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Die Endung bezieht sich vor allem
auf ein Verfahren zur Ermittlung von Reisezeiten und Verkehrsparametern
in einem Straßennetz
auf Basis der Positionsbestimmung mittels Mobilfunkzellen gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 und ein System gemäß dem Oberbegriff des – Patentanspruches
3. Insbesondere betrifft die Erfindung die Generierung von Reisezeiten
in einem Straßennetz
durch selektive Positionsmeldung aus Übergangsbereichen von Mobilfunkzellen.
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Mobilfunkzellen haben in urbanen
Gebieten eine Ausdehnung in der Großenordnung von ca. 100 – 1000 m,
im suburbanen Bereich ca. 1 – 10
km und im ländlichen
Raum bis zu 35 km. Durch die großen Zellausdehnungen ist es
schwierig bis unmöglich, eine
ausreichend genaue Positionsbestimmung zur Generierung von Reisezeiten
und daraus abgeleiteten Verkehrsinformationen zu erhalten.
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Verschiedene Verfahren zur Positionsbestimmung
von Mobiltelefonen sind als Stand der Technik anzusehen.
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- – In
der Patentanmeldung EP
1 091 333 A2 wird ein System zur Ortung von Mobiltelefonen
in einem Mobilfunknetz mittels Laufzeiten-Vergleich beschrieben.
Dabei wird an mindestens zwei Funkmasten gleichzeitig eine bestimmte
Bitfolge gesendet. Abhängig
von der Distanz des Telefons zur Basisstation benötigt dieses
eine gewisse Laufzeit, wodurch proportional dazu die Entfernung
gegeben ist. Durch die Kenntnis zweier Entfernungen von den Basisstationen
sowie deren genaue Position kann mittels Hyperbelschnitt-Verfahren
die Position des Mobiltelefones bestimmt werden.
- – Die
Patentanmeldung WO 9642179 A1 beschreibt eine Methode, mit der in
definierten Zeitintervallen oder auf Anforderung (z.B. einer Zentrale)
die ungefähre
Position von mobilen Einheiten (Mobiltelefonen) bestimmt wird. Diese
wird mit einer (elektronischem) Straßenkarte, vorliegend als Knoten-Kanten-Model,
verglichen und eine Reihe von möglich
befahrenen Straßenstücken ermittelt.
In Abhängigkeit
von der Dichte des Straßennetzes
und der Genauigkeit des Ortungsverfahrens ergeben sich auf diese
Art mehr oder weniger verschiedene Möglichkeiten, für die Fahrtroute
eines Fahrzeuges (sofern es sich um ein Fahrzeug handelt). Für die weitere
Entscheidungsfindung werden Informationen über eine Straße (erlaubte
Geschwindigkeit, Verkehrslage) mit der durchschnittlichen Geschwindigkeit,
ermittelt aus der Zeit- und Wegdifferenz, verglichen. Durch diesen
Vergleich kann beispielsweise entschieden werden, ob sich ein Fahrzeug
auf einer Autobahn oder der parallel verlaufenden Feldstraße befindet.
Eine Anzahl von mehreren sich bewegenden mobilen Stationen können zu
Gruppen zusammengefasst werden, unter der Annahme dass sich all
diese Fahrzeuge auf derselben Straße (Route) befinden. Diese
Information wiederum wird mit der Kapazität einer Straße verglichen
und so die richtige Route aus mehreren möglichen zu wählen. Sollte
sich aber eine mobile Einheit nicht bewegen, kann auch mit dieser
Methode die Position nicht genauer bestimmt werden, als mit den üblichen
Ortungsverfahren mittels Mobilfunk (Phasenlage, Laufzeitmessung,
usw.).
- – In
der Patentanmeldung EP
1 081 666 A2 wird ein System beschrieben, mit welchem die
Positionen von Fahrzeugen auf verschiedenen Verkehrswegen ermittelt
werden können.
Grundlage sind die einzelnen Positions-Meldungen" von Mobiltelefonen und das Straßennetz,
dargestellt durch ein Knoten-Kanten-Modell. Die Positionen der Mobiltelefone
werden mit einem „cellular
phone location determining system" bestimmt Da dieses System nicht näher beschrieben
wird, handelt es sich vermutlich um eine Laufzeitmessung oder eine ähnliche
Methode, da mehrere Funkmasten für
die Ortung benötigt
werden. Diese Positionsmeldungen werden nun mit einem, ebenfalls
nicht beschriebenem System, den Kanten des Straßennetzes zugeordnet. Eine
weitere Systemkomponente prüft
diese Distanz zwischen Position des Mobiltelefones und Kante, um
zu entscheiden, ob sich das Telefon auf einer Straße befindet
oder nicht. Eine Information über
die Bedeutung (Klasse) der Straße
fließt
in diese Entscheidung ein. Ebenso wird über den Vergleich zweier aufeinander
folgender Positionsmeldungen die Richtung und Fahrstrecke bestimmt
und diese Information ebenfalls für die Kantenzuordnung verwendet.
Die erhaltenen Informationen sollen einerseits zur Verkehrs-Überwachung
("Traffic monitoring") und andererseits
für die „Verbesserung" (genauere Knoten,
Informationen über
Restriktionen, u.s.w.) des Knoten-Kanten-Models des Straßennetzes eingesetzt
werden können.
- – In
der EP00540611 wird ein Zusammenhang zwischen der Signalstärke und
dem Abstand eines Mobiltelefones von der Basis-Station hergestellt.
Der für
ein definiertes Gebiet (z.B. eine Straße) bekannte Zusammenhang wird
für die
Bestimmung der Position eines beliebigen Mobiltelefones eingesetzt.
- – Wesentliche
Aufgaben der Erfindung sind die Positionsfeststellung von Verkehrsteilnehmern sowie
die Generierung von Reisezeiten in einem Straßennetz durch selektive Positionsmeldung aus Übergangsbereichen
von Mobilfunkzellen sowie die Erstellung eines dafür einsetzbaren
Systems.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die
in Anspruch 1 angeführten
Merkmale gekennzeichnet, das erfindungsgemäße System durch die im Anspruch
3 angeführten
Merkmale. Das Verfahren und das auf dem Verfahren basierende System
beruhen auf der Charakteristik von Geräten mit Mobilfunk-Komponente
(z.B. Mobiltelefonen oder Kleincomputern), das Verlassen einer Mobilfunkzelle
am Unterschreiten eines Mindest-Empfangspegels
zu erkennen und sich in eine neue Zelle einzubuchen.
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Typischerweise erfolgt diese Anmeldung
in die neue MFZ immer in einem geographisch definierten Bereich,
der im städtischen
Bereich zwischen 50 und 500m liegt (siehe 2 und 4).
Fahrzeuge, die sich in Zelle A befinden, sind mit A bezeichnet.
Fahrzeuge, die bereits im Bereich der Zelle B sich befinden, sind
mit B bezeichnet. Sendet nun das Gerät genau zum Zeitpunkt des Einbuchens
in die neue Zelle eine Nachricht (z.B. SMS) mit Timecode, Zellen-ID der
vorherigen Zelle und Zellen-ID der neu eingebuchten Zelle, so kann
die Fahrtrichtung und Position des Mobiltelefons und somit auch
des Fahrzeuges bestimmt werden. Die Positionsbestimmung des Mobiltelefons
erfolgt dabei mit einer viel größeren Genauigkeit,
als wenn nur die Zellen-ID bekannt ist. Dies wirkt sich besonders
im ländlichen
Bereich aus, wo Zellgrößen bis
35km erreicht werden können
und die damit erreichte Positionsermittlung für vekehrstechnische Zwecke
völlig
unzureichend wäre.
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Voraussetzung dieses Verfahrens ist
die Definition von virtuellen Baken, indem jeweils einer Position
auf einem Straßenabschnitt
Zellüberschneidungsbereiche
mit derselben geographischen Position zugeordnet werden. Die Information über die
Lage der Bereiche kann entweder von einem Mobilfunkbetreiber zur
Verfügung
gestellt werden, oder von einer eigenen Testflotte durch Auslesen
der Zellen-ID und gleichzeitigem Georeferenzieren durch GPS-Koordinaten
unabhängig
von Betreibern ermittelt werden. Aus den vorhandenen Übergangsbereichen
werden Schlüssel-Übergangsbereiche
mit einer sehr exakten Übergangscharakterisitik – d.h. mit
möglichst
kleinem geografischen Bereich und exakter Übereinstimmung mit der Position
auf dem Straßenabschnitt – herausgefiltert
und in einer Liste unter Angabe der geografischen Koordinaten der
Zellen-IDs und der zugeordneten
Position auf dem Straßenabschnitt
abgespeichert.
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Die Liste der so definierten virtuellen
Baken wird auf dem Speichermedium eines Gerätes mit Mobilfunk-Komponente
(z.B. SIM-Karte eines Mobiltelefones oder Speichermedium eines Kleincomputers) gespeichert.
Der Update dieser Daten kann durch eine online Verbindung (z.B.
mittels Java Applet) oder SMS erfolgen, um Änderungen im Straßennetz oder
Mobilfunknetz zu berücksichtigen.
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Eine Vergleichseinheit des Gerätes erkennt einen
Zellenwechsel und vergleicht die aktuelle Zellen-ID mit den gespeicherten
Daten und sendet bei Erkennen einer der vorher definierten Zellen
bzw. Zellabfolgen eine Nachricht an eine Zentrale (unmittelbar nach
Einbuchen in die neue Mobilfunkzelle). Dies kann durch eine Übertragungseinheit
(z.B. durch eine SIM-Toolkit Applikation oder durch eine WAP Applikation)
erfolgen. Die Nachricht übermittelt dabei
den Timecode, die vorhergehende Zelle und die neu verwendete Zelle.
Durch die Angabe der Vorher- und Nachherzelle kann die Fahrtrichtung
bestimmt werden.
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Durch die definierten virtuellen
Baken (Zellübergangsbereiche),
deren Position bekannt ist und der Zeitinformation zwischen zwei
Meldungen kann über
ein herkömmliches
Routing-Verfahren
die gefahrene Route ermittelt und die Reisezeit zwischen den virtuellen
Bakenstandorten errechnet und auf die zugehörigen Straßenabschnitte umgerechnet werden.
Durch die Definition von Schlüssel-Übergangsbereichen
wird auch eine Reduzierung der zu übertragenden Nachrichten erreicht,
da nur dann eine Positionsinformation gesendet wird, wenn der Übergangsbereich
auf dem Speichermedium des Gerätes registriert
wurde.
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Aus der Kenntnis des zeitlichen Verlaufes der
Reisezeiten in einem Straßensegment
kann durch ein herkömmliches
statistisches Verfahren der Zeitreihen-Analyse, durch den Vergleich
von Reisezeit-Ganglinien oder durch Methoden der künstlichen Intelligenz
(z.B. neuronale Netze) die Entwicklung der Reisezeit in den einzelnen
Segmenten prognostiziert werden. Wenn die gewählte Route bekannt ist, kann
die Reisezeit aus der Summe der einzelnen Reisezeiten der Segmente
errechnet werden.
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Aus den erfassten Fahrtrouten von
Fahrzeugen lassen sich Informationen über die Start-Ziel-Matrix (O-D-Matrix)
in einem Straßennetz
gewinnen (siehe 3).
Die Erfassung wird bis zur vollständigen Erfassung der wichtigsten
Segmente eines Straßennetzes
durchgeführt
(in Abhängigkeit
von der Fahrleistung der Fahrzeugflotte mehrere Tage bis Wochen).
Diese Informationen (häufigste
Fahrtrouten, Aufteilung der Verkehrsströme an Knotenpunkten, ...) werden
in einer geographischen Datenbank gespeichert und können von
einem (herkömmlichen) Routenplaner
zur Empfehlung der Fahrrouten-Wahl verwendet werden. Nach Wahl der
Route (meistens auf Basis der Kriterien kürzeste Route, schnellste Route
oder kostengünstigste
Route) kann die Reisezeit mit geringem rechentechnischem Aufwand
aus der Summe der Reisezeiten in den einzelnen Segmenten ermittelt
werden. Weiters kann die Information als Grundlage für flächendeckende
Verkehrsprognosen und/oder verkehrstechnische Analysen eingesetzt
werden.
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Das Verfahren eignet sich besonders
für die flächendeckende
Verkehrsdatenerfassung auf höherrangigen
Verkehrswegen im überregionalen
Bereich, ist aber auch sehr gut für urbane
Gebiete geeignet.
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Das erfindungsgemäße System, das auf der Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
beruht, ist schematisch in 1 dargestellt.
Es besteht aus einem mobilen Gerät
M und einer Zentrale Z. Der zeitliche Ablauf der Systemschritte
wird durch eine Steuereinheit auf dem mobilen Gerät 8 und
eine Steuereinheit in der Zentrale 9 gesteuert.
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Durch eine in der Zentrale befindliche
Einheit zur Definition von virtuellen Baken 1 werden virtuellen
Baken definiert, indem jeweils einer Position auf einem Straßenabschnittt
Zellüberschneidungsbereiche
mit derselben geographischen Position zugeordnet werden. Aus den
vorhandenen Übergangsbereichen
werden Schlüssel-Übergangsbereiche
mit einer sehr exakten Übergangscharakterisitik – d.h. mit möglichst
kleinem geografischen Bereich und exakter Übereinstimmung mit der Position
auf dem Straßensegment – herausgefiltert
und in einer Liste unter Angabe der geografischen Koordinaten der
Zellen-IDs und der
zugeordneten Position auf dem Straßenabschnitt abgespeichert.
Diese Liste liegt vorteilhafterweise in der Zentrale auf.
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Durch eine vorteilhafterweise in
der Zentrale befindliche Einheit zur Registrierung 2 wird
die Liste der so definierten Schlüsselübergangsbereiche auf die Geräte mit Mobilfunk-Komponente M übertragen und
dort gespeichert. Der Update dieser Daten kann durch eine online
Verbindung (z.B. mittels Java Applet) oder SMS erfolgen, um Änderungen
im Straßennetz
oder Mobilfunk-Netz zu berücksichtigen.
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Die Vergleichseinheit 3 der
Geräte
vergleicht die aktuelle Zelle, in der sich das Gerät befindet,
mit der Liste auf dem Speichermedium des Gerätes M.
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Bei Erkennen einer der vorher definierten Zellabfolgen
sendet eine Übertragungseinheit 4 des Gerätes eine
Nachricht an eine Zentrale (unmittelbar nach Einbuchen in die neue
Mobilfunkzelle). Dies kann z.B. durch eine SIM-Toolkit Applikation
oder durch eine WAP Applikation erfolgen. Die Nachricht übermittelt
dabei den Timecode, die vorhergehende Zelle und die neu verwendete
Zelle. Durch die Angabe der Vorher- und Nachherzelle kann die Fahrtrichtung
bestimmt werden.
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Aufgrund der definierten virtuellen
Baken (Zellübergangsbereiche),
deren Position bekannt ist, und der Zeitinformation zwischen zwei
Meldungen kann von einer vorteilhafterweise in der Zentrale befindlichen
Einheit zur Routen- und Reisezeit-Berechnung 5 über ein
herkömmliches
Routing-Verfahren die gefahrene Route ermittelt und die Reisezeit
zwischen den virtuellen Bakenstandorten errechnet und auf die zugehörigen Straßenabschnitte
umgerechnet werden.
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Aus der Erfassung der Fahrtrouten
von Fahrzeugen wird durch eine vorteilhafterweise in der Zentrale
befindliche Einheit zur Ermittlung der Start-Ziel-Matrix 6 die
Start-Ziel-Matrix (O-D-Matrix) im Straßennetz gewonnen (siehe 3). Diese Informationen
(häufigste
Fahrtrouten, Aufteilung der Verkehrsströme an Knotenpunkten, ...) werden
in einer geographischen Datenbank gespeichert und können von
einem (herkömmlichen)
Routenplaner zur Empfehlung der Fahrrouten-Wahl verwendet werden. Nach
Wahl der Route wird die Reisezeit aus der Summe der Reisezeiten
in den einzelnen Segmenten ermittelt. Weiters kann durch eine vorteilhafterweise in
der Zentrale befindliche Schnittstelle zu Simulationswerkzeugen 7 die
Information in ein Simulationswerkzeug 10 übertragen
und als Grundlage für
flächendeckende
Verkehrsprognosen und/oder verkehrstechnische Analysen eingesetzt
werden.
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Die erforderlichen Einheiten werden
von entsprechenden Hardware-Bauteilen und/oder der Software bzw.
von Programmen realisiert, die in einer Rechnereinheit integriert
sein können,
die jeweils am Gerät
und/oder in der Zentrale vorhanden ist.