Positionsbestimmungssystem und eine Kommunikationsvorrichtung aufweist. Jede mobile Überwachungseinheit ist autonom entlang der Fahrbahnoberfläche bewegbar. Dies heißt, dass sich jede mobile Überwachungseinheit entlang der Fahrbahnoberfläche autonom bewegen kann.
Anhand der im Folgenden erläuterten Figur wird ein Ausführungsbeispiel und Details der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung des Systems zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche nach einem Ausführungsbeispiel.

1 zeigt eine schematische Darstellung des Systems 1 zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche 2 nach einem Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist die Fahrbahnoberfläche 2 einer Straße, auf welcher sich ein Kraftfahrzeug 9 in eine Fahrtrichtung 10 bewegt. Weiterhin sind sechs gleichartige mobile Überwachungseinheiten 3 dargestellt, wobei jede dieser mobilen Überwachungseinheiten 3 ein Positionsbestimmungssystem 5, eine Kommunikationsvorrichtung 4, eine Steuerungseinheit 6 und einen Oberflächensensor 7 aufweist. Der Übersichtlichkeit halber sind das Positionsbestimmungssystem 5, die Kommunikationsvorrichtung 4, die Steuerungseinheit 6 und der Oberflächensensor 7 nur bei einer der mobilen Überwachungseinheiten 3 dargestellt. Vorzugsweise sind die mobilen Überwachungseinheiten 3 Flugdrohnen. Bei jedem der mobilen Überwachungseinheiten 3 ist die Kommunikationsvorrichtung 4 entweder drahtlos oder kabelgebunden verbunden mit dem Positionsbestimmungssystem 5, der Steuerungseinheit 6 und dem Oberflächensensor 7, damit ein Datenaustausch stattfinden kann. Zudem ist eine Auswertevorrichtung 8, die einen Speicher aufweist, dargestellt. Diese ist eine externe zentrale Auswertevorrichtung 8 und vorzugsweise eine Cloud. Die Auswertevorrichtung 8 kann Daten, die von der Kommunikationsvorrichtung 4 jeder mobilen Überwachungseinheiten 3 gesendet werden, empfangen, oder selbst Daten an jede der mobilen Überwachungseinheiten 3 senden, die wiederum von der Kommunikationsvorrichtung 4 jeder mobilen Überwachungseinheiten 3 empfangen werden. Es findet also ein Datenaustausch 13 statt.
Das Positionsbestimmungssystem 5 jeder mobilen Überwachungseinheit 3 stellt in Echtzeit und kontinuierlich zum einen die geographische Position der jeweiligen mobilen Überwachungseinheit 3 fest als auch die lokale Position der jeweiligen mobilen Überwachungseinheit 3. Die geographische Position kann z. B. mittels GPS-Koordinaten bestimmt werden. Die lokale Position kann zusätzlich z. B. mittels eines Abstandssensors oder mittels einer Kamera bestimmt werden. Der Oberflächensensor 7 jeder mobilen Überwachungseinheit 3 dient dazu die Fahrbahnoberfläche 2 abzutasten und somit einen Zustand oder eine Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche 2 zu ermitteln. Der Oberflächensensor 7 ist vorzugsweise ausgebildet als ein Radarsensor. Alternativ dazu kann der Oberflächensensor 7 als ein Lidarsensor oder als ein Ultraschallsensor oder als ein Laserscanner ausgebildet sein oder als eine Kombination der eben genannten Sensoren, so dass der Oberflächensensor 7 durch ein Sensorfeld dargestellt ist.
Die Kommunikationsvorrichtung 4 jeder mobilen Überwachungseinheit 3 dient zudem dazu mit den jeweils anderen mobilen Überwachungseinheiten 3 zu kommunizieren. Somit können Daten unter den mobilen Überwachungseinheiten 3 ausgetauscht werden, was aus Übersichtlichkeitsgründen hier nicht dargestellt ist.
Die Steuerungseinheit 6 jeder mobilen Überwachungseinheit 3 dient zum Steuern dieser mobilen Überwachungseinheiten 3, so dass jede dieser mobilen Überwachungseinheiten 3 autonom bewegt werden kann. Dies heißt, jede mobile Überwachungseinheit 3 bewegt sich in Abstimmung mit und auf die anderen mobilen Überwachungseinheiten 3 und in Abstimmung mit und auf die anderen Nutzer der Straße, d. h. hier in Abstimmung mit und auf das Kraftfahrzeug 9. Die mobilen Überwachungseinheiten 3 tauschen mittels ihrer jeweiligen Kommunikationsvorrichtungen 4 ihre Positionsdaten, die durch ihre jeweiligen Positionsbestimmungssysteme 5 bestimmt wurden, untereinander aus. Die Steuerungseinheit 6 jeder mobilen Überwachungseinheit 3 steuert ihre mobile Überwachungseinheit 3 an, so dass sich diese entlang der Fahrbahnoberfläche 2 in eine Bewegungsrichtung 11 bewegt und nur einen spezifischen abzutastenden Bereich 12 abdeckt. Somit bewegen sich die mobilen Überwachungseinheiten 3 so, dass diese weder untereinander behindert werden, noch den fließenden Verkehr, hier also das Kraftfahrzeug 9, behindern. Die mobilen Überwachungseinheiten 3 weichen somit dem Kraftfahrzeug 9 aus. Außerdem bewegt sich jede mobile Überwachungseinheiten 3 auf Grund der Steuerung durch die jeweilige Steuerungseinheit 6 derart, dass sie den gesamten von ihr abzutastenden Bereich 12 mittels ihres Oberflächensensors 7 abtasten kann. Die Bewegungsrichtung 11 jeder mobilen Überwachungseinheit 3 ist hier linear dargestellt. Je nach Fahrbahnoberfläche 2, je nach Anzahl der mobilen Überwachungseinheiten 3 und je nach abzutastendem Bereich 12 kann sich die Bewegungsrichtung 11 ändern.
Die Fahrbahnoberfläche 2 weist in der Darstellung sechs abzutastende Bereiche 12 auf. Jede mobile Überwachungseinheit 3 bewegt sich innerhalb eines ihr zugewiesenen abzutastenden Bereichs 12. Diese Zuweisung kann entweder permanent festgelegt sein oder sich bedarfsbedingt anpassen. Die Zuweisung ähnelt einem Ausschwärmen der mobilen Überwachungseinheiten 3 und kann beispielsweise von der Auswertevorrichtung 8 und/ oder einer künstlichen Intelligenz koordiniert sein. Beispielsweise kann jede mobile Überwachungseinheit 3 eine künstliche Intelligenz aufweisen. Ziel der Zuweisung ist es allerding stets, die Fahrbahnoberfläche 2 vollständig und in minimaler Zeit abzutasten und mittels der Oberflächensensoren 7 genügend Oberflächendaten zu ermitteln und an die Auswertevorrichtung 8 weiterzuleiten, so dass ein Gesamtbild der Fahrbahnoberfläche 2 dargestellt und gespeichert werden kann.
Jede mobile Überwachungseinheit 3 ermittelt kontinuierlich mittels ihres Positionsbestimmungssystems 6 ihre aktuelle Position. Die sechs mobilen Überwachungseinheiten 3 kommunizieren mittels ihrer Kommunikationsvorrichtungen 4 untereinander und teilen sich ihre jeweiligen Positionen kontinuierlich mit. Die mobilen Überwachungseinheiten 3 stimmen sich untereinander ab, z. B. auf Grund von Vorgaben einer künstlichen Intelligenz, so dass jeder mobile Überwachungseinheit 3 einen spezifischen abzutastenden Bereich 12 zugewiesen wird. Von ihrer jeweiligen Steuerungseinheit 5 werden die mobilen Überwachungseinheiten 3 so gesteuert, dass sich diese in ihrer Bewegungsrichtung 11 bewegen und den ihnen zugewiesenen spezifischen abzutastenden Bereich 12 abtasten können. Zudem ermitteln die Positionsbestimmungssysteme 6 jeder mobilen Überwachungseinheit 3 die lokalen Positionsdaten, z. B. den Abstand von einem Straßennutzer, d. h. dem Kraftfahrzeug 9. Jede der mobilen Überwachungseinheiten 3 wird von seiner Steuerungseinheit 6 derart angesteuert, dass diese immer einen genügend großen Abstand zu dem Kraftfahrzeug 9 einhalten und dieses nicht behindern. Der fließende Verkehr, also das Kraftfahrzeug 9, ist vorrangig vor dem Ermitteln des Zustands der Fahrbahnoberfläche 2.
Mittels der Oberflächensensoren 7 tasten die mobilen Überwachungseinheiten 3 die Oberfläche ihres jeweiligen abzutastenden Bereichs 12 der Fahrbahn ab. Die so ermittelten Daten werden mittels der Kommunikationsvorrichtung 4 jeder mobilen Überwachungseinheit 3 an die Auswertevorrichtung 8 weitergeleitet. Die Auswertevorrichtung 8 wertet die Oberflächendaten aus und verknüpft diese mit den Positionsdaten der jeweiligen mobilen Überwachungseinheiten 3, die in Echtzeit und kontinuierlich von den mobilen Überwachungseinheiten 3 mittels der Kommunikationsvorrichtungen 4 an die Auswertevorrichtung 8 übermittelt werden. So werden gewisse Oberflächendaten gewissen Positionsdaten zugeordnet. Die Auswertevorrichtung 8 erstellt daraufhin eine virtuelle Karte in welcher die ausgewerteten Oberflächendaten verzeichnet sind. Diese virtuelle Karte kann beispielsweise eine Tabelle sein, die den Zusammenhang zwischen den Positionsdaten und den ausgewerteten Oberflächendaten herstellt. Die Auswertung der ermittelten Oberflächendaten zum Erhalten der ausgewerteten Oberflächendaten mittels der Auswertevorrichtung 8 kann beispielsweise aus einer Klassifizierung der Oberflächendaten bestehen. Z. B. können Schadenunterklassen oder Schadenstypen festgelegt werden, z. B. Schlagloch, Riss, Mikroriss, Hohlraum, Blow-Up, großer Straßenschaden, kleiner Straßenschaden, unbeschädigter Bereich etc.
Zusätzlich zu dieser Klassifizierung und der Verknüpfung mit Kartendaten kann die Auswertevorrichtung 8 einen Maßnahmenkatalog mit den ausgewerteten Oberflächendaten verknüpfen. Beispielsweise kann, wenn ein Schlagloch festgestellt wurde, hinterlegt werden, dass ein weiterer Straßennutzer diesem Schlagloch ausweichen soll, dass weitere Straßennutzer gewarnt werden, dass eine baldige Reparatur nötig ist o. ä. Somit kann für jeden Schadenstyp oder für jede Schadensunterklasse eine oder mehrere Maßnahmen in der Auswertevorrichtung 8 hinterlegt sein. Die Auswertevorrichtung 8 speichert alle ausgewerteten Oberflächendaten und alle verknüpften Daten, d. h. die Verknüpfung der ausgewerteten Oberflächendaten mit Positionsdaten und Maßnahmen, in ihrem Speicher. Diese Daten können von Straßennutzern im Bedarfsfall abgerufen werden oder können automatisiert von der Auswertevorrichtung 8 an die Straßennutzer, also z. B. das Kraftfahrzeug 9 gesendet werden. Dem Fahrzeugnutzer des Kraftfahrzeugs 9 kann beispielsweise der Schadenstyp und die Schadensunterklasse mittels eines Navigationssystems oder mittels eines mobilen Endgeräts angezeigt werden. Der Fahrzeugnutzer des Kraftfahrzeugs 9 kann sich zudem auf den ihm angezeigten Straßenzustand vorbereiten.
Alle ausgewerteten Oberflächendaten und alle verknüpften Daten, d. h. die Verknüpfung der ausgewerteten Oberflächendaten mit Positionsdaten und Maßnahmen, können zudem automatisiert an eine Zentrale gesendet werden, z. B. an ein Straßenbauamt oder an ein Straßenverkehrsamt, oder an eine andere mit der Instandhaltung der Infrastruktur beauftragte Stelle. Erhält diese Zentrale die Information, dass an einer bestimmten Position ein Straßenschaden vorliegt, kann diese automatisiert und zeitnah eine Reparatur ausführen. Diese Reparatur kann beispielsweise von Reparaturdrohnen ausgeführt werden. Somit müssen nicht größere Streckenabschnitte abgesperrt werden, wenn sich eine Reparatur lohnt, sondern Reparaturen können direkt durchgeführt werden.
Durch das kontinuierliche Abtasten der Fahrbahnoberfläche 2 mittels der mobilen Überwachungseinheiten 3 wird der fließende Verkehr nicht behindert. Zudem müssen die Kraftfahrzeuge nicht erst in den Straßenschaden hineinfahren. Kleine Schäden können frühzeitig entdeckt und repariert werden. Auch auf wenig frequentierten Strecken ist es somit möglich ständig aktuelle Daten bezüglich des Zustands der Fahrbahnoberfläche 2 zu erhalten.
Zudem ist vorteilhaft, dass die Lebensdauer einzelner Straßenabschnitte durch das Einsetzen dieses Verfahrens kontinuierlich verbessert wird. Die von den mobilen Überwachungseinheiten 3 gesammelten Informationen werden zum einen genutzt, um Schäden schnell festzustellen und zu reparieren, zum anderen aber auch als Feedbacksystem für maschinelles Lernen.
Bezugszeichenliste

1: System
2: Fahrbahnoberfläche
3: mobile Überwachungseinheit
4: Kommunikationsvorrichtung
5: Positionsbestimmungssystem
6: Steuerungseinheit
7: Oberflächensensor
8: Auswertevorrichtung
9: Kraftfahrzeug
10: Fahrtrichtung
11: Bewegungsrichtung
12: abzutastender Bereich
13: Datenaustausch

Claims

Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche (2) einer Straße mittels einer Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten (3), wobei - jede mobile Überwachungseinheit (3) wenigstens einen Oberflächensensor (7), eine Steuerungseinheit (6), ein Positionsbestimmungssystem (5) und eine Kommunikationsvorrichtung (4) aufweist, - jede mobile Überwachungseinheit (3) autonom bewegbar ist, - die Position jeder mobilen Überwachungseinheiten (3) in Echtzeit mittels des Positionsbestimmungssystems (5) jeder mobilen Überwachungseinheit (3) ermittelt und an die weiteren mobilen Überwachungseinheiten (3) und an eine Auswertevorrichtung (8) weitergeleitet wird, - die mobilen Überwachungseinheiten (3) mittels ihrer Kommunikationsvorrichtungen (4) untereinander kommunizieren, so dass sich jede mobile Überwachungseinheit (3) innerhalb eines für diese mobile Überwachungseinheit (3) spezifischen Bereichs (12) entlang der Fahrbahnoberfläche (2) autonom bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass - die Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten (3) ein Schwarm an mobilen Überwachungseinheiten (3) ist, - jede mobile Überwachungseinheit (3) mittels ihres wenigstens einen Oberflächensensors (7) die Fahrbahnoberfläche (2) ihres spezifischen Bereichs (12) abtastet und für diesen Oberflächendaten ermittelt, - die Oberflächendaten, die von jeder mobilen Überwachungseinheit (3) ermittelt wurden, an die Auswertevorrichtung (8) weitergeleitet und von dieser ausgewertet werden, - die ausgewerteten Oberflächendaten jeder mobilen Überwachungseinheit (3) mit Positionsdaten verknüpft werden, - die ausgewerteten Oberflächendaten jeder mobilen Überwachungseinheit (3) und die verknüpften Daten in der Auswertevorrichtung (8) gespeichert werden, - der wenigstens eine Oberflächensensor (7) ein Ultraschallsensor und/ oder ein Lidarsensor und/oder ein Radarsensor und/ oder ein Laserscanner ist, und - wenigstens eine der mobilen Überwachungseinheiten (3) ein Luftfahrzeug ist, welches eine Flugdrohne ist.
Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche (2) einer Straße mittels einer Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewerteten Oberflächendaten jeder mobilen Überwachungseinheit (3) und die verknüpften Daten, die in der Auswertevorrichtung (8) gespeichert sind, von Nutzern der Straße abrufbar sind oder automatisiert an diese Nutzer der Straße weitergeleitet werden.
Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche (2) einer Straße mittels einer Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewerteten Oberflächendaten jeder mobilen Überwachungseinheit (3) und die verknüpften Daten, die in der Auswertevorrichtung (8) gespeichert sind, automatisiert an eine Zentrale weitergeleitet werden.
Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche (2) einer Straße mittels einer Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der mobilen Überwachungseinheiten (3) ein Straßenfahrzeug ist.
Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche (2) einer Straße mittels einer Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertevorrichtung (8) eine Cloud ist.
Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche (2) einer Straße mittels einer Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mobilen Überwachungseinheiten im Straßenverkehr den weiteren Nutzern der Straße nachrangig sind.
System (1) zum Ermitteln eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche (2) einer Straße nach dem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das System (1) eine Auswertevorrichtung (8) und eine Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten (3), wobei jede mobile Überwachungseinheit (3) wenigstens einen Oberflächensensor (7), eine Steuerungseinheit (6), ein Positionsbestimmungssystem (5) und eine Kommunikationsvorrichtung (4) aufweist, umfasst, wobei jede mobile Überwachungseinheit (3) autonom entlang der Fahrbahnoberfläche (2) bewegbar ist, wobei die Mehrzahl an mobilen Überwachungseinheiten (3) ein Schwarm an mobilen Überwachungseinheiten (3) ist, wobei der wenigstens eine Oberflächensensor (7) ein Ultraschallsensor und/ oder ein Lidarsensor und/oder ein Radarsensor und/ oder ein Laserscanner ist und wenigstens eine der mobilen Überwachungseinheiten (3) ein Luftfahrzeug ist, welches eine Flugdrohne ist.
Verfahren zum Reparieren eines Straßenschadens, wobei der Straßenschaden detektiert wird mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sobald Daten bezüglich eines zu reparierenden Straßenschadens an einer bestimmten Position an die Zentrale weitergeleitet werden, eine mobile autonome Reparatureinheit automatisch und ohne Zeitverlust geschickt wird, um den Straßenschaden zu reparieren.