DE3940253C2 - Verkehrsradiometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verkehrsradiometer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung der genannten Art wird u. a. in passiven Sen­ sorsystemen zur Rauschleistungsdetektierung eingesetzt und kommt daher u. a. in den Bereichen der Verkehrssteuerung auf Autobahnen und Landstraßen, im meteorologischen Be­ reich und im Bereich der Sonderfahrzeuge zum Einsatz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels der Was­ serfilmdicken, Verkehrsdichten, Glatteis, Verkehrsflußpa­ rameter und Geisterfahrer detektiert und erfaßt werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung sowie ihre entsprechenden Weiterbildungen sollen dabei leicht herstellbar, preiswert und materialsparend implementiert sein.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in dem Pa­ tentanspruch 1 beschrieben. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sowie bevorzugte An­ wendungen der Erfindung aufgeführt.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht in einem Verkehrsradiometer für den Millimeterwellenbereich zur Erfassung von Straßoberflächen mit

• - einem Referenzkanal, der eine schräg gegen den Himmel ausgerichtete erste Antenne (11) aufweist,
• - einem Meßkanal, der eine mit 20° Neigung zur Senkrechten auf die Straßoberfläche ausgerich­ tete zweite Antenne (12) aufweist,
• - und mit einem unteren Bezugskanal, an dem ein beheizter Absorber angeschlossen ist.

Aufgrund der vorliegenden Anordnung ist kein Eingriff in den Straßenbelag zur Montage von Detektorschleifen oder ähnlichem erforderlich und eine Abstrahlung von Wellen bzw. schädlichen Strahlungen tritt nicht auf, da es sich bei obiger Anordnung um ein passives Verfahren handelt. Des weiteren sind Verbundsensoren zur Erfassung diverser Daten ausbildbar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die gefundene Lösung leicht herstellbar sowie preiswert und materialsparend ausfällt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anord­ nung;

Fig. 2 die Kurvenverläufe der jeweiligen Kanalausgänge der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 1

Das erfindungsgemäße Verkehrsradiometer nach Fig. 1 be­ steht vorzugsweise aus drei Kanälen mit drei verschaltba­ ren Eingängen 771, 772 und 773. Die Kanäle sind vorzugs­ weise identisch aufgebaut und ihre Ausgänge K1, K2 und K3 auf einen Analog-/Digitalwandler 90 aufgeschaltet. Dessen Ausgang ist auf einen Rechner 91 aufgeschaltet, der an einen Temperaturfühler 92 angeschlossen ist. Der Rechner 91 selbst weist vorzugsweise zu Steuer- und/oder Übertra­ gungszwecken einen zusätzlichen Ausgang 21 auf.

An die Eingänge 771, 772 und 773 sind eine erste Antenne 11, eine interne Bezugsreferenz 20 und eine zweite Antenne 12 angeschlossen. Dabei mißt die erste Antenne 11 vorzugs­ weise die Himmelstemperatur bei entsprechender Ausrichtung und die zweite Antenne 12 vorzugsweise die Straßentempera­ tur bei entsprechender Ausrichtung.

Der erste [zweite(dritte)] Kanal der erfindungsgemäßen An­ ordnung ist aus der Serienschaltung folgender seriell ver­ schalteter Baugruppen ausgebildet. Es sind dies, vom Ein­ gang 771 [772(773)] her gesehen, ein erster [zweiter(dritter)] Mischer 41 [42(43)], ein erster [zweiter(dritter)] Verstärker 61 [62(63)], ein erster [zweiter(dritter)] Demodulator 71 [72(73)] sowie ein er­ ster [zweiter(dritter)] Integrator 81 [82(83)]. Der Aus­ gang des ersten [zweiten(dritten)] Integrators 81 [82(83)] bildet den Kanal K1 [K2(K3)].

Der erste [zweite(dritte)] Mischer 41 [42(43)] ist an einen Oszillator 50 angeschlossen.

Jeder Körper mit einer von 0° Kelvin verschiedenen Tempe­ ratur besitzt die Fähigkeit, Rauschleistung abzustrahlen. Die tatsächlich abgestrahlte Rauschleistung hängt von sei­ ner Temperatur und dem Reflexionskoeffizienten (R = 1, Me­ tall) seiner Oberfläche ab. Ein hoher Reflexionskoeffizi­ ent führt dazu, daß keine Rauschleistung abgestrahlt wird. Im Gegensatz dazu führt ein kleiner Reflexionskoeffizient (R = 0, Asphalt) dazu, daß die maximal mögliche Rauschlei­ stung abgestrahlt wird.

Das Verkehrsradiometer (hier auch kurz Radiometer genannt) ist somit in der Lage, die Strahlungstemperaturänderung, welche durch die Zustandsänderung (Reflexionskoeffizien­ tenänderung) der Straßenoberfläche bei Befeuchtung ent­ steht, zu registrieren.

In einer Meßreihe wurde aufgezeigt, daß bei richtiger Ge­ räteauslegung und Betriebsfrequenz (vorzugsweise KA-Band) alle Feuchtigkeitsstufen von trocken bis "geschlossene Wasseroberfläche" erfaßt werden können.

Wesentlich ist dabei, daß für den serienmäßigen Einsatz sowohl die aktuelle Himmelstemperatur wie auch eine in­ terne Referenz verwendet wird.

Bei Bewölkung ändert sich die Himmelstemperatur und da­ durch auch die Oberflächenstrahlung der Fahrbahn; durch Kenntnis dieser Änderung kann jedoch auch eine genaue Kor­ rektur vorgenommen werden. Als Gesamtbezugsreferenz dient vorzugsweise ein interner beheizter Absorber mit einer Konstanttemperatur, welche stets über der wärmst möglichen Temperatur der Fahrbahn liegt.

Die in der ersten bzw. zweiten Antenne 11 bzw. 12 und in der Bezugsreferenz 20 - bei der es sich vorzugsweise um den Absorber 20 handelt - empfangenen Rauschleistungen werden dem ersten, zweiten bzw. dritten Mischer 41, 42 bzw. 43 - bei denen es sich vorzugsweise jeweils um breit­ bandige Mischer handelt - zugefügt. Durch Mischen mit ei­ ner festen Oszillatorfrequenz (generiert im Oszillator 50) entsteht ein Zwischenfrequenzsignal, dessen Bandbreite durch die Eigenschaften der Zwischenfrequenzverstärker be­ stimmt wird. Auf einen Spiegelfrequenzabschluß wird vor­ zugsweise verzichtet, um eine große Gesamtbreite zu erhal­ ten. Nach Gleichrichtung und Integration in den jeweiligen Baugruppen steht eine geglättete Gleichspannung an, welche proportional zur betrachteten Rauschtemperatur des jewei­ ligen Kanals ist.

Prinzipiell ist es möglich, nur einen Empfangskanal auszu­ bilden und die beiden Antennen 41 und 42 sowie die Refe­ renz 20 zu schalten. Ein solcher Schalter könnte vor dem jeweiligen Mischer oder am jeweiligen Eingang des ZF-Ver­ stärkers liegen.

Das Gerät wird im Abstand von einigen Metern, vorteilhaf­ terweise im Bereich von 4 bis 10 Metern, über der Fahrbahn montiert. Dabei wird der Öffnungswinkel der Meßantenne so dimensioniert, daß die Meßzonen etwa einer Fahrbahnbreite entsprechen.

Fig. 2 zeigt typische Signalverläufe an den Ausgängen K1, K2, und K3 der drei Kanäle. Die Kurven 32 und 33 verdeut­ lichen den Unterschied zwischen trockener und nasser Fahr­ bahn. Kraftfahrzeuge, welche sich durch die Antennenkeule bewegen, verursachen durch den Abschattungseffekt ein im­ pulsartiges Absinken der Temperatur. Um eine Verfälschung der Meßdaten zu vermeiden, muß die Integration zur Mittel­ wertsbildung der Straßentemperatur vorteilhafterweise so schnell sein, daß der Zwischenraum aufeinanderfolgender Fahrzeuge eine eindeutige Messung gestattet.

Die Tatsache, daß Kraftfahrzeuge stets eine erheblich niedrigere Temperatur als gesättigt nasse Fahrbahn erge­ ben, kann dazu genutzt werden, den Verkehrsfluß zu überwa­ chen. Dabei kann eine Aussage über Anzahl und Geschwindig­ keit der Kraftfahrzeuge gemacht werden, da der Flankenver­ lauf in seiner Steigung pro Zeiteinheit die Information beinhaltet.

Durch charakteristischen Kurvenverlauf können auch LKW's, Busse und PKW's unterschieden werden.

Mit Hilfe zweier verknüpfter Meßsysteme und seriellen überlappenenden Meßantennenkeulen könnte mit Korrelations­ verfahren auch die Bewegungsrichtung (Geisterfahrer) fest­ gestellt werden.

Eine dünne Eisschicht verhält sich im Ka-Band (26-40 GHz) transparent.

Durch Anlegen eines Histogrammes im Auswerterechner kann somit durch Kenntnis der Außentemperatur am Einsatzort des vorherigen Straßenzustandes (z. B. "naß") mit einiger Si­ cherheit auf Glatteisbildung geschlossen werden.

Werden in die Meßzonen aktive Signale durch externe, vor­ beiführende Sender eingebracht, so steigt die Ausgangs­ spannung stark in positiver Richtung an. Am Ausgang des Meßkanals entstehen dann Signale, welche in umgekehrter Richtung (also nach oben) den Grundpegeln überlagert sind. Diese Tatsache kann zusätzlich zum mobilen Informations­ einbringen in das Datennetz dienen.

Die Sender erhalten dabei vorzugsweise eine digitale Puls­ code-Amplitudenmodulation, welche leicht von den anderen Daten des Radiometer-Meßkanals zu trennen sind. Informati­ onsträger können u. a. Behördenfahrzeuge, gekennzeichnete Fahrzeuge (Fahndung) oder gestohlene Fahrzeuge mit Melde­ baken sein.

Das Messen der Himmelstemperatur erlaubt nicht nur eine Eichung des Radiometers, sondern gibt auch ohne Nieder­ schläge zusätzliche Information über den Bewölkungszu­ stand. Wegen der Vielzahl solcher Meßstellen über große Strecken ist dies eine gute Möglichkeit, meteorologische Verknüpfungen herzustellen.

Nach A/D-Wandlung im Analog-/Digital-Wandler 90 gelangen die Meßdaten in einen Kleinrechner 91, der die Daten für den abgesetzten zentralen Rechner aufbereitet. Zur Zusam­ menführung der Einzeldaten eignet sich ein Lichtwellenlei­ tersystem.

Die Kurvenverläufe 31 bzw. 34 sind bevorzugte Referenzver­ läufe bezüglich der internen Bezugsreferenz 20 bzw. der Himmelsreferenz für die erste Antenne 11.

Durch die Ausbildung der Erfindung gemäß obiger Beschrei­ bung stellen sich die bereits oben genannten Vorteile ein.

Claims (3)

1. Verkehrsradiometer für den Millimeterwellenbereich zur Er­ fassung von Straßenoberflächen mit

• 1. einem Referenzkanal, der eine schräg gegen den Himmel aus­ gerichtete erste Antenne (11) aufweist,
• 2. einem Meßkanal, der eine 20° Neigung zur Senkrechten auf die Straßenoberfläche ausgerichtete zweite Antenne (12) aufweist,
• 3. und mit einem internen Bezugskanal, an den ein beheizter Absorber angeschlossen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei identische Kanäle mit drei verschaltbaren Eingängen (771, 772, 773) ausgebildet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß die Ausgänge (K1, K, K3) der drei Kanäle auf einen Analog-/Digitalwandler (90) aufgeschaltet sind;
• 2. daß dessen Ausgang auf einen Rechner (91) aufgeschaltet ist, der an einen Temperaturfühler (92) angeschlossen ist;
• 3. daß der Rechner (91) selbst zu Steuerzwecken einen zusätz­ lichen Ausgang (21) aufweist;
• 4. daß an die verschaltbaren Eingänge (771, 772, 773) eine erste Antenne (11), eine interne Bezugsreferenz (20) und eine zweite Antenne (12) angeschlossen sind;
• 5. daß der erste [zweite(dritte)] Kanal aus der Serienschal­ tung eines ersten [zweiten(dritten)] Mischers (41) [42(43)], eines ersten [zweiten(dritten)] Verstärkers (61) [62(63)], eines ersten [zweiten(dritten)] Demodulators (71) [72(73)] sowie eines ersten [zweiten(dritten)] Inte­ grators (81) [82(83)] ausgebildet ist;
• 6. daß der erste [zweite(dritte)] Mischer (41) [42(43)] an einen Oszillator (5) angeschlossen ist.