DE4128039A1 - Anordnung zum erfassen von niederschlag - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erfassen von Niederschlag.

Aus der US-PS 44 33 325 ist ein optisches Verkehrserfassungssystem bekannt, das eine Kamera mit einem Ausgangs-Videosignal aufweist. Mit dem Verkehrserfassungssystem soll beispielsweise die Geschwindigkeit der Automobile, die Verkehrsdichte, der Abstand zweier aufeinanderfolgender Automobile usw. festgestellt werden.

Neben der eigentlichen Verkehrserfassung ist es für die Verkehrsleittechnik wichtig beispielsweise den Straßenzustand und die Sichtweite, momentan und in naher Zukunft zu kennen, wozu auch meteorologische Daten benötigt werden. Es sind eine Reihe von Systemen bekannt, mit denen der Fahrbahnzustand (insbesondere Glatteis, Schnee, Reifglätte), die Sichtweite (insbesondere Nebel), die Niederschlagsmenge etc. erkannt werden können. Diese Systeme arbeiten für unterschiedliche Meßgrößen mit unterschiedlichen Prinzipien (optisch, Ultraschall, Mikrowellen, etc.).

Bei optischen Systemen wird meist mit einem aktiven Sender und einem Empfänger gearbeitet. Aus der DE 38 01 368 A1 ist ein Sichtweitenmeßgerät bekannt, das aus einem Abstandsmeßsystem und einer Videokamera besteht. Die Sichtweite wird aus der Auswertung des Schwarz-Weiß- und/oder Farbkontraste zusammen mit einer Entfernungsmessung abgeleitet.

Will man zur Verkehrsleitung mehrere unterschiedliche Größen erfassen und beispielsweise eine Verkehrserfassung und eine Erfassung von Straßenzustand, Sichtverhältnissen und meteorologische Daten durchführen, so sind viele verschiedene Systeme notwendig, die kombiniert werden müssen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zum Erfassen von Niederschlag anzugeben, die einfach aufgebaut ist.

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit einem Kamerasystem bestehend aus Kamera mit zugehöriger Optik, Auswerteeinheit und Ausgabeeinheit können neben der Erfassung von Niederschlägen eine Reihe von Größen, die für die Verkehrsleitung von Nutzen sind, erfaßt werden. Die Größen können in drei Klassen eingeteilt werden

• a) Verkehrserfassung:
  • a1) Zahl der Fahrzeuge,
  • a2) Fahrzeuggeschwindigkeit,
  • a3) Fahrzeugabstand,
• b) Fahrbahnzustand:
• c) meteorologische Größen, zu denen auch Niederschlag gehört:
  • c1) Sichtweite,
  • c2) Wolken, Wolkenhöhe.

Um die Erfassung dieser Größen zu ermöglichen, kann die Kamera unterschiedliche Dinge, wie z. B. die Fahrbahn, die Referenzfläche oder den Himmel beobachten. Die Kamera nimmt also unterschiedliche Blickrichtungen ein. Eine Umlenkanordnung ist zur Umlenkung zwischen den Blickrichtungen vorgesehen. Die Umlenkung kann beispielsweise durch Schwenken der Kamera oder durch eine drehbare Spiegelanordnung erfolgen.

Dann werden die Bilder in verschiedene Blickrichtungen zeitlich nacheinander von der Kamera aufgenommen. Es ist aber auch denkbar, daß die Kamera gleichzeitig in verschiedene Blickrichtungen aufnimmt und die Bilder räumlich voneinander getrennt erscheinen. Dies ist insbesondere bei einer CCD- Kamera von Vorteil. Außerdem können manche Größen ununterbrochen beobachtet werden, was insbesondere für die Verkehrserfassung von Vorteil ist. Die Umlenkanordnung ist dann eine feststehende Einrichtung, die Bilder aus verschiedenen Richtungen auf unterschiedliche Teile des Kamerabildes abbildet. Es ist auch eine Kombination aus zeitlich und räumlich getrennter Beobachtung denkbar. Beispielsweise könnte die Verkehrserfassung immer auf einen Teil des Bildes stattfinden, während der andere Teil zeitlich nacheinander zur Erfassung von Fahrbahnzustand und von meteorologischen Größen dient.

Die Kamera, die zur Erfassung der Größen dient, ist beispielsweise eine Video- oder CCD-Kamera. Das von der Kamera ausgegebene Ausgangssignal wird einer Auswerteeinheit zugeführt. In dieser Einheit erfolgt die Auswertung und die Ermittlung oder auch Weiterverarbeitung der Größen, die interessant sind. Neben dem Ausgangssignal der Kamera können in der Auswerteeinheit auch Signale anderer Sensoren z. B. von Temperatur- oder Feuchtigkeitssensoren verarbeitet werden. Zur Ausgabe der Größen oder der Ergebnisse der Weiterverarbeitung ist eine Ausgabeeinheit vorgesehen.

Zur Erfassung der unterschiedlichen Größen wird jeweils wie folgt vorgegangen:
a) Verkehrserfassung:

Ein Meßfleck auf einer Fahrbahn wird aufgenommen. Fahrzeuge auf den Aufnahmen werden erkannt und beispielsweise gezählt. Zur Feststellung der Geschwindigkeit werden in kurzem festen Abstand hintereinander mehrere, mindestens jedoch zwei Aufnahmen gemacht, die verglichen werden. Es werden Einzelbildaufnahmen gemacht oder mit einer Shuttersteuerung gearbeitet.
b) Fahrbahnzustand:

Die Oberflächenbeschaffenheit der Fahrbahn wird entsprechend Helligkeit, Farbe und Strukturierung auf Regen, Schnee, Eis, Laub etc. untersucht. Dabei sind andere Größen zur Auswertung hilfreich (z. B. Niederschlag oder Temperatur).
c) Meteorologische Größen:

Eine Blickrichtung der Kamera kann auf den Himmel gerichtet sein. Durch Direktbeobachtung, Erkennen von Musterveränderung und Helligkeitsunterschiede kann erkannt werden, ob der Himmel bewölkt ist und ob Regen in Kürze wahrscheinlich ist. Es ist sinnvoll in der Auswerteeinheit Daten über den Sonnenstand, Sonnenuntergang etc. abzuspeichern und diese mit der gemessenen Helligkeit zu vergleichen. Diese Daten können auch in einer Kamera-Kontroll-Einheit abgespeichert und/oder von dieser verwertet werden, um beispielsweise die Belichtungszeit dementsprechend zu regeln.

Die Wolkenhöhe kann mittels einem Autofokussystem bestimmt werden.

In definiertem Abstand zur Kamera soll ein Referenzbild angebracht werden. Dieses Referenzbild, das in mehrere Teilflächen mit verschiedenen Mustern und Farben aufgeteilt sein kann, dient zur Bestimmung der Sichtweite. Die Sichtweite wird dabei aus Kontrast und Schärfe des Referenzbildes abgeleitet.

Eine weitere Größe, die mit Hilfe des Referenzbildes aufgenommen wird ist der Niederschlag. Die Niederschlagsart kann durch Mustererkennung und -vergleich festgestellt werden. Ein Vergleich mit weiteren Größen wie Temperatur oder Wolken am Himmel in der Auswerteeinheit ist sinnvoll. Auch die Windrichtung kann bei Niederschlag mittels Mustererkennung festgestellt werden. Zur Feststellung der Niederschlagsmenge ist wieder eine Einzelbildaufnahme mit bestimmter Belichtungszeit notwendig, beispielsweise über eine Shuttersteuerung. Die Anzahl der Tropfen pro Bildfläche erlaubt eine Aussage über die Niederschlagsmenge.

Die Erfassung der angegebenen Größen kann bei der vorgeschlagenen Anordnung beliebig mit der Erfassung von Niederschlag kombiniert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung. Fig. 2 zeigt ein Beispiel für ein Referenzbild. Es ist strukturiert und kann passive oder aktive Strahleigenschaften aufweisen.

Eine Kamera K ist mit einer Optik O ausgestattet, die ein Autofokussystem AS aufweist. Als Umlenkanordnung ist ein klappbarer Spiegel Sp vorgesehen, der drei unterschiedliche Stellungen S1, S2, S3 einnehmen kann. In der ersten Stellung S1 nimmt die Kamera K den Himmel H auf. Es soll erkannt werden, ob Wolken W am Himmel H sind.

In der Stellung S2 weist die Blickrichtung der Kamera K auf ein Referenzbild R. Die Erfassung von Niederschlag N und der Sichtweite wird so ermöglicht. In der Stellung S3 beobachtet die Kamera K direkt einen Meßfleck M auf einer Fahrbahn F. In dieser Stellung kann der Fahrbahnzustand festgestellt und Verkehrserfassung durchgeführt werden. Zur Steuerung der Kamera dient eine Kamera-Kontroll-Einheit CCU, die auch die Ausgangsdaten der Kamera K an eine Auswerteeinheit AE weitergibt. In der Auswerteeinheit AE werden die Ausgangsdaten miteinander oder mit den Daten weiterer Sensoren S verknüpft. Die erhaltenen Größen oder daraus abgeleitete Daten werden einer Ausgabeeinheit A zugeführt und dort angezeigt.

Claims (6)

1. Anordnung zum Erfassen von Niederschlag, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung eine Kamera (K) mit einer Optik (O) aufweist, daß eine Auswerteeinheit (AE) vorgesehen ist, die die von der Kamera (K) gelieferten Werte auswertet, daß eine Ausgabeeinheit (A) zur Ausgabe der erfaßten Größen und/oder davon abgeleiteten Ergebnissen vorgesehen ist, daß in definiertem Abstand zur Kamera (K) eine Referenzfläche (R) angeordnet ist, die von der Kamera (K) aufgenommen wird, daß in der Ausgabeeinheit (AE) eine Mustererkennung und/oder eine Erkennung der Veränderung der Farben und Kontraste zur Identifikation der Niederschlagsart durchgeführt wird und daß eine Vorrichtung zur Einzelbildaufnahme vorgesehen ist, um durch Zählung der Tropfen oder Flocken pro Flächeneinheit eines Bildes in der Auswerteeinheit (AE) die Niederschlagsmenge feststellen zu können.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umlenkanordnung (Sp) vorgesehen ist, die bewirkt, daß die Kamera (K) zeitlich nacheinander und/oder räumlich nebeneinander unterschiedliche Blickrichtungen einnimmt und in jeder Blickrichtung eine oder mehrere der relevanten Größen oder Daten zur Feststellung der Größen aufgenommen werden.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Blickrichtung die Referenzfläche (R) in einem definierten Abstand zur Kamera (K) vorgesehen ist zur Erfassung von Sichtweite und Niederschlag.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (K) Blickrichtung auf den Himmel (H) ausgerichtet ist, zur Feststellung von Bewölkung.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (K) in einer Blickrichtung auf einen Ausschnitt einer Fahrbahn (F) ausgerichtet ist zur Feststellung des Fahrbahnzustandes und/oder zur Verkehrserfassung.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik (O) ein Autofokussystem (AS) aufweist beispielsweise zur Feststellung der Wolkenhöhe.