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Opto-elektronisches System zur Erfassung des Kraftfahrzeugverkehrs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein opto-elektronisches System zur Erfassung
des Eraftfahrzeugverkehrs durch eine Zentralstelle und zur Erlangung von die Verkehrslage
betreffenden Informationen durch die einzelnen Verkehrsteilnehmer.
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Es ist hinreichend bekannt, daß die ständig steigende Zahl von Xraftfahrzeugen
auf den Straßen in naher Zukunft zu einer völligen Verstopfung der Straßen und zu
immer höheren Unfallzahlen führen wird, wenn es nicht gelingt, den gesamten Verkehr
zumindest auf Schnellstraßen zentral zu erfassen und zu koordinieren. Eine solche
Maßnahme allein reicht jedoch noch nicht aus, um den Straßenverkehr - auch bei ungünstigen
Wetterverhältnissen- nicht nur flüssiger, sondern auch sicherer zu machen; es muß
vielmehr auch die Möglichkeit geschaffen werden, alle Verkehrsteilnehmer mit den
für sie wichtigen Informationen über die Verkehrslage zu versorgen.
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Zur Erfassung von auf Fahrbahnen befindlichen Fahrzeugen sind bereits
zwei Verfahren bekannt, die beide als Nachweiselemente in die Fahrbahndecke verlegte
Detektorschleifen benutzen, die die Induktivität eines frequenz erregt en Schwingkreises
darstellen-Bei der Einrichtung gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 1 773 761
sind mehrere Schleifeninduktivitäten nebeneinander und hintereinander über die Fahrbahn
verteilt angeordnet, um auch kleinere Fahrzeuge, z*B. Fahrräder, erfassen zu können.
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In der deutschen Offenlegungsschrift 1 798 059 wird eine An° ordnung
beschrieben, die mit nur einem Nachweis element die gleichzeitige Erfassung von
mehreren Fahrzeugen auf den Fahrspuren einer Straße gestattet.*Die als Nachweiselement
dienende Induk tionsspule, die sich aber sämtliche Fahrspuren einer Straße erstreckt,
ist Bestandteil eines Oszillators, dessen Frequenz
bei Vorhandensein
eines Fahrzeuges im Feld der Spule
wird. Durch die Frequenzänderung wird ein elektrisches Signal erzeugt, das die Anwesenheit
des Fahrzeuges anzeigt. Der Wert dieses Signals wird gespeichert. Beim Eindringen
eines zweiten Fahrzeuges in das Feld der Spule wird abermals ein elektrisches Signal
erzeugt, das mit dem gespeicherten ersten Signalwert verglichen wird. Wenn die durch
den Vergleich gewonnene Differenz einen vorgegebenen Wert erreicht, wird ein weiteres-Signal
erzeugt, durch das die Anwesenheit zweier Fahrzeuge im Feld der Induktionsspule
angezeigt wird.
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Mit den beiden genannten Verfahren ist es zwar möglich, die Zahl der
eine bestimmte Stelle passierenden Fahrzeuge in einer Zeiteinheit festzustellen;
weitere Angaben über den Fahrzeugverkehr, z.B. über die Geschwindigkeit und Art
der Fahrzeuge, können jedoch damit nicht gewonnen werden. Die Unterrichtung der
einzelnen Verkehrsteilnehmer wird überdies ganz außer acht gelassen.
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In der Offenlegungsschrift 2 107 741 wird zwar ein Verfahren offenbart,
das dem Fahrzeugführer anzeigt, ob sich ein entgegenkommendes Fahrzeug auf Xollisionskurs
befindet oder nicht, damit ausreichend schnell eine Schutzvorrichtung (z.B. ein
Luftkissen) betätigt werden kann; die mit diesem Verfahren gewonnenen Informationen
beziehen sich jedoch nur auf die relative eschwindigkeit zweier Fahrzeuge und ihren
Abstand und stehen auch nur den beiden Fahrzeugführern zur Verfügung. Das Verfahren
beruht auf der Messung der Frequenzabweichung eines von einem der Bahrzeuge ausgestrahlten
Ultrakurzwellensignals auf Grund des Doppler-Effektes. Das von zwei am vorderen
Teil des Fahrzeuges befindlichen Antennen breit ausgestrahlte Signal wird nach Reflexion
an einem entgegenkommenden Fahrzeug von zwei in horizontalem Abstand zueinander
an dem ersten Fahrzeug angebrachten Empfängern aufgenommen, und jede der reflektierten
Wilen wird getrennt mit dem abgestrahlten Signal gemischt und gleichgerichtet, um
die Doppier-Signale zu erhalten. Nach Verstärkung dieser Signale werden mittels
Frequenz-Spannungswandlern die zu der jeweiligen Frequenz des Doppler-Signals proportionalen
spannungen gewonnen, aus deren Verhältnis die relative Position der beiden Fahrzeuge
bestimmt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein opto-elektronisches
System zur Erfassung des Straßenverkehrs anzugeben, mit dem sowohl eine Zentralstelle
zur Koordinierung des Verkehrs als auch jeder einzelne Verkehrsteilnehmer rechtzeitig
mit den notwendigen Informationen für einen ungestörten und weitgehend wetterunabhängigen
Verkehrsablauf versorgt werden kann.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Kombination
der folgenden Merkmale: a) jedes Kraftfahrzeug ist mit vier Sendern für IR-Strahlung
mit konstanter Sendeleistung und moduliert er Amplitude ausgestattet, von denen
zwei mit einer ersten Modulationsfrequenz seitwärts nach vorn und die beiden anderen
mit einer zweiten Modulationsfrequenz seitwärts nach hinten strahlen; b) der ersten
und der zweiten Modulationsfrequenz ist ein zusätzlicher Kennungsmodulator für die
Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. für die Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit überlagert;
c) Jedes Kraftfahrzeug besitzt zwei Empfangssysteme, von denen das eine nach vorn
und das andere nach hinten gerichtet ist, sowie eine Einrichtung zur Auswertung
der aufgenommenen Signale; d) an verkehrstechnisch wichtigen Punkten des StraBennetzes
sind gleichartige Empfangssysteme ortsfest montiert derart, daß sie die von den
IR-Sendern der Kraftfahrzeuge ausgehende modulierte Strahlung empfangen können;
e) alle ortsfest montierten Empfangssysteme sind zur Auswertung und Registrierung
ihrer Information mit einer Zentral stelle verbunden.
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Nit dem erfindungsgemäßen System lassen sich einmal alle für die Verkehrserfassung
wichtigen Daten gewinnen, d.h. es gibt Auskunft über die Anzahl der Kraftfahrzeuge
pro Stunde, über deren Geschwindigkeiten und Abstände sowie über Änderungen im Verkehrsablauf,
und zum anderen werden Jedem einzelnen Fahrzeugführer Informationen über vorausfahrende
und nachfolgende Fahrzeuge
(über deren Geschwindigkeit und Fahrverhalten,
z.BT Vberholen oder Bremsen) sowie über seinen Abstand zu diesen Fahrzeugen vermittelt.
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Dieser letztgenannten Aufgabe dient die Ausrüstung der Eraftfahrzeuge
mit vier teils nach vorn, teils nach hinten strahlenden modulierten Sendern für
IR-Strahlung mit zwei Empfangssystemen und einer Auswerteeinrichtung, während die
Verkehrs erfas sung mittels der ortsfest, z.B. an Brücken, montierten Empfangssysteme
erfolgt, die vom gleichen Typ sind wie die bei den Fahrzeugen verwendeten Empfänger.
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Das System benutzt elektromagnetische Wellen des infraroten Spektralgebietes
und arbeitet in einem Bereich von 100 - 150 m.
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Zur Ausschaltung des störenden Einflusses von Tageslicht oder fremden
Kunstlichtquellen wird IR-Strahlung verwendet, die zudem noch moduliert ist. Die
dem System zugrundeliegenden Prinzipien gehören zum Stand der Technik, sind also
weitgehend erprobt, und alle zur Realisierung der Erfindung erforderlichen optischen
und elektronischen Bauelemente sind verfügbar. Das System kann also ohne Schwierigkeiten
überall eingesetzt werden, wo eine hohe Verkehrsdichte oder schlechte Witterungsverhältnisse
es erforderlich machen.
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Durch die standige Versorgung mit Informationen wird der Eraftfahrer
allmählich daran gewöhnt, sein Fahrverhalten diesen Informationen anzupassen, so
daß der Uebergang zu einer in Zukunft anzustrebenden automatischen Kraftfahrzeugführung
auf Schnellstraßen erleichtert wird.
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Die bei der Verkehrserfassung gewonnenen Daten können beispielsweise
durch Projektion übersichtlich dargestellt werden, wodurch eine individuelle Steuerung
des Fahrzeugverkehrs möglich wird.
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Die dauernde Registrierung und Speicherung der Daten kann auch dazu
dienen, die statistischen Unterlagen für die Planung neuer Verkehrswegv zu beschaffen.
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Vorteilhaft wenden die Sender verschiedener Kraftfahrzeugarten mit
unterschiedlichen Modul ati onsfrequenz en betrieben, so daß der einzelne Kraftfahrer
auch bei Nebel oder Dunkelheit sofort erkennen kann, um was für ein Fahrzeug es
sich bei einem in seiner Nähe fahrenden Wagen handelt. Für die Verkehrserfassung
durch
die Zentralstelle ist die Unterscheidung verschiedener Fahrzeugarten von besonderer
Bedeutung. Beispielsweise werden die beiden seitwärts nach vorn strahlenden IR-Sender
eines PKWs mit 1000 Hz und die seitwärts nach hinten strahlenden Sender der gleichen
Fahrzeugart mit 800 Hz moduliert, während die Modulationsfrequenzen der IR-Sender
eines LKW's 900 Hz (seitwärts nach vorn) und 700 Hz (seitwärts nach hinten) betragen.
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Zweckmäßig werden die vier Sender in die Scheinwerfer und Rückleuchten
des Kraftfahrzeuges eingebaut, und ihr horizontaler Öffnungswinkel wird so gewählt,
daß der gesamte das Fahrzeug umgebende Raum mindestens von einem der Sender erfaßt
wird.
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Dies ist der Fall, wenn der horizontale öffnungswinkel 1600 1800 beträgt.
Für den vertikalen öffnungswinkel sind 20 - 40 ausreichend.
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Die Empfangs systeme der Kraftfahrzeuge sind vorteilhaft in der vorderen
und hinteren litte der Fahrzeuge installiert, und für sie ist ein horizontaler und
vertikaler Öffnungswinkel von 20 - 40 vorgesehen. Die gleichen Öffnungswinkel besitzen
die ortsfest montierten Empfänger, die derart ausgerichtet sind, daß sie beispielsweise
bei mehrspurigen Straßen je eine Fahrspur überwachen.
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Da die Entfernungsmessung mit Hilfe opto-elektronischer Geräte in
hohem Maße von der Sichtweite abhängig ist und es überdies bei nebligem Wetter oder
starkem Regen von großem Nutzen für den Kraftfahrer ist, genaue Angaben über die
Sichtweite zu haben, wird die Einrichtung zur Signalauswertung vorteilhaft so ausgestaltet,
daß aus den empfangenen Impulsen in an sich bekannter -Weise der Sichtweite entsprechende
Meßwerte abgeleitet werden können.
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Zusätzlich kann auch noch eine Einrichtung vorgesehen seine mit der
der Kraftfahrer den anderen Fahrzeugführern mitteilen kanne ob er überholen will.
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Zweckmäßig besitzt Jedes Kraftfahrzeug außer der Bierichtung zur Signal
auswertung ein Darstellungssystem für die gewonnenen Informationen, das z.B. die
bei der Auswertung anfallenden Daten auf die Windschutzscheibe projiziert. Mit dem
Darstellungssystem kann eine Warnanlage gekoppelt sein, die beispielsweise bei zu
geringem Abstand oder zu großer Geschwindi-eit a:Ln optisches oder akustisches Warnsignal
auslöst.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des opto-elektronischen
Systems gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigen die Fig. 1
zwei mit den erforderlichen Sende- und Empfangseinrichtungen ausgerüstete Kraftfahrzeuge,
die Fig. 2 eine mehrspurige Fahrbahn mit ortsfest montierten Empfangs systemen.
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In der Fig. 1 sind - von oben gesehen - zwei hintereinanderfahrende
Fahrzeuge dargestellt, von denen das eine einen PKW 1 und das andere einen SKW 2
bedeuten soll. Die Fahrtrichtung ist Je mit einem Pfeil bezeichnet. Der PKW ist
mit vier Sendern 11, 12, 13, 14 für IR-Strahlung ausgerüstet, die an den vier Ecken
des Fahrzeugs, beispielsweise in der Scheinwerfer-und Rücklichtanlage, angebracht
sind. Der horizontale Offnungswinkel der vier Sender beträgt 1800, wie durch gestrichelte
Linien angedeutet, und ihre Justierung ist so ausgeführt, daß die Sender 11, 12
seitwärts nach vorn- und die Sender 13, 14 seitwärts nach hinten strahlen, wobei
für die nach vorn gerich teten Sender eine andere Modulationsfrequenz gewählt ist
als für die beiden hinteren Sender. Zusätzlich ist der IR-Strahlung noch ein Kennungsmodulator
fur die Fahrzeuggeschwindigkeit aufgeprägt. Der vertikale öffnungswinkel der vier
IR-Serder liegt zwischen 20 und 4°. In der vorderen und in der hinteren Mitte des
PKW1s ist je ein Empfänger 15 bzw. 16 vorgesehen, von denen der eine in Fahrtrichtung
und der andere entgegengesetzt gerichtet ist. Beide Empfänger haben einen horizontalen
und vertikalen Offnungswinkel von 20, wie durch gestrichelte Linien und Pfeile angedeutet
ist.
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Der LKW 2 ist in gleicher Weise ausgerüstet wie der PKW 1; auch er
besitzt vier Sender für IR-Strahlung, von denen zwei Sender 21, 22 am vorderen Fahrzeugrand
und zwei Sender 23, 24 am hinteren Fahrzeugrand montiert sind. Zwischen den beiden
Sendern 21, 22 befindet sich ein erster Empfänger 25; ein zweiter 26 ist in der
hinteren Fahrzeugmitte angeordnet.
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Die Öffnungswinkel der Sender 21, 22, 23, 24 und Empfänger 25,26 sind
die gleichen wie bei der am PKW 1 vorgesehenen Anlage.
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Hinsichtlich ihrer opto elektronischen Ausrüstung unterscheiden
sich
die beiden Fahrzeugarten nur dadurch, daß ihre Sender mit verschiedenen Nodulationsfrequenzen
arbeiten, wobei auch für die nach vorn gerichteten Sender 21, 22 des SKW's eine
andere Frequenz gewählt ist als für die nach hinten strahlenden IR-Sender 23, 24.
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In der-Fig. 2 ist ein Teilstück einer aus einer rechten und einer
linken Fahrbahn bestehenden Schnellstraße dargestellts die Je in zwei Fahrspuren
3 und 30 bzw. 4 und 40 unterteilt sind. Die Fahrtrichtung der die Schnellstraße
benutzenden Eraftfahrzeuge ist durch Pfeile gekennzeichnet. Die Schnellstraße wird
von einer Brücke 5 überquert, an deren Pfeilern Empfänger 31, 32, 41, 42 der gleichen
Bauart wie die bei den Eraftfahrzeugen verwendeten Empfangs systeme angebracht sind.
Die beiden Empfänger 31 und 32 sind derart montiert, daß sie die IR-Signale der
auf den Fahrspuren 3 und 30 herankommenden Fahrzeuge aufnehmen können. Die beiden
Empfänger 41 und 42 dienen zur Vberwachung der Fahrspuren 4 und 40. Alle Empfänger
sind mit einer Zentralstelle (nicht dargestellt) verbunden, die die Auswertung der
empfangenen IR-Signale und gegebenenfalls die Speicherung der ermittelten Daten
vornimmt.
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