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Verfahren zur Identifizierung von Objekten
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Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Hauptanspruches.
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Bisher war es für einen geordneten Verkehrsablauf auf begrenzten Verkehrswegen
notwendig, die Fahrzeuge auf ihrem Weg zu verfolgen und die Fahrzeugdaten einer
Leitstelle zu melden, die dann Anweisungen an die Führer der Fahrzeuge ausgab.
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So wird beispielsweise der Schiffsverkehr auf einem Kanal durch Personal
überwacht, das über eine Länge verteilt ist. Der Beobachter meldet das passierende
Schiff mit den erforderlichen Daten einer Leitstelle, die z. B.
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eines von einander entgegenkommenden Schiffen in eine Ausweichstelle
leitet und es so lange dort beläßt, bis die nächste Teilstrecke frei von größeren
entgegenkommenden Fahrzeugen ist. Diese Tag und Nacht durchgcführte Schiffsbeobachtung
setzt ausreichende Sichtverhältnisse voraus. Bei unsichtigen Wetterlagen ist diese
an sich schon personalaufwendige Überwachung nicht durchführbar. So wie bei der
eben beschriebenen kanaldurchfahrt erfolgt eine Schiffsbeobachtung auf anderen Wasserstraßen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, mit
dem unabhängig vom Wetter und Personal eine gesicherte Identifizierung von Objekten
auf begrenzen Verk@h@swegen gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittcls dcr ie Kennzeichen des
Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Das Verfahren nach der Erfindung hat den wesentlichen Vorteil, daß
es automatisch bei jeder Witterung das die Lichtschranken passierende Objekt erfaßt
und so viele charakterisierende Merkmale des Objektes einer Leitstelle angibt, daß
in dieser erforderliche Maßnahmen für einen angeordneten Verkehrsfluß getroffen
werden können. Unter Lichtschranke wird im folgenden eine Anordnung verstanden,
die aus einem Sender und einem Empfänger für solche Strahlung besteht, die das Objekt
nicht durchdringen kann, z. B. Infrarot-Strahlung.
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Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt.
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Es zeigen Figur 1 eine Anordnung der Lichtschrankcn in Zweier-Gruppen,
Figur 2 die Abtastung eines Schiffes durch eine Lichtschranke und die daraus gewonnen
Impulsfolgen, Figur 3 Änderungen der Impulsfolgen durch Änderung des Wasserstandes
oder des Beladungszustandes, Figur 4 Schaltungsanordnung zur Codierung und Identifizierung
eines Objektes in Blockschaltung.
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Verteilt über die Länge einer Wasserstraße 1 sind Lichtschrankenanordnungen,
die gemäß Figur 1 aufgebaut sein können. An einer Tragkonstruktion 2 ist in einer
Höhe h eine erste Lichtschranke α, bestehend aus einem Lichtsender α
1 und einem Empfänger α2, angeordnet. In einem Abstand D, ebenfalls in Höhe
h, ist eine zweite Lichtschranke ß vorgesehen.
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Oberhalb der Lichtschranke ist in einer Höhe hl eine aus zz.ei Lichtschranken
la und 1b bestehende Cruppe A angebracht. Die beiden Lichtschranken haben einen
Abstand d voneinander. Darüber ist eine Gruppe 13 mit den Lichtschranken 2a und
2b in der Höhe h2 angeordnet. Auch hier beträgt der Abstand d.
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Falls erforderlich können weitere Gruppen vorgesehen werden. Die Anzahl
dieser Gruppen richtet sich nach der Höhe der Fahrzeuge über der hasscroberfläche.
Die Gruppen können darüberhinaus auch aus mehr als zwei Lichtschranken bestehen.
Die Gruppenbildung der Lichtschranken soll den Einfluß von Änderungen des Wasserstandes
oder des Tiefganges des Fahrzeuges möglichst ausschalten. Wenn ein Schiff eine Lichtachrankenanordnung
nach Figur 1 passiert, so werden nacheinander die LichtschrankenJundg unterbrochen
und wieder freigegeben. Aus den Zeitdifferenzen und dem Abstand D lassen sich die
Geschwindigkeit V und die Länge L des Fahrzeuges ermitteln. Auch können die Lichtschranken
SCund 6 zur Erkennung von Begegnungen oder Überholmanövern von Wasserfahrzeugen
herangezogen werden.
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Gleichzeiti Serden auch die Lichtschranken der Gruppen A und B zeitweise
unterbrochen entsprechend den Aufbauten des Fahrzeuges. In Figur 2 sind in der oberen
Zeile die Silhouette eines Schiffes 3 und durch eine gestrichelte Linie 4 eine Lichtschranke
dargestellt.
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Die Aufbauten, wie die Back 5, Masten 6, Ladebäume 7, Brückenhaus
8 usw.
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unterbrechen die Lichtschranke, und es ergibt sich die in der mittleren
Zeile angedeutete Impulsfolge 9. Die Unterbrechung ist durch einen Impuls 10 angedeutet.
Um die Auswertung der Impulsfolge nicht durch zu viele schmale Impulse für unwichtige
Details zu erschweren, können Impulse oder Pausen zwischen aufeinanderfolgenden
Impulsen unterhalb einer Mindestbreite zusaxsengefaßt werden, wie die untere Zeile
der Figur 2 zeigt. Ferner hat es sich als zweckmäßig erwiesen, um unterschiedliche
Wasserstände oder Beladungsänderungen zu berücksichtigen, die Impulsfolgen der Lichtschranken
einer Gruppe zusammenzufassen, so daß die Silhouette in einem gewissen Höhenbereich
ausgewertet wird. Die Auswertung wird anhand der Figur 4 beschrieben.
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Um deutlich zu machen, wie der Wasserstand oder der Beladungszustand
die Impulsfolge beeinflussen und verfälschen können, sind in Figur 3, obere Zeile,
ein Schiff 11 und drei Linien (strichpunktiert, gestrichelt und punktiert) angedeutet,
die die änderungen angeben. Die unteren Impulsfolgen I - III für die jeweils angegebenen
Abtastlinien lassen erkennen, daß derartige Zustandsänderungen erhebliche Änderungen
der Impulsfolgen bewirken, die eine Identifizierung erschweren oder gar unmöglich
machen. Um eine Unabhängigkeit gegen diese störenden Einflüsse zu erzielen, haben
sich, wie zu Figur 2 ausgeführt,
die Unterdrückung kleincr Details
und die Auswertung aus einem Höhenbereich als sinnvoll erwiesen. Ebenso zweckmäßig
ist es, Störungen auszuschalten, die eine gewisse Mindestgröße unterschreiten, wie
beispielsweise Vögel, kleinc Boote u. ä., die eine Lichtschranke passieren.
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Störungen können auch verursacht werden durch Uberholung eines intercssierenden
Fahrzeuges durch andere Fahrzeuge während des Passierens einer Lichtschrankenanordnung
oder durch eine Begegnung zweier Schiffe. Normalerweise wird die Geschwindigkeit
des Bugs VB eines Schiffes übereinstimmen mit der Geschwindigkeit des Heckes Voll.
Weichen diese beiden Größen voneinander ab, so kann eine Störung vorliegen und es
kann dann vermutet werden, daß eine Schiffsbegegnung stattfindet, wenn VB. V11<O
gilt und daß eine Schiffsüberholung stattfindet, wenn VB , VH>0 gilt.
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Unterbrechungen der Lichtschranken i und F nach Figur 1 für ein kurzes
Zeitintervall der Länge # t Lmin Vmax worin Lmin die Mindestlänge des Fahrzeuges
und Vmax eine festgelegte obere Grenze der Geschwindigkeit bedeuten, könne außer
Betracht bleiben.
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Auf diese Weise können die meisten der auftretenden Störungen erkannt
werden.
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Im folgenden sollen die von der Lichtschrankenanordnung gemäß Figur
1 beim Passieren eines Fahrzeuges gelieferten Impulsfolgen in einer Schaltungsanordnung
nach Figur 4 ausgewertet werden. Es soll vorausgesetzt werden, daß keine Störungen
vorliegen und zu Beginn und am Ende des Durchgangs des Fahrzeuges alle Schranken
frei strahlen. Die Anordnung hat demnach zwei Gruppen mit je zwei Lichtschranken
sowie die LichtschrankeneCundp.
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Der Teil der Anordnung links von der strichpunktierten Linie dient
zur Bestimmung des Codes des Fahrzeuges, der rechte Teil zur Identifizierung.
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Die Eingangsgrößen für den Block 12 sind die Zeit t sowie die Strahlung
#α und #ß der Lichtschranken α und ß. Am Ausgang stehen der Zeitpunkt
t*,
zu dem der Bug des Fahrzeuges die Lichtschranke passiert, sowie
seine Geschwindigkeit / nach Betrag und Richtung und seine Länge L zur Verfügung.
Diese Größen können aus den Zeitpunkten berechnet werden, zu denen die Lichtschranken
« und pverdeckt und wieder freigegeben werden.
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Im Block 13 erfolgt die Umrechnung von Zeiten in auf die Fahrzeuglänge
L bezogene Längen nach der Gleichung x = t1 (t - t*) + l Aus der Geschwindigkeit
v und der Länge L wird in Block 14 die Zeit # (L) T = ermittelt, in der das Schiff
die Strecke # zurücklegt. # kann |v| in Abhängigkeit von der Schiffslänge L vorgegeben
werden. Die Zeit T steht zugleich mit der Strahlung aus den Lichtschranken 1a, 1b,
2a, 2b, nämlich #1a , #1b , #2a und #2b , als Eingangsgröße an dn Blöcken 15, 16,
17, 18 an. Die aus diesen Blöcken gewonnenen Merkmale F1a , Flb, F2a und F2b können
die in Figur 2 angegebenen Werte R, B und G haben. Sie lassen sich daher durch je
drei Impulsfolgen darstellen. In den Blöcken 19 und 20 erfolgt die Zusammenfassung
der Impulsfolgen der einzelnen Lichtschranken zu f1 (t) für Gruppe 1 und zu f2 (t)
für Gruppe 2 (Fig. 1).
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In Block 21 wird eine Umrechnung der Größe x (t) in t (x)vorgenommen,
die zusammen mit den Gruppenwerten f1 (t) und f2 (t) in den Blöcken 22 und 23 in
längenabhängige Größen fl (x) und f2 (x) umgerechnet wird. Damit liegen zur Identifizierung
des die Lichtschrankenanordnung passierenden Schiffes die folgenden Größen vor:
L, f1 (x), 2 (x). Sie werden als Code C des Schiffes bezeichnet.
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Dieser Code C wird einer Leitstelle übermittelt und dort in einem
Rechner mit den Codes C1, C2.....Cm bekannter Schiffe verglichen. Im Beispiel wird
der Vergleich von C mit dem Code C1 gezeigt der aus den Merkmalen Ll, f11 (x), f12
(x) besteht. Er geschieht in den Blöcken 24, 25 und 26. Am Ausgang dieser Blöcke
stehen Werte U10, U und U12, die um so kleiner sind, je besser die Codes C und C1
zueinander passen. Diese Ausgangsgrößen werden kann im Block 27 summiert zur Größe
U1.
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Entsprechend werden auch die Codes C2, C3......Cm mit C verglichen;
die Ergebnisse werden in den Größen U2....U ausgegeben. Im Block 28 werden schließlich
die Größen U1....Um miteinander verglichen. Falls die kleinste unter ihnen,
ctwa
KU, hinreichend klcin ist und alle übrigen deutlich größer sind, wird die Zahl K
ausgegeben. 3ie gibt die Nummer desjenigen Schiffs an, mit welchem das die Lichtschrankenanlage
passierende Fahrzeug identifiziert wird.
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Jedes in die überwachte Masserstraße neu einfahrcnde Fahrzeug wird
in der vorbeschriebenen Weise codiert und in der Leitstelle mit den bereits gespeicherten
Codes zwecks Identifizierung verglichen. Änderungen von Wasserstand und Beladungszustand
können zwar einen Code beeinflussen, werden aber gemäß diesem Verfahren berücksichtigt.
Es ist auch insofern anpassungsfähig als es z. B. sinnvoll sein kann, sehr kurze
Fahrzeuge nur bezüglich ihrer Länge, der Fahrtrichtung und der Geschwindigkeit zu
erfassen.
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Wenn auch die Erfindung für Fahrzeuge auf Wasserstraßen ausführlich
beschrieben wurde, so ist sie nicht darauf beschränkt. In ähnlicher Weise können
auch Straßenfahrzeuge auf Zufahrtswegen zu wichtigen Objekten erfaßt und identifiziert
werden. Schließlich ist es denkbar, große Tierbestände der Art nach zu identifizieren
und zu zählen.
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L e e r s e i t e