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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen einer Karte mit Kollisionswahrscheinlichkeiten für ein Gebiet.
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Kreuzungen oder andere Stellen in öffentlichen Verkehrswegen bergen grundsätzlich ein gewisses Unfallrisiko. Unfälle können beispielsweise passieren, wenn zwei Fahrzeuge zusammenstoßen. Um hierüber Informationen zu sammeln, können beispielsweise Umfeldsensoren verwendet werden, womit Infrastrukturbetreiber wie beispielsweise Städte oder Gemeinden Unfallschwerpunkte analysieren können.
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Es wäre wünschenswert, ein Verfahren zum Erstellen einer Karte mit Kollisionswahrscheinlichkeiten vorzusehen, welches im Vergleich zu bekannten Ausführungen alternativ oder besser ausgeführt ist. Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen einer Karte mit Kollisionswahrscheinlichkeiten für ein Gebiet, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- - Detektieren eines Fahrzeugs oder mehrerer Fahrzeuge, welche in dem Gebiet fahren, dabei Bestimmen von Bewegungsdaten des jeweiligen Fahrzeugs,
- - für jedes der Fahrzeuge Prädizieren mindestens einer Trajektorie basierend auf den Bewegungsdaten,
- - Berechnen von Kollisionswahrscheinlichkeiten basierend auf den Trajektorien, und
- - Abspeichern der Kollisionswahrscheinlichkeiten in der Karte.
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Mittels eines solchen Verfahrens kann eine Karte mit Kollisionswahrscheinlichkeiten erstellt werden, welche auf tatsächlich erfassten Bewegungsdaten basiert und welche ferner auf Berechnungsmodellen basieren kann, welche beispielsweise ohnehin für die Fahrzeugsteuerung verwendet werden. Derartige Berechnungsmodelle werden bei dem hierin beschriebenen Verfahren typischerweise nicht von den jeweiligen Fahrzeugen ausgeführt, sondern von einer Infrastruktur, welche beispielsweise speziell zum Erstellen von solchen Karten mit Kollisionswahrscheinlichkeiten aufgebaut sein kann.
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Das Detektieren von Fahrzeugen und das Bestimmen von Bewegungsdaten können beispielsweise über geeignete Sensorik wie beispielsweise Kameras oder Bewegungssensoren erfolgen, es kann jedoch beispielsweise auch über Daten erfolgen, welche im Rahmen einer Fahrzeug-zu-X-Kommunikation erhalten werden. Für das Prädizieren können beispielsweise Modelle verwendet werden, welche auf deterministischen Algorithmen und/oder statistischen Methoden und/oder auf künstlicher Intelligenz basieren. Das Berechnen von Kollisionswahrscheinlichkeiten kann beispielsweise derart erfolgen, dass überprüft wird, mit welcher Wahrscheinlichkeit sich Trajektorien überlappen oder sich Bereiche um Trajektorien überlappen.
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Die Karte kann beispielsweise eine elektronisch gespeicherte Karte sein, welche beispielsweise in einer zentralen Einheit abgespeichert werden kann. Sie kann anschließend beispielsweise für die Auswertung von Unfallschwerpunkten und für das Erkennen von Möglichkeiten zur Verbesserung der Verkehrssicherheit verwendet werden.
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Bewegungsdaten können beispielsweise während einer Fahrt des jeweiligen Fahrzeugs durch das Gebiet mehrfach bestimmt werden und jeweils basierend darauf kann mindestens eine Trajektorie prädiziert werden. Dadurch kann die Karte verbessert werden, da auf ein umfangreicheres Potenzial an Daten zurückgegriffen werden kann. Entsprechende Daten können jedoch auch für separate Karten verwendet werden.
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Bewegungsdaten können insbesondere in vorbestimmten Zeitintervallen bestimmt werden. Dies ermöglicht eine einfache Ausführung.
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Gemäß einer Ausführung werden immer oder zumindest teilweise mehrere Trajektorien mit jeweiligen zugehörigen Wahrscheinlichkeiten prädiziert. Dies gilt insbesondere für ein jeweiliges Fahrzeug. Dadurch kann vorausberechnet werden, wie sich das Fahrzeug mit welcher Wahrscheinlichkeit weiterbewegen wird, und es kann insbesondere jedem möglichen Bewegungsablauf eine Wahrscheinlichkeit zugeordnet werden. Dies erleichtert die Berechnung von Kollisionswahrscheinlichkeiten.
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Das Detektieren und/oder das Bestimmen von Bewegungsdaten kann insbesondere mittels über Funk von den Fahrzeugen erhaltenen Informationen erfolgen. Hierzu kann beispielsweise eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation verwendet werden. Auch die Verwendung von straßenseitiger Sensorik wie beispielsweise Kameras, Radaren, Lidar-Sensoren etc. ist jedoch möglich.
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Das Gebiet kann insbesondere eine Kreuzung, Abzweigung, Kurve oder Einmündung beinhalten. Derartige Stellen sind typischerweise Unfallschwerpunkte. Es können jedoch auch andere Gebiete verwendet werden.
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Die Kollisionswahrscheinlichkeiten können insbesondere auf einen Referenzwert normalisiert werden. Die Karte kann dann so ausgeführt werden, dass sie nicht die absolute Wahrscheinlichkeit, sondern eine relative Wahrscheinlichkeit im Vergleich zu einem Referenzwert angibt.
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Die Kollisionswahrscheinlichkeiten können beispielsweise in vorgegebenen Unterteilungen des Gebiets aggregiert abgespeichert werden. Dadurch kann die Karte in geeigneter Weise aufgeteilt werden, um eine zu feinkörnige Ausführung zu vermeiden. Dies erlaubt bestimmte Auswertungen in aggregierter Form.
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Bei der Prädiktion von Trajektorien und zugehörigen Wahrscheinlichkeiten kann insbesondere eine Prädiktionsunsicherheit und/oder können Fehlergrenzen beim Bestimmen von Bewegungsdaten berücksichtigt werden. Dies kann die Berechnung noch weiter verbessern. Insbesondere können anhand der Unsicherheit und/oder der Fehlergrenzen mehrere Trajektorien mit jeweiligen Wahrscheinlichkeiten berechnet werden.
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Insbesondere können die Kollisionswahrscheinlichkeiten mehrerer Paarungen von Fahrzeugen aggregiert abgespeichert werden. Unter einer Paarung kann dabei insbesondere verstanden werden, dass sich zwei Fahrzeuge so nahe kommen, dass eine gewisse Kollisionswahrscheinlichkeit zumindest besteht. Durch ein aggregiertes Abspeichern kann auch eine aggregierte Auswertung erreicht werden.
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Wird nur ein Fahrzeug betrachtet kann insbesondere eine Kollisionswahrscheinlichkeit für eine Kollision mit einem festen Hindernis betrachtet werden. In diesem Fall genügt typischerweise eine Trajektorie oder Trajektorien, welche von dem einzigen Fahrzeug ausgehen.
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Die Kollisionswahrscheinlichkeiten können insbesondere in der Karte derart abgespeichert werden, dass die Karte nur Kollisionswahrscheinlichkeiten aus einem vorgegebenen Zeitfenster berücksichtigt. Dadurch kann beispielsweise die Karte so erstellt werden, dass sie eine Auswertung in Bezug auf eine Verbesserung der Verkehrssicherheit zu bestimmten Zeiten ermöglicht, wobei typischerweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten ein unterschiedliches Verkehrsaufkommen herrscht. Es kann auch eine Funktionalität eines gleitenden Fensters implementiert sein, so dass die Karte immer für einen vorgegebenen zurückliegenden Zeitraum erstellt wird.
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Gemäß einer Ausführung werden eine oder mehrere Karten erzeugt, wobei für jede Karte nur Kollisionswahrscheinlichkeiten berücksichtigt werden, die eine oder mehrere vorgegebene Bedingungen erfüllen. Dadurch können beispielsweise Karten mit unterschiedlichen Merkmalen erzeugt werden. Nachfolgend werden hierzu einige Beispiele, insbesondere für Bedingungen, genannt:
- - Karte unterschiedlich je nach Prädiktionshorizont, also beispielsweise je eine Karte für eine Prädiktionszeit von beispielsweise 1 s, 2s, 3s etc.,
- - Karte für unterschiedliche Uhrzeiten, also beispielsweise je eine Karte für 6 Uhr bis 10 Uhr, 10 Uhr bis 15 Uhr, 15 Uhr bis 19 Uhr, 19 Uhr bis 22 Uhr, etc. und/oder für bestimmte Wochentage,
- - Karte nur für bestimmte Kombinationen von Objekten, also beispielsweise je eine Karte für Fahrzeug-Fahrzeug, Fahrzeug-Fußgänger, Fahrrad-Fußgänger, Fahrrad-PKW, LKW-VRU, etc.,
- - Karte, welche nicht die Kollisionswahrscheinlichkeiten aufträgt, sondern die Orte der beteiligten Objekte, falls die Kollisionswahrscheinlichkeit einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn ermittelt werden soll, woher die beteiligten Objekte kommen bzw. wo es bauliche Gründe für Kollisionsrisiken geben könnte.
- - Karte für unterschiedliche Ampelphasen bzw. Zeiten bis zur Änderung der Ampelphase,
- - Karte je nach Objektdichte, also beispielsweise je eine Karte für wenige, normal viele, sehr viele und überfüllt viele Objekte im Betrachtungsbereich, eventuell noch differenziert nach Objekttypen, zum Beispiel „sehr viele Fußgänger“, etc.,
- - Karte als Abweichung von der Norm. Dafür kann beispielsweise erstmal eine Karte erstellt werden, die den Grundzustand beschreibt, und ab dann können weitere Karten erstellt werden, die den Unterschied zu diesem Grundzustand darstellen. Dies kann vor allem dann hilfreich sein, wenn das Ergebnis einer Änderung aufgezeigt werden soll.
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Das Verfahren kann insbesondere derart ausgeführt werden, dass eines oder mehrere Fast-Kollisionsereignisse basierend darauf ermittelt werden, dass an einem Ort mit hoher Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen zwei Fahrzeugen keine Kollision der Fahrzeuge stattfand. Derartige Fast-Kollisionsereignisse sind besonders wertvoll für die Verbesserung von Unfallschwerpunkten im Hinblick auf die Verkehrssicherheit, da sie im Gegensatz zu tatsächlichen Unfällen nicht anhand von realen Ereignissen ermittelbar sind.
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Beim Auslesen von Kollisionswahrscheinlichkeiten aus einer Karte kann beispielsweise jede auszulesende Kollisionswahrscheinlichkeit einem von mehreren vorgegebenen Bereichen zugeordnet werden, und dieser Bereich kann jeweils ausgegeben werden. Dies kann insbesondere bedeuten, dass das Auslesen gröber erfolgt als es die Karte eigentlich ermöglichen würde, was eine aggregierte Betrachtung und eine Vereinfachung der Auswertung ermöglicht.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Berechnungsmodul, welches dazu konfiguriert ist, ein Verfahren wie hierin beschrieben auszuführen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, auf welchem Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung ein Prozessor ein hierin beschriebenes Verfahren ausführt. Bezüglich des Verfahrens kann dabei jeweils auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
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Als Grundlage kann beispielsweise eine Infrastrukturinstallation angesehen werden, welche mindestens einen Umfeldsensor (zum Beispiel Radar, Kamera, Lidar, Ultraschall, ...) und/oder ein Fahrzeug-zu-X-Kommunikationsmodul hat. Für jedes detektierte Objekt kann eine Bewegungsprädiktion erstellt werden. Anschließend wird geprüft, ob sich die Bewegungsprädiktionen von zwei oder mehr Objekten überschneiden und somit ein Kollisionsrisiko besteht. Idealerweise, aber nicht notwendigerweise, findet sowohl die Bewegungsprädiktion als auch die Detektion des Kollisionsrisikos unter impliziter Berücksichtigung des Detektionsfehlers als auch der Prädiktionsungenauigkeit statt.
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Nachfolgend sei ein Beispiel gegeben. Ein Fahrzeug wird erkannt und seine Position auf ± 0,5 m genau erkannt sowie seine Geschwindigkeit auf ± 1 m/s und seine Bewegungsrichtung auf ± 1° genau erkannt. Die Prädiktion wird nun als eine Art Bewegungsfächer erstellt, mit einem wahrscheinlichsten Pfad in der Mitte (unter Annahme keiner Fehler) und Außengrenzen unter der Annahme von Detektionsfehlern und Änderungen der Fahrdynamik während der Prädiktionszeit.
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Die so ermittelten Kollisionsrisiken können auf einer Karte aufgezeichnet werden, welche beispielsweise in Form einer „Heatmap“ ausgestaltet sein kann. Dafür kann für jeden Ort und für jede Objektkombination das Kollisionsrisiko im Bereich 0 % bis 100 % zu den anderen Kollisionsrisiken aufaddiert werden.
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Für eine bessere Bewertung der Heatmap bzw. Karte kann als Ort für die Bewertung ein Raster verwendet werden, d.h. es wird nur für Positionen im Abstand von beispielsweise 10 cm oder einer anderen Strecke die Kollisionswahrscheinlichkeit aufaddiert.
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Für die Karte bzw. Heatmap kann zusätzlich noch eine Normierung stattfinden, wenn nicht die absolute Kollisionswahrscheinlichkeit wichtig ist, sondern nur die relative, wenn also gefragt wird, wo sich am wahrscheinlichsten ein Unfall ereignen wird. Dafür werden die aufaddierten Kollisionswahrscheinlichkeiten durch die größte Kollisionswahrscheinlichkeit im gegebenen Betrachtungsbereich dividiert.
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Die Addition der Kollisionswahrscheinlichkeiten kann auch als Sliding Window ausgeführt werden. Dabei werden nur die Kollisionswahrscheinlichkeiten der letzten x Sekunden oder Minuten oder Stunden aufaddiert.
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Zur differenzierten Analyse können auch mehrere Karten bzw. Heatmaps erstellt werden. Mögliche Unterschiede wurden bereits weiter oben beschrieben.
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Eine Vereinfachung der Betrachtung kann insbesondere erfolgen, wenn anstelle der Kollisionswahrscheinlichkeiten nur Cluster von Kollisionswahrscheinlichkeiten betrachtet werden. So könnten die Kollisionswahrscheinlichkeiten in die Cluster unterteilt werden, beispielsweise < 50 %, 50 % bis 75 %, 75 % bis 90 %, > 90 %. Anschließend kann beispielsweise gezählt werden, wie oft jedes der Cluster erreicht wird (dedizierte Heatmaps je Cluster), oder jedes Cluster bekommt eine Bewertungszahl und diese werden summiert (für das Beispiel vorne könnte dies beispielsweise 1, 3, 7, 15 sein).
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Aus einer Karte oder Heatmap können auch sogenannte „Near Misses“ erkannt werden, vor allem wenn bei kurzen Prädiktionszeiten hohe Kollisionswahrscheinlichkeiten ermittelt werden, jedoch keine Kollision stattfindet.
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Um zusätzliche Near Misses, also Fast-Kollisionsereignisse, zu identifizieren, kann für jede Kombination von Fahrzeug-Trajektorien der Fahrfächer, welche bezüglich der Kollisionswahrscheinlichkeit eine gewisse Mindest-Wahrscheinlichkeit übersteigt, ein minimaler raumzeitlicher Abstand berechnet werden (Abstand der vierdimensionalen Raumzeitvektoren). Diese Raumzeit kann dann beispielsweise mit der Wahrscheinlichkeit des Trajektorienpaars gewichtet und aufsummiert werden. Ab einem Schwellenwert wird dieser gewichtete Raumzeitabstand als Near Miss gewertet und kann an der Position des geringsten Abstands wieder in eine Heatmap eingetragen werden. Der Vorteil dieses zweiten Ansatzes besteht insbesondere darin, dass auch enge Vorbeifahrten mit sehr gut definierten Geschwindigkeiten und Richtungen als Near Misses erkannt werden, welche keine großen Kollisionswahrscheinlichkeiten hatten.
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Zusätzlich oder anstelle von Heatmaps kann die Kollisionswahrscheinlichkeit auch als weitere Funktion Funktionen oder Geräten des Systems zur Verfügung gestellt werden. Dies kann beispielsweise in Form von Rohdaten erfolgen oder als Trigger, falls eine Kollisionswahrscheinlichkeit einen bestimmten Wert überschreitet. Auf Basis relativ bekannter Verfahren können Gefahrenstellen und Near Misses erkannt werden.
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Weiterhin ist es möglich, Situationen oder Orte zu identifizieren, die für Fahrer unangenehm bzw. schwierig zu meistern sind. Dies kann benutzt werden, um bauliche Änderungen vorzunehmen oder die Verkehrsflusssteuerung anzupassen, bevor ein Unfall passiert.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
- 1: eine Situation mit zwei Fahrzeugen vor einer Kreuzung.
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1 zeigt rein schematisch ein erstes Fahrzeug 10 und ein zweites Fahrzeug 20. Das erste Fahrzeug 10 bewegt sich auf einer ersten Straße S1 und das zweite Fahrzeug 20 bewegt sich auf einer zweiten Straße S2. Beide Fahrzeuge 10, 20 bewegen sich auf den Straßen S1, S2 auf eine Kreuzung K zu, an welcher sich die beiden Straßen S1, S2 schneiden. Das erste Fahrzeug 10 weist ein Fahrzeug-zu-X-Kommunikationsmodul 15 mit einer daran angebrachten Antenne 17 auf. Das zweite Fahrzeug 20 weist ein Fahrzeug-zu-X-Kommunikationsmodul 25 mit einer daran angebrachten Antenne 27 auf. Dies ermöglicht den beiden Fahrzeugen 10, 20 die Teilnahme an der Fahrzeug-zu-X-Kommunikation.
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Neben den Straßen S1, S2 ist ein straßenseitiges Fahrzeug-zu-X-Kommunikationsmodul 45 mit einer Antenne 47 angeordnet. Dadurch können die Fahrzeuge 10, 20 auch mit der straßenseitigen Infrastruktur kommunizieren. Neben den Straßen S1, S2 ist eine Recheneinheit 30 angeordnet, welche zum Erstellen einer Karte verwendet werden kann.
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Des Weiteren ist neben den Straßen S1, S2 eine Kamera 50 angeordnet, welche hier schematisch gezeigt ist und die beiden Fahrzeuge 10, 20 erfassen kann. Die Kamera 50 stellt einen infrastrukturseitigen Umfeldsensor dar.
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Nähern sich die Fahrzeuge 10, 20 der Kreuzung K, werden sie über die Kamera 50 sowie über die Fahrzeug-zu-X-Kommunikation erfasst. Dabei gesammelte Daten werden an die Recheneinheit 30 geleitet. Über die genannten Mechanismen werden auch Ort, Kurs und Geschwindigkeit der Fahrzeuge 10, 20 samt jeweiliger Fehler erfasst. Die Recheneinheit 30 ist dazu ausgebildet, zu mehreren Zeitpunkten beim Annähern der Fahrzeuge 10, 20 an die Kreuzung K eine jeweilige Prädiktion von Trajektorien und zugehörigen Wahrscheinlichkeiten zu erstellen. Dabei berechnet die Recheneinheit 30 mehrere Trajektorien für jedes Fahrzeug ausgehend von jedem Zeitpunkt, an welchem eine entsprechende Messung erfolgt ist, wobei jeder Trajektorie eine gewisse Wahrscheinlichkeit zugeordnet ist. Basierend auf diesen Trajektorien werden dann Kollisionswahrscheinlichkeiten an der Kreuzung K berechnet, d.h. es wird berechnet, an welcher Stelle mit welcher Wahrscheinlichkeit eine Kollision erfolgen kann. Daraus kann eine Heatmap erzeugt werden, d.h. eine elektronische Karte, welche für bestimmte Punkte der Kreuzung K eine jeweilige Kollisionswahrscheinlichkeit angibt. Die Karte kann bei Bedarf normiert werden oder sie kann basierend nur auf bestimmten Daten, beispielsweise nur basierend auf Daten, welche zu bestimmten Zeitpunkten aufgenommen wurden, erstellt werden. Derartige Karten können Planern dabei helfen, Unfallschwerpunkte zu erkennen und dahingehend zu optimieren, dass die Verkehrssicherheit erhöht wird.
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Allgemein sei darauf hingewiesen, dass unter Fahrzeug-zu-X-Kommunikation insbesondere eine direkte Kommunikation zwischen Fahrzeugen und/oder zwischen Fahrzeugen und Infrastruktureinrichtungen verstanden wird. Beispielsweise kann es sich also um Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation oder um Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation handeln. Sofern im Rahmen dieser Anmeldung auf eine Kommunikation zwischen Fahrzeugen Bezug genommen wird, so kann diese grundsätzlich beispielsweise im Rahmen einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation erfolgen, welche typischerweise ohne Vermittlung durch ein Mobilfunknetz oder eine ähnliche externe Infrastruktur erfolgt und welche deshalb von anderen Lösungen, welche beispielsweise auf ein Mobilfunknetz aufbauen, abzugrenzen ist. Beispielsweise kann eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation unter Verwendung der Standards IEEE 802.11 p oder IEEE 1609.4 erfolgen. Weitere Beispiele für Kommunikationstechnologien umfassen LTE-V2X, 5G-V2X, C-V2X, WLAN, WiMax, UWB oder Bluetooth. Eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation kann auch als C2X-Kommunikation bezeichnet werden. Die Teilbereiche können als C2C (Car-to-Car) oder C21 (Car-to-Infrastructure) bezeichnet werden. Die Erfindung schließt jedoch Fahrzeug-zu-X-Kommunikation mit Vermittlung beispielsweise über ein Mobilfunknetz explizit nicht aus.
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Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, soweit dies technisch sinnvoll ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung Merkmale in Kombination beschrieben sein können, beispielsweise um das Verständnis zu erleichtern, obwohl diese auch separat voneinander verwendet werden können. Der Fachmann erkennt, dass solche Merkmale auch unabhängig voneinander mit anderen Merkmalen oder Merkmalskombinationen kombiniert werden können.
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Rückbezüge in Unteransprüchen können bevorzugte Kombinationen der jeweiligen Merkmale kennzeichnen, schließen jedoch andere Merkmalskombinationen nicht aus.
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Bezugszeichenliste
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- K
- Kreuzung
- S1
- erste Straße
- S2
- zweite Straße
- 10
- erstes Fahrzeug
- 15
- Fahrzeug-zu-X-Kommunikationsmodul
- 17
- Antenne
- 20
- zweites Fahrzeug
- 25
- Fahrzeug-zu-X-Kommunikationsmodul
- 27
- Antenne
- 30
- Recheneinheit
- 45
- straßenseitiges Fahrzeug-zu-X-Kommunikationsmodul
- 47
- Antenne
- 50
- Kamera / Umfeldsensor
