DE19633240A1

DE19633240A1 - Verfahren zur Identifizierung eines Fahrzeugs auf einer Straße

Info

Publication number: DE19633240A1
Application number: DE19633240A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Grabow; Rainer Schmedding; Wolfgang Dr Detlefsen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Kapsch AG
Priority date: 1996-08-17
Filing date: 1996-08-17
Publication date: 1998-02-19
Also published as: KR20000068095A; EP0919000A1; WO1998008110A1; AU3538797A; AU721393B2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Identifizierung eines Fahrzeugs auf einer Straße, das sich im kurzreichweitigen Sendeempfangsfeld einer Bake befindet und mit seinem Fahrzeuggerät eine Datenübertragung durchführt, nach der Gattung des Hauptanspruches.

Im Bereich eines umfassenden Verkehrsmanagements gibt es zukünftig viele neue Dienste, bei denen die Position desjenigen Fahrzeuges ermittelt werden muß, mit dem gerade eine Kommunikation durchgeführt wird. Insbesondere bei gebührenpflichtigen Diensten, beispielsweise bei der automatischen Erhebung von Straßenbenutzungsgebühren oder bei der Prüfung von Benutzungsberechtigungen bestimmter Fahrzeuge auf bestimmten Fahrspuren, muß sichergestellt werden, daß auch für die Fälle, wenn sich mehrere Fahrzeuge auf mehreren Spuren im Sendeempfangsbereich einer Bake befinden, die momentane Datenübertragung zu einem einzigen Fahrzeug zugeordnet wird. Durch eine entsprechende gezielte Auswertung können diejenigen Fahrzeuge durch Videoaufnahmen oder Fotos festgehalten werden, die keine Benutzungsberechtigung besitzen. Aus der Veröffentlichung "Micro strip array antenna for an automatic road pricing system", European Microwave Conference 1993, Madrid, Seite 351-353, ist schon bekannt, mittels mehrerer Mikrowellenantennen auf einer Fahrspur so schmale Kommunikationszonen zu bilden, daß sich jeweils nur ein einziges Fahrzeug innerhalb der Kommunikationszone befinden kann. Hierbei sind z. B. mehrere festausgerichtete Antennen pro Fahrspur zur Erzeugung mehrerer schmaler Kommunikationszonen vorgesehen. Gemäß der DE-OS 42 22 014 ist an der Bake eine Antennenanordnung vorgesehen, die auf elektronischem Wege eine Nachführung, ein Richtdiagramm, auf ein bestimmtes Fahrzeug derart erzeugt, daß auf das betreffende Fahrzeug eine Hauptempfangskeule gerichtet ist und in Richtung des jeweils anderen, benachbarten Objekt die Empfangsdämpfung gegenüber der Hauptempfangskeule hoch ist.

Der technische Aufwand dieser Lösungen ist vergleichsweise groß. Ein weiteres Probleme ergibt sich auch dadurch, daß größer Kommunikationszonen, in der sich mehrere Fahrzeuge befinden können, nicht möglich sind. Andererseits ist es jedoch wünschenswert, bestimmte gebührenfreie Informations- und Warndienst an möglichst viele Fahrzeuge zu übermitteln, wenn z. B. in Folge eines Unfalls ein Verkehrsstau droht oder witterungsbedingte Störungen vorliegen. Des weiteren steht bei einer großen Kommunikationszone mehr Zeit zur Datenübertragung zur Verfügung, so daß auch sehr schnell fahrende Fahrzeuge sicher erfaßt werden können.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Identifizierung eines Fahrzeugs mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, daß die vorgeschlagene Lösung ein einfaches Verfahren für die eindeutige Zuordnung einer Fahrzeugposition und einer Datenübertragung mit Hilfe der Geschwindigkeitsmessung an einer einzelnen Bake und einem Sensor darstellt. Besonders vorteilhaft ist, daß das Verfahren keine besonderen Anforderungen oder Änderungen hinsichtlich der Trägerfrequenz, Bandbreite, Modulation oder Übertragung spezieller Datensequenzen stellt. Es ist daher grundsätzlich kompatibel, zum künftigen Standard der kurzreichweitigen Datenübertragung bei 5,8 GHz für Verkehrsanwendungen. Die von der Bake und dem Sensor erfaßten relativen Geschwindigkeiten werden verglichen, wobei die Korrelation ein Maß für die eindeutige Erkennung eines Fahrzeugs darstellt.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

So ist es von Vorteil, wenn die Geschwindigkeitsmessung von Bake und Sensor gleichzeitig erfolgt, da dann die Korrelation der Geschwindigkeiten ein sicheres Maß für die Identität des Fahrzeugs darstellt.

Dabei dann die Geschwindigkeitsmessung bei jedem Kommunikationsversuch des Fahrzeugs erfolgen.

Die Messungen können am einfachsten vom Sensor ausgelöst werden.

Um eine noch höhere Zuverlässigkeit des Verfahrens zu erreichen, kann einen zweite Bake ebenfalls einen Geschwindigkeitsmessung durchführen.

Die Anordnung der Baken sollte dabei vorteilhafterweise symmetrisch zur Fahrspur angeordnet werden.

Um eine Redundanz der Messungen zu erreichen, sollte die Messung in gewissen Zeitabständen wiederholt werden.

Das gesamte Verfahren läßt sich für automatische Gebührenerhebung und Kontrollen von Benutzungsberechtigungen einsetzen.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform.

Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Straße (10) mit zwei Fahrspuren, wobei sich ein Fahrzeug 1 (F1) auf der linken, ein Fahrzeug 2 (F2) auf der rechten Fahrspur auf die Bake (3) zubewegen. Das Fahrzeug 1 (F1) fährt mit einer Geschwindigkeit v₁ und hat ein Fahrzeuggerät (On board unit, OBU 4), mit dem es im Mikrowellenfrequenzbereich, vorzugsweise bei 5,8 GHz, beispielsweise nach dem Transponderverfahren eine Datenübertragung zu der Bake (3) durchführt. Die Bake hat entsprechende Sender mit ein oder zwei Antennen, die einen Teil der Straße als Kommunikationszone ausleuchten. Ihre Sendefrequenzen können dabei entsprechend der DE-OS 42 13 880 eingestellt sein. Eine derartige Sendeempfangseinrichtung ist beispielsweise aus der DE 41 07 803 A1 bekannt und muß daher nicht näher erläutert werden. Die von den Fahrzeugen 1 und 2 ausgesendeten Signale werden von der Bake (3) empfangen. Wichtig ist, daß jede Bake bei der Datenübertragung vom Fahrzeug zur Bake die Fahrzeuggeschwindigkeit direkt aus dem in der Bake empfangenen Signal ermittelt. Die Geschwindigkeit wird durch die Anordnung der Kommunikationszonen - in Fahrtrichtung gesehen vor den Baken - grundsätzlich bei der Fahrt in Richtung auf die Bake zu gemessen. Ein geeignetes Verfahren wird in der DE 43 31 286 beschrieben. Dabei wird vorteilhaft die im Fahrzeuggerät (4) verwendete Modulationsart sowie das Prinzip der Herabmischung in der Bake genutzt. Der zusätzliche Schaltungsaufwand einer entsprechenden Auswerteeinheit in der Bake ist vergleichsweise gering und in sofern besonders kostengünstig. Die Messung der Geschwindigkeit der Fahrzeuge kann nicht direkt erfolgen, da sich die Fahrzeuge nicht in direkter Richtung auf die Bake zubewegen, sondern an ihr vorbeifahren. Die gemessenen Geschwindigkeiten v_1R und v_2R an der Bake sind geringer als die tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten v₁ und v₂. Die Bake mißt die Geschwindigkeit (5) v_1R = v₁cosα cosγ₁ und v_2R = v₂cosβ cosγ₂.

α und β sind die jeweiligen Winkeln zwischen den Fahrzeugen und der Bake in der xy-Ebene und γ₁, γ₂ die Winkel in der xz- Ebene. Zusätzlich zu der Geschwindigkeitsmessung der Bake (5) muß die Position und die Geschwindigkeit der Fahrzeuge von Sensoren S1 und S2 bestimmt werden. Dabei ist der Einsatz aller Sensoren möglich, die eine Positionsbestimmung und eine Geschwindigkeitsmessung durchführen können. Geeignet sind z. B. Induktionsschleifen in der Straße, oder Radar-, Video- oder Infrarotsensoren. Die Sensoren S1 und S2 bestimmen die Position der Fahrzeuge F1 und F2 zu x₁, y₁, z₁ und x₂, y₂, z₂ mit den Geschwindigkeiten v₁ und v₂ (6). Um die Zuordnung der Fahrzeugposition zu dem gemessenen dazu gehörigen Geschwindigkeiten zu ermöglichen, muß die vom Sensor gemessene Geschwindigkeit so korrigiert werden, als wäre sie von der Bake (3) aus gemessen worden. Für die bekannte Bakenposition x_B, y_B, z_B können nun die Winkel α* und β*, sowie γ₁* und γ₂* unter denen die Bake die Signale hätte messen können, in der Auswerteeinheit (7) bestimmt werden.

Damit liegen die aus den Sensordaten berechneten Geschwindigkeiten v_1R* = v₁cosα* cosγ* und v_2R* = v₂cosβ* cosγ* fest.

Der Vergleich (8) der von der Bake gemessenen Geschwindigkeit v_1R und v_2R mit den aus dem Sensordaten berechneten Geschwindigkeiten v_1R* und v_2R* erlauben eine Zuordnung der Fahrzeugpositionen zu den während der Datenübertragung gemessenen Geschwindigkeiten.

Damit ist die erforderliche Zuordnung von Fahrzeugposition und Datenübertragung hergestellt. Der Vergleich erlaubt zudem eine Beurteilung der Qualität des Ergebnisses. Je geringer die Differenz der gemessenen Geschwindigkeiten (v_R* - v_R) ist, desto sicherer ist das Ergebnis. Werden gleiche Geschwindigkeiten für beide Fahrzeuge gemessen, ist eine Zuordnung während dieser Datenübertragung nicht möglich. Die nächste Datenübertragung, die typischerweise nach wenigen Metern Fahrstrecke stattfindet, wird aber bedingt durch veränderte geometrische Verhältnisse unterschiedliche Geschwindigkeiten liefern, und somit ein verwertbares Ergebnis zeigen. Stehen die Fahrzeuge still, ist keine Geschwindigkeit meßbar und eine Zuordnung in diesem Moment nicht möglich. In diesem Fall verbleiben die Fahrzeuge aber lange in der Kommunikationszone. Das Abfragen durch die Bake kann dann beim Anfahren der Fahrzeuge durchgeführt werden. Das Anfahren selbst wird durch das Sensorsystem detektiert. Das vorgeschlagene Verfahren stellte eine einfache Lösung zur Zuordnung von Fahrzeugposition und Datenübertragung durch Geschwindigkeitsmessung dar. Da das Verfahren keine besonderen Anforderungen oder Änderungen hinsichtlich Trägerfrequenz, Bandbreite, Modulation oder Übertragung spezieller Datensequenzen stellt, ist das Verfahren grundsätzlich kompatibel zum zukünftigen Standard der kurzreichweitigen Datenübertragung bei 5,8 GHz für Verkehrsanwendung.

Weitere Ausführungsbeispiele

Durch die Installation von mehr als einer Bake kann die Zuverlässigkeit der Zuordnung der Datenübertragung zu den gemessenen Fahrzeugpositionen erhöht werden, da mehrere Geschwindigkeitswerte v_1R. . .n pro Fahrzeug der jeweiligen Baken 1. . .n zur Verfügung stehen. Die Meßwerte können über die übertragenen Daten eindeutig den Fahrzeugen zugeordnet werden. Im Bild 2 ist ein System mit zwei Baken (3) und (12) beispielhaft dargestellt. Durch die zusätzliche Information der n-fachen Geschwindigkeitsmessung (5, 5′) ist immer eine eindeutige Zuordnung der Position zu erwarten.

Durch wiederholte Abfragen der Baken können mehrfache Geschwindigkeitsmessungen vorgenommen werden. Durch mehrfachen Vergleich der Meßergebnisse mit den berechneten Werten ist durch Korrelation eine sicherere Zuordnung gewährleistet.

Die Sensoren können neben der Positionsbestimmung und der Geschwindigkeitsbestimmung gleichzeitig in der Lage sein, eine Fahrzeugklassifikation in Gruppen wie z. B. PKW oder LKW durchzuführen, wie sie z. B. für die Zufahrtsberechtigung oder für eine automatische Gebührenerhebung notwendig ist. Beim Einsatz von Videotechnik ist weiterhin die Dokumentation von Falsch- und Nichtbezahlern möglich.

Claims

1. Verfahren zur Identifizierung eines Fahrzeuges (F1), das sich auf einer Straße in kurzreichweitigem Sendeempfangsfeld einer Bake (3) bewegt und mit seinem Fahrzeuggerät (4) eine Datenübertragung zu der Bake durchführt, wobei in einer ortsfesten Auswerteeinheit (7) aus dem übertragenen Datensignal eine erste Geschwindigkeit (v_R) des Fahrzeugs relativ zu dieser Bake ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine zweite Geschwindigkeit (v₁) und die Position des Fahrzeugs von einem Sensor (S1) erfaßt wird und die Identität des Fahrzeugs durch Korrelation der ersten Geschwindigkeit und der aus den Sensordaten ermittelten Geschwindigkeit (v₁) festgelegt wird, wobei unter Berücksichtigung des Ortes der Bake eine der gemessenen Geschwindigkeiten korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsmessung der Bake (3) und des Sensors (S1) vorzugsweise zum gleichen Zeitpunkt geschieht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Datenübertragung vom Fahrzeug zu der Bake (3) eine Geschwindigkeitsmessung vorgenommen wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Start der Geschwindigkeitsmessung durch einen Sensor ausgelöst wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Bake (12) zur Geschwindigkeitsmessung verwendet wird, die von der ersten Bake (3) derart räumlich getrennt angeordnet ist, daß zwischen dem Fahrzeug und den beiden Baken gleichzeitig oder innerhalb eines kurzen Zeitabschnittes eine Datenübertragung stattfindet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Baken (3, 12) auf eine Fahrspur gerichtet sind und vorzugsweise rechts, links oder oberhalb der Fahrspur, vorzugsweise symmetrisch zur Fahrbahnmitte, angeordnet sind.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsmessungen (v₁, v₂, v₃) in einem vorher gegebenen zeitlichen Abstand wiederholt durchgeführt werden.

8. Verfahren Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragung für vorgegebene Dienste, vorzugsweise zur Gebührenabbuchung oder Prüfung einer Fahrberechtigung verwendet werden.