DE102018109990A1 - Vefahren zur Fahrzeugdetektion und Klassifizierung mit Erfassung von Verkehrsdaten- und Umweltparametern als Basis für ein intelligentes Verkehrsleitsystem - Google Patents

Abstract

Sensorkombination aus Funk- und/oder Abstandssensoren zur Überwachung von ein- oder mehrspurigen Fahrbahnen, bei der mehrere Abstandssensoren allein oder in Kombination mit einem Funkfeld Verkehrsdaten wie die Geschwindigkeit, Länge und Fahrtrichtung durchfahrender Fahrzeuge auf mehreren Fahrspuren erfasst und eine nach Fahrzeugklassen getrennte Kontrolle des Verkehrsaufkommens und des Verkehrsflusses ermöglicht, die im Zusammenspiel mit zusätzlich integrierten Umweltsensoren, eine intelligente, nach Verkehrsaufkommen und Schadstoffbelastung geregelte Verkehrsleitführung ermöglicht, die neben Stauvermeidung auch einer Überschreitung von Schadstoffgrenzwerten an besonders belasteten Schwerpunkten vorbeugen und lokale Fahrverbote vermeiden hilft.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifizierung verschiedener Fahrzeugklassen oder Personen beim Durchqueren einer Messstrecke aus Abstandssensoren oder einer Kombination von Abstands- und Funksensoren. Dabei werden Parameter wie Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und Länge des querenden Objektes bestimmt.
• Durch Ermittlung der Bewegungsrichtung kann auf Autobahnen eine zuverlässige Falschfahrererkennung in Echtzeit realisiert werden. Mit den zusätzlich zur Verfügung stehenden Daten ist darüber hinaus eine detaillierte Verkehrszählung oder Parkplatzbilanzierung auf Raststätten oder anderen Parkplätzen möglich. Da zwischen verschiedenen Fahrzeugklassen unterschieden wird, kann die Belegung eines Rast- oder Parkplatzes nach PKW und LKW getrennt überwacht und die Verfügbarkeit freier Parkplätze zu jeder Zeit bestimmt werden.
• Im Zusammenspiel mit zusätzlichen Sensoren, beispielsweise für Stickoxid und Feinstaub, kann dieses System zu einem intelligenten Verkehrsleitsystem erweitert werden, mit dem es möglich wird, unter Berücksichtigung von Verkehrsaufkommen und lokalen Schadstoffkonzentrationen zu jedem Zeitpunkt die jeweils optimale Routen zu beschildern und so Fahrverbote an Schwerpunkten mit erhöhter Schadstoffkonzentration vermeiden helfen.
• Da bereits die Erfassung von Zeitpunkt, Geschwindigkeit, Länge und Fahrtrichtung von Fahrzeugen oder Personen zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten eröffnet, soll zunächst der Aufbau und die Funktion des zugrundeliegenden Messverfahrens erläutert werden.
• Ein Ansatz zur Erfassung von Fahrzeugen wären in die Fahrbahn eingelassene Induktionsschleifen, die die Durchfahrt von Fahrzeugen detektieren können. Eine derartige Lösung bedingt jedoch einen erheblichen Installationsaufwand, da die Fahrbahn dafür aufgefräst werden muss. Darüber hinaus könnte damit nur eine einzelne Fahrspur überwacht werden.
• Ein weiterer Lösungsansatz wären die Verwendung von Lichtschranken, mit denen man ebenfalls querende Fahrzeuge detektieren könnte. Allerdings könnte auch in diesem Fall nur jeweils eine Fahrbahn überwacht werden, da die Lichtschranken kein weiteres Fahrzeug registrieren könnten, wenn sich bereits ein Fahrzeug in der Messstrecke befindet.
• Somit ist es Aufgabe dieser Erfindung, ein zuverlässiges und kostengünstiges Messverfahren bereitzustellen, dass es ermöglicht, mehrere Fahrbahnen zu überwachen und gleichzeitig den Installationsaufwand zu minimieren.
• Zur Lösung der Aufgabenstellung werden zwei unterschiedliche Sensorkombinationen, im Folgenden Sensorkombination Typ 1 und Sensorkombination Typ 2, vorgestellt:
• Die Sensorkombination Typ 1 basiert auf einem Funkfeld, das von mindestens zwei Sendern und den jeweils zugehörigen Empfängern auf der gegenüberliegenden Fahrbahnseite aufgespannt wird und von mindestens zwei zusätzlichen Abstandssensoren auf wenigstens einer Fahrbahnseite ergänzt wird.
• Dabei sendet jeder Funksender periodische Signale aus, die von allen Empfängern auf der gegenüberliegenden Fahrbahn empfangen werden, wodurch zwischen jedem Sender und Empfänger eine Funkverbindung besteht. Bewegt sich nun ein Fahrzeug durch die Funkstrecke, durchfährt es in Reihenfolge seiner Bewegungsrichtung die einzelnen Verbindungen. Die Empfänger registrieren aufgrund der Abschattung in entsprechender Reihenfolge einen Einbruch der Funkfeldstärke (RSSI = Received Signal Strength Indicator) der jeweiligen Verbindungen.
  Aus der Reihenfolge und der Dauer der registrierten Einbrüche können die Fahrtrichtung, die Geschwindigkeit und die Länge des Fahrzeuges bestimmt werden. Für den Fall einer einzelnen Fahrspur wäre mit dieser Messanordnung bereits eine Lösung der Aufgabenstellung erreicht.
• Bei mehreren Fahrspuren können sich jedoch mehrere Fahrzeuge gleichzeitig in der Messstrecke aufhalten. Wenn sich aber ein Fahrzeug innerhalb des Funkfeldes befindet kann das Funkfeld bereits so stark abgeschattet werden, dass die verbliebene Funkfeldstärke nicht mehr ausreicht, um ein weiteres durchquerendes Fahrzeug zuverlässig zu detektieren.
  Diese Aufgabe übernehmen die zusätzlichen Abstandssensoren, die auf mindestens einer Fahrbahnseite positioniert werden. Da in Abstandssensoren Sender und Empfänger integriert sind, benötigen sie kein Gegenstück auf der anderen Fahrbahnseite. Dadurch können sie ein querendes Fahrzeug erfassen, unabhängig davon, ob sich hinter diesem ein weiteres Fahrzeug befindet. Zusätzlich kann mit der Information über den Abstand des querenden Fahrzeuges zum Sensor unterschieden werden, auf welcher Fahrbahnseite das Fahrzeug fährt.
  Durch Kombination beider Messverfahren können beide Fahrspuren selbst dann überwacht werden, wenn zwei Fahrzeuge gleichzeitig die Messstrecke durchqueren.
• Die Sensorkombination Typ 2 verzichtet ganz auf das Funkfeld und verwendet stattdessen Abstandssensoren auf beiden Fahrbahnseiten. Dabei können die Abstandssensoren einer jeden Fahrbahnseite jeweils ihre angrenzende Fahrspur überwachen und Durchfahrtrichtung, Geschwindigkeit und Länge der durchfahrenden Fahrzeuge auf ihrer Fahrbahnseite bestimmen. Damit ist für jede Fahrspur eine lückenlose Überwachung sichergestellt.
• Welche der beiden Sensorkombinationen im Einzelfall zur Anwendung kommt, hängt von der jeweiligen Anwendung ab. In beiden Fällen sollen die Komponenten des Messsystems in gewöhnlichen Leitpfosten montiert werden können, da diese ohnehin am Fahrbahnrand vorgesehen sind.
  Dadurch kann der Kostenaufwand einer Messstrecke erheblich gesenkt werden, da man nur einige vorhandene Leitpfosten durch neue, sensorbestückte ersetzen muss.
• Da der Stromverbrauch der Sensoren und der Auswertungselektronik gering gehalten werden kann, ist in einem nächsten Schritt eine autarke Stromversorgung mit Solarmodulen und Akkus in Planung, die den Installationsaufwand vor Ort noch weiter reduziert. Da auch die Kommunikation mit der Außenwelt in der Regel über Mobilfunk stattfindet, kann der Aufstellungsort je nach Bedarf ausgewählt und jederzeit unkompliziert gewechselt werden.
• Durch die drahtlose Kommunikation über Mobilfunk in Verbindung mit elektronischen Verkehrsschildern kann das System insbesondere stark frequentierte Straßenabschnitte entlasten, den Verkehr automatisch auf Nebenstraßen mit weniger Verkehrsaufkommen verteilen so Verkehrsstauungen vermeiden helfen. Ergänzt mit zusätzlichen Umweltsensoren für Luftschadstoffe, wie z.B. Stickoxiden oder Feinstaub kann es Überschreitungen von Schadstoffkonzentrationen entgegenwirken und das Verkehrsaufkommen unter Berücksichtigung punktueller Schadstoffkonzentrationen intelligent verteilen und damit Fahrverboten vorbeugen.
• Die Merkmale der vorliegenden Erfindung wird anhand der folgenden Abbildungen verdeutlicht:
• 1: zeigt eine Messstrecke mit der Sensorkombination Typ 1 aus Funksendern (11, 12), Funkempfängern (21, 22) und Abstandssensoren (31, 32). Die in den Leitpfosten der rechten Fahrbahnseite eingebauten Sender (11, 12) senden periodisch Funksignale aus, die von den Empfängern (21, 22) in den Leitpfosten auf der linken Fahrbahnseite empfangen werden. Zusätzlich sind in den rechten Leitpfosten ein Abstandssensoren eingebaut, deren Messbereich (31, 32) jeweils durch einen Balken dargestellt wird. Der in der Abbildung dargestellte LKW (1) fährt auf der linken Fahrbahnseite durch das Funkfeld. Dabei verursacht er einen Einbruch der Funkfeldstärke der einzelnen Verbindungen. Zunächst registriert der Empfänger 21 einen Einbruch der Funkfeldstärke des Signals von Sender 11, während das Signal des Senders 12 noch unverändert ist Fährt der LKW (1) weiter in das Funkfeld hinein, bricht auch das Signal des Senders 12, das vom Empfänger 21 registriert wird ein, wenig später registriert auch der Empfänger 22 einen Einbruch des Signals des Senders 11. Zuletzt registriert der Empfänger 22 auch einen Einbruch des Signals des Senders 12. Beim Herausfahren des LKWs (1) aus dem Funkfeld steigt die registrierte Funkfeldstärke analog in der gleichen Reihenfolge wieder sprunghaft an. Damit erhält man für jede der vier Verbindungen in diesem Beispiel Zeitpunkte für die Einfahrt und für die Ausfahrt des LKWs (1), aus denen man Fahrtrichtung, Geschwindigkeit und Fahrzeuglänge bestimmen kann. Währenddessen wird der auf der rechten Fahrbahnseite durchfahrende PKW (2) unabhängig davon, von den Abstandssensoren (31, 32) registriert. Zunächst registriert der Abstandssensor 32 die Einfahrt des PKWs in seinen Messbereich. Fährt der PKW (2) weiter, verlässt er den Bereich des Abstandssensors 32 und erreicht den Bereich des Sensors 31, den er etwas später wieder verlässt. Damit registriert jeder Abstandssensor jeweils einen Einfahrts- und einen Ausfahrtszeitpunkt, aus denen die Geschwindigkeit und Länge des Fahrzeuges und aus der Reihenfolge der Ereignisse auch die Fahrtrichtung bestimmt werden können.
• 2: zeigt eine Messstrecke mit der Sensorkombination Typ 2, bei der auf beiden Fahrbahnseiten Abstandssensoren zum Einsatz kommen. Die Abstandssensoren sind ebenfalls in die Leitpfosten eingebaut, die Messbereiche der Abstandssensoren auf der rechten Fahrbahnseite (31, 32) und linken Fahrbahnseite (41, 42) sind als Balken dargestellt Auf der linken Fahrbahnseite fährt ein PKW (1) in die Messstrecke ein während zur gleichen Zeit auf der rechten Fahrbahnseite ein zweiter PKW (2) die Messstrecke durchquert. Dabei registrieren die Abstandssensoren 31 und 32 den jeweiligen Einfahrts- und Ausfahrtszeitpunkt des PKW (2) während die Abstandssensoren 41 und 42 unabhängig davon die entsprechenden Zeitpunkte für PKW (1) registrieren. Dadurch können beide Fahrzeuge unabhängig voneinander registriert und klassifiziert werden.
• 3: zeigt die Messstrecke für eine einspurige Fahrbahn. Da sich hier nicht mehrere Fahrzeuge gleichzeitig im Funkfeld befinden können, kann auf zusätzliche Abstandssensoren verzichtet werden.
• 4: zeigt eine Messstrecke für eine einspurige Fahrbahn, bei der nur Abstandssensoren zum Einsatz kommen. Da auch hier nicht zwei Fahrzeuge gleichzeitig durch die Messstrecke fahren können, genügen zwei Abstandssensoren für die Überwachung.
• 5.1: erläutert das Potential des Systems zur Verkehrsleitführung. An verschiedenen Kreuzungen ist jeweils ein Messsystem (S1, S2, S3) installiert und ermittelt kontinuierlich das Verkehrsaufkommen und die Konzentration verschiedener Luftschadstoffe. In dieser Momentaufnahme fließt der Verkehr ruhig und die Umweltbelastung ist gering.
• 5.2: Hier nimmt das Verkehrsaufkommen zu, das Messsystem S2 registriert eine Überlastung des Straßenabschnittes zwischen S2 und S3, der Verkehr stockt und an diesen Stellen steigt die Schadstoffkonzentration stark an.
• 5.3: zeigt, wie das System eine Situation, wie in 5.2 dargestellt, entschärfen kann. Aufgrund der Messdaten von S2 werden elektronische Verkehrsschilder (60) automatisch umgeschaltet und ein Teil des Verkehrs eine Nebenstraße umgeleitet. Dadurch sinkt das Verkehrsaufkommen auf der Hauptstraße zwischen S2 und S3 und damit auch die punktuellen Schadstoffkonzentrationen. Durch diese intelligente Verteilung des Verkehrs auf weniger belastete Nebenstraßen kann eine Sperrung der Hauptstraße aufgrund überhöhter Schadstoffbelastung und damit lokale Fahrverbote vermieden werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Identifizierung von Fahrzeugen oder Personen beim Durchqueren einer Sensorstreckenkombination aus Funk- und Abstandssensoren an den Seiten einer Fahrbahn, die aus Abstandssensoren (31, 32) auf einer Fahrbahnseite (F1) und einem Funkfeld, das von wenigstens zwei Funksendern (11, 12) auf einer Fahrbahnseite (F1) und aus wenigstens zwei zugeordneten Funkempfängern (21, 22) auf der anderen Fahrbahnseite (F2) aufgespannt wird, wobei jeder Funkempfänger (21, 22) beim Durchqueren des Funkfeldes durch ein Objekt, insbesondere einem Fahrzeug (1, 2) oder einer Person mit dem Durchgang des Objektes korrelierende, aufeinander folgende Einbrüche der empfangenen Funkfeldstärke der jeweiligen Funkverbindungen registriert, wodurch die Fahrtrichtung, Geschwindigkeit und Länge des Objektes bestimmt werden kann, während gleichzeitig die Abstandssensoren (31, 32) ihre angrenzende Fahrspur (F1) überwachen, so dass auch, wenn sich ein Fahrzeug (2) im Bereich des Funkfeldes befindet, und durch dessen Abschattung die von den Funkempfängern (21, 22) registrierte Funkfeldstärke einzelner Funkverbindungen soweit vermindert sein kann, dass eine sichere Identifizierung eines weiteren, die Funkstrecke durchquerenden Fahrzeuges (1) oder einer Person allein durch das Funkfeld nicht mehr gewährleistet ist, die Abstandssensoren (31, 32) auf ihrer Fahrbahnseite (F1) Fahrtrichtung, Fahrzeuglänge und Geschwindigkeit des zweiten Fahrzeuges (1) oder der Person erfassen und damit eine zuverlässige Überwachung und Identifizierung auf beiden Fahrspuren sicherstellen.
2. Verfahren zur Identifizierung von Personen oder Fahrzeugen beim Durchqueren einer Sensorsstreckenkombination für zweispurige Fahrbahnen (F1, F2), wobei jeweils mindestens zwei Abstandssensoren (31, 32 und 41, 42) an jedem Fahrbahnrand (F1, F2) derart positioniert werden, dass die Abstandssensoren (31, 32) an einem Fahrbahnrand (F1) zumindest das Fahrzeug (2) oder die Person auf der angrenzenden Fahrspur (F1) erfassen, während gleichzeitig die Abstandssensoren (41, 42) am anderen Fahrbahnrand (F2) Fahrzeuge (1) oder Personen auf ihrer angrenzenden Fahrspur (F2) registrieren, wodurch beide Fahrspuren unabhängig voneinander überwacht und für jede Fahrspur getrennt Fahrtrichtung, Geschwindigkeit, Fahrzeuglänge und Entfernung querender Objekte (1, 2) erfasst wird, wodurch eine sichere Identifizierung von Objekten (1, 2) gewährleistet ist, auch wenn sich mehrere Objekte wie Fahrzeuge oder Personen(1, 2) gleichzeitig innerhalb der Sensorstrecke befinden oder sie durchqueren.
3. Sensorstreckenkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf Abstandssensoren (31, 32) verzichtet wird und nur das von Funksendern (11, 12) und Funkempfängern (21, 22) aufgespannte Funkfeld zur Detektion verwendet wird.
4. Sensorstreckenkombination nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einspurigen Fahrbahnen nur Abstandssensoren (31, 32) auf einer Fahrbahnseite (F1 oder F2) verwendet werden und kein Funkfeld vorgesehen ist.
5. Sensorstreckenkombination nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für das Funkfeld nur ein Funksender (11, 12) und/oder Funkempfänger (21, 22) vorgesehen ist.
6. Sensorstreckenkombination nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in das Messsystem integrierte Umweltsensoren die Konzentration von Luftschadstoffen erfassen und übermitteln.
7. Sensorstreckenkombination nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das System batteriebetrieben wird und die Kommunikation und Übermittlung der Messwerte drahtlos abläuft, wodurch es autark an jedem beliebigen Standort betrieben werden kann.

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