DE19633240A1 - Verfahren zur Identifizierung eines Fahrzeugs auf einer Straße - Google Patents
Verfahren zur Identifizierung eines Fahrzeugs auf einer StraßeInfo
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Description
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.
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.
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.
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 v1R und v2R an
der Bake sind geringer als die tatsächlichen
Fahrzeuggeschwindigkeiten v₁ und v₂. Die Bake mißt die
Geschwindigkeit (5) v1R = v₁cosα cosγ₁ und
v2R = 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 xB, yB, zB 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 v1R* = v₁cosα* cosγ* und
v2R* = v₂cosβ* cosγ* fest.
Der Vergleich (8) der von der Bake gemessenen Geschwindigkeit
v1R und v2R mit den aus dem Sensordaten berechneten
Geschwindigkeiten v1R* und v2R* 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
(vR* - vR) 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.
Durch die Installation von mehr als einer Bake kann die
Zuverlässigkeit der Zuordnung der Datenübertragung zu den
gemessenen Fahrzeugpositionen erhöht werden, da mehrere
Geschwindigkeitswerte v1R. . .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 (8)
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 (vR) 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.
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