DE102017008389A1

DE102017008389A1 - Verfahren und System zur Objektverfolgung

Info

Publication number: DE102017008389A1
Application number: DE102017008389.4A
Authority: DE
Inventors: Daniel-Maurice Burgstahler; Lucas Matthias Backert; Christoph Stephan Peusens
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2018-03-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Objektverfolgung mittels Kommunikation zwischen wenigstens einem zu verfolgenden Senderobjekt (3) und wenigstens einem Empfängerobjekt (5), bei dem das Senderobjekt (3) fortlaufend oder wenigstens in zeitlichen Mindestabständen eigene Positions- und/oder Bewegungsdaten (13) erfasst, bei dem wenigstens eine Prädikation einer Position und/oder einer Bewegung des Senderobjekts (3) für nach der Erfassung der Positions- und/oder Bewegungsdaten (13) des Senderobjekts liegende Zeitpunkte (tn) vorgenommen wird, wobei der wenigstens einen Prädiktion ein kinematisches Modell (K), das aus wenigstens zwei bereitgestellten kinematischen Modellen (K1, K2) gewählt wird, sowie Karteninformationen (L) für eine positionsabhängige Anpassung einer Fahrtrichtung des Senderobjekts zugrunde gelegt werden, bei dem das Senderobjekt (3) zu zeitlich beabstandeten Sendezeitpunkten (Ti) Daten (11) über einen Kommunikationskanal (9) sendet, die jeweils wenigstens einen Teil der erfassten Positions- und/oder Bewegungsdaten (13) und/oder mittels der Prädiktion gewonnene Positions- und/oder Bewegungsdaten enthalten, und bei dem das wenigstens eine Empfängerobjekt (5) die Daten (11) über den Kommunikationskanal (9) empfängt und zu Zwecken der Objektverfolgung auswertet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Objektverfolgung mittels Kommunikation zwischen wenigstens einem zu verfolgenden Senderobjekt und wenigstens einem Empfängerobjekt.
Aus dem Stand der Technik sind vernetzte mobile Objekte, beispielsweise Fahrzeuge, bekannt, die Knoten eines mobilen Ad-hoc-Netzwerkes bilden und per Funk, beispielsweise unter Verwendung des Standards IEEE 802.11p, Daten austauschen. Der Austausch derartiger Daten, insbesondere zu Zwecken einer Nachverfolgung anderer mobiler Objekte, ist eine fundamentale Informationsbasis für vielfältige zukünftige Fahrfunktionen bzw. Fahrassistenzfunktionen. Insbesondere teilt dabei ein Fahrzeug Informationen über sich, sog. Ego-Vehikel-Informationen, über eine direkte ad-hoc-V2V(vehicle-to-vehicle)-Kommunikation mit. Die Kommunikation ist in Standards, beispielsweise im IEEE 1609 WAVE Standard oder im ETSI ITS-G5 Standard definiert. Während Anwendungsfälle in Bezug auf eine Sicherheitszone des Fahrzeugs durch lokale Sensorinformationen und eine mobile ad-hoc-Kommunikation im Single-Hop-Bereich abgedeckt werden können, erfordern Anwendungsfälle in Bezug auf eine sog. Awareness-Zone die Weiterleitung von Informationen, beispielsweise durch Multi-Hop-Kommunikation. Solche Anwendungsfälle stellen insbesondere gemeinschaftliche Fahrmanöver dar. Wichtig sind Information über sich bewegende Objekte in einer Entfernung außerhalb des direkten Kommunikationsbereichs.
Die Fahrzeuge senden Nachrichten aus, die beispielsweise als Cooperative Awareness Messages (CAM, ETSI IST-G5) bzw. Basic Safety Messages (BSM, IEEE 1609 WAVE) bzw. allgemeiner als Beacon oder Heartbeat bezeichnet werden und die Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Richtung, Lenkradposition und Dimensionen des Ego-Vehikels enthalten. Neben diesen Informationen können in diesen Nachrichten noch weitere optionale Informationen enthalten sein. Alle Attribute sind mit bestimmten Konfidenzindikatoren versehen. Auf diese Weise sind Fahrzeuge innerhalb des Kommunikationsbereiches, die die Nachrichten empfangen und auswerten, in der Lage die Position und den Pfad des Senderobjekts zu verfolgen. Bei steigender Anzahl der Fahrzeuge in der näheren Umgebung, insbesondere innerhalb der Kommunikationsreichweite der V2V-Kommunikationseinrichtungen der Fahrzeuge, können diese Beacons, beispielsweise CAM-Nachrichten, bedingt durch einen Mehrfachzugriff auf einen Kommunikationskanal, miteinander interferieren bzw. kollidieren. In diesem Fall können Mechanismen zur Kontrolle einer Überlastung des Kommunikationskanals, sog. Decentralized Congestion Control(DCC)-Mechanismen, die Sendeleistung und die Senderate heruntersetzen, um Interferenzen und eine Kanalüberlastung und damit einhergehende erhöhte Paketfehlerraten zu vermeiden bzw. zu reduzieren. Insbesondere sind aus dem Stand der Technik Lösungen bekannt, bei denen Senderate und Sendeleistung basierend auf der gemessenen Kanallast (Channel Busy Rate, CBR) beeinflusst werden. Eine reduzierte Sendeleistung bzw. eine reduzierte Senderate kann jedoch zur Reduktion der Trackinggenauigkeit führen, mit der ein Empfängerobjekt ein Senderobjekt verfolgen kann. Überdies kann durch eine solche Maßnahme die Nachrichtenübertragung auf den Single-Hop-Kommunikationsbereich begrenzt sein. Basierend auf dem verwendeten DCC-System werden diese Nachrichten mit einer Frequenz bzw. Senderate zwischen 1 Hz und 10 Hz gesendet.
Derzeit stehen zwei grundsätzliche Ansätze zur Überlastungskontrolle in Diskussion, nämlich ein reaktiver und ein adaptiver Ansatz. Die ETSI ITS-G5-Spezifikation sieht ein DCC-System vor, das auf einer Messung der Kanallast basiert. Dabei enthält ein Header der CAM-Nachricht Informationen über die Kanallast, die das Ego-Vehikel sieht, um die Nachbarn zu informieren. Die Senderate wird dann entsprechend der bekannten Kanallast nach der eigenen Messung und nach den empfangenen Informationen eingestellt. Die Kanallast ist in fünf Kanallastklassen eingeteilt, denen jeweils eine bestimmte Senderate zwischen 1 Hz und 10 Hz zugeordnet ist.
Beim adaptiven DCC-Ansatz (Linear Message Rate Control Algorithm for Vehicular DSRC Systems, LIMERIC) werden ebenfalls Kanallastinformationen über die lokale Nachbarschaft gesammelt und versucht die Anzahl der anderen Fahrzeuge in der Umgebung zu bestimmen. Die Senderate wird linear berechnet und es kann eine gerechte und effiziente Kanalnutzung erreicht werden. Allerdings ist die Kanallast in dichten Verkehrssituationen auch unter Anwendung aufwändigerer Überlastungskontrollmechanismen nahe ihrer Grenzen aufgrund der hohen Anzahl von Nachrichten. Folglich wurde in der Spezifikation die minimale Senderate für CAMs von 2 Hz auf 1 Hz reduziert.
Neben den CAM- oder BSM-Nachrichten werden noch weitere Nachrichten, wie beispielsweise Decentralized Environment Notification Messages (DENM), über den Kommunikationskanal gesendet, was zu einer weiteren Erhöhung der Kanallast führt und damit zu einer Verschärfung der vorstehend genannten Probleme wie Kollisionen und Verlust von Nachrichten und damit verbundenen Positions-Trackingfehlern beiträgt.
Für die Fahrzeug-Ad-Hoc-Kommunikation sind in USA und Europa sieben 10 MHz-Kanäle im 5.9 GHz-Band reserviert. Derzeit ist nur ein Kontrollkanal für Informationen geplant, die für Notfälle und zur Objektverfolgung relevant sind. Die anderen Kanäle sind für andere Dienste reserviert, beispielsweise für Ampelinfomationen oder Mediendienste. Jedoch würde auch die Kanalkapazität eines kompletten Kanals, der für die Objektverfolgung vorgesehen wäre, nicht für eine Multi-Hop-Weiterleitung von zur Objektverfolgung relevanten Nachrichten ausreichen.
Eine andere Möglichkeit zur Senkung der Kanallast besteht darin, in Abhängigkeit des Informationsgehaltes (Entropie) zu senden, d. h. es wird nur gesendet, wenn es einen Mehrwert bringt. Dabei schätzt der Sender die Genauigkeit ab, mit welcher der Empfänger die Position des Senders schätzt, beispielsweise durch Anwendung eines „Constant-Velocity-Modells”, basierend auf einer zuletzt bekannten Fahrtrichtung und Geschwindigkeit. Ein derartiges Verfahren ist aus US 8 315 756 B2 bekannt.
Aus DE 10 2009 056 620 A1 ist ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einem Senderobjekt und einem Empfängerobjekt bekannt, bei dem die Senderate der CAMs durch Prädiktion, insbesondere einer Position des Senderobjekts, verringert werden kann. Dabei werden gemessene Ist-Werte mit prognostizierten Werten verglichen, und nur bei Überschreiten einer Abweichung der Prognose-Werte von den Ist-Werten eine neue CAM-Nachricht mit aktuellen Ist-Werten gesendet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System zur Objektverfolgung mittels Kommunikation anzugeben, mit der eine Reduzierung der Kanallast für die Objektverfolgung erreicht werden kann.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 8. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei dem lösungsgemäßen Verfahren zur Objektverfolgung mittels Kommunikation zwischen wenigstens einem zu verfolgenden Senderobjekt und wenigstens einem Empfängerobjekt erfasst das Senderobjekt fortlaufend oder wenigstens in zeitlichen Mindestabständen eigene Positions- und/oder Bewegungsdaten. Die Positionsdaten bzw. Bewegungsdaten können insbesondere die Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Richtung, Lenkradposition und Dimensionen des Fahrzeugs umfassen. Die Erfassung der Daten kann dabei insbesondere über eine Positionserfassungseinrichtung, eine fahrzeugeigene Sensorik und/oder durch Zugriff auf Datenbanken oder Listen (Look-up-tables) erfolgen. Die zeitlichen Mindestabstände können beispielsweise kleiner oder gleich dem Kehrwert der maximalen Senderate, beispielsweise ≤ 100 ms, sein. Für nach der Erfassung der Positions- und/oder Bewegungsdaten des Senderobjekts liegende Zeitpunkte wird wenigstens eine Prädikation einer Position und/oder einer Bewegung, insbesondere eine Prädiktion von der Position und/oder der Bewegung des Senderobjekts zuordenbaren Positions- und/oder Bewegungsdaten, vorgenommen, wobei der wenigstens einen Prädiktion ein kinematisches Modell, das aus wenigstens zwei bereitgestellten kinematischen Modellen gewählt wird, sowie Karteninformationen, vorzugsweise aus einfachen Kartenmaterial, z. B. aus einer Open Street Map (OSM), für eine positionsabhängige Anpassung einer Fahrtrichtung des Senderobjekts zugrunde gelegt werden. Die positionsabhängige Anpassung einer Fahrtrichtung kann als adaptives Modell für die Fahrtrichtung betrachtet werden. Zu zeitlich beabstandeten Sendezeitpunkten sendet das Senderobjekt Daten über einen Kommunikationskanal, die jeweils wenigstens einen Teil der erfassten Positions- und/oder Bewegungsdaten und/oder mittels der Prädiktion gewonnene Positions- und/oder Bewegungsdaten enthalten, insbesondere Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Richtung, Lenkradposition und Dimensionen des Fahrzeugs. Das wenigstens eine Empfängerobjekt empfängt die Daten über den Kommunikationskanal und wertet diese zu Zwecken der Objektverfolgung aus. Senderobjekt und Empfängerobjekt sind vorzugsweise Fahrzeuge, die Knoten eines mobilen ad-hoc-Netzwerkes bilden und die insbesondere nach dem Standard IEEE 802.11p, besonders bevorzugt nach dem Standard ETSI ITS-G5 miteinander kommunizieren (C2C-Kommunikation). Als Ausgangspunkt für eine Prädiktion werden vorzugsweise Positions- und/oder Bewegungsdaten verwendet, die zuletzt versendet wurden. Durch die Prädiktion auf Basis zweier kinematischer Modelle sowie der Karteninformationen zur positionsabhängigen Bestimmung der Fahrtrichtung kann die Qualität der Prädiktion verbessert und damit die Senderate, mit der beispielsweise CAMs ausgesendet werden, reduziert und damit die Kanallast auf dem Kommunikationskanal gesenkt werden.
Vorzugsweise erfolgt die Auswahl des kinematischen Modells in Abhängigkeit von den erfassten Positions- und/oder Bewegungsdaten.
Bevorzugt umfassen die wenigstens zwei bereitgestellten kinematischen Modelle ein auf einer gleichförmigen Bewegung basierendes kinematisches Modell (Constant-Velocity-Modell) und ein auf einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung basierendes kinematisches Modell (Constant-Acceleration-Modell). Das auf einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung basierende kinematische Modell wird gewählt, wenn eine ermittelte Beschleunigung des Senderobjekts einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt. Ansonsten wird das auf einer gleichförmigen Bewegung basierende kinematische Modell gewählt. Welches kinematische Modell der Prädiktion zugrunde gelegt wird, kann dabei insbesondere durch das Senderobjekt entschieden werden.
Die Karteninformationen können insbesondere wenigstens eine einem Wegabschnitt und/oder einer Straße zugeordnete Information, insbesondere eine Straßenidentifikationsinformation, beispielsweise eine sog. Lane-ID einer Open Street Map (OSM), enthalten, auf dem bzw. auf der sich das Senderobjekt befindet.
Besonders bevorzugt können die Daten eine Information über das für die Prädiktion verwendete kinematische Modell und die verwendeten Karteninformationen enthalten. Insbesondere kann die Prädiktion sowohl im Senderobjekt als auch im Empfängerobjekt erfolgen, bevorzugt unter Verwendung derselben Positions- und/oder Bewegungsdaten, desselben kinematischen Modells und derselben Karteninformationen. Besonders bevorzugt können die Daten mit gegenüber dem ETSI ITS-G5-Standard modifizierten CAM-Nachrichten gesendet werden, welche wenigstens zwei zusätzlich Werte, insbesondere einen Wert zur Bestimmung des zu verwendenden kinematischen Modells und einen Wert bezüglich der Straße und/oder des Straßenabschnitts, auf dem sich das Fahrzeug wenigstens zum Zeitpunkt der Aussendung der CAM-Nachricht befindet, enthalten. Ein Beispiel für eine geeignete Karteninformation ist eine sog. Lane-ID, die insbesondere aus grundsätzlich für alle Fahrzeuge gleichen OSM-Kartendaten abgeleitet bzw. entnommen werden kann. Bevorzugt wird die entsprechende Karteninformation genutzt, um einen Krümmungswert für die Berechnung der Fahrzeugrichtung zu erhalten. Insbesondere werden die Daten gesendet, wenn wenigstens eines der nachfolgend beschriebenen Ereignisse bzw. Triggerereignisse eintritt.
Eine neue CAM-Nachricht mit aktualisierten Daten, die vorzugsweise auch Daten über das kinematische Modell und die Karteninformationen, z. B. die Lane-ID, enthält, kann ausgesendet werden, wenn eine vorgegebene maximale Zeitdauer T_max seit dem letzten Sendezeitpunkt abgelaufen ist. Die maximale Zeitdauer T_max kann dem Kehrwert der minimalen Senderate entsprechen, also beispielsweise 1000 ms betragen.
Eine neue CAM-Nachricht kann auch dann gesendet werden, wenn die Qualität der Prädikation zu schlecht wird. Insbesondere kann eine neue CAM-Nachricht gesendet werden, wenn eine Abweichung bzw. ein Prädiktionsfehler zwischen senderseitig, beispielsweise unter Nutzung der fahrzeugeigenen Sensorik und/oder des fahrzeugeigenen Positionserfassungssystems, erfassten Positions- und/oder Bewegungsdaten des Senderobjekts und mittels einer senderseitigen Prädiktion ermittelten Positions- und/oder Bewegungsdaten für einen nach dem letzten Sendezeitpunkt einer CAM-Nachricht liegenden Zeitpunkt einen vorgegebenen Schwellwert ε überschreitet.
Auch kann eine neue CAM-Nachricht ausgesendet werden, wenn das Senderobjekt das für die Prädikation verwendete kinematische Modell wechselt.
Eine neue CAM kann insbesondere auch dann gesendet werden, wenn der Prädikation, insbesondere der positionsabhängigen Fahrtrichtungsbestimmung eine andere Kartenformationen zugrunde gelegt wird, beispielsweise wenn das Senderobjekt bzw. Senderfahrzeug auf eine Straße bzw. einen Straßenabschnitt mit anderer Straßenidentifikationsinformation, beispielsweise einer anderen Lane-ID, wechselt. Eine neue Übersendung einer CAM im Falle eines gewechselten kinematischen Modells und/oder einer neuen Karteninformation, insbesondere Lane-ID, ist insbesondere dann bevorzugt, wenn auch im Empfängerobjekt eine Prädiktion durchgeführt wird.
Vorzugsweise empfängt das Senderobjekt Nachrichten, die Positions- und/oder Bewegungsdaten des wenigstens einen Empfängerobjekts und/oder weiterer Objekte, insbesondere Fahrzeuge, in einer Umgebung, insbesondere innerhalb der Kommunikationsreichweite der Kommunikationseinrichtung des Senderobjekts, umfassen. In zeitlichen Abständen sendet das Senderobjekt wenigstens Informationen über das wenigstens eine Empfängerobjekt und/oder die weiteren Objekte, die es selbst, beispielsweise in seiner Rolle als Empfängerobjekt, erhalten hat.
Insbesondere können empfangene CAM-Nachrichten von Fahrzeugen bzw. bewegten Objekten in der Umgebung in einer lokalen Datenbank verwaltet werden, wobei die entsprechenden Positionsinformationen durch Prädikation und/oder neu ankommende CAM-Nachrichten laufend aktualisiert werden. Diese Informationen können bevorzugt periodisch in eine Liste gepackt und mit einer entsprechend strukturierten Nachricht, beispielsweise in Form einer Cooperative Perception Message (CPM) gesendet werden.
Vorzugsweise können mobile Objekte, beispielsweise Fahrzeuge, sowohl die Rolle eines Senderobjekts als auch die eines Empfängerobjekts übernehmen, um sich gegenseitig über ihre jeweilige Position bzw. Bewegung zu informieren und basierend hierauf das jeweilige andere Objekt zu verfolgen.
Das lösungsgemäße System zur Objektverfolgung mittels Kommunikation umfasst wenigstens ein Senderobjekt sowie wenigstens ein Empfängerobjekt. Das Senderobjekt umfasst dabei wenigstens folgende Einrichtungen: Eine Positions- und/oder Bewegungserfassungseinrichtung zur Erfassung von Positions- und/oder Bewegungsdaten des Senderobjekts, eine Rechen- und Speichereinheit mit wenigstens zwei bereitgestellten kinematischen Modellen, eine Auswahleinheit zur Auswahl eines für die Prädiktion anzuwendenden kinematischen Modells aus den wenigstens zwei bereitgestellten kinematischen Modellen (K1, K2), eine Einheit zur Bereitstellung von Karteninformationen für eine positionsabhängige Anpassung einer Fahrtrichtung des Senderobjekts, eine Prädiktionseinrichtung mit einem implementierten Algorithmus zur Durchführung einer Prädiktion wenigstens einer Position und/oder einer Bewegung des Senderobjekts für nach dem Zeitpunkt der Erfassung der Positions- und/der Bewegungsdaten des Senderobjekts liegende Zeitpunkte auf Basis der erfassten Positions- und/oder Bewegungsdaten, des ausgewählten kinematischen Modells sowie der Karteninformationen, eine Kommunikationseinrichtung zum Senden von Daten über einen Kommunikationskanal zu zeitlich beabstandeten Sendezeitpunkten, die jeweils wenigstens einen Teil der erfassten Positions- und/oder Bewegungsdaten und/oder mittels der Prädiktion gewonnenen Positions- und/oder Bewegungsdaten umfassen, eine Auswerte- und Steuereinheit zur Überwachung von Triggerereignissen für das Senden und zur Initiierung des Sendens der Daten. Das wenigstens eine Empfängerobjekt weist wenigstens eine Kommunikationseinrichtung zum Empfangen der vom Senderobjekt über den Kommunikationskanal gesendeten Daten sowie eine Auswerteeinheit- und Speichereinheit auf, die wenigstens die empfangenen Daten zur Verfolgung des Senderobjekts auswertet.
Bevorzugt enthalten die Daten Informationen zum ausgewählten kinematischen Modell und zu den Karteninformationen, und das wenigstens eine Empfängerobjekt umfasst zusätzlich folgende Einrichtungen: Eine Rechen- und Speichereinheit, in der die wenigstens zwei kinematischen Modelle bereitgestellt sind, eine Auswahleinheit zur Auswahl des für die Prädiktion anzuwendenden kinematischen Modells entsprechend der mit den Daten übersandten Informationen zum ausgewählten kinematischen Modell, eine Einheit zur Bereitstellung von Karteninformationen für eine positionsabhängige Anpassung einer Fahrtrichtung des Senderobjekts, sowie eine Prädiktionseinrichtung mit einem implementierten Algorithmus zur Durchführung einer Prädiktion wenigstens einer Position und/oder einer Bewegung des Senderobjekts für nach der Erfassung der Positions- und/oder Bewegungsdaten liegenden Zeitpunkte auf Basis der vom Senderobjekt gesendeten Daten. Die Auswahleinheit wählt das für eine bevorzugte zusätzliche, empfängerseitig durchzuführende Prädiktion das hierfür einzusetzende kinematische Modell aus den empfängerseitig bereitgestellten kinematischen Modellen entsprechend der in den vom Senderobjekt übermittelten Information bezüglich des zu verwendenden kinematischen Modells. Die senderseitig bzw. die optional empfängerseitig vorgesehene Einheit zur Bereitstellung von Karteninformationen kann beispielsweise eine lokale Speichereinheit sein, auf der die Karteninformationen bzw. das Kartenmaterial gespeichert ist, kann aber alternativ oder zusätzlich auch eine Einheit sein, die einen Zugriff auf Kartenmaterial bzw. Kartendaten ermöglicht, die in einer externen Datenbank abgelegt sind.
Besonders bevorzugt ist die Kommunikationseinrichtung des Senderobjekts zum Empfang von Positions- und/oder Bewegungsdaten des wenigstens einen Empfängerobjekts und/oder weiterer Objekte in einer Umgebung des Senderobjekts ausgebildet. Das Senderobjekt kann insbesondere eine Auswerte- und Speichereinheit umfassen, in der Informationen über das wenigstens eine Empfängerobjekt und/oder weitere Objekte, deren Positions- und/oder Bewegungsdaten empfangen wurden, gespeichert sind.
Vorzugsweise können mobile Objekte, beispielsweise Fahrzeuge, sowohl die Vorrichtungsbestandteile eines Senderobjekts als auch die eines Empfängerobjekts aufweisen, um sich gegenseitig über ihre jeweilige Position bzw. Bewegung zu informieren und basierend hierauf das jeweilige andere Objekt zu verfolgen.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, dass die Senderate in Abhängigkeit der Entropie der Nachrichten eingestellt wird und nicht in Abhängigkeit einer gemessenen Kanallast. Auf diese Weise kann insgesamt die Senderate zur Vermeidung eines überlasteten Kanals reduziert werden. Insbesondere lässt sich durch die Sendung der modifizierten CAM-Nachrichten im Vergleich zu den im ETSI ITS-G5-Standard vorgesehenen CAM-Nachrichten (incl. DCC) die Anzahl der zu sendenden CAM-Nachrichten deutlich, teilweise bis zu 93%, reduzieren. So kann die Kanallast für eine Umfeldwahrnehmung, insbesondere von vernetzten Fahrzeugen, deutlich reduziert und dadurch weniger Paketverluste und weniger fehlerhafte Datenpakete erreicht werden. Frei gewordene Kanalkapazitäten können für eine Weiterleitung von Umfeldinformationen, beispielsweise mittels CPM-Nachrichten, genutzt werden, so dass eine Wahrnehmungsreichweite der Fahrzeuge bezüglich sich bewegender Objekte deutlich vergrößert, insbesondere mehr als verdoppelt, werden kann. Im Gegensatz zu bekannten DCC-Mechanismen, die versuchen die Kanallast bei Überlastung zu reduzieren, kann erfindungsgemäß die Kanallast proaktiv auf ein Minimum reduziert werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnungen zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems in stark schematisierter Form
2 ein Blockschaltbild zur Wahl des kinematischen Modells
3 ein Blockschaltbild zur Überwachung des Prädiktionsfehlers
1 zeigt drei Objekte 3, 5, 7, beispielsweise Fahrzeuge, die Knoten eines Ad-Hoc-Kommunikationsnetzes 8 bilden, und die über einen Kommunikationskanal 9 per Funk miteinander kommunizieren, vorzugsweise unter Nutzung des Standards IEEE 802.11p, der auch im Standard ETSI ITS-G5 zugrunde gelegt ist. Im einzelnen sind in 1 ein erfindungsgemäßes Senderobjekt 3, ein erfindungsgemäßes Empfängerobjekt 5 sowie ein weiteres Objekt 7 auf einem angedeuteten Straßenabschnitt dargestellt. Die Objekte 3, 5, 7 verfügen jeweils über eine Kommunikationseinrichtung 31, 51, 71 zur Übertragung von Daten bzw. Nachrichten über eine Funkverbindung, vorzugsweise in einem Frequenzband bei 5,9 GHz.
Das Senderobjekt 3 weist eine Positions- und/oder Bewegungserfassungseinrichtung 32 zur Erfassung von Positions- und/oder Bewegungsdaten des Senderobjekts 3 auf. Diese kann vorzugsweise eine fahrzeugeigene Positionserfassungseinrichtung und/oder fahrzeugeigene Sensorsysteme umfassen bzw. zur Erfassung der Ist-Position bzw. der Ist-Bewegung des Senderobjekts 3 mit Datenbanken in Kommunikationsverbindung stehen, insbesondere über eine Mobilfunkverbindung (3G, 4G ...) stehen, beispielsweise um Kartendaten zur Positionsbestimmung zu erhalten. Die in diesem Zusammenhang erforderliche Kommunikationseinrichtung ist nicht dargestellt. Des Weiteren weist das Senderobjekt 3 eine Rechen- und Speichereinheit 33 mit wenigstens zwei bereitgestellten kinematischen Modellen K1, K2 auf. Bevorzugt ist wenigstens jeweils ein auf einer gleichförmigen Bewegung basierendes kinematisches Modell K1 und ein auf einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung basierendes kinematisches Modell K2 vorgesehen. Das Senderobjekt 3 verfügt über eine Auswahleinheit 34 zur Auswahl des für die Prädiktion anzuwendenden klimatischen Modells aus den wenigstens zwei bereitgestellten kinematischen Modellen (K1, K2). Ein beispielhaftes Auswahlverfahren ist unten näher anhand von 2 erläutert. Weiter weist das Senderobjekt 3 eine Einheit 35 zur Bereitstellung von Karteninformationen für eine positionsabhängige Anpassung einer Fahrtrichtung des Senderobjekts 3 auf. Die Prädiktionseinrichtung 36 des Senderobjekts 3 enthält einen auf einer Rechen- und Speichereinheit implementierten Algorithmus zur Durchführung einer Prädiktion wenigstens einer Position und/oder einer Bewegung des Senderobjekts 3 für nach dem Zeitpunkt der Erfassung der Positions- und oder Bewegungsdaten des Senderobjekts liegende Zeitpunkte auf Basis der erfassten Positions- und/oder Bewegungsdaten 13, des ausgewählten kinematischen Modells K sowie der Karteninformationen L zur positionsabhängigen Anpassung der Fahrtrichtung. Besonders bevorzugt werden als Ausgangspunkt für die Prädiktion die Positions- und/oder Bewegungsdaten verwendet, die mit dem letzten CAM-Nachricht über den Kommunikationskanal gesendet wurden, um Nachbarn bzw. andere Fahrzeuge im Kommunikationsbereich über die Position bzw. Bewegung des Senderobjekts 3 zu informieren.
1 zeigt weiter ein Empfängerobjekt 5 mit einer Kommunikationseinrichtung (51) zum Empfangen der vom Senderobjekt (3) über den Kommunikationskanal (9) gesendeten Daten (11) und einer Auswerteeinheit- und Speichereinheit (52), die wenigstens die empfangenen Daten (11) zur Verfolgung des Senderobjekts (3) auswertet. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Empfängerobjekt weiter eine Rechen- und Speichereinheit (53), in der die wenigstens zwei kinematischen Modelle (K1, K2) bereitgestellt sind, eine Auswahleinheit (54) zur Auswahl des für die Prädiktion anzuwendenden kinematischen Modells (K) entsprechend der mit den Daten (11) übersandten Informationen zum ausgewählten kinematischen Modell (K), eine Einheit (55) zur Bereitstellung von Karteninformationen für eine positionsabhängige Anpassung einer Fahrtrichtung des Senderobjekts (3) und eine Prädiktionseinrichtung (56). Diese umfasst insbesondere einen implementierten Algorithmus zur Durchführung einer Prädiktion wenigstens einer Position und/oder einer Bewegung des Senderobjekts (3) für nach der Erfassung der Positions- und/oder Bewegungsdaten (13) liegenden Zeitpunkte (tn) auf Basis der vom Senderobjekt (3) gesendeten Daten (11).
Die Sendezeitpunkte weisen bevorzugt keinen konstanten zeitlichen Abstand auf, sondern werden in Abhängigkeit von Triggerereignissen gewählt. Zur Überwachung bzw. zur Feststellung des Auftretens von Triggerereignissen und zur Initiierung des Sendens der Daten ist eine Auswerte- und Steuereinheit 37 vorgesehen. Vorzugsweise können vier verschiedene Triggerereignisse vorgesehen sein, die zur Aussendung neuer Daten, insbesondere einer neuen CAM-Nachricht, führen, die wenigstens aktualisierte Positions- und/oder Bewegungsdaten 13 des Senderobjekts 3, bevorzugt zusätzlich Informationen über das bei der Prädiktion von Positions- und/oder Bewegungsdaten 13 senderseitig verwendete kinematische Modell K und/oder die Karteninformationen L, enthält.
In einem ersten Fall können neue Daten 11, insbesondere mit einem neuen CAM-Signal, gesendet werden, wenn eine vorgegebene maximale Zeitdauer T_max seit dem letzten Sendezeitpunkt, mit dem Daten bzw. eine CAM-Nachricht verschicket wurden, verstrichen ist. Beispielsweise kann T_max = 1000 ms gelten, d. h. T_max kann dem Kehrwert der im EC ITS-G5 Standard vorgesehenen minimalen Senderate von 1 Hz entsprechen. Die maximale Senderate für die Aussendung von CAM-Nachrichten beträgt entsprechend der ETSI IST-G5 und IEE 1609 WAVE Spezifikation 10 Hz, d. h. der minimale Abstand zweier CAM-Nachrichte T_CAM,min beträgt 100 ms.
Eine zweite Triggerbedingung kann ein Wechsel des verwendeten kinematischen Modells K sein. Insbesondere kann ein Wechsel zwischen einem sogenannten Constant-Velocity-Modell, also einem auf einer gleichförmigen Bewegung basierendem Modell, oder einem Constant-Accelaration-Modell, einem auf einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung basierendem Modell, erfolgen. Bevorzugt werden Veränderungen in der Geschwindigkeit des Senderobjekts 3 über die Zeit – bevorzugt durch das Senderobjekt selbst – erfasst, d. h. eine Beschleunigung bzw. eine veränderte momentane Beschleunigung. Zur Vermeidung häufiger Wechsel des verwendeten Modells kann bevorzugt ein IIR-Tiefpassfilter 1. Ordnung eingesetzt werden, um eine häufige Aussendung von CAM-Nachrichten zu vermeiden. Als Bedingung für den Wechsel des verwendeten kinematischen Modells kann ein Beschleunigungsgrenzwert a_TH eingesetzt werden, wie in den nachfolgenden Gleichungen angegeben und in 2 dargestellt. Die im aktuellen Triggerintervall angenommene Geschwindigkeit v_j kann insbesondere einem gewichteten Produkt der momentan gemessenen bzw. erfassten Geschwindigkeit und der im vorangegangenen Triggerintervall verwendeten Geschwindigkeit v_j-1 entsprechen. Um hohe Fluktuationen zu vermeiden kann der momentan gemessene Wert mit einem Wichtungsfaktor b₀, beispielsweise b₀ = 0.1, gewichtet werden, wohingegen der Wert der Geschwindigkeit im vorangegangenen Triggerintervall mit a₁ = 1 – b₀, beispielsweise a₁ = 0.9 gewichtet werden kann. Dieser Zusammenhang ist beispielhaft in den nachfolgenden Formeln abgebildet. K ∊ {const_velocity; const_acceleration} b₀ = 0.1; a₁ = 0.9 v_j = b₀·v_in + a₁·v_j-1 |v_j-1 – v_j|/T_CAM,min > a_TH
Aus dem Betrag der Differenz der Geschwindigkeiten im aktuellen Triggerintervall v_j und im vorangegangenen Triggerintervall v_j-1 bezogen auf das Triggerintervall T_predict kann die Beschleunigung ermittelt werden. Diese ermittelte Beschleunigung wird mit dem Beschleunigungsschwellwert a_TH verglichen. Wenn der ermittelte Beschleunigungswert den Beschleunigungsschwellwert a_TH überschreitet, kann insbesondere zum Constant-Accelaration-Modell gewechselt werden, andernfalls wird das Constant-Velocity-Modell verwendet.
Als dritte Triggerbedingung für eine erneute Aussendung einer CAM-Nachricht kann ein Wechsel des Fahrzeugs auf eine andere Straße bzw. einen anderen Straßenabschnitt mit einer anderen zugeordneten Karteninformation, z. B. Lane-ID sein, beispielsweise wenn das Fahrzeug an einer Kreuzung abbiegt oder umkehrt. Eine Straßenidentifikation, beispielsweise eine sogenannte Lane-ID einer OpenStreetMap (OSM), die auch das Straßensegment bzw. den Straßenabschnitt kennzeichnet bzw. anzeigt, kann besonders vorteilhaft Teil der mit einer CAM-Nachricht versendeten Daten sein und kann zur Anpassung der Fahrtrichtung im Rahmen einer Positionsprädikation eingesetzt werden. Hierdurch kann der Rechenaufwand für einen Kartenabgleich (Map Matching) reduziert werden und sichergestellt werden, dass das Empfängerobjekt 5, beispielsweise das die Daten empfangende Fahrzeug, die Fahrtrichtung basierend auf den Kartendaten derselben Straße vorhersagt wie das Senderobjekt 3. Dabei ist eine korrekte Bestimmung der Straße senderseitig weniger wichtig als dass Senderobjekt 3 und Empfängerobjekt 5 die Fahrtrichtung auf Basis derselben Kartendaten, beispielsweise derselben Straßenidentifaktionsinformation bzw. Lane ID, vorhersagen.
Als vierte Triggerbedingung kann senderseitig ein Prädiktionsfehler überwacht werden. Dabei können die mittels Prädiktion für bestimmte Zeitpunkte vorhergesagte Positions- und/oder Bewegungsdaten mit Ist-Werten der entsprechenden Positions- und/oder Bewegungsdaten verglichen werden. Bei einer Abweichung, die einen vorgegebenen Schwellwert ε überschreitet, kann die Aussendung einer neuen CAM-Nachricht veranlasst werden. Solange der Schwellwert ε unterschritten bleibt, ist eine Aussendung einer neuen CAM-Nachricht – zumindest aus Genauigkeitsgründen – nicht erforderlich. Diese Positions- und/oder Bewegungsdaten 13 können in einer Ausführungsform direkt zur Verfolgung des Senderobjekts 3 herangezogen werden.
Bevorzugt können die übermittelten aktuellen bzw. aktualisierten Positions- und/oder Bewegungsdaten 13, die bevorzugt in einer modifizierten CAM-Nachricht enthalten sind – auch einer empfängerseitig erfolgenden Prädiktion zugrunde gelegt werden, mittels der Positions- und/oder Bewegungsdaten 13 des Senderobjekts 3 an bezogen auf den Sendezeitpunkt der Daten bzw. der CAM-Nachricht zukünftigen Zeitpunkten erfolgen kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird sowohl im Senderobjekt 3 als auch im Empfängerobjekt 5 eine Prädiktion durchgeführt, wobei Senderobjekt 3 und Empfängerobjekt 5 dasselbe Prädikationsmodul, d. h. dieselbe bzw. eine gleiche Ergebnisse liefernde Prädiktionseinrichtung, aufweisen. Hierdurch kann das Senderobjekt 3 durch senderseitige Beobachtung des Prädikationsfehlers auf die Prädikationsgenauigkeit zurückschließen, die das wenigstens eine Empfängerobjekt 5, beispielsweise Nachbarobjekte bzw. Nachbarfahrzeuge, erreichen können. Dieses Konzept ist beispielhaft in 3 dargestellt. Diese zeigt den Vergleich zwischen einem Ist-Wert der Position x ^_j und einer Position
, die ein Nachbar, wie beispielsweise das Empfängerobjekt 5, auf Basis der übermittelten Daten 11 bzw. der zuletzt gesendeten CAM-Nachricht abschätzen bzw. annehmen würde. Der Betrag der Differenz der beiden Werte wird mit einem Schwellwert ε verglichen, wie sich aus nachfolgender Formel ergibt:
In dem dort gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Empfängerobjekt 5 eine Positionsprädiktionseinrichtung – die einen Neighbor Estimator 57 umfasst – auf, um das Senderobjekt 3 verfolgen zu können. Auf der Seite des Senderobjekts 3 ist ein sog. Remote Estimator 45 vorgesehen, der die Position ausgibt, die der empfängerseitig angeordnete Neighbor Estimator 57 für einen bestimmten Zeitpunkt vorhersagen würde. Diese geschätzte Position wird senderseitig mit einer aktuell erfassten Position verglichen, die vom Self-Estimator 41 ausgegeben wird. Die Differenz zwischen vorhergesagter Position und Ist-Wert ist ein Maß für die Qualität der Prädiktion bzw. die Prädiktionsgenauigkeit. Hierdurch kann senderseitig die Prädiktionsgenauigkeit überwacht werden, die auf Seiten des Empfängerobjekts 5 mittels des „Neighbor Estimator” 57 erreicht wird. Im Self Estimator 41 können Einheiten zur Prädiktion 42 bzw. zur Korrektur 43 enthalten sein.
Die Daten, die insbesondere in einer CAM-Nachricht enthalten sein können, können empfängerseitig zunächst in einer lokalen Datenbank gespeichert werden. Zusätzlich zu den abgespeicherten CAM-Informationen kann eine zusätzliche Repräsentation der CAM-Nachricht zur Positionsprädikation vorgesehen werden. Dies erlaubt die CAM-Informationen zu Zwecken eines späteren Vergleichs so zu behalten, wie sie empfangen wurden. Darüber hinaus haben die Datenfelder im ursprünglichen CAM-Format keine für die Prädikation ausreichende Genauigkeit, was zu sich aufsummierenden Fehlern führen würde. Die Vorhersageschleife wird (wie nach ETSI-Spezifikationen) alle 10 ms (T_predict) getriggert, zu Zwecken einer fein aufgelöste Anpassung der Fahrtrichtung, basierend auf Änderungen der Straße gemäß dem Kartenmaterial, was insbesondere wichtig ist, wenn sich das zu verfolgende Fahrzeug auf kurvigen Straßensegmenten bewegt. Vorhergesagt wird insbesondere die Position des zu verfolgenden Senderobjekts 3, bei Nutzung eines Constant-Acceleration-Modells auch die Geschwindigkeit des Senderobjekts 3. Informationen über direkt empfangene CAM-Nachrichten von Nachbarobjekten bzw. Nachbarfahrzeugen können in einer Liste abgespeichert werden, so dass Wissen über Nachbarfahrzeuginformationen aus CAM- bzw. weiter unten erläuterten CPM-Nachrichten unterschieden werden kann. Das Wissen wird insbesondere verwendet, um Informationen über die Umfeldwahrnehmung mittels CPM-Nachrichten zu verteilen.
Falls die empfangene CAM-Nachricht eines Vehikels noch nicht bekannt ist, wird bevorzugt ein Flag f_new gesetzt, dass eine frühe Aussendung einer neuen CPM triggert. Falls kein CAM-Update von Nachbarn für eine längere Zeit als eine vorgegebene Zeit T_CAM,expired, beispielsweise T_CAM,expired = 5 s erhalten wird, wird die entsprechende Information aus der Datenbank entfernt. Dieser Fall kann eintreten, wenn sich das bis dahin beobachtete bzw. nachverfolgte Nachbarfahrzeug mittlerweile außerhalb des Kommunikationsbereichs befindet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als eine initiale Bedingung für die Aussendung einer neuen CPM-Nachricht geprüft, ob alle Nachbarvehikel schon bekannt sind. Zunächst wird das Flag f_new überprüft, ob neue Fahrzeuge, die noch nicht in einer CPM-Nachricht gelistet sind, schon in der Datenbank bekannt sind. In diesem Fall wird eine neue CPM-Nachricht gesendet, falls seit der Aussendung der letzten CPM-Nachricht mindestens eine Zeit T_CPM,min, z. B. T_CPM,min = 2 s, verstrichen ist, und das Flag f_new wird zurückgesetzt. Die Zeit T_CPM,min kann vorteilhaft so gewählt werden, dass sie zur minimalen Senderate für die CAM-Nachrichten korrespondiert. Falls das Flag f_new noch nicht gesetzt ist, können die CPMs mit einer Senderate gesendet werden, die einer Zeit T_CPM,max entspricht, z. B. T_CPM,max = 5 s. Nachdem das Wissen über bzw. die Daten der Fahrzeuge, die in der Nähe fahren, ähnlich ist, ist die Wahrscheinlichkeit für weitgehend ähnliche CPMs groß. Daher kann T_CPM,max auf einen deutlich höheren Wert gesetzt werden, im Vergleich zu einem Mindest-Sendeintervall T_CAM,max für CAM-Nachrichten.
Die CPM-Nachrichten können insbesondere eine Liste von Objekten enthalten, die Informationen über die Nachbarvehikel enthalten. Jedes Objekt umfasst bevorzugt eine minimale CAM-Version, plus den Zeitstempel, mit dem die CAM-Nachricht von dem entsprechenden Senderobjekt 3 generiert wurde und einen sog. Lane-Offset. Bevorzugt wird nur der HF(high frequency)-Container der Nachricht verwendet, in dem die Informationen hinterlegt sind, die eine hohe Dynamik aufweisen, wie Geschwindigkeit und Richtung. Der zusätzliche Zeitstempel ist besonders bevorzugt, wenn die CAM-Information in der CPM-Nachricht nicht wie ursprünglich empfangen ist, sondern – wie bevorzugt- durch Prädiktion ermittelt wurde. Eine auf Basis der zuletzt empfangenen CAM-Nachricht vorhergesagte Position des Nachbarvehikels kann ebenfalls innerhalb der CPM-Nachricht verwendet sein. Der Lane-Offset beschreibt die longitudinale Position des Fahrzeugs auf der Straße. Hierdurch kann der Rechenaufwand auf der Empfängerseite reduziert werden, allerdings unter geringfügiger Vergrößerung der Nachrichtengröße, beispielsweise um etwa drei zusätzliche Bytes. Damit hat eine beispielhafte CAM-Nachricht einen maximalen Datenumfang CAM_size,max von 51 Bytes.
Bei einer maximalen Nutzdatengröße einer IEEE 802.11p-Nachricht mit Geo-Networking und Basic Transport Protocol nach der ETSI-Spezifikation beträgt 1394 Bytes. Für eine minimale CPM-Nachricht, die keine Nachbarvehikelinformationen enthält, sind in einem Ausführungsbeispiel 9 Bytes erforderlich. Hieraus ergibt sich, dass innerhalb einer einzigen CPM-Nachricht 27 Objekte mit Nachbarvehikelinformationen mit jeweils einer maximalen Größe von 51 Bytes gesendet werden können. Bei mehr als 27 Nachbarvehikeln in der Umgebung, kann bevorzugt ein Auswahlkriterium vorgesehen sein. Zunächst können nur die Nachbarvehikelinformationen in die CPM-Nachricht aufgenommen werden, deren CAM-Nachricht direkt von dem Vehikel empfangen wurden, das dann die CPM-Nachricht aussendet – hier das Senderobjekt 3 –, d. h. in diesem Fall werden solche Vehikelinformationen, die nur aus empfangenen CPM-Nachrichten bekannt sind, nicht gesendet. Als zweite Bedingung können die 27 Objekte mit dem größten euklidischen Abstand zum Ego-Vehikel, d. h. zu dem Senderobjekt 3, das die CPM-Nachricht senden wird, verwendet werden. Dies ist insofern vorteilhaft, als mit größter Wahrscheinlichkeit direkte Nachbarn über Informationen übereinander verfügen. Die Auswahl der Objekte mit den größten Abständen korrespondiert mit einer Informationsweitergabe von Objekten außerhalb der Reichweite für eine direkte Kommunikation.
Im Gegensatz hierzu kann bei nur geringer Verkehrsdichte der Fall eintreten, dass nicht das gesamte Nutzdatenvolumen ausgenutzt wird. In solchen Verkehrssituationen sind die Relativgeschwindigkeiten der Vehikel tendenziell höher, so dass ein weiter ausgedehnter Informationsbereich von größerem Wert ist. Zusätzlich korreliert in solchen Fällen die Kanallast mit der Verkehrsdichte und wird eher als gering angenommen. Folglich, um die situationsbedingte Informationslücke zu schließen, werden die CPM-Nachrichten bevorzugt mit Vehikelinformationen aufgefüllt, die durch empfangene CPM-Nachrichten bekannt sind. Hier können insbesondere die Informationen der Objekte mit der geringsten Entfernung ausgewählt werden, nachdem diese Informationen über solche Vehikel widerspiegeln, die sich knapp außerhalb der Kommunikationsreichweite befinden. Diese wurden nicht vielfach weitergeleitet und enthalten so die aktuellsten Informationen. Mit dieser bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens lässt sich der Wahrnehmungsbereich eines Vehikels um etwa das 2- bis 3-fache vergrößern.
Wenn ein Fahrzeug eine CPM-Nachricht empfängt, werden bevorzugt mehrere Bedingungen in Bezug auf alle in der CPM-Nachricht enthaltenen CAMs überprüft. Wenn ein Objekt bereits in der Datenbank bekannt ist, wird der generierte Zeitstempel der ursprünglichen CAM-Nachricht geprüft. Wenn der Zeitstempel in der CPM-Nachricht jünger ist, wird das Update des Objekts in die Datenbank transferiert und der entsprechende Status gemäß der CPM-Nachricht aktualisiert. Andernfalls kann die Objekt-Update-Information verworfen werden. Wenn das Objekt noch unbekannt ist und die CAM-Generierungszeit nicht älter als eine Zeit T_CAM,expired ist, beispielsweise T_CAM,expired = 5 s, wird das Objekt in die Datenbank aufgenommen.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform für die Prädiktion der Position und/oder der Bewegung des Senderobjekts 3, die bevorzugt sowohl auf Seiten des Senderobjekts 3 als auch auf Seiten des Empfängerobjekts 5 durchgeführt wird, beschrieben. Die Prädiktion wird bevorzugt in Prädikationsschrittintervallen der Länge T_predict, insbesondere T_predict = 10 ms, durchgeführt, um eine fein aufgelöste Anpassung zu erhalten. In einem ersten Schritt wird überprüft, ob die CAM-Nachricht älter als T_CAM,expired, z. B. älter als 5 s ist. In diesem Fall werden die entsprechenden Informationen von der Datenbank verworfen. Für die übrigen Objekte wird ein Prädikationsschritt vorgenommen. Zunächst wird die Fahrtrichtung basierend auf dem zugrunde gelegten Kartenmaterial aktualisiert, in dem der relative Winkel θ_j zur wahren Nordrichtung des aktuellen Straßenabschnitts berechnet wird. Hierzu kann zunächst ein Abgleich des korrekten Straßenabschnitts erfolgen. In einem nächsten Schritt wird die relative Entfernung d_j, die seit dem letzten Update vom Senderobjekt 3 zurückgelegt wurde, unter Verwendung des aktuellen kinematischen Modells berechnet. d_j = v_j·T_predict + 1 / 2·a_j·T 2 / predict v_j+1 = v_j + a_j·T_predict
v_j ist die momentane Geschwindigkeit und a_j die momentane Beschleunigung des Senderobjekts 3, dessen Position bzw. Bewegung vorhergesagt bzw. abgeschätzt werden soll. Die Geschwindigkeit im nächsten Prädikationsschritt v_j+1 hängt von der momentanen Beschleunigung a_j ab. Im Falle, dass zu diesem Zeitpunkt das Constant-Velocity-Modell verwendet wird, ist die Beschleunigung a_j gleich Null. Falls das Constant-Acceleration-Modell verwendet wird, bestimmt die Beschleunigung a_j, die mit der letzten CAM-Nachricht erhalten wurde, sowohl d_j als auch v_j+1. Schlussendlich kann die neue Position
basierend auf der vorangehenden Position
, der berechneten Richtung θ und der zurückgelegten Entfernung d_j berechnet werden:
Direkte geometrische Relationen können eingesetzt werden, wenn kartesische Koordinaten bei der Berechnung bzw. Simulation verwendet werden. Falls geodätische Koordinatensysteme verwendet werden sollen, können die Koordinaten entsprechend umgerechnet werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird. Insbesondere sind die am Beispiel des ETSI ITS-G5-Standards bzw. den dort definierten Nachrichten wie beispielsweise CAM auf andere vergleichbare Standards bzw. deren entsprechende Signale übertragbar.
Bezugszeichenliste

1: System
3: Senderobjekt
5: Empfängerobjekt
7: weiteres Objekt
8: ad-hoc-Netzwerk
9: Kommunikationskanal
11: Daten
13: erfasste Positions- und/oder Bewegungsdaten
14: ermittelte Positions- und/oder Bewegungsdaten
21: Nachricht, z. B. CPM-Nachricht
31: Kommunikationseinrichtung
32: Positions- und/oder Bewegungserfassungseinrichtung
33: Rechen- und Speichereinheit
34: Auswahleinheit
35: Einheit zur Bereitstellung von Karteninformationen
36: Prädiktionseinrichtung
37: Auswerte- und Steuereinheit
41: Self Estimator
42: Prädiktionseinheit
43: Korrektureinheit
45: Remote Estimator
51: Kommunikationseinrichtung
52: Auswerte- und Speichereinheit
53: Rechen- und Speichereinheit
54: Auswahleinheit
55: Prädiktionseinrichtung
57: Nachbar-Estimator
K: Kinematisches Modell
K1: auf gleichförmiger Bewegung basierendes kinematisches Modell
K2: auf gleichmäßig beschleunigter Bewegung basierendes kinematisches Modell
L: Karteninformation
T_i: Sendezeitpunkte für CAM-Nachrichten
t_n: Zeitpunkte

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 Patentliteratur

US 8315756 B2 [0008]
DE 102009056620 A1 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Standards IEEE 802.11p [0002]
IEEE 1609 WAVE Standard [0002]
ETSI ITS-G5 Standard [0002]
IEEE 1609 WAVE [0003]
Standard IEEE 802.11p [0012]
Standard ETSI ITS-G5 [0012]
ETSI ITS-G5-Standard [0016]
ETSI ITS-G5-Standard [0028]
IEEE 802.11p [0034]
Standard ETSI ITS-G5 [0034]
EC ITS-G5 Standard [0038]
ETSI IST-G5 [0038]
IEE 1609 WAVE [0038]
ETSI ITS-G5-Standards [0056]

Claims

Verfahren zur Objektverfolgung mittels Kommunikation zwischen wenigstens einem zu verfolgenden Senderobjekt (3) und wenigstens einem Empfängerobjekt (5), bei dem das Senderobjekt (3) fortlaufend oder wenigstens in zeitlichen Mindestabständen eigene Positions- und/oder Bewegungsdaten (13) erfasst, bei dem wenigstens eine Prädikation einer Position und/oder einer Bewegung des Senderobjekts (3) für nach der Erfassung der Positions- und/oder Bewegungsdaten (13) des Senderobjekts liegende Zeitpunkte (t_n) vorgenommen wird, wobei der wenigstens einen Prädiktion ein kinematisches Modell (K), das aus wenigstens zwei bereitgestellten kinematischen Modellen (K1, K2) gewählt wird, sowie Karteninformationen (L) für eine positionsabhängige Anpassung einer Fahrtrichtung des Senderobjekts zugrunde gelegt werden, bei dem das Senderobjekt (3) zu zeitlich beabstandeten Sendezeitpunkten (T_i) Daten (11) über einen Kommunikationskanal (9) sendet, die jeweils wenigstens einen Teil der erfassten Positions- und/oder Bewegungsdaten (13) und/oder mittels der Prädiktion gewonnene Positions- und/oder Bewegungsdaten enthalten, und bei dem das wenigstens eine Empfängerobjekt (5) die Daten (11) über den Kommunikationskanal (9) empfängt und zu Zwecken der Objektverfolgung auswertet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl des kinematischen Modells (K1, K2) in Abhängigkeit von den erfassten Positions- und/oder Bewegungsdaten (13) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei bereitgestellten kinematischen Modelle (K1, K2) ein auf einer gleichförmigen Bewegung basierendes kinematisches Modell (K1) und ein auf einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung basierendes kinematisches Modell (K2) umfassen, dass das auf einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung basierende kinematische Modell (K2) gewählt wird, wenn eine ermittelte Beschleunigung des Senderobjekts einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, und dass ansonsten das auf einer gleichförmigen Bewegung basierende kinematische Modell (K1) gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Karteninformationen (L) wenigstens eine einem Wegabschnitt und/oder einer Straße zugeordnete Information, insbesondere eine Straßenidentifikationsinformation, enthalten, auf dem bzw. auf der sich das Senderobjekt (3) befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten eine Information über das für die Prädiktion verwendete kinematische Modell (K) und die verwendeten Karteninformationen (L) enthalten, und dass die Prädiktion sowohl im Senderobjekt (3) als auch im Empfängerobjekt (5) erfolgt, insbesondere unter Verwendung derselben Positions- und/oder Bewegungsdaten (13), desselben kinematischen Modells (K) und derselben Karteninformationen (L).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten (11) gesendet werden, wenn wenigstens eines der folgenden Ereignisse eintritt: – Ablauf einer maximalen Zeitdauer T_max seit dem letzten Sendezeitpunkt (T_i); – Überschreiten eines Schwellwertes (ε) einer Abweichung zwischen senderseitig erfassten Positions- und/oder Bewegungsdaten (13) des Senderobjekts und mittels einer senderseitigen Prädiktion ermittelten Positions- und/oder Bewegungsdaten (14) für einen nach dem letzten Sendezeitpunkt (T_i) liegenden Zeitpunkt (t_n); – Wechsel des kinematischen Modells (K) für die Prädiktion; – Zugrundelegung anderer Karteninformationen (L) für die Prädiktion.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Senderobjekt (3) Nachrichten (21), die Positions- und/oder Bewegungsdaten des wenigstens einen Empfängerobjekts (5) und/oder weiterer Objekte (7) in einer Umgebung des Senderobjekts (3) umfassen, empfängt, und dass das Senderobjekt (3) in zeitlichen Abständen wenigstens Informationen über das wenigstens eine Empfängerobjekt (3) und/oder die weiteren Objekte (7) sendet.
System zur Objektverfolgung mittels Kommunikation mit wenigstens einem zu verfolgenden Senderobjekt (3) und wenigstens einem Empfängerobjekt (5), bei dem das Senderobjekt (3) wenigstens folgende Einrichtungen umfasst: – eine Positions- und/oder Bewegungserfassungseinrichtung (32) zur Erfassung von Positions- und/oder Bewegungsdaten (13) des Senderobjekts, – eine Rechen- und Speichereinheit (33) mit wenigstens zwei bereitgestellten kinematischen Modellen (K1, K2), – eine Auswahleinheit (34) zur Auswahl eines für die Prädiktion anzuwendenden kinematischen Modells (K) aus den wenigstens zwei bereitgestellten kinematischen Modellen (K1, K2), – eine Einheit (35) zur Bereitstellung von Karteninformationen für eine positionsabhängige Anpassung einer Fahrtrichtung des Senderobjekts (3), – eine Prädiktionseinrichtung (36) mit einem implementierten Algorithmus zur Durchführung einer Prädiktion wenigstens einer Position und/oder einer Bewegung des Senderobjekts für nach dem Zeitpunkt der Erfassung der Positions- und/der Bewegungsdaten (13) des Senderobjekts liegende Zeitpunkte (t_n) auf Basis der erfassten Positions- und/oder Bewegungsdaten (13), des ausgewählten kinematischen Modells (K) sowie der Karteninformationen (L), – eine Kommunikationseinrichtung (31) zum Senden von Daten über einen Kommunikationskanal (9) zu zeitlich beabstandeten Sendezeitpunkten (T_i), die jeweils wenigstens einen Teil der erfassten Positions- und/oder Bewegungsdaten (13) und/oder mittels der Prädiktion gewonnenen Positions- und/oder Bewegungsdaten (14) umfassen, – eine Auswerte- und Steuereinheit (37) zur Überwachung von Triggerereignissen für das Senden und zur Initiierung des Sendens der Daten, bei dem das wenigstens eine Empfängerobjekt (5) wenigstens folgende Einrichtungen aufweist: – eine Kommunikationseinrichtung (51) zum Empfangen der vom Senderobjekt (3) über den Kommunikationskanal (9) gesendeten Daten (11), – eine Auswerteeinheit- und Speichereinheit (52), die wenigstens die empfangenen Daten (11) zur Verfolgung des Senderobjekts (3) auswertet.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten (11) Informationen zum ausgewählten kinematischen Modell (K) und zu den Karteninformationen (L) enthalten, und dass das wenigstens eine Empfängerobjekt (5) zusätzlich folgende Einrichtungen umfasst: – eine Rechen- und Speichereinheit (53), in der die wenigstens zwei kinematischen Modelle (K1, K2) bereitgestellt sind, – eine Auswahleinheit (54) zur Auswahl des für die Prädiktion anzuwendenden kinematischen Modells (K) entsprechend der mit den Daten (11) übersandten Informationen zum ausgewählten kinematischen Modell (K), – eine Einheit (55) zur Bereitstellung von Karteninformationen für eine positionsabhängige Anpassung einer Fahrtrichtung des Senderobjekts (3), – eine Prädiktionseinrichtung (56) mit einem implementierten Algorithmus zur Durchführung einer Prädiktion wenigstens einer Position und/oder einer Bewegung des Senderobjekts (3) für nach der Erfassung der Positions- und/oder Bewegungsdaten (13) liegenden Zeitpunkte (t_n) auf Basis der vom Senderobjekt (3) gesendeten Daten (11).
System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinrichtung (31) des Senderobjekts (3) zum Empfang von Positions- und/oder Bewegungsdaten des wenigstens einen Empfängerobjekts und/oder weiterer Objekte in einer Umgebung des Senderobjekts ausgebildet ist, dass das Senderobjekt (3) eine Auswerte- und Speichereinheit (38) umfasst, in der Informationen über das wenigstens eine Empfängerobjekt (3) und/oder weitere Objekte (7), deren Positions- und/oder Bewegungsdaten empfangen wurden, gespeichert sind.