DE19953007A1 - Vorrichtung zur Verkehrsüberwachung von Straßen - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Verkehrsüberwachung von Straßen, mit einer einen Bereich einer Straße überwachenden Sensoreinrichtung, die mit einem Strahlsender und -empfänger die Anwesenheit von Fahrzeugen ermittelt, bei der die Sensoreinrichtung wenigstens einen umlaufend Laserimpulse abstrahlenden Sender aufweist, der zwei in Durchfahrtrichtung beabstandete Strahlfächer erzeugt, wobei die Sensoreinrichtung ferner eine Auswerteinrichtung aufweist, die aus den vom Empfänger ermittelten Daten das Profil der Auftreffpunkte des Strahlfächers ermittelt und einzelne Gruppen von Auftreffpunkten Objekten zuordnet, und ggf. die Bewegung derart erfaßter Objekte aus den aufeinanderfolgenden Daten beider Strahlfächer errechnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei der heutigen Verkehrsdichte auf innerörtlichen und insbesondere Fernver­ kehrsstraßen werden zunehmend Verkehrsüberwachungs- und Leitsysteme einge­ setzt, die eine genaue Überwachung und Erfassung des Verkehrs als Eingangs­ größen benötigen. An Straßen muß also der durchgehende Verkehr erfaßt werden. Die zu erfassenden Parameter sind zunächst die Zahl von Fahrzeugen pro Rich­ tung sowie weitere Parameter wie Spurbelegung auf mehrspurigen Straßen, Er­ fassung von Falschfahrern (Geisterfahrer) auf richtungsgebundenen Straßen wie z. B. Autobahnen, Ermittlung der Fahrzeuge nach Fahrzeugklassen (z. B. PKW, LKW, Motorräder) und schließlich auch die jeweils gefahrene Geschwindigkeit, die zusammen mit der Fahrzeugzahl die Berechnung der Straßenauslastung er­ möglicht.

Bekannt sind zu diesem Zweck Vorrichtungen die mit Sensoreinrichtungen vom Straßenrand oder von einer Straßenbrücke den Verkehr überwachen. Solche Vor­ richtungen sind in gattungsgemäßer Art mit Sensoreinrichtungen bekannt, die einzelne Fahrzeuge erfassen können, z. B. mit Ultraschallsendern und Empfän­ gern, oder mit IR-Detektoren und optischen Tastern. Die Auflösung solcher be­ kannten Sensoreinrichtungen ist jedoch sehr gering. Dicht hintereinander fahren­ de Fahrzeuge können z. B. nicht getrennt werden, bestimmte Fahrzeugtypen mit schrägen Karosserieflächen erzeugen Fehlreflexionen, die zu Fehlzählungen füh­ ren. Eine Klassifizierung der Fahrzeuge ist mit solchen Einrichtungen nur unzu­ länglich möglich, ebenso wie die Erfassung der gefahrenen Geschwindigkeit, die nur mit aufwendigen Radareinrichtungen möglich ist, die für solche Zählzwecke ebenfalls verwendbar sind, jedoch für Überwachungszwecke aus Kostengründen ausscheiden. Aus dem gleichen Grund scheiden auch komplexe Einzelsensoren pro Fahrbahn aus.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, mit geringeren Kosten eine hochexakte Verkehrsüberwachung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 ge­ löst.

Erfindungsgemäß wird als Sensoreinrichtung eine Vorrichtung verwendet, die in Fahrtrichtung hintereinander im Abstand mit an sich bekannten rotierenden La­ serimpulssendern zwei Strahlfächer erzeugt. Die Laserauftreffpunkte werden mit wenigstens einem Empfänger beobachtet. Aus jeweiliger Strahlrichtung und Im­ pulslaufzeit läßt sich mit einer von derartigen Laserimpulsgeneratoren bekannten Auswerteinrichtung das vom Strahlfächer geschnittene Profil eines Objektes (z. B. eines Kraftfahrzeuges) ermitteln. Es lassen sich dabei sehr hohe Profilauflösun­ gen bis in den Zentimeterbereich mit relativ geringem Rechenaufwand erreichen, aus denen sehr exakt auf bestimmte Fahrzeugklassen geschlossen werden kann.

Die Auswerteinrichtung kann in einem Lernmodus feststehende Objekte, z. B. die Straßenoberfläche, als immer vorhanden speichern. Räumlich zusammenhängen­ de Gruppen von Auftreffpunkten werden Objekten zugeordnet, wenn die gemes­ senen Datenpunkte starke Änderungen gegenüber den gelernten bzw. gespei­ cherten Daten aufweisen. Alternativ oder zusätzlich lassen sich aus den Daten der Strahlfächer Objekte extrahieren, indem räumlich zusammenhängende Punkt­ gruppen zwischen Entfernungssprüngen Objekten zugeordnet werden.

Bei festgestellten Übergrößen, z. B. Überhöhe, eines Fahrzeuges können Alar­ meinrichtungen ausgelöst werden. Wenn ein Objekt (Fahrzeug) einen Strahlfä­ cher elTeicht und wenn es diesen nach Durchfahren wieder verläßt, dann können diese Ereignisse genau bestimmt werden. Durch Anordnung zweier Strahlfächer hintereinander läßt sich mit hoher Nachweisgenauigkeit eine Aussage über die Fahrtrichtung erzielen. Ein Fahrzeug, das in falscher Richtung fährt (Geister­ fahrer), wird sofort ermittelt. Auch wenn ein Fahrzeug in den Erfassungsbereich einfährt und rückwärts diesen wieder verläßt, wird dieser Vorgang fehlerfrei er­ kannt. Die Strahlfächer können mehrere parallele Spuren überfassen und dort Parallelverkehr oder Gegenverkehr auf zwei oder mehr Spuren ohne weiteres ge­ trennt erfassen und auswerten. Es kann mit sehr einfachen Mitteln und geringem Kostenaufwand eine sehr genaue Verkehrsüberwachung mit Zählung der Fahr­ zeuge, Klassifizierung und eindeutiger Ermittlung der jeweiligen Fahrtrichtung, auch in Zuordnung zu Fahrspuren einer Straße erreicht werden. Insbesondere kann mit den zwei verwendeten Strahlfächern und der Ermittlung der Fahrtzeit zwischen den Fächern auch die Geschwindigkeit der Fahrzeuge ermittelt werden.

Zur Erzeugung zweier Strahlfächer können zwei rotierende Laserimpulssender verwendet werden. Vorteilhaft sind jedoch die Merkmale des Anspruches 2 vor­ gesehen. Auf diese Weise kann aus einem rotierenden Laserstrahlsender mit Strahlumlenkung durch ein Spiegelsystem bei einem halben Umlauf direkt ein Fächer und beim anderen halben Umlauf ein gespiegelter achsversetzter Strahlfä­ cher erzeugt werden, wodurch der Geräteaufwand verringert wird.

Der Strahlempfänger kann stationär angeordnet sein und den gesamten Strahlauf­ treffbereich des Fächers überwachen. Vorteilhaft sind jedoch die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Ein mit dem Strahl, ggf durch ein Spiegelsystem in seiner Blickrichtung geschwenkter Empfänger kann mit langer Brennweite sehr eng auf den jeweiligen Strahlauftreffpunkt gerichtet sein und erreicht daher eine höhere Lichtempfindlichkeit sowie Unempfindlichkeit gegen Störlicht.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Bei zeitlicher Ver­ folgung der ermittelten Objekte lassen sich die Bestimmung von Fahrtrichtung und Geschwindigkeit präziser durchführen und es können auch über die Ermitt­ lung von Längsprofilen der erfaßten Fahrzeuge genauere Klassifizierungen vor­ genommen werden. Dazu werden z. B. feststehende Objekte bzw. die fest stehen­ de Umgebung in einem Lernmodus als immer vorhanden identifiziert bzw. ge­ speichert. Von diesen gespeicherten bzw. erlernten Objekten abweichende Ob­ jekte können anhand ihrer charakteristischen Profile verfolgt werden, indem der Ort, die Geschwindigkeit und die Richtung aus den zeitlich aufeinanderfolgenden Daten der Strahlfächer berechnet wird. Es kann dadurch insbesondere berechnet werden, ob die Objekte sich im überwachten Bereich befinden, und wann die Objekte den Bereich verlassen werden bzw. verlassen haben.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht in Fahrtrichtung entlang einer zweispurigen Straße mit erfindungsgemäßer Sensoreinrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 in Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt durch die Sensoreinrichtung nach Linie 3-3 in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Blick in Richtung einer Straße 3. Auf dieser fahren im Ge­ genverkehr ein Fahrzeug 4 und ein Fahrzeug 5, die in den Fig. 1 und 2 sche­ matisch dargestellt sind, in unterschiedlicher, in Fig. 2 mit Pfeilen gekennzeich­ neter Richtung.

Über der Straße ist an einer Brücke 1 eine Sensoreinrichtung 6 angeordnet, deren Aufbau in ihrem Schnitt in Fig. 3 zu ersehen ist.

In einem Gehäuse 7 ist ein Motor 8 angeordnet, der eine Welle 9 umlaufend an­ treibt. Die Lage der Welle ist in Fig. 1 markiert. Senkrecht zur Welle 9 ist an dieser ein Sender/Empfänger 10 angeordnet, der in seinen Konstruktionseinzel­ heiten z. B. gemäß DE 195 30 281 C2, Fig. 1 ausgebildet sein kann.

Der Sender 10 strahlt umlaufend in der gestrichelt dargestellten Ebene einen er­ sten Strahlfächer 11 aufspannende Laserimpulse, die bei leerer Straße 3 auf die­ ser (siehe Fig. 2) auftreffen. Der Empfängerteil des Sender/Empfänger 10 blickt jeweils in Abstrahlrichtung und sieht den hellen Auftreffleck. Eine nicht darge­ stellte z. B. in 8 eingebaute oder über Kabel angeschlossene Auswerteinrichtung kann aus dem Zeitpunkt der Impulsaussendung und dem Zeitpunkt des Empfan­ ges den Hin- und Rücklaufweg des Lichtimpulses und daraus den Abstand des Auftrefffleckes von der Welle 9 berechnen. Aus dem Motor 8 bzw. einem Win­ kelgeber oder dergleichen kann zu dieser Entfernung der jeweilige Strahlwinkel ermittelt werden, so daß das Profil der Straße, soweit es vom Strahlfächer 11 er­ faßt wird, ermittelbar ist.

Fährt ein Fahrzeug in den Fächer 11 so wird, wie Fig. 1 zeigt, zumindest dessen Oberseite im Strahlfächer vermessen. Charakteristische Teile des Fahrzeugprofils können mit einer geeigneten Auswerteinrichtung ermittelt werden. Insbesondere kann dabei das ermittelte Profil mit einem zuvor ermittelten Leerprofil der Straße verglichen werden, um die Ermittlungsgenauigkeit zu erhöhen.

Wie Fig. 3 zeigt, wird der direkt vom Sender 10 erzeugte Strahlfächer 11 nach unten durch eine Gehäuseöffnung abgestrahlt und zwar im wesentlichen über den halben Umlauf der Welle 9, wenn der Sender 10 überwiegend nach unten ge­ richtet ist. Im oberen Umlaufbereich werden die Laserstrahlen mit zwei Winkel­ spiegeln 12 achsversetzt als zum ersten Strahlfächer 11 paralleler zweiter Strahl­ fächer 13 ebenfalls nach unten abgestrahlt. Aus der Winkelstellung der Welle 9 kann die Auswerteinheit ermitteln, ob der Strahl z. Zt. in den Strahlfächer 11 oder in den Strahlfächer 13 gerichtet ist. Alternativ können die beiden Strahlfächer 11 und 13 auch mit getrennten rundum abstrahlenden Vorrichtungen erzeugt wer­ den. Die Strahlfächer können, wie dargestellt, parallel, oder auch leicht schräg zueinander verlaufend angeordnet sein. Sie verlaufen vorteilhaft, wie dargestellt, quer zur Fahrrichtung, können aber auch schräg zu dieser angeordnet sein.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann bei dem Fahrzeug 4 genau der Zeitpunkt er­ mittelt werden, an dem dies den Strahlfächer 13 berührt. Fährt es weiter, so be­ rührt es auch den Strahlfächer 11. Es verläßt den Strahlfächer 13 bevor es den Strahlfächer 11 in seiner Fahrtrichtung verläßt. Aus diesen Zeitpunkten kann ein­ deutig die Fahrtrichtung bestimmt werden. Bleibt das Fahrzeug stehen und fährt wieder zurück, so kann auch dieser Sonderfall genau erkannt werden. Insbeson­ dere kann aus der Zeitdifferenz, die das Fahrzeug zwischen Berührung des Strahlfächers 13 und des Strahlfächers 11 benötigt, sehr genau die Fahrzeugge­ schwindigkeit ermittelt werden.

Für das Fahrzeug 5 kann in derselben Weise getrennt vom Fahrzeug 4 und zwar auch, wenn beide gleichzeitig die Strahlfächer durchfahren, die Fahrtrichtung und das Fahrzeugprofil - und aus diesem die Fahrzeugklasse- sowie auch die Ge­ schwindigkeit ermittelt werden.

Eine angeschlossene Auswerteinrichtung kann die Fahrzeuge zählen, in Zuord­ nung zu ihrer Fahrtrichtung und zur Fahrzeugklasse bringen (z. B. PKW, LKW, Motorrad) und diese Informationen einem Zentralrechner weitergeben, der daraus mit hoher Genauigkeit die benötigten Verkehrsdaten ermittelt, zu denen auch die von der Sensoreinrichtung ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit gehört.

Die Sensoreinrichtung 6 ist gemäß Fig. 1 oben mittig über der Straße 3 ange­ ordnet. Von dort hat sie einen günstigen Blick auf darunter hindurchfahrende Fahrzeuge und kann diese im Dachbereich und in den Seitenwandbereichen er­ fassen. Sie kann jedoch auch an anderen z. B. den mit 9' angegebenen Stellen vor­ gesehen sein, wobei der genaue Standort je nach örtlichen Gegebenheiten wähl­ bar ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann wie dargestellt über einer zweispurigen Straße, z. B. einer Landstraße angeordnet sein. Sie kann jedoch auch über sehr breiten Straßen, wie beispielsweise Autobahnen mit vier Spuren in jeder Rich­ tung angeordnet sein oder auch auf einspurigen Straßen.

Die nicht dargestellte Auswerteinrichtung, die die Daten vom Empfänger 10 er­ hält, kann aus diesen bei jedem Umlauf des Strahles in einem der Strahlfächer das Profil der Auftreffpunkte ermitteln und aus charakteristischen Profilformen, z. B. im Vergleich mit einem Leerprofil, Objekte (die Fahrzeuge 4, 5) erkennen. Die Auswerteinrichtung kann in aufeinanderfolgenden Umläufen des Senders 10 die Profile ermitteln, darin Objekte erkennen und die Objekte zeitlich verfolgen. Dadurch wird die genaue Ermittlung von Fahrtrichtung und -geschwindigkeit verbessert. Insbesondere, wenn die Daten aus den beiden in den Figuren darge­ stellten Strahlfächern 11, 13 kombiniert ausgewertet werden.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Verkehrsüberwachung von Straßen (3), mit einer einen Bereich einer Straße (3) überwachenden Sensoreinrichtung (6), die mit einem Strahlsen­ der und -empfänger (10) die Anwesenheit von Fahrzeugen (4, 5) ermittelt, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (6) wenigstens einen umlau­ fend Laserimpulse abstrahlenden Sender (10) aufweist, der zwei in Durchfahrt­ richtung beabstandete Strahlfächer (11, 13) erzeugt, wobei die Sensoreinrich­ tung (6) ferner eine Auswerteinrichtung aufweist, die aus den vom Empfänger (10) ermittelten Daten das Profil der Auftreffpunkte des Strahlfächers (11, 13) ermittelt und einzelne Gruppen von Auftreffpunkten Objekten (4, 5) zuordnet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Einrichtung (9, 10) in einem Teil ihres Umlaufbereiches unmittelbar den ersten Strahlfächer (11) und in einem weiteren Teil ihres Umlaufbereiches über Spie­ gel (12) achsversetzt den zweiten Strahlfächer (13) erzeugt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (10) weitgehend in Abstrahlrichtung des Senders (10) blickend und mit diesem umlaufend angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertein­ richtung die Bewegung erfaßter Objekte (4, 5) durch Berechnung des Ortes, der Geschwindigkeit und Richtung aus den für aufeinanderfolgende Strahlflächen vom Empfänger detektierten Daten ermittelt.