DE19746570A1 - Verfahren und Vorrichtung zur großflächigen Verkehrslageüberwachung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur großflächigen Verkehrslageüberwachung eines von Fahr­ zeugen befahrbaren Verkehrswegenetzes. Hierbei kann es sich ins­ besondere um ein Straßenverkehrsnetz handeln, möglich ist aber auch die Verkehrslageüberwachung eines Schienennetzes oder eines Schiffahrtswegenetzes.

In der Offenlegungsschrift WO 96/13733 ist ein Verfahren zur Schiffsverkehrsüberwachung auf See mit Erkennung von Ölver­ schmutzungen und Eisbergen sowie möglichen Kollisionsgefahren zwischen Schiffen bzw. zwischen einem Schiff und Eisbergen be­ schrieben. Bei diesem Verfahren werden Ölverschmutzungen und Eisberge auf der Meeresoberfläche mittels satellitengestützter SAR (Synthetic Aperture Radar)-Mikrowellensensoren beobachtet und erkannt. Gleichzeitig ist auf jedem Schiff eine Positionsbestim­ mungseinrichtung angebracht, welche die aktuelle Position des betreffenden Schiffes ermittelt und die entsprechende Positi­ onsinformation zu demjenigen Satelliten sendet, der zum gegebe­ nen Zeitpunkt im Sichtbarkeitsbereich dieser Positionsbestim­ mungseinrichtung liegt. Die Satelliten übertragen dann die Daten der Position und Größe einer erkannten Ölverschmutzung und von detektierten Eisbergen sowie die von den Schiffen empfangenen aktuellen Schiffspositionsdaten an eine erdfeste Auswertezentra­ le. Die Auswertezentrale wertet diese Daten zur Identifizierung des Verursachers von Ölverschmutzungen und zur Ermittlung poten­ tieller Kollisionsgefahren zwischen Schiffen oder zwischen einem Schiff und Eisbergen aus und gibt ggf. eine entsprechende Warn­ meldung über die Satelliten an die betroffenen Schiffe ab.

Zur Positionsbestimmung von Fahrzeugen ist es bekannt, diese un­ ter Ausnutzen eines satellitengestützten Navigationssystems, z. B. des GPS (Global Positioning System), vorzunehmen und hierzu einen geeigneten Empfänger im Fahrzeug zu installieren, der die von Satelliten ausgesandten Positionsbestimmungssignale empfängt und zur Fahrzeugpositionsbestimmung auswertet, siehe z. B. die Offenlegungsschrift DE 196 21 917 A1.

Zur Verkehrslageüberwachung speziell im Straßenverkehr werden heutzutage häufig infrastrukturgestützte Systeme eingesetzt, bei denen Verkehrslagedaten mit streckenseitig angeordneten Meßgerä­ ten, wie Induktionsschleifen etc., erhoben und an eine Zentrale weitergeleitet werden, wo sie mittels spezieller Algorithmen auf Störfälle untersucht werden. Dies erfordert einen beträchtlichen Aufwand für die Infrastruktur längs des Verkehrswegenetzes, da die Meßgeräte in einem für die gewünschte Genauigkeit der Ver­ kehrslageüberwachung ausreichend geringen Abstand entlang jedes Verkehrsweges angebracht sein müssen. Zudem ist diese Vorgehens­ weise bezüglich Veränderungen des Verkehrswegenetzes sehr unfle­ xibel.

Bei einer weiteren derzeit praktizierten Methode werden die Ver­ kehrslagedaten manuell erhoben, indem beispielsweise Überwa­ chungspersonal mit Fahrzeugen auf dem Verkehrswegenetz unterwegs ist oder mit Hubschraubern als störungsanfällig bekannte Teile des Verkehrswegenetzes überfliegt und Verkehrsstörungen über Funk oder dergleichen an eine Zentrale meldet. Diese Methode macht eine Bestätigung von Störungsmeldungen nötig, wonach erst die Störungsmeldung z. B. im Rundfunk durchgesagt wird. Die rela­ tiv hohe Verzögerungszeit führt bei diesem Verfahren dazu, daß oftmals eine durchgesagte Störung nicht mehr vorhanden oder eine bereits entstandene Störung noch nicht an die Verkehrsteilsneh­ mer durchgesagt worden ist.

In jüngerer Zeit wurde als weiteres Verfahren zur Verkehrslage­ überwachung des Straßenverkehrs der Einsatz von speziell ausge­ rüsteten, sich im Verkehr bewegenden Testfahrzeugen vorgeschla­ gen, die zur Ermittlung des vom betreffenden Testfahrzeug ange­ troffenen lokalen Verkehrsflusses und zur Weitermeldung entspre­ chender Verkehrsflußdaten eingerichtet sind. Durch Verwenden ei­ ner entsprechend großen Zahl dieser Testfahrzeuge, auch "float­ ing cars" genannt, soll dann aus den einzelnen lokalen Verkehrs­ flußdaten ein realistisches Bild der großflächigen Verkehrslage des Straßennetzes geliefert werden. Diese Art der stichproben­ haften Verkehrslageüberwachung vermag jedoch prinzipbedingt nicht zu garantieren, daß die Verkehrslage an jedem Ort und zu jedem Zeitpunkt des Verkehrswegenetzes genau erfaßt wird und er­ fordert zudem einen entsprechenden Aufwand für die spezielle Ausrüstung der Vielzahl von Testfahrzeugen.

Der Erfindung liegt daher als technisches Problem die Bereit­ stellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art zugrunde, mit denen mit vergleichsweise geringem Aufwand eine zuverlässige großflächige Verkehrslageüberwachung bewirkt werden kann.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Vor­ richtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7.

Beim Verfahren nach Anspruch 1 werden Bilder vom zu überwachen­ den Gebiet, in welchem sich das Verkehrswegenetz befindet, aus der Ferne durch Flugkörper, insbesondere Satelliten oder Flug­ zeuge, aufgenommen. Die aufgenommenen Bilder werden einer auto­ matisierten Bildverarbeitung zur Lokalisierung der Verkehrswege des Wegenetzes im jeweiligen Bild und zur Erkennung von Fahrzeu­ gen auf den lokalisierten Verkehrswegen unterzogen. Anhand der erkannten Fahrzeug wird dann auf die jeweilige momentane Ver­ kehrslage geschlossen.

Vorteilhafterweise wird für dieses Verfahren keinerlei strecken­ seitige Infrastruktur und keinerlei spezielle Ausrüstung in den Fahrzeugen benötigt. Außerdem sind Satelliten und Flugzeuge, mit denen in der hier geforderten Weise Fernbildaufnahmen von der Erdoberfläche gemacht werden können, bereits bekannt. Auch auto­ matisierte Bildverarbeitungstechniken zur Auswertung solcher Bilder sind bereits gängig. Die Bildverarbeitung braucht daher lediglich hinsichtlich Lokalisierung der interessierenden Ver­ kehrswege und Erkennung der darauf befindlichen Fahrzeuge ausge­ legt zu werden, was für den Fachmann ohne großen Zusatzaufwand auf der Basis eines herkömmlichen Bildverarbeitungssystems mög­ lich ist. Das Verfahren läßt sich daher relativ kostengünstig realisieren. Von Vorteil ist des weiteren die Schnelligkeit, mit der durch dieses Verfahren die Verkehrslage flächendeckend, d. h. an allen Punkten des Verkehrswegenetzes, und zu jedem Zeitpunkt zuverlässig bestimmt werden kann. Das Verfahren kann rasch und einfach auf neu hinzukommende Gebiete des Verkehrswegenetzes er­ weitert werden.

In einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Verfahren wird die Lo­ kalisierung der Verkehrswege in den aufgenommenen Bildern unter Zuhilfenahme eines herkömmlichen Map-Matching-Verfahrens mit überlagerten Vektorkarten bewerkstelligt, wodurch sich die in­ teressierenden Verkehrswege zuverlässig feststellen lassen.

Bei einem nach Anspruch 3 weitergebildeten Verfahren werden vom zu überwachenden Gebiet Bilder mittels verschiedener bildgeben­ der Strahlungen aufgenommen. Je nach den Witterungsverhältnissen können mit der einen Strahlungsart eventuell zeitweise bessere Bilder als mit einer anderen Strahlungsart gewonnen werden. Von den Bildern können dann jeweils die geeignetsten zur weiteren Auswertung ausgewählt werden, wodurch die Verkehrslageüberwa­ chung weitestgehend unabhängig von den Witterungsverhältnissen mit gleichbleibender Zuverlässigkeit möglich ist.

Bei einem nach Anspruch 4 weitergebildeten Verfahren beinhaltet die Verkehrslageüberwachung eine verkehrslageabhängige Schätzung der Reisezeiten zwischen einem vorgebbaren Startort und einem vorgebbaren Zielort, indem die Schätzung auf der Grundlage der verfahrensgemäß erkannten, auf dem Verkehrswegenetz befindlichen Fahrzeuge vorgenommen wird.

Bei einem nach Anspruch 5 weitergebildeten Verfahren werden vom zu überwachenden Gebiet wiederholt in vorgebbaren Zeitabständen Bilder aufgenommen. Anhand der in den aufeinanderfolgend auf ge­ nommenen Bildern erkannten Fahrzeuge wird dann die Entstehung bzw. Bewegung einer jeweiligen Verkehrsstörung festgestellt, d. h. es kann die Dynamik einer jeweiligen Verkehrsstörung über­ wacht werden.

Bei einem nach Anspruch 6 weitergebildeten Verfahren wird über die reine Erkennung des Ortes, an dem sich jeweils ein Fahrzeug auf dem Verkehrswegenetz befindet, hinaus die räumliche Lage des erkannten Fahrzeugs ermittelt. Aus anormalen Fahrzeuglagen, z. B. aus dem Vorhandensein eines oder mehrerer querstehender oder um­ gekippter Fahrzeuge, wird dann auf eine Verkehrsstörung z. B. in Form eines Verkehrsunfalls geschlossen.

Die Vorrichtung nach Anspruch 7 eignet sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wozu sie einen oder mehrere Flug­ körper mit einem Bildaufnahmesystem zum Aufnehmen von Bildern der Erdoberfläche und zum Senden entsprechender Bilddaten und eine, vorzugsweise erdfeste, Auswertezentrale aufweist. Die Aus­ wertezentrale beinhaltet ein geeignet ausgelegtes Bildverarbei­ tungssystem für die Lokalisierung der Verkehrswege des Wegenet­ zes und zur Erkennung der darauf befindlichen Fahrzeuge. Außer­ dem besitzt die Auswertezentrale die nötigen herkömmlichen Mittel, um anhand der erkannten, auf dem Verkehrswegenetz be­ findlichen Fahrzeuge auf die Verkehrslage zu schließen. Hingegen benötigt die Vorrichtung keinerlei streckenseitige und fahrzeug­ seitige Mittel für die Verkehrslageüberwachung.

Eine nach Anspruch 8 weitergebildete Vorrichtung beinhaltet eine Reisezeit-Schätzeinrichtung derart, daß sie sich speziell zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4 eignet.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur großflächigen Verkehrslageüberwachung eines von Fahrzeugen befahrenen Verkehrswegenetzes.

In der Figur ist ausschnittweise und stark schematisiert ein Teil eines Verkehrswegenetzes in Form eines Straßenverkehrsnet­ zes 1 dargestellt, das von Fahrzeugen 2 befahren wird, wobei die Verkehrslage großflächig überwacht wird. Hierzu werden Fernbild­ aufnahmen desjenigen Erdoberflächengebietes, in welchem sich das zu überwachende Verkehrswegenetz 1 befindet, von einem oder vor­ zugsweise mehreren Satelliten 3 aus gemacht. Dazu ist jeder Sa­ tellit 3 mit einem entsprechenden Bildaufnahmesystem ausgerü­ stet. Die Bilder können beispielsweise mittels Radar- oder In­ frarotstrahlung oder einer anderen geeigneten magnetischen Strahlung aufgenommen werden. Alternativ zu Satelliten können die Bilder auch von Flugzeugen, insbesondere Luftschiffen, oder anderen Flugkörpern aus aufgenommen werden. Die Satelliten 3 sind so ausgewählt, daß das gesamte Gebiet, in welchem sich Ver­ kehrswege des zu überwachenden Verkehrswegenetzes (1) befinden, flächendeckend aufgenommen wird.

Über Datenübertragungsstrecken 5 herkömmlichen Typs stehen die Satelliten 3 mit einer erdfesten Auswertezentrale 6 in Datenaus­ tauschverbindung. Über diese Datenübertragungsstrecken 5 senden die Satelliten 3 die Daten der aufgenommenen Bilder an die Aus­ wertezentrale 6. Die Auswertezentrale 6 weist ein automatisier­ tes Bildverarbeitungssystem 7 auf, das so ausgelegt ist, daß es in den übertragenden Fernbildaufnahmen die Verkehrswege des überwachten Wegenetzes zu lokalisieren und die auf den lokali­ sierten Verkehrswegen befindlichen Fahrzeuge zu erkennen vermag. Derartige Bildverarbeitungssysteme, mit denen aus Fernbildauf­ nahmen von Satelliten oder Flugzeugen aus eine solche Wegeloka­ lisierung und hochaufgelöste Erkennung von vergleichsweise klei­ nen Objekten auf der Erdoberfläche, wie Fahrzeugen, möglich ist, sind an sich bekannt und bedürfen daher vorliegend keiner nähe­ ren Erläuterung. Insbesondere kann zur Lokalisierung der Ver­ kehrswege des Wegenetzes in den Fernbildaufnahmen ein herkömmli­ ches sogenanntes "Map-Matching-Verfahren" mit überlagerten Vek­ torkarten angewendet werden.

Die Auswertezentrale 6 verfügt somit zum jeweiligen Überwa­ chungszeitpunkt über die Kenntnis hinsichtlich der Position praktisch aller sich momentan auf dem überwachten Verkehrswege­ netz befindlichen Fahrzeuge, wodurch sie in der Lage ist, daraus in herkömmlicher Weise zuverlässig auf die momentane Verkehrsla­ ge zu schließen. Die Auswertezentrale 6 sendet dann entsprechen­ de Verkehrslageinformationen z. B. über Rundfunk oder ein Funk­ netz aus, die von den mit entsprechenden Empfängern ausgerüste­ ten Fahrzeugen 2 in üblicher Weise empfangen und dem Fahrer an­ gezeigt oder anderweitig verwertet werden können. Beispielsweise können die übermittelten Verkehrslageinformationen eine fahr­ zeugseitig vorhandene Navigationshilfseinrichtung bei der Rou­ tenplanung bzw. Routenfindung unterstützen.

Um die Verkehrslageüberwachung auch bei unterschiedlichsten Wit­ terungsbedingungen zu gewährleisten, werden vorzugsweise wenig­ stens zwei Sätze von Fernbildaufnahmen gemacht, von denen jeder Satz das gesamte Überwachungsgebiet erfaßt und die auf jeweils verschiedenen bildgebenden Strahlungstypen beruhen, wie Radar­ strahlung, Infrarotstrahlung etc. Die Auswertezentrale 6 kann dann die Fernbildaufnahmen desjenigen Strahlungstyps, der bei den momentanen Witterungsbedingungen die beste Bildqualität lie­ fert, zur weiteren Auswertung auswählen.

Vorzugsweise wird von der Auswertezentrale 6 durch die Bildver­ arbeitung der Fernbildaufnahmen nicht nur die Position eines je­ den, auf dem Verkehrswegenetz befindlichen Fahrzeugs, sondern auch dessen räumliche Lage am betreffenden Ort ermittelt, d. h. die Auswertezentrale 6 erkennt durch ihr Bildverarbeitungssystem 7, ob sich das Fahrzeug in seiner normalen Lage längs zur Fahr­ bahn befindet oder aber quer zur Fahrbahn steht oder gekippt ist. Aus solchen anormalen Fahrzeuglagen schließt die Auswerte­ zentrale 6 auf eine dortige, den Verkehr blockierende Verkehrs­ störung, wie z. B. einen Verkehrsunfall. In der Figur ist eine solche Situation schematisiert anhand eines auf einem bestimmten Verkehrswegeabschnitt 1a querliegenden Fahrzeugs 2a symboli­ siert, hinter dem sich ein nur symbolisiert schematisch wieder­ gegebener Stau aus einer Vielzahl von Fahrzeugen 2b gebildet hat.

Zweckmäßigerweise wird das Aufnehmen der Fernbilder vom über­ wachten großflächigen Gebiet des Verkehrswegenetzes 1 in vorgeb­ baren Zeitabständen wiederholt. Eine die weitere Auswertung der vom Bildverarbeitungssystem 7 gewonnenen Informationen über die Position und Lage der Fahrzeuge 2 auf dem Verkehrswegenetz 1 durchführende Rechnereinheit der Auswertezentrale 6 ist dann da­ zu passend so ausgelegt, daß sie anhand der Positionen und Lagen der einzelnen, in den aufeinanderfolgend aufgenommenen Bildern erkannten Fahrzeugen nicht nur die Entstehung, sondern auch die Bewegung, d. h. die Dynamik einer jeweiligen Verkehrsstörung er­ kennt. Dies ermöglicht z. B. Prognosen über die Entwicklung er­ kannter Verkehrsstaus.

Des weiteren kann die auswertende Rechnereinheit der Auswerte­ zentrale 6 eine in Hardware oder Software realisierte Reise­ zeit-Schätzeinrichtung beinhalten, mit der Reisezeiten von einem Startort, z. B. einem in der Figur gezeigten Ort A, zu einem vor­ gebbaren Zielort, z. B. einem in der Figur gezeigten Ort B, unter Zugrundelegung der ermittelten momentanen Verkehrslage geschätzt werden können. So kann beispielsweise in der Schätzung der Rei­ sezeit vom gezeigten Startort A zum gezeigten Zielort B der auf der kürzesten Verkehrswegeverbindung zwischen diesen beiden Or­ ten A, B liegende Verkehrsstau, symbolisiert durch das querste­ hende Fahrzeug 2a und die dahinter stehenden Fahrzeuge 2b, be­ rücksichtigt werden. Geeignete, die Verkehrslage zwischen Start­ ort und Zielort berücksichtigende Reisezeitschätzalgorithmen sind an sich bekannt, so daß hierauf vorliegend nicht weiter eingegangen zu werden braucht.

Wie aus der obigen Beschreibung eines vorteilhaften Ausführungs­ beispiels deutlich wird, leisten das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eine flächendeckende Ver­ kehrslageüberwachung für ein großflächiges Gebiet eines Ver­ kehrswegenetzes mit rascher und zuverlässiger Erkennung von Ver­ kehrsstörungen und allen weiterführenden Anwendungsmöglichkei­ ten, wie Reisezeitprognosen und Navigationshilfeverfahren. Außer der speziellen Auslegung des Bildverarbeitungssystems hinsicht­ lich Lokalisierung der Verkehrswege und Erkennung der darauf be­ findlichen Fahrzeuge wird von gängigen Komponenten und Verfahren Gebrauch gemacht, so daß das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung relativ einfach in die Praxis umge­ setzt werden können. Selbst im Fall eines sehr großen zu überwa­ chenden Gebietes genügt eine einzige, geeignet ausgerüstete Aus­ wertezentrale, die mit den bildaufnehmenden Satelliten bzw. Flugzeugen in Datenaustauschverbindung steht. Weitere neben- oder untergeordnete Auswertezentralen sind nicht unbedingt er­ forderlich.

Claims (8)

1. Verfahren zur großflächigen Verkehrslageüberwachung eines von Fahrzeugen (2) befahrbaren Verkehrswegenetzes (1), dadurch gekennzeichnet, daß

• - Fernbildaufnahmen vom zu überwachenden Gebiet von Flugkörpern aus gemacht werden,
• - die aufgenommenen Bilder einem Bildverarbeitungsvorgang zur Lokalisierung der Verkehrswege des Wegenetzes (1) und zur Er­ kennung von darauf befindlichen Fahrzeugen (2) unterzogen wer­ den und
• - anhand der erkannten Fahrzeuge auf die jeweilige Verkehrslage geschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß für die Lokalisierung der Verkehrswege ein Map-Matching-Ver­ fahren mit überlagerten Vektorkarten verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß vom zu überwachenden Gebiet Bilder mittels verschiedener bildge­ bender Strahlungen, insbesondere mittels Radar- und mittels In­ frarotstrahlung, aufgenommen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß anhand der erkannten Fahrzeuge (2) Reisezeiten zwischen einem vorgebbaren Startort (A) und einem vorgebbaren Zielort (B) ge­ schätzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß

• - wiederholt Bilder vom zu überwachenden Gebiet in vorgebbaren Zeitabständen aufgenommen werden und
• - anhand der in den aufeinanderfolgend aufgenommenen Bildern er­ kannten Fahrzeuge (2) die Entstehung bzw. Bewegung einer je­ weiligen Verkehrsstörung erkannt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der erkannten Fahrzeuge auf den Verkehrswegen durch den Bildverarbeitungsvorgang ermittelt und aus anormalen Fahrzeugla­ gen auf eine Verkehrsstörung, insbesondere einen Verkehrsunfall, geschlossen wird.

7. Vorrichtung zur großflächigen Verkehrslageüberwachung eines von Fahrzeugen befahrbaren Verkehrswegenetzes, mit

• - einem oder mehreren Flugkörpern (3), die mit einem Bildaufnah­ mesystem (4) zum Aufnehmen von Bildern des Teils der Erdober fläche, in welchem sich das Verkehrswegenetz (1) befindet, ausgerüstet sind, und
• - einer Auswertezentrale (6), welche bildbezogene Daten von dem oder den Flugkörpern (3) empfängt und die diese zur Be­ urteilung der Verkehrslage heranzieht,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Auswertezentrale (6) ein Bildverarbeitungssystem (7) bein­ haltet, dem von dem oder den Flugkörpern (3) die Bilddaten der aufgenommenen Bilder übermittelt werden und das in den aufge­ nommenen Bildern die Verkehrswege des Wegenetzes (1) lokali­ siert und die darauf befindlichen Fahrzeuge (2) erkennt, und anhand der vom Bildverarbeitungssystem erkannten Fahrzeuge auf die Verkehrslage schließt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertezentrale (6) eine Reisezeit-Schätzeinrichtung bein­ haltet, welche Reisezeiten zwischen einem vorgebbaren Startort (A) und einem vorgebbaren Zielort (B) anhand der erkannten Fahr­ zeuge (2) auf den Verkehrswegen des Wegenetzes (1) schätzt.