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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Messung der Fahrbedingungen
eines sich auf einer Straße
fortbewegenden Fahrzeugs oder Ähnliches.
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Die
Fahrbedingungen eines Fahrzeugs sind die Gesamtheit der Fahrparameter,
die von der Straßenverkehrsordnung
geregelt werden und daher unter Bezugnahme auf gesetzliche Werte
kontrolliert werden können,
die für
diese Parameter definiert sind. Es handelt sich zum Beispiel um
die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, den Zwischenabstand zwischen
hintereinander fahrenden Fahrzeugen, usw.
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Es
gibt viele unterschiedliche Techniken, um solche Messungen, insbesondere
Geschwindigkeitsmessungen, automatisch durchzuführen. Sie verwenden allgemein
eine Radar genannte Vorrichtung.
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Bei
den heutigen Systemen misst der am Straßenrand oder in der Höhe befindliche
Radar die Projektion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf seiner
Zielachse. Der Radar, zum Beispiel ein Doppler-Radar oder ein Laser-Radar, ist im Allgemeinen am
Straßenrand
angeordnet, damit der Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor
des Fahrzeugs und der Zielachse in der Größenordnung von 20 bis 25 Grad
liegt. Dieser Winkel heißt
Basiswinkel.
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Wenn
ein Verstoß festgestellt
wird, wird im Allgemeinen ein Fotoapparat ausgelöst, um ein Bild des Fahrzeugs
zu erzeugen, das es ermöglicht,
das Nummernschild zu lesen und das Gesicht des Fahrers zu sehen.
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Unter
Anderen beschreibt die Druckschrift EP-A-621 573 ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Geschwindigkeitsmessung eines Fahrzeugs, das sich
auf einer Straße
fortbewegt.
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Die
heutigen Techniken haben aber den Nachteil, Messungen der Fahrbedingungen,
insbesondere der Geschwindigkeit, zu ermöglichen, die nur in gerader
Linie zuverlässig
sind, aber nicht in Kurvenzonen. Die Kurvenmessungen, die sie liefern würden, wären nur
dann auswertbar, wenn nur eine einzige Fahrspur Teil der Erfassungszone
des Radars wäre,
was nicht rentabel wäre.
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Die
Kurvenzonen sind aber ebenso, wenn nicht stärker, unfallträchtige Stellen
wie die geraden Linien.
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Außerdem führt die
Systematisierung der Kontrollen zur Generalisierung der Automatisierung der
Kontrollsysteme der Fahrbedingungen. Die Messungen müssen also
in großen
Maßstab
durchgeführt
werden können,
insbesondere ausgehend von der gleichen Vorrichtung gleichzeitig
auf mehreren Fahrspuren, und sowohl in gerader Linie als auch in Kurven.
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Die
vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine Lösung vorzuschlagen, die es
ermöglicht,
Messungen von Fahrbedingungen und insbesondere der Geschwindigkeit
durchzuführen,
die in Gegenwart der obigen Zwänge
zufriedenstellend sein können.
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Gemäß einem
ersten Aspekt schlägt
somit die Erfindung ein Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit
eines sich auf einer bestimmten Bahn fortbewegenden Fahrzeugs vor.
Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird mindestens beim Überschreiten einer
die Bahn durchquerenden Zielachse durch das Fahrzeug gemessen. Das
erfindungsgemäße Verfahren
weist die folgenden Schritte auf
- a) in einem
vorhergehenden Schritt der Kalibrierung wird eine Entsprechung zwischen
jeder Position entlang der Zielachse und in der Bahn und einem entsprechenden
Basiswinkelwert hergestellt, wobei der entsprechende Basiswinkelwert
gleich dem Winkel zwischen der Zielachse und dem Geschwindigkeitsvektor
eines sich auf der bestimmten Bahn bewegenden und die Zielachse
an einem der Position entsprechenden Punkt überfahrenden Fahrzeugs ist,
dann
wird - b) in einem Messschritt:
– die Position
eines Fahrzeugs entlang der Zielachse bestimmt;
– die Geschwindigkeitskomponente
des Fahrzeugs gemäß der Zielachse
gemessen;
– ein
entsprechender Basiswinkelwert ausgehend von der im vorhergehenden
Schritt der Kalibrierung hergestellten Entsprechung abgeleitet;
und
– die
tatsächliche
Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Abhängigkeit vom Basiswinkelwert
und von der gemessenen Geschwindigkeitskomponente berechnet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren,
das auch auf Bahnen entsprechend geradlinigen Straßen eingesetzt
werden kann, ist besonders nützlich
bei Bahnen, die Kurven aufweisenden Straßen entsprechen.
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Insbesondere
kann dieses Verfahren bei einer Einheit von Fahrspuren eingesetzt
werden, die in der Erfassungszone eines Radars liegen.
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Der
vorbereitende Schritt ermöglicht
es anschließend,
die Berechnungen der Fahrbedingungen zu automatisieren und somit
die Kontrollen zu rationalisieren.
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Wenn
die Bahn mehrere Fahrspuren aufweist, wobei diese Spuren der gleichen
Fahrrichtung entsprechen können
oder nicht, kann der Winkelwert für die Gesamtheit der Koordinaten
entlang der Zielachse innerhalb der gleichen Spur als konstant angenommen
werden. Diese Maßnahme
bietet den Vorteil, die zur Geschwindigkeitsmessung führende Verarbeitung
umso mehr zu vereinfachen.
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Bei
einem festgestellten Verstoß wird
mindestens ein Bild des Fahrzeugs gemäß definierten Bildaufnahmeparametern
aufgenommen, wobei mindestens einer dieser Bildaufnahmeparameter
in Abhängigkeit
von der bestimmten Position des Fahrzeugs und ggf. seiner berechneten
Geschwindigkeit eingestellt wird, und das aufgenommene Bild kann abschließend dem
Verstoßprotokoll
hinzugefügt
werden.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt schlägt
die Erfindung eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit eines
sich auf einer bestimmten Bahn fortbewegenden Fahrzeugs vor, wobei
die Geschwindigkeit des Fahrzeugs mindestens beim Überschreiten
einer die Bahn durchquerenden Zielachse durch das Fahrzeug gemessen
wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist auf:
- – Entsprechungsmittel, die
eine Entsprechung zwischen jeder Position entlang der Zielachse
und einem entsprechenden Basiswinkelwert gespeichert haben, wobei
der entsprechende Basiswinkelwert gleich dem Winkel zwischen der
Zielachse und dem Geschwindigkeitsvektor eines sich auf der bestimmten
Bahn bewegenden und die Zielachse an einem der Position entsprechenden Punkt überfahrenden
Fahrzeugs ist;
- – Mittel
zur Positionsbestimmung, die geeignet sind, um die Position des
Fahrzeugs entlang der Zielachse zu bestimmen;
- – Mittel
zum Messen der Geschwindigkeitskomponente des Fahrzeugs gemäß der Zielachse;
- – Ableitungsmittel,
die geeignet sind, um den Basiswinkelwert in den Entsprechungsmitteln
anhand der bestimmten Position auf der Achse abzuleiten;
- – Rechenmittel,
die geeignet sind, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Abhängigkeit
vom Basiswinkelwert und vom Wert der gemäß der Zielachse gemessenen
Geschwindigkeitskomponente zu berechnen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung hervor. Diese dient nur zur Veranschaulichung und muss
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen gelesen werden.
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Die
einzige Figur ist ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung
in einer Ausführungsform
der Erfindung.
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In
der einzigen Figur ist eine gemäß der Erfindung
gestaltete Vorrichtung 1 gezeigt. Erfindungsgemäß weist
diese Vorrichtung 1 einen Radar 2 mit einer Radarantenne 3 auf,
die an einem Rand einer Straße 4 installiert
ist. Der Radar 2 ist einem Erfassungsfeld einer Breite
von etwa 5 Grad zugeordnet, das einem von der Antenne 3 gesendeten
Wellenbündel
entspricht und von einem vorderen Strahl 5 und einem hinteren
Strahl 5' begrenzt
wird. Eine Zielachse U des Radars 2, die durch die Antenne 3 verläuft, ist
im Erfassungsfeld zu sehen. Die Achse U wird auch empfindliche Achse
des Radars 2 genannt. Die Messungen werden vom Radar 2 entlang
dieser Achse U durchgeführt.
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Die
Straße 4 hat
vier Spuren VO1, VO2, VO3 und VO4.
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Der
Bereich der Straße 4,
der vom Strahlbündel
des Radars 2 abgedeckt wird, ist gekrümmt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist einen
Positionsmodul 7 auf, der ausgelegt ist, um ein die Zielachse
U überquerendes
Fahrzeug zu erfassen und die Koordinate (x, y) dieses Fahrzeugs
am Überquerungspunkt
der Achse U in einem vordefinierten Koordinatensystem (X, Y) zu
liefern.
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Der
Radar 2 ist zum Beispiel ein Doppler-Radar, der allgemein
bekannt und zum Beispiel in der Druckschrift FR-A-2 620 535 beschrieben
ist. Ein solcher Radar ist ausgelegt, um ein in sein Erfassungsfeld
eindringendes Fahrzeug zu erfassen, und um die Projektion Vu des Geschwindigkeitsvektors V der Norm V eines Fahrzeugs auf seine
empfindliche Achse U beim Überqueren
dieser Achse ausgehend von der Frequenzdifferenz zwischen dem von
der Antenne 3 übertragenen
Strahlenbündel
und dem von dieser gleichen Antenne empfangenen Strahlenbündel zu
messen.
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Der
Positionsmodul 7 kann ein Entfernungsmesser sein, zum Beispiel
eine optische Infrarot- oder Laservorrichtung, die sich an der gleichen
Stelle befindet wie der Radar 2 und deren Erfassungsachse der
Zielachse U entspricht, die ausgelegt ist, um eine Entfernung zu
berechnen, indem sie empfangene Strahlen in Abhängigkeit von gesendeten Strahlen analysiert.
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In
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung ist der Radar 2 ein Zweifrequenz-Doppler-Radar
(zum Beispiel in der Druckschrift EP-A-933 648 beschrieben). Im
Vergleich mit einem Einfrequenz-Doppler-Radar sendet ein solcher
Radar ausgehend von seiner Antenne 3 Signale mit zwei verschiedenen
Frequenzen. Er berechnet die Geschwindigkeit in gleicher Weise wie
ein Einfrequenz-Doppler-Radar. Er kann außerdem die Entfernung u berechnen,
die den Radar 2 vom Fahrzeug auf der Zielachse U des Radars
trennt. Diese Entfernung wird in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zwischen
dem der ersten gesendeten Frequenz entsprechenden reflektierten
Signal und dem der zweiten gesendeten Frequenz entsprechenden reflektierten
Signal berechnet. In einer solchen Ausführungsform ist der Positionsmodul 7 zumindest
zum Teil in den Radar 2 integriert. Er misst den Wert Vu der Geschwindigkeit und die Entfernung
u auf der Achse U. Er leitet von der Entfernung u und der Kenntnis
der Achse U die Koordinaten (x, y) des Fahrzeugs ab, das die Achse
U im vordefinierten Koordinatensystem (X, Y) überschreitet.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist außerdem einen
Winkelbestimmungsmodul 8 auf, der für alle Koordinaten (x, y) eines
auf der durch den Positionsmodul 7 bestimmten Achse U befindlichen Punkts
einen Winkelwert α(x,y) am Ausgang liefert.
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Dieser
Winkelwert α(x,y) ist eine repräsentative Schätzung des
zwischen der Zielachse U des Radars 2 und dem Geschwindigkeitsvektor V eines Fahrzeugs existierenden
Winkels (wobei der Geschwindigkeitsvektor V die der Standardfortbewegung entsprechende
Bahn tangiert), das eine Standardfortbewegung auf der Straße hat und
den Koordinatenpunkt (x, y) der Achse U durchquert.
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Der
Winkelbestimmungsmodul 8 kann in einem vorhergehenden Schritt
parametriert worden sein, zum Beispiel mit Hilfe einer begrenzten
Anzahl von Winkelwerten An, die an bestimmten Punkten Pn von Koordinaten
(xn, yn) entlang
der Achse U gemessen wurden.
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Diese
Punkte Pn können
zum Beispiel entlang der Achse U verteilt sein, wobei ein Abstand
von 1 Meter zwei aufeinander folgende Punkte Pn trennt. Ein Operator
erfasst oder schätzt
während
des vorhergehenden Schritts an jedem dieser Punkte Pn den Winkel
zwischen der Zielachse U des Radars 2 und dem Geschwindigkeitsvektor
eines Fahrzeugs mit Standardfortbewegung auf der Straße (wobei
der Geschwindigkeitsvektor die der Standardfortbewegung entsprechende
Bahn tangiert) und das Pn durchquert. Man kann unter Standardfortbewegung eine
Fortbewegung gemäß der allgemeinen
Form der Fahrspur an diesem Punkt verstehen.
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Der
Winkelbestimmungsmodul 8 kann dann ausgehend von dieser
endlichen Anzahl von Winkelwerten einen Winkelwert an jedem Punkt
(x, y) der Achse U durch Interpolation zum Beispiel mit den Winkelwerten
An entsprechend Pn liefern.
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In
einer anderen Ausführung
kann ein einziger Winkel pro Spur auf der Achse U berechnet werden,
indem zum Beispiel die Gesamtheit der vom Operator für die Punkte
Pn jeder Spur bestimmten Winkelwerte An gemittelt wird, und der
Modul 8 kann anschließend
am Eingang gelieferten Koordinaten (x, y) eines Punkts auf der Achse
U den für
die den Koordinaten (x, y) entsprechende Spur berechneten Mittelwert
zuordnen. In diesem Fall hat der Operator im vorhergehenden Schritt,
zum Beispiel mit Hilfe von metrischen Ablesungen, ebenfalls eine
Aufteilung der Achse U gemäß den Spuren
durchgeführt.
So wird der Bereich der Achse U in einer Spur VOiIi=1,2,3,4y als
die Gesamtheit der Punkte auf der Achse U definiert, deren Koordinaten
(x, y) in jeweiligen Koordinatenbereichen liegen.
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Dieser
Winkel kann in einem anderen Ausführungsverfahren der Erfindung
automatisch ausgehend von einem Straßenprofil geliefert werden,
das vorher vom Operator eingegeben wird.
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In
einer Ausführungsform
weist die Vorrichtung 1 außerdem einen Speicher 11 auf,
in dem diese Aufteilung der Spuren auf der Achse U gespeichert ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist außerdem einen
Modul 9 zur Berechnung der Geschwindigkeit V eines Fahrzeugs
ausgehend vom Wert der Projektion Vu der
Geschwindigkeit V des Fahrzeugs auf die Achse U, die vom Radar 2 berechnet
wird, und vom Wert α(x,y) auf, der vom Modul 8 geliefert
wird. V ist gleich Vu/cosα(x,y).
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist außerdem einen
Bildaufnahmemodul 13 auf, der entlang der Spuren angeordnet
ist, um kurz nach der Überquerung
der Achse U Fotos eines Fahrzeugs zu machen, die zumindest das Nummernschild
des Fahrzeugs zeigen. Bei einem Verstoß werden das Foto oder die
Fotos eines Fahrzeugs dem Verstoßprotokoll zugeordnet, das
bezüglich
des Fahrzeugs erstellt wird.
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Ausgehend
von der dargestellten Vorrichtung 1 wird eine Messung wie
nachfolgend beschrieben durchgeführt.
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Die
von einem Fahrzeug 10, das auf der Spur VO1 der Straße 4 fährt, reflektierten
Wellen werden von der Antenne 3 aufgefangen, sobald das Fahrzeug
in das Erfassungsfeld des Radars 2 eintritt und einen der
vorderen oder hinteren Strahlen überquert
(die Spuren entsprechen ggf. unterschiedlichen Fahrtrichtungen).
Die beim Überqueren
der Achse U durch das Fahrzeug reflektierten Wellen werden vom Radar 2 analysiert,
der die Projektion Vu10 des Fahrzeugs 10 auf
die Achse U berechnet.
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Parallel
bestimmt der Positionsmodul 7 die Position (x10,
y10) des Fahrzeugs 10 entlang der
Achse U (im Fall eines Zweifrequenz-Radars mit Hilfe der Entfernung
u10 zwischen dem Radar 2 und dem
Fahrzeug 10). Diese Position wird anschließend als
Eingangsdatenwert an den Winkelbestimmungsmodul 8 geliefert,
der am Ausgang einen Winkel αx10,y10 liefert.
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Die
Werte der Projektion der Geschwindigkeit Vu10 und
des Winkels αx10,y10 werden anschließend an den Modul 9 zur
Geschwindigkeitsberechnung geliefert, der die Norm V10 des
Geschwindigkeitsvektors V 10 des Fahrzeugs 10 bestimmt.
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Wenn
die Geschwindigkeit V10 über einem bestimmten Schwellwert
liegt, wird ein Signal an den Bildaufnahmemodul 13 gesendet
und ein Foto des Fahrzeugs gemacht.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung kann der Positionsmodul 7 einen Untermodul 7a aufweisen,
der ausgelegt ist, um die Entfernung d zwischen dem Erfassungspunkt
des Fahrzeugs (x, y) und dem Bildaufnahmemodul 13 zu berechnen,
dessen Koordinaten im Koordinatensystem (X, Y) vorher eingegeben
wurden. Die Bildeinstellung C oder der Zoom Z, der für das Fotografieren
benutzt wird, kann vom Bildaufnahmemodul 13 in Abhängigkeit
von dieser vom Modul 7 berechneten Entfernung d eingestellt werden.
Zum Zeitpunkt des Fotografierens kann die effektive Entfernung zwischen
dem Fahrzeug und dem Modul 13 ausgehend von der seit der
Erfassung vergangenen Zeit und der vom Modul 9 für das Fahrzeug
berechneten Geschwindigkeit V aktualisiert werden.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung kann der Bildaufnahmemodul 13 mehrere Fotoapparate A1, A2, A3,
A4 aufweisen, jeder mit einer Ziellinie,
die auf eine spezifische Spur VO1, VO2, VO3, VO4 eingestellt ist.
Je nach der Spur, auf der das Fahrzeug erfasst wurde (bestimmt durch
Vergleich der bestimmten Position (x, y) mit der im vorhergehenden Schritt
durchgeführten
Aufteilung der Spuren gemäß der Achse
U), wird ein bestimmter Fotoapparat vom Bildaufnahmemodul 13 aktiviert,
und in diesem Fall können
die Bildeinstellungs- und Zoomparameter für jeden Fotoapparat außerdem in
Abhängigkeit
von der bestimmten Position (x, y) eingestellt werden.
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Die
Geschwindigkeit V10' wird in gleicher Weise für ein Fahrzeug 10' berechnet,
das die Achse U auf der Spur VO4 überfährt.
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Der
Winkel αx10,y10',
der vom Winkelbestimmungsmodul 8 im in der einzigen Figur
dargestellten Fall geliefert wird, ist dann größer als der Winkel αx10,y10.
Die Winkelunterschiede können
in einer klassischen Kurve etwa 10 Grad erreichen.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung sind der Radar 2 und der Positionsmodul 7 (zum
Beispiel zumindest teilweise innerhalb des gleichen Zweifrequenz-Radars)
ausgelegt, um Messungen entlang mehrerer Zielachsen U durchzuführen, die
sich im Inneren des Erfassungsfelds befinden, das von dem vorderen
Strahl 5 und dem hinteren Strahl 5' begrenzt wird.
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In
diesem Fall ist der Winkelbestimmungsmodul ausgelegt, um zumindest
für die
Koordinaten (x, y) der Punkte, die die verschiedenen Zielachsen Ui bilden, und in der Bahn, wenn nicht für alle Koordinaten
(x, y) der Bahn, einen Winkel α(x,y) zu liefern. Und der Speicher 11 weist
eine Aufteilung der Koordinaten (x, y) gemäß den vier Spuren auf, die
vorher zum Beispiel ausgehend von der Wahl eines Straßenprofils
durchgeführt
wurde, das vom Operator bestimmt wird.
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So
wird die Geschwindigkeit Vi eines sich auf der
Bahn fortbewegenden Fahrzeugs entlang der verschiedenen Zielachsen
Ui mehrfach vom Radar 2 gemessen.
Für jede
Achse Ui erfolgt die Berechnung wie oben
unter Bezugnahme auf die einzige Figur angegeben.
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Eine
Mittelgeschwindigkeit V wird anschließend durch Bildung eines Mittelwerts
der verschiedenen bestimmten Geschwindigkeiten Vi berechnet.
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In
einer Ausführungsform
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 außerdem einen
Zwischenabstandsmodul 14 aufweisen, der ausgelegt ist,
um den Zwischenabstand zwischen zwei aufeinander folgenden Fahrzeugen
zu berechnen.
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Der
Modul 14 berechnet den Zwischenabstand I zwischen zwei
Fahrzeugen, die nacheinander im Erfassungsfeld erfasst werden (ein
Verstoß vom Typ
Zwischenabstand kann von einem Fahrzeug bezüglich des vorausfahrenden Fahrzeugs
begangen werden), wobei er zunächst überprüft, ob die
Fahrzeuge sich in der gleichen Spur befinden (ausgehend von der
gespeicherten Aufteilung der Spuren). Wenn dies der Fall ist, berechnet
der Modul 14 den Zwischenabstand in Abhängigkeit von der für das erste erfasste
Fahrzeug berechneten Geschwindigkeit V und der zwischen den beiden
Erfassungen vergangenen Zeit. Wenn die Vorrichtung mit mehreren Zielachsen
Ui arbeitet, kann die Berechnung außerdem Geschwindigkeiten,
die auf verschiedenen Zielachsen bezüglich der Fahrzeuge berechnet
werden, die jede Erfassung trennenden Zeiträume und die zugeordneten Positionen
berücksichtigen.
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Dann
vergleicht der Modul 14 diesen berechneten Zeitabstand
I mit einem vordefinierten gesetzlichen Wert. Wenn ein Verstoß festgestellt
wird, wird ein Signal an die Bildaufnahmevorrichtung 13 gesendet,
die in gleicher Weise wie vorher einen Fotoapparat in Abhängigkeit
von der Position der Fahrzeuge oder der Fahrspur der Fahrzeuge auswählen kann, und
die außerdem
dessen Bildeinstellung in Abhängigkeit
von der Entfernung zu diesen Fahrzeugen einstellen kann. Das erhaltene
Foto wird dann dem Verstoßprotokoll
hinzugefügt.
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So
ermöglichen
eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß der Erfindung die Berechnung
von Fahrbedingungen auf mehreren Spuren, selbst in der Kurve. Sie
erlauben eine große
Automatisierung der Verarbeitung. Sie können außerdem die Erstellung eines
wirksamen Verstoßprotokolls
ermöglichen,
indem insbesondere die Bedingungen des Fotografierens an die Situation
des Fahrzeugs auf der Bahn angepasst werden.