DE602006000702T2

DE602006000702T2 - Automatisches Streckenberechnungssystem auf ausschließlicher Satellitennavigationsbasis unter Berücksichtigung des Positionsfehlers und Verfahren dazu

Info

Publication number: DE602006000702T2
Application number: DE602006000702T
Authority: DE
Inventors: Joaquin Cosmen Schortmann; Miguel Angel Martinez Olagüe
Original assignee: GMV Aerospace and Defence SA
Current assignee: GMV Aerospace and Defence SA
Priority date: 2006-01-18
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2026-01-19
Also published as: EP1811480B1; DK1811480T3; ES2302317T3; SI1811480T1; DE602006000702D1; US20070216364A1; US7865391B2; PT1811480E; EP1811480A1; ATE389222T1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung gehört zu dem Gebiet der Global Navigation Satellite Systems (GNSS), die den bodengebundenen Transport betreffen und insbesondere das, was gemeinhin als Gebührenerhebung oder Straßenbenutzungs-Gebührenerhebung, virtuelle oder elektronische Gebührenerhebung oder Straßenbenutzungs-Gebührenerhebung (englischsprachige Bezeichnungen: Road Charging, Road Pricing, Road User Charging (RUC), Virtual Tolling, Electronic Fee Collection (EFC)) bezeichnet wird, das heißt automatische Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssysteme. Der Ausdruck Straßenbenutzungs-Gebührenerhebung wird dabei in der vorliegenden Anmeldung durchgängig verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung kann für verschiedene Zwecke innerhalb des Gebietes der Schnellstraßen oder Autobahnen mit automatischer Gebührenerhebung, der Gebührenerhebung für die Benutzung von Umgehungsstraßen, die Gebührenerhebung für das Parken in Bereichen mit eingeschränkten Parkmöglichkeiten oder Parkregelungen, die Verkehrssteuerung in städtischen Bereichen u. s. w. sowie allgemein für Anwendungen, bei denen gesicherte Informationen benötigt werden, dass ein Fahrzeug eine gegebene Transport-Infrastruktur benutzt hat oder auf diese zugegriffen hat, angewendet werden.
Hintergrund der Erfindung
Das Konzept der Nutzung von Fahrzeugpositionsinformationen, die durch ein GNSS-Navigationssatellitensystem gewonnen werden, zur Bestimmung eines Gebührenbetrages ist hinlänglich bekannt und wird faktisch in einigen Systemen betriebsfähig angewendet, wenngleich in Verbindung mit anderen Technologien als dem GNSS. Das Grundkonzept besteht in der Verwendung von Fahrzeug-P-T-Daten (Positions-/Zeit-Daten) zusammen mit der geographischen Information einer der Gebührenerhebung unterliegenden Infrastruktur zur Gebührenerhebung, um ausgehend von einer gegebenen Regel oder einem gegebenen Kriterium der Gebührenerhebung zu bestimmen, ob das Fahrzeug die Infrastruktur benutzt hat, und wenn es dies hat, den zu erhebenden Gebührenbetrag zu bestimmen. Seine Implementierung erfordert eine Onboard-Vorrichtung oder OBU (Onboard-Einheit), die einen GNSS-Empfänger umfasst, der P-T-Daten (Positions-/Zeit-Daten) bereitstellt, sowie mobile Ausrüstung für Datenkommunikation mit dem Verarbeitungszentrum.
Allgemein gesagt, kann die der Gebührenerhebung unterliegende Infrastruktur, für die Gebühren zu erheben sind, eine spezifische Verkehrsstraße sein: eine Fernverkehrsstraße, eine Schnellstraße (eine innerstädtische Autobahn) oder eine Straße, Verkehrswege innerhalb eines Gebietes, eine Parkgarage u. s. w. Das Gebührenerhebungs-Kriterium kann auch von der Art „feste Gebühr" sein, das heißt ein gegebener Betrag wird für die Straßenbenutzung oder für das Einfahren in ein geographisches Gebiet, das durch eine Umfangsgrenze begrenzt wird, erhoben, oder es kann sich um eine „fahrzeugbezogene" Gebühr handeln, das heißt um einen Betrag, der von dem „Betrag" der Benutzung der Infrastruktur abhängig ist. Der „Betrag" der Benutzung kann nach der Benutzungszeit der Infrastruktur oder nach der darin gefahrenen Entfernung oder Fahrstrecke erhoben werden.
Bei der „festen" Gebühr werden P-T-Daten (Positions-/Zeit-Daten) von dem Empfänger verwendet, um zu erfassen (Ja/Nein), ob das Fahrzeug die der Gebührenerhebung unterliegende Infrastruktur in dem in dem Kriterium bestimmten Zeitraum genutzt hat.
Die Vorteile dieses Konzeptes sind zweifelsfrei enorm. Einerseits erfordert die Anwendung von Gebühren für eine Infrastruktur keine kostspieligen Ausrüstungen in Straßen und, was noch interessanter ist, das System ist vollkommen flexibel bei der Festlegung, welche Gebühren erhoben werden und wie diese erhoben werden. Es ist daher möglich, zum Beispiel ein Umkreis-Gebührenerhebungssystem zum Befahren großer Städte oder für die Gebührenerhebung für die in diesem Gebiet in Anspruch genommene Parkdauer zu implementieren, wobei in dem letztgenannten Fall die herkömmlichen Parkuhren wegfallen. In dem Fall von Fernverkehrsstraßen und Schnellstraßen (innerstädtischen Autobahnen) bietet das System die Möglichkeit der Gebührenerhebung nach Benutzung (gefahrene Kilometer oder eine beliebige gewünschte Kombination aus zurückgelegter Entfernung, Zeitdauer der Benutzung, Fahr geschwindigkeit, Halten u. s. w.) ohne die Notwendigkeit der Installation einer Gebührenerhebungs-Infrastruktur.
Das heißt, das GNSS-basierte Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystem bestimmt, ob die Infrastruktur genutzt worden ist, und somit, ob ein Betrag von dem Betreiber des Onboard-Empfängers oder OBU zu erheben ist; dazu gibt es zwei wesentliche Parameter in Bezug auf das Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystem:

– Verfügbarkeit der Gebührenerhebung: Die Wahrscheinlichkeit, mit der ein Fahrzeug, das die Infrastruktur innerhalb des Gebührenerhebungszeitraumes benutzt hat, von dem System erfasst wird, und mit der demzufolge Gebühren erhoben werden. Dieser Parameter ist wesentlich, um für den staatlichen oder privaten Betreiber der Infrastruktur annehmbar zu sein.
– Wahrscheinlichkeit der fehlerhaften Gebührenerhebung: Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Fahrzeug, das den Onboard-Empfänger oder die OBU trägt, das die Infrastruktur während des Gebührenerhebungszeitraumes nicht benutzt hat, fehlerhaft erfasst wird und diesem demzufolge fehlerhaft Gebühren erhoben werden. Dieser Parameter ist wichtig für potentielle Nutzer und für die Glaubwürdigkeit und Lebensfähigkeit des Systems, da:
– es einerseits ermöglicht, vorherige Zusicherungen als Reaktion auf ablehnende Haltungen oder falsche Forderungen von Nutzern, die die Infrastruktur benutzt haben, jedoch die Bezahlung verweigern, abzugeben, und
– es andererseits ermöglicht, die Anzahl von berechtigten Forderungen von Nichtbenutzern, denen fehlerhaft Gebühren berechnet werden, zu begrenzen.

Aktuelle GPS-basierte Systeme können keine Mindesterfüllung des Parameters der Wahrscheinlichkeit der fehlerhaften Gebührenerhebung zusichern, angesichts des Umstandes, dass GPS-basierte Positionsfehler nicht begrenzt sind und dass die Art der Verteilung nicht bekannt ist. Es ist wichtig zu betonen, dass wenngleich die Genauigkeit GPS-basierter Positionen sehr hoch ist, dies nicht garantiert, dass schwerwiegende Fehler nicht gelegentlich auftreten, und diese Fehler können sich in fehlerhafter Gebührenerhebung niederschlagen. Das bedeutet, dass eines Tages, wenn die Anzahl von mit einer OBU ausgerüsteten Fahrzeugen ansteigt und die Komplexität des Straßen netzes, in dem Gebührenerhebung praktiziert wird, zunimmt (zum Beispiel dadurch, dass für angrenzende Straßen unterschiedliche Gebührensätze gelten), die Anzahl der Fälle fehlerhafter Gebührenerhebung wesentlich zunehmen kann.
Wie jedoch anhand der Beschreibung der vorliegenden Erfindung rasch deutlich werden wird, ermöglicht die Erfindung eine Begrenzung des Parameters der Wahrscheinlichkeit der fehlerhaften Gebührenerhebung. Zu diesem Zweck basiert die vorliegende Erfindung auf der Nutzung eines GNSS-Empfängers mit garantierter Integrität, wie zum Beispiel des in der Europäischen Patentanmeldung EP 05076289.7 unter dem Titel „Method and System for Providing GNSS Navigation Position Solution with Guaranteed Integrity in Non-Controlled Environments" definierten und offengelegten. Zusätzlich zu der Bereitstellung von Positions- und Zeit-Informationen stellt der/die Onboard-Empfänger/OBU mit Integritätsgarantie den folgenden zusätzlichen Datenausgang bereit:

– Ein Sicherheits-Flag (sicher/unsicher). Wenn der Flag sicher ist, weist der Positionsauflösungsfehler in einer beliebigen Richtung eine Obergrenze für diese Messung auf, die in ein RPL-Maß (Radial Protection Level) mit einer Wahrscheinlichkeit gleich einem bekannten Wert ist, bezeichnet als Integrität der von dem Empfänger bereitgestellten Positionsauflösung I_RX.
– Ein RPL (Radial Protection Level), das heißt ein Maß, das den Fehler in der horizontalen Position gemäß einer Richtung mit einer Wahrscheinlichkeit gleich I_RL begrenzt, das heißt: P(|ε·ū| > RPL) = 1 – IRX (1)wobei ε der Positionsfehler-Vektor ist und ū u ein Einheitsvektor ist.

Es ist wichtig zu beachten, dass RPL und HPL (Horizontal Protection Level), gemeinhin in der zivilen Luftfahrt bekannt, nicht genau das gleiche sind. HPL ist die Obergrenze des Fehlermoduls, während RPL die Obergrenze in einer spezifischen Richtung ist. Andererseits ist HPL zugehörig zu einem Wahrscheinlichkeitswert I_RX, der während eines bestimmten Zeitraumes gemessen wird, einschließlich mehrerer Messungen, wohingegen RPL für die Wahrscheinlichkeit I_RX, zugehörig zu einer Einzelmessung, ist.
WO-A-02/101661 legt ein duales Gebührenerhebungssystem für die elektronische Gebührenerhebung durch Bestimmen der Ist-Positionskoordinaten eines Fahrzeuges unter Verwendung eines GPS-Positionssignals offen. Um zu entscheiden, ob eine zurückgelegte Fahrstrecke mit einer gebührenpflichtigen Straße identisch ist, wird ein Polygon der gemessenen Position über Zeit mit einem Polygon einer gebührenpflichtigen Straße überlagert; aufgrund von Messungenauigkeiten werden die Polygone nicht genau übereinstimmen. Auf diese Weise wird der Abstand zwischen den beiden Polygonen gemessen und mit einem Schwellenwert verglichen, und wenn der Abstand kleiner als der Schwellenwert ist, wird die Straßenbenutzungsgebühr erhoben. Es gibt keine Beschreibung und keinen Hinweis auf die Nutzung eines Radial Protection Level, der vollständig innerhalb der Grenzen eines gebührenpflichtigen Bereiches liegen muss.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein automatisches Gebührenerhebungssystem, mit dem einem Fahrzeug für die Nutzung einer Straße auf Basis von GNSS-Ortung mit garantierter Leistung Gebühren berechnet werden, gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Analysieren und Auslegen des Systems gemäß Anspruch 12. Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Systems und des Verfahrens werden in den Unteransprüchen definiert.
In dem Kontext von Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystemen führen das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung ein wesentliches neuartiges Merkmal ein, da sie ermöglichen, die Leistung des Gebührenerhebungssystems von vornherein zu garantieren und insbesondere ermöglichen sie eine Begrenzung (untere beziehungsweise obere Grenze) der wesentlichen System-Leistungsparameter, die hierin weiter oben angedeutet worden sind: Verfügbarkeit der Gebührenerhebung und Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung.
Faktisch steht der Parameter der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung in enger Beziehung zu der Integritätsleistung des Onboard-Empfängers mit der Integritätsgarantie des Systems, und es ist nicht möglich, diesen zu begrenzen ohne Kenntnis der Empfänger-Integritätsleistung.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein automatisches Gebührenerhebungssystem, mit dem einem Fahrzeug i für die Nutzung einer Infrastruktur, die durch eine Grenze begrenzt wird, während einer Gebührenerhebungsperiode Tc auf Basis von GNSS-Ortung mit garantierter Leistung Gebühren berechnet werden, wobei es umfasst:

– einen Onboard-Empfänger mit Integritätsgarantie oder OBU in dem Fahrzeug, der zusätzlich zum Bereitstellen von Positionsinformationen weitere Informationen bereitstellt, die sich auf den Fehler beziehen, der hinsichtlich der Position zu erwarten ist, wobei er besteht aus:
– einem Sicherheits-Flag (sicher/unsicher), wobei wenn das Flag sicher ist, der Positionsauflösungsfehler in einer Richtung eine obere Grenze aufweist, welche das RPL-Maß mit einer Wahrscheinlichkeit ist, die einem bekannten Wert (I_RX) gleich ist, und
– einem RPL oder Radial Protection Level, das heißt dem Maß, das den horizontalen Positionsfehler entsprechend einer Richtung mit einer Wahrscheinlichkeit begrenzt, die dem bekannten Fehler gleich ist, das heißt: P(|ε·ū| > RPL) = 1 – IRX wobei ū ein beliebiger Einheitsvektor ist.

Das Systemumfasst weiterhin:

– ein Erfassungsmodul, das feststellt, dass sich das Fahrzeug innerhalb der Grenze befindet, wenn alle abgegrenzten Punkte eines Bereiches, der von einem Kreis des Radius RPL eingeschlossen wird, der auf die Position zentriert ist, innerhalb der Grenze liegen; und
– ein Gebührenerhebungsmodul, das das Ergebnis des Erfassungsmoduls verwendet, um festzustellen, ob das Fahrzeug die Infrastruktur während der Gebührenerhebungsperiode Tc benutzt hat.

Das automatische Gebührenerhebungssystem verwendet vorzugsweise ein Gebührenerhebungsmodul, das feststellt, dass das Fahrzeug die Straße während der Gebührenerhebungsperiode Tc benutzt hat, wenn es eine vorgegebene Anzahl K von Positionen gibt, für die das Erfassungsmodul festgestellt hat, dass sich das Fahrzeug innerhalb der Grenze befindet, das heißt für alle K Positionen eines Bereiches, der von einem Kreis des Radius RPL eingeschlossen ist, der auf jedem derselben zentriert ist, der während Tc innerhalb der Grenze liegt, und wobei der Wert K so ausgewählt wird, dass sichergestellt ist, dass die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung begrenzt wird, das heißt die Wahrscheinlichkeit, dass dem Fahrzeug, das den Onboard-Empfänger trägt, das während der Gebührenerhebungsperiode nicht innerhalb der Grenze gewesen ist, Gebühren berechnet werden, wobei die Beziehung zwischen K und der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung durch den folgenden Ausdruck gegeben ist: Pmdi ≤ ΣMk=K (Mk )(1 – IRX)k·(IRX)M-k wobei M die Gesamtzahl unabhängiger Abtastwerte ist, die während der gesamten Gebührenerhebungsperiode Tc von dem Onboard-Empfänger in dem Fahrzeug i bezogen werden.
Das heißt, die Auswahl der Anzahl erforderlicher Positionen K stellt einen Freiheitsgrad in der Systemauslegung bereit, der es ermöglicht, den Wert der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung zu garantieren. Dieser Parameter K widerspiegelt auch die Verfügbarkeit der Gebührenerhebung dergestalt, dass höhere Werte von K die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung verringern und dass geringere Werte von K die Verfügbarkeit der Gebührenerhebung verbessern.
Daher verwendet das System der Erfindung die Daten, die von dem Onboard-Empfänger mit Integritätsgarantie bereitgestellt werden, dergestalt, dass es möglich ist, eine bestimmte Mindestleistung in dem Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystem zu garantieren, das heißt die Leistung hinsichtlich der Verfügbarkeit der Gebührenerhebung und der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung zu begrenzen.
Der Onboard-Empfänger oder die OBU ist ein Onboard-Empfänger mit Garantie, der vorzugsweise das in der Europäischen Patentanmeldung EP 05076289 offengelegte Verfahren und System der garantierten Integrität implementiert.
Das automatische Gebührenerhebungssystem der Erfindung kann ein Umfangs-Gebührenerhebungssystem sein, wobei in diesem Fall die Grenze durch die Punkte aller Zugangsstraßen zu dem Gebührenerhebungsbereich begrenzt wird, wonach dem Fahrzeugbenutzer mitgeteilt wird, dass dem Fahrzeug Gebühren erhoben werden.
Es kann weiterhin ein automatisches Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystem sein, und die Grenze wird so definiert, dass sie die vorgesehene Straße einschließt und keine anderen Straßen oder Bereiche einschließt, die das Fahrzeug befahren oder benutzen kann, so dass garantiert wird, dass ein Fahrzeug nur dann ein Benutzer ist, wenn es sich innerhalb der Grenze befindet.
Es kann ein automatisches Gebührenerhebungssystem für die Benutzung einer Stecke der Straße sein, wobei die Strecke auf Basis der Summe der Längen von Straßenabschnitten, in die die Straße unterteilt werden kann, berechnet wird, so dass ein jeder Abschnitt keine andere Zufahrt oder Ausfahrt als seine eigenen Enden aufweist.
Die Richtung, in der das Fahrzeug auf der Straße gefahren ist, soll vorzugsweise festgestellt werden, um dem Fahrzeug Gebühren zu erheben, indem geprüft wird, dass es wenigstens zwei Positionen gibt, deren Reihenfolge in der Zeit die Fahrtrichtung definiert, und dass sie mit dem Konzept übereinstimmen, dass die Bereiche, die durch einen Kreis des Radius RPL, der auf diesen Positionen zentriert ist, sich nicht schneiden.
Das System sieht weiterhin die Möglichkeit vor, dass die Gebührenerhebung von der Anzahl der Male abhängig ist, die das Fahrzeug in die Infrastruktur einfährt, in welchem Fall die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung, das heißt die Wahrscheinlichkeit, dass Gebühren für mehr Male als das Fahrzeug tatsächlich in die Infrastruktur eingefahren ist, erhoben werden, ebenfalls begrenzt wird.
Die Gebühr kann in der OBU mit Daten zu der Grenze, die von einem Kontrollzentrum gesendet werden, berechnet werden.
Für unterschiedliche Fahrzeuge, die mit OBUs ausgerüstet sind, kann die Gebühr auch einem Kontrollzentrum mit Positionsdaten, RPLs und Sicherheits-Flags, die von einer jeden OBU gesendet werden, berechnet werden.
Die Gebühr kann auch von anderen bekannten Parametern abhängig sein, die für das Fahrzeug charakteristisch sind (wie zum Beispiel die Art und das Gewicht des Fahrzeuges), oder von der Gebührenerhebungsperiode (Zeitfenster, Wochentag oder Jahr u. s. w.).
Das System umfasst vorzugsweise ein Modul in der OBU, das einen Algorithmus implementiert, der den optimalen Zeitpunkt anzeigt, zu dem der Abtastwert (die Position, die Geschwindigkeit, RPL und Sicherheits-Flag) gewonnen werden soll, über eine Zeit gleich der Abtastperiode, wobei der optimale Zeitpunkt der Moment ist, dessen Abtastwert einen minimalen RPL innerhalb der Menge von Messungen, für die das Sicherheits-Flag als sicher ausgewiesen ist, aufweist und in dem der Abtastperioden-Wert als ein Wert ausgewählt wird, der ist:

– größer als die Abtastperiode des Empfängers (typischerweise eine Sekunde),
– größer als die Messungs-Korrelationszeit, so dass garantiert ist, dass Abtastfehler nicht korreliert werden, und
– kleiner als ein gegebener Wert, der ein Gesamt-Gebührenerhebungs-Verfügbarkeitsniveau garantiert.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren und Auslegen eines Systems der Gebührenerhebung für ein Fahrzeug oder eine Straße, das garantierte Leistung wie hierin bereits definiert aufweist, in dem gegebene bestimmte Leistungsanforderungen – Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung und Verfügbarkeit der Gebührenerhebung – des Gebührenerhebungssystems und eine bestimmte Leistung des Onboard-Empfängers mit Integritätsgarantie, die Geometrie des Infrastruktur-Objektes der Gebührenerhebung definiert sind. Oder das Verfahren zum Analysieren und Auslegen ermöglicht weiterhin die Analyse, die Auslegung und die Vorwegnahme der Leistung des Straßenbenutzungs- Gebührenerhebungssystems anhand der Geometrie der Infrastruktur, die der Gebührenerhebung unterliegt, der Leistung des GNSS-Onboard-Empfängers mit Integritätsgarantie und des Gebührenerhebungskriteriums.
Gemäß der Erfindung umfasst das Verfahren zum Analysieren und Auslegen eines Fahrzeug-Umfangs-Gebührenerhebungssystems oder eines Umfangs-Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems mit garantierter Leistung als das Umfangssystem gemäß vorstehender Definition die folgenden Schritte:

– Ermitteln eines GNSS-Leistungskennfeldes (D_RX, I_RX, RPL), Bestimmen, für einen jeden Punkt innerhalb der Grenze und für einen jeden Abtastmoment, der Wahrscheinlichkeit, dass eine Position von dem Empfänger als sicher markiert wird (DRx = DRs(Rri(tlj ), tlj ), sowie des zu erwartenden RPL-Wertes, der zu seinen Positionsmessungen zugehörig ist, für einen gegebenen Integritätswert I_RX gemäß der GNSS-Onboard-Empfänger-Leistung und der GNSS-Sichtbarkeitsbedingungen;
– Erzeugen eines Kennfeldes der Verfügbarkeit von Gebührenerhebung, das mit einem jeden Punkt innerhalb der Grenze und einem jeden Abtastmoment (p_i) verknüpft ist, Berechnen für einen jeden Punkt innerhalb der Grenze und für einen jeden Abtastmoment der Wahrscheinlichkeit, dass ein Fahrzeug, das sich zu diesem Moment an diesem Punkt befindet, einen sicheren Positions-Abtastwert erzeugt, und dass es von dem System-Erfassungsmodul erfasst wird, wofür es das GNSS-Leistungskennfeld zusammen mit dem folgenden Ausdruck von r für einen jeden Punkt innerhalb der Grenze verwendet: pj = DRxj·rj wobei:
– (DRx = DRs(Rri(tlj ), tlj ) die Verfügbarkeit der GNSS-Position (D_RX) an einem gegebenen Punkt und zu einem gegebenen Moment ist, wie sie im vorangehenden Schritt ermittelt wurde; und
– r_j = r_j(z_rj): die Wahrscheinlichkeit ist, dass ein Kreis des Radius RPLij, der auf
zentriert ist, innerhalb der Grenze liegt, wobei dies lediglich eine Funktion des Abstandes von dem Punkt zu der Grenze (z_rj) und dem erwarteten RPL-Wert an diesem Punkt ist;
– Erzeugen eines Universums möglicher Bahnen (Tr_i) entsprechend den verfügbaren realen Verkehrsdaten für die Infrastruktur, wobei eine jede Bahn durch eine Sequenz horizontaler Positionsvektoren, die das Fahrzeug auf der Infrastruktur definiert, sowie durch die Frequenz von Daten des Auftretens desselben (fr_i) definiert wird;
– Feststellen der Verfügbarkeit von Gebührenerhebung für eine jede Bahn (Pd_i), Feststellen der Verfügbarkeit von Gebührenerhebung für eine jede Bahn Tr_i mittels einer Formel, die eine Funktion lediglich der Anzahl von Punkten K ist, die die System-Gebührenerhebungseinrichtung erfordert, der Verfügbarkeit von Gebührenerhebung an jedem Punkt der Bahn, der Dekorrelationszeit des Fehlers für die Positionen, die von dem GNSS-Empfänger gewonnen wurden, der GNSS-Verfügbarkeit, der Länge der Bahn, die innerhalb des Umfanges liegt, und der Geschwindigkeit des Fahrzeuges entlang der Bahn;
– Bestimmen der durchschnittlichen Verfügbarkeit von Gebührenerhebung anhand von Pd_i und der Frequenz des Auftretens einer jeden Bahn fri als: Verfügbarkeit von Gebührenerhebung (Durchschnitt) = ΣPdi·fri,
– Bestimmen der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung als: Pmdi ≤ ΣMk=K (Mk )(1 – IRx)k·(IRx)M-k wobei M die Summe der Abtastwerte ist, die während der gesamten Gebührenerhebungsperiode Tc von dem Onboard-Empfänger erzeugt werden kann, und
– Prüfen, ob die Leistung des Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems mit den Leistungsanforderungen des vorhandenen Systems kompatibel ist, und wenn dies nicht der Fall ist, Prüfen, ob es möglich ist, die Anforderungen durch Modifizieren von K zu erfüllen.

Die Erhöhung des Wertes K ermöglicht für den gleichen Wert von I_RX Reduzieren der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung auf Kosten der Abnahme der Verfügbarkeit der Gebührenerhebung. Andererseits verbessert eine Verringerung von K die Verfügbarkeit der Gebührenerhebung auf Kosten der Verschlechterung der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ermöglicht das hierin weiter oben beschriebene Verfahren um Analysieren und Auslegen eines Fahrzeug-Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems mit garantierter Leistung, dass für einen gegebenen Straßenabschnitt, der durch seine Geometrie, insbesondere die Länge L und den Abstand d zwischen dem Rand der Straße und der Grenze und die Geometrie seiner Umgebung charakterisiert ist, die Analyse der Systemleistung hinsichtlich der Verfügbarkeit der Gebührenerhebung und der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung in Abhängigkeit von der Anzahl von Positionen K, die von dem Gebührenerhebungsmodul benötigt werden, wobei die Berechnung der Verfügbarkeit der Gebührenerhebung unter Verwendung einer vorsichtigen Annäherung auf Basis der Folgenden Annahmen erfolgt:

– das Fahrzeug befindet sich stets auf der Straße, auf der sich die Fahrzeuge bewegen, und an dem äußeren Rand der Straße; der Abstand von der Straße zu der Grenze beträgt „d", ein Merkmal der Infrastruktur, und gilt als konstant in dem Abschnitt;
– die Positionsfehler für Wahrscheinlichkeiten in der Größenordnung der Verfügbarkeit können vorsichtig durch eine zentrierte (zero-mean) Gauß'sche Verteilung und mit einer als RPL/F berechneten Standardabweichung begrenzt werden, wobei F der zu der Wahrscheinlichkeit I_RX der Gauß'schen Verteilung zugehörige Faktor ist;

– der obere zulässige Grenzwert für die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung für ein Fahrzeug, das die Straße nicht benutzt, wird bestimmt anhand der Anzahl der Fahrzeuge, die abseits der Straße bleiben (Np) und anhand der gewünschten Anforderung an die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührener hebung MD oder von mehr Fahrzeugen während der gesamten Gebührenerhebungsperiode Tc (PMD) mittels: PMD = ΣNPmd=MD (Npmd )Pmdmd·(1 – Pmd)
– die Anzahl der Punkte K des System-Erfassungsmoduls, die garantiert, dass die geforderte Pmd mit dem gewonnenen Pmd-Wert und anhand einer bestimmten Integritätsleistung (I_RX) des Onboard-Empfängers wird bestimmt mittels des folgenden Ausdruckes: Pmdi =ΣMk=K (Mk )(1 – IRx)k·(IRx)M-k
– die Schar von Kurven, wie zum Beispiel die Kurve in 8, wird mit dem sich ergebenden K-Wert und anhand der Werte von I_RX und RPL für den Onboard-Empfänger und eines bestimmten Signal-Empfangsszenarios mittels des folgenden Ausdruckes von Pdi erzeugt:
wobei r = 1 – IRx; (d = 0) r = P(N(0, 1) < F·(dRPL – 1)); (0 < d < 2RPL) r = IrX; (d ≥ 2RPL)
– die Anzahl der Punkte (m), die erforderlich sind, um zu garantieren, dass die geforderte Verfügbarkeit der Gebührenerhebung wird anhand der Schar von Kurven gewonnen; und
– anhand einer Länge L des Straßenabschnittes, einer Geschwindigkeit V des Fahrzeuges und einer Verzögerungszeit zwischen Messungen τc wird die Anzahl der verfügbaren Positions-Abtastwerte Li(V·τc) innerhalb der Grenze darauf geprüft, ob sie gleich oder größer als die Anzahl der erforderlichen Abtastwerte m ist, die sich aus dem vorhergehenden Schritt ergeben; und wenn dies nicht der Fall ist, bedeutet das, dass es nicht möglich ist, die Anforderungen der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung und der Verfügbarkeit der Gebührenerhebung gleichzeitig für das gegebene Szenario für einen beliebigen Wert von K zu erfüllen.

Dieses Verfahren zum Analysieren und Auslegen eines Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems ermöglicht die Anzeige der Straßenabschnitte, die die Anforderungen der Verfügbarkeit der Gebührenerhebung und der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung erfüllen.
Vorzugsweise wird der Wert von RPL als eine bekannte Funktion von I_RX entsprechend den Merkmalen des Empfängers gebildet, und das Tool ermöglicht das Feststellen von I_RX des Empfängers, der die genannten Anforderungen für einen gegebenen Straßenabschnitt ermöglicht, welcher durch seine Geometrie, insbesondere die Länge L und den Abstand d zwischen dem Rand der Straße und der Grenze, sowie die Geometrie seiner Umgebung charakterisiert ist, und gegebene bestimmte Anforderungen der Verfügbarkeit der Gebührenerhebung und der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung.
Das Analyseverfahren der Erfindung ermöglicht weiterhin die Herstellung einer Beziehung zwischen der Leistung des Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems mit den Daten aus dem fraglichen Szenario und der Leistung des Empfängers dergestalt, dass unterschiedliche Arten von Analyse, die zu dem Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystem als Gegenstand der Erfindung zugehörig sind, ausgeführt werden können:

– Systemauslegung: Einstellung der Auslegungsparameter des Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems oder geeignete Auswahl der Parameter, die die Geometrie der der Gebührenerhebung unterliegenden Infrastruktur definieren dergestalt, dass die Verfügbarkeit der Gebührenerhebung und die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung durch den Versorger der Infrastruktur (Stadtverwaltung, Straßenmeisterei, Staat u. s. w.) erfüllt werden.
– Vorwegnahme von Merkmalen: Vorwegnahme der Gebührenerhebungsleistung des Systems vor der Inbetriebnahme desselben und somit Feststellen, ob die aufgestellten Anforderungen erfüllt werden, ohne dass kostspielige Versuche zur Ansammlung von Statistiken durchgeführt werden müssen.
– Leistungsgarantie: Nachweis der Gebührenerhebungsleistung eines bereits in Betrieb befindlichen Systems ohne die Notwendigkeit des Zurückgreifens auf reale Betriebsstatistiken für lange Zeiträume und breite Abtastwert-Universen anhand möglicher Zahlungsforderungen oder Zahlungsverzuges.

Das beschriebene Verfahren kann insbesondere auf den Fall eines auf eine Fernverkehrsstraße oder eine allgemeine Straße anzuwendenden Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems zugeschnitten werden. Es ist weiterhin anwendbar in diesem besonderen Fall auf Straßenbenutzungs-Gebührenerhebung für eine Fernverkehrsstraße, bei der der zu erhebende Betrag von der zurückgelegten Fahrstrecke abhängig ist. In diesem Fall berücksichtigen das System-Erfassungsmodul und das Gebührenerhebungsmodul, dass das Fahrzeug keine Position innerhalb der Grenze des Bereiches einnehmen kann, sondern dass es sich auf der Straße, die dieser enthält, befinden muss. Ein jeder Fernverkehrsstraßen-Abschnitt ist gekennzeichnet durch eine Länge und einen Abstand zwischen dem Rand der Infrastruktur, auf der das Fahrzeug fährt (zum Beispiel ein Randstreifen), und der Grenze.
Andererseits ermöglicht das Analyseverfahren dieses Szenarios eine mathematische Berechnung für die meisten ungünstigen Fälle, die angegeben werden als:

• das Schlimmstfall-Szenario vom Standpunkt der Verfügbarkeit der Gebührenerhebung entspricht dem Fahrzeug, das auf dem äußeren Randstreifen der Straße fährt;
• das Schlimmstfall-Szenario von dem Standpunkt der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung entspricht einem dauerhaften Fahrzeug (während der betrachteten Gebührenerhebungsperiode), das sich an einem Punkt unmittelbar außerhalb der Grenze befindet.

Die Analyse wird mit diesen Bedingungen stark vereinfacht, und beide Parameter (die Verfügbarkeit der Gebührenerhebung und die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung) für ein gegebenes Satelliten-Sichtbarkeits-Szenario und für eine vorgegebene Empfängerleistung stehen in direkter Abhängigkeit von der Länge des Abschnittes und dem Abstand zwischen der Straße und der Leitplanke.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine Reihe von Zeichnungen, die dem besseren Verständnis der Erfindung dienen und die ausdrücklich in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen der Erfindung zu zu sehen sind, werden als beispielhafte und nicht einschränkende Beispiele derselben unten kurz beschrieben werden.
1 zeigt ein allgemeines Umkreis-Gebührenerhebungsszenario, das die Namen und die wichtigsten in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke benennt, um das Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, sowie die verwendeten Ausdrücke und Definitionen.
2 zeigt ein allgemeines Funktions-Blockschema des Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems mit garantierter Leistung und benennt seine wichtigsten Komponenten und Algorithmen.
3 ist ähnlich der 1, jedoch für den Fall der Straßenbenutzungs-Gebührenerhebung auf eine Straße angewandt.
4 zeigt ein Blockschema des Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems mit garantierter Leistung für den Fall einer Straße.
5 zeigt ein allgemeines Funktions-Blockschema des Verfahrens der Leistungsanalyse für das Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystem garantierter Leistung für ein Umkreis-Gebührenerhebungssystem, das die wichtigsten Schritte und Algorithmen benennt.
6 zeigt eine Kurve der Verfügbarkeit der Gebührenerhebung eines automatischen Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems für eine Straße entsprechend (m) und (d/RPL).
7 zeigt ein Beispiel einer Fernverkehrsstraßen-Konfigurationskennung (unterschiedliche Längen und Abstände zu der Grenze), für die es möglich ist, die Leistung der Verfügbarkeit der Gebührenerhebung und der Möglichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung entsprechend dem OBU-Integritätsniveau zu garantieren.
Ausführliche Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung
Vorhergehende Definitionen:
Eine Reihe von Ausdrücken werden in der gesamten vorliegenden Erfindung verwendet und werden unten im Sinne des besseren Verständnisses der vorliegenden Erfindung definiert werden:

– Verfügbarkeit der Gebührenerhebung: Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Fahrzeug, das die Infrastruktur innerhalb der Gebührenerhebungsperiode tatsächlich benutzt hat, von dem System erfasst wird und dass diesem daher Gebühren berechnet werden.
– Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung: Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Fahrzeug, dass den Onboard-Empfänger oder die OBU trägt, die Infrastruktur nicht benutzt hat oder den betrachteten Straßenabschnitt während der Gebührenerhebungsperiode durch das System fehlerhaft erfasst und daher irrtümlich Gebühren erhoben bekommt.
– Onboard-Empfänger oder Onboard-Einheit (OBU): GNSS-Empfänger, der in der Lage ist, Positionsdaten für das Fahrzeug, das den Empfänger trägt, von dem Empfang und der Verarbeitung des Signals des Global Navigation Satellite Systems der aktuellen GPS-Art oder der Art des zukünftigen European Galileo zu erzeugen.
– Onboard-Empfänger oder OBU mit Integritätsgarantie: GNSS-Empfänger, der zusätzlich zu der Bereitstellung von Positionsinformationen zusätzliche Informationen in bezug auf den Fehler, der in der Position zu erwarten ist, bereitstellt und besteht aus:
– Einem Sicherheits-Flag (sicher/unsicher): wobei, wenn das Flag sicher ist, der Positionsauflösungsfehler in einer beliebigen Richtung einen oberen Grenzwert aufweist, der das RPL-Maß ist, mit einer Wahrscheinlichkeit gleich einem bekannten Wert, der Integrität der von dem Onboard-Empfänger I_RX bereitgestellten Positionsauflösung.
– Radial Protection Level (RPL), das heißt das Maß, das den horizontalen Positionsfehler entsprechend einer Richtung mit einer Wahrscheinlichkeit gleich I_RX begrenzt, das heißt: P(|εj →·u →| > RPLj) = 1 – IRX wobei u → ein beliebiger Einheitsvektor ist.

Ein besonderer Implementierungsfall besteht aus dem Fall einer OBU, die die Integritätssicherungsalgorithmen und Verfahren implementiert, die in der Europäischen Patentanmeldung EP 05076289.7 beschrieben werden.
Andererseits kann angemerkt werden, dass ein GNSS-Empfänger keine Integritätsgarantie aufweist, wenn das Sicherheits-Flag oder das RPL nicht auftritt oder wenn sie auftreten, jedoch die Wahrscheinlichkeit, dass der Fehler nicht durch RPL begrenzt wird, nicht bekannt ist.

– Gebührenerhebungsperiode Tc: Der Mindestzeitraum, innerhalb dessen dem Benutzer der gleiche Betrag erhoben wird, unabhängig von der Anzahl der Benutzungen (der Einfahrten/Ausfahrten) in die oder aus der Infrastruktur. In dem Fall einer Umkreisgebühr (zum Beispiel Bezahlung für Zugang oder Zufahrt in das Stadtzentrum) wäre die typische Gebührenerhebungsperiode ein Tag. Mit anderen Worten wird dem Benutzer ein feststehender Betrag dafür berechnet, das Stadtzentrum im Verlauf des gesamten Tages ein Mal oder mehrere Male befahren zu haben.
– Grenze 100: Die geschlossene Kurve der horizontalen Ebene, die den Bereich definiert, für dessen Benutzung Gebühren zu erheben sind. Sie wird dergestalt definiert, dass einem Fahrzeug, das sich während der Gebührenerhebungsperiode innerhalb der Grenze befunden hat, eine Gebühr erhoben wird. In dem Fall einer Umkreisgebühr wird die Grenze zum Beispiel durch die Punkte aller Zufahrtsstraßen zu dem Gebührenerhebungsbereich definiert, wonach dem Benutzer mitgeteilt wird, dass er der Gebührenerhebung unterliegt. In dem Fall einer Straße, die Gebührenerhebung unterliegt (einer Fernverkehrsstraße, einer Schnellstraße oder innerstädtischen Autobahn oder einer Straße zum Beispiel) wird die Grenze des Straßenabschnittes durch eine geschlossene Kurve definiert, die den fraglichen Straßenabschnitt enthält und die keine Verkehrs punkte einer anderen Straße oder keinen Punkt eines Bereiches, in dem Verkehrsbewegung oder Fahrzeugbelegung erlaubt ist, enthält.
– Straßenränder 200: Kurven, definiert durch den Außenrand des Randstreifens.
– Straßenabschnitt: Ein Abschnitt der Straße, der nur an den Enden desselben befahren oder verlassen werden kann (zum Beispiel sind keine Gabelungen oder Zufahrten vorhanden), wird als ein Straßenabschnitt bezeichnet.
– Rri(t): Eine reale Bahn, die ein bestimmtes Fahrzeug i während der Gebührenerhebungsperiode Tc definiert hat.
– {Rmi(t0), Rmi(t1), Rmi(t2), ..., Rmi(tn)}: Eine Menge von Positionen, gemessen durch den Onboard-Empfänger an den verschiedenen Abtastmomenten desselben (t₀, t₁, t₂ ...), die in Tc enthalten sind, wobei n die Anzahl der Positions-Abtastwerte ist, die von dem Onboard-Empfänger des Fahrzeuges i während Tc bereitgestellt werden. Die Abtastperiode muss gleich oder größer sein als die Korrelationszeit des Positionsfehlers zwischen Messungen.
– Positionen, die von dem Onboard-Empfänger gewonnen werden, die der Empfänger entschieden hat, als sicher
zu markieren, werden mit einem hochgestellten H gekennzeichnet.
– {Rri(t0), Rri(t1), Rri(t2), ..., Rri(tn)}: Eine Menge von realen Positionen, die den unterschiedlichen Abtastmomenten des Empfängers (t₀, t₁, t₂ ...) entsprechen.
– Horizontaler Positionsfehlervektor oder einfach Positionsfehler (εij →) zugehörig zu der Positionsmessung des Onboard-Empfängers in dem Fahrzeug i, gewonnen bei t_i; die Differenz Rmi(t_i) – Rri(t_j)
– Die Wahrscheinlichkeit, dass der Onboard-Empfänger eine Position erfasst, die an einem Punkt (x, y) für einen Abtastmoment t_i als sicher markiert wird, wird als GNSS-Positionsverfügbarkeit (D_RX) bezeichnet.
– Das RPL, das der Onboard-Empfänger des Fahrzeuges i in dem Moment t_j bereitstellt, wird RPL_ij genannt.
– Wenn das Fahrzeug wenigstens ein Mal während Tc einfährt, wird es wenigstens eine Position der Menge {Rri(t₀), Rri(t₁), Rri(t₂), ..., Rri(t_n)} innerhalb der Grenze geben. Die genannte Teilmenge von Positionen wird als Rri(tlj ) bezeichnet, wobei t l / j|j = 1, 2 ... m die Abtastperioden-Momente des Empfängers sind, in denen die reale Position des Fahrzeuges tatsächlich innerhalb der Grenze liegt.
– Der Abstand zwischen dem Punkt, der durch die reale Position des Fahrzeuges belegt ist, und der Grenze wird als der reale Abstand (z_rij) zu der Grenze für das Fahrzeug i in dem Moment t_j bezeichnet.
– Der Abstand zwischen dem Punkt, der von der Position des Fahrzeuges, gemessen von dem Onboard-Empfänger, belegt wird, und der Grenze wird als gemessener Abstand (z_mij) zu der Grenze für ein Fahrzeug i in dem Moment t_j bezeichnet.

Die Vereinbarung, dem Abstand ein positives oder negatives Vorzeichen zu geben, in Abhängigkeit davon, ob der Punkt innerhalb (+) oder außerhalb der Grenze liegt, wird in beiden Fällen angenommen.
– GNSS-Positionsverfügbarkeit (D_RX) und Integrität (I_RX) der Positionen, die von dem Onboard-Empfänger an einem Punkt der horizontalen Ebene und einem Abtastmoment gewonnen werden, werden als GNSS-Leistung an diesem Punkt der horizontalen Ebene (x, y) zu einem gegebenen Abtastmoment (t) bezeichnet. Daher ist zu beachten, dass das Signal und die Empfangsbedingungen desselben (Sichtbarkeit und Mehrweg) entsprechend berücksichtigt werden.
I. Automatisches Umkreis-Gebührenerhebungssystem mit garantierter Leistung:
1 zeigt ein allgemeines Szenario eines automatischen Umkreis-Gebührenerhebungssystems mit garantierter Leistung. In diesem Fall wird das Gebührenerhebungskriterium dergestalt definiert, dass die Gebührenerhebung auftritt, wenn das Fahrzeug wenigstens ein Mal während der Gebührenerhebungsperiode innerhalb eines durch eine Grenze (100) begrenzten Bereiches festgestellt wurde.
Das automatische Gebührenerhebungssystem mit garantierter Leistung entspricht dem Funktionsdiagramm in 2.
Das System weist einen Onboard-Empfänger mit Integritätsgarantie oder OBU 30 auf, der anhand der Verarbeitung des GNSS-Signals 20, das von einem GNSS-System 10 gesendet wird, versucht, zu einem jeden Abtastmoment eine Positionsmessung sowie ein Sicherheits-Flag und ein zugehöriges RPL zu erzeugen. Das Erfassungsmodul und das Gebührenerhebungsmodul 70 verarbeiten die Daten zusammen mit den Koordinaten, die die Grenze 50 des Bereiches für den Zweck der Erfassung festlegen, ob das Fahrzeug wenigstens ein Mal innerhalb des Bereiches gewesen ist, und um dementsprechend zu entscheiden, ob dem Fahrzeug Gebühren berechnet werden.
Daher bestimmt das Erfassungsmodul 70 anhand der folgenden Daten, ob ein Fahrzeug i die Infrastruktur benutzt hat:

– Ausgang des Onboard-Empfängers mit Integritätsgarantie oder OBU (
und RPL_ij) während der n Abtastwerte, die während der Gebührenerhebungsperiode Tc erfasst werden.
– Grenzkoordinaten der der Gebührenerhebung unterliegenden Infrastruktur

Das Erfassungsmodul wendet zwei unterschiedliche Prüfebenen an: einerseits bestimmt es, ob sich das Fahrzeug i zu einem jeden Abtastmoment innerhalb der Grenze befunden hat (Erfassungsprüfung); andererseits entscheidet es anhand der Anzahl von Malen K, die es erfasst hat, dass sich das Fahrzeug innerhalb der Grenze befunden hat, ob das Fahrzeug die Infrastruktur tatsächlich benutzt hat (Benutzungsentscheidung).
[1] Entscheidung des Fahrzeuges i innerhalb der Grenze zu einem gegebenen Abtastmoment (Erfassungsprüfung):
Um zu entscheiden, ob sich das Fahrzeug zu einem gegebenen Abtastmoment, an dem eine sichere Position erfasst wurde, innerhalb der Grenze befunden hat, prüft das Erfassungsmodul, dass sich der Kreis des Radius RPL, zentriert auf der sicheren Position, innerhalb der Grenze befindet. Das heißt, es prüft, dass der Abstand zu der Grenze positiv und größer als RPL ist: Zmij > RPLij?
[2] Entscheidung, ob das Fahrzeug die Infrastruktur tatsächlich benutzt hat (Entscheidung zur Benutzung):
Das Erfassungsmodul berücksichtigt, dass die vorherige Bedingung wenigstens an K sicheren Positionen der Menge von Abtastwerten während Tc erfüllt werden muss, um zu entscheiden, dass das Fahrzeug die Infrastruktur tatsächlich benutzt hat?
Gibt es K oder mehr Positionen, in denen der Erfassungsversuch verifiziert wird?
Die Leistung des Gebührenerhebungssystems, das heißt die Verfügbarkeit der Gebührenerhebung und die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung, kann entsprechend der GNSS-Leistung mittels Anwendung der bereits erwähnten Erfassungsprüfung und Entscheidungsprüfung zur Benutzung auf die Abtastwerte, die von einer OBU mit Integritätsgarantie wie weiter unten angedeutet bereitgestellt werden, bestimmt werden.
A. Verfügbarkeit der Gebührenerhebung des automatischen Umkreis-Gebührenerhebungssystems:
Die Verfügbarkeit der Gebührenerhebung ist gleich der Wahrscheinlichkeit Pd_i, dass das Erfassungsmodul entscheidet, einem Fahrzeug i Gebühren zu erheben, das tatsächlich in den Bereich eingefahren ist, der von der Grenze begrenzt wird. Diese soll wiederum gleich der Wahrscheinlichkeit sein, dass wenigstens K Punkte mit der Erfassungsprüfung übereinstimmen. Pdi = Pdi(k = K) + Pdi(k = k + 1) + ... + Pdi(k = m)
Wobei K die Anzahl von Punkten ist, die das Erfassungsmodul benötigt, und m die Anzahl unabhängiger Positions-Abtastwerte ist, die von dem Onboard-Empfänger erzeugt werden, während sich das Fahrzeug tatsächlich innerhalb der Grenze befand.
Und Pd_i(k = l) ist die Wahrscheinlichkeit, dass I Punkte die Erfassungsprüfung bestehen. Pd_i(k = l) kann ausgedrückt werden als: Pdi(k = l) = p1·p2·p3· ... ·pl·(1 – pl+1)·(1 – pl+2)· ... ·(1 – pm) + + p1·(1 – p2)·p3· ... ·pl·pl+1·(1 – pl+2)· ... ·(1 – pm) + + pl·(1 – p2)·(1 – p3)·p4· ... ·pl·pl+1·pl+2·(1 – pl+2)· ... ·(1 – pm) + + ... + p1(1 – p2)·(1 – p3)· ... ·(1 – pm-1)·pm-l+1·pm-l+2· ... ·pm + ... + (1 – p1)·p2·p3· ... ·pl+1·(1 – pl+2)·(1 – pl+3)· ... ·(1 – pm) + + (1 – p1)·p2·(1 – p3)·p4 ... ·pl+2·(1 – pl+3)· ... ·(1 – pm) + + ... + (1 – p1)·p2·(1 – p3)· ... ·(1 – pm-1)·pm-l+1·pm-l+2· ... ·pm + ... ... + (1 – p1)·(1 – p2)·(1 – p3)· ... ·(1 – pm-l-1)·pm-l·pm-l+1·pm-l+2· ... ·pm wobei p_i die Wahrscheinlichkeit ist, dass zu dem Moment t'_j (an dem die reale Position Rri(tlj ) des Fahrzeuges i innerhalb der Grenze lag) die von dem Empfänger gemessene Position Rmi(tlj )verfügbar ist und dass sie von dem Empfänge als sicher gekennzeichnet ist und dass ein Kreis des Radius RPLj, darauf zentriert, in der Grenze enthalten ist.
Die Wahrscheinlichkeit p_i kann in zwei Terme gemäß dem folgenden Ausdruck unterteilt werden: Pj = DRXj·rjwobei:

– DRxj = DRx(Rri(t l / j), t l / j) die Wahrscheinlichkeit ist, dass ein Onboard-Empfänger, der sich an der Position Rri befindet, die zu dem Abtastmoment t i / j eingenommen wird, mit den GNSS-Bedingungen zu diesem Moment des Tages, eine Position erfasst, die als sicher gekennzeichnet ist. Das heißt, es ist die GNSS-Positionsverfügbarkeit (D_RX) an einem gegebenen Punkt und Moment wie weiter oben definiert.
– r_j = r_j(z_rj) ist die Wahrscheinlichkeit, dass der reale Abstand eines Kreises des Radius RP_ij, zentriert auf
den Bedingungen der Erfassungsprüfung entspricht.

Diese Wahrscheinlichkeit ist abhängig von dem realen Abstand zu der Grenze (z_rj) gemäß dem folgenden Ausdruck:
Die Wahrscheinlichkeit r_j ermöglicht eine bestimmte Verarbeitung aufgrund des Umstandes, dass wenn die Position als sicher gekennzeichnet wird (wie es hier der Fall ist) sich der Positionsfehler so verhält, dass bekannt ist, dass er durch RPL_j mit einem Konfidenzniveau von I_RX begrenzt wird. Das heißt, wenn der Onboard-Empfänger Integritätsgarantie aufweist, ist bekannt, dass: P(|εj →·nrj →| > RPLj) = 1 – IRX
Es ist zu beachten, dass typischerweise 1 – I_RX << 1.
Gemäß diesem Ausdruck wird festgestellt, dass r_j die folgenden Werte entsprechend dem Abstand zu der Grenze annimmt:

– Für Abstände von der Grenze in dem Bereich von 0 bis 2RPL schwankt r_j beachtlich von einem sehr kleinen Wert bei 0 und gleich (1 – I_RX) bis zu einem sehr großen Wert nahe 1 und gleich I_RX bei 2RPL: Für 0 < z_rj < 2RPL: rj = P(εj →·nrj → < –RPLj) = 1 – IRx (in zrj = 0) rj = P(εj →·nrj → < RPL) = IRx (in zrj = 2RPL)In diesem Fall und unter der Annahme, dass der Positionsfehler in dem von RPL definierten Intervall vorgehalten wird, kann vorsichtig von der Annahme ausgegangen werden, dass sich die Fehlervorhersage entsprechend der Normale so verhält, dass sie stets durch eine Gauß'sche Verteilung mit einer Standardabweichung gleich RPLF begrenzt werden wird, wobei F der sogenannte Schutzfaktor ist, der zu I_RX zugehörig ist (F wird entsprechend dem folgenden Ausdruck definiert: P(x ε N(0, 1) > F) = 1 – I_RX). Für 0 < z_rj < 2·RPLj gilt:
– Für Abstände zu der Grenze von größer als 2RPL ist r_j nahe an 1 (größer als I_RX): Für 2RPL < z_rj gilt: rj = P(εj·nrj < RPL) ≥ IRx

B. Wahrscheinlichkeit, dass das automatische Umkreis-Gebührenerhebungssystem fehlerhafte Gebührenerhebung erzeugt:
Wenn das Fahrzeug i die Infrastruktur zu keinem Zeitpunkt der Gebührenerhebungsperiode Tc entsprechend der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung Pmd_l benutzt, wird die letztgenannte gleich der Wahrscheinlichkeit sein, dass das System-Erfassungsmodul erfasst, dass das Fahrzeug i die Grenze K wenigstens einmal während der Gebührenerhebungsperiode Tc überfahren hat, das heißt es K oder mehr Positions-Abtastwerte gibt, die währen der Gebührenerhebungsperiode Tc von dem Onboard-Empfänger gemessen wurden, wobei der Kreis des Radius RPL_j, zentriert auf
innerhalb der Grenze liegt. Pmd_i ist gleich: Pmdi = Pmdi(k = K) + Pmdi(k = K + 1) + ... + Pmdi(k = M)wobei:

– M die Gesamtzahl der unabhängigen Abtastwerte ist, die von dem Onboard-Empfänger in dem Fahrzeug i während der gesamten Gebührenerhebungsperiode erfasst wird, und
– PMD_i(k = I) ist die Wahrscheinlichkeit des Erfassens von nur l Punkten von denjenigen Punkten, die innerhalb der Grenze liegen, gleich: Pmdi(k = l) = pm1·pm2·pm3· ... ·pml·(1 – pml+1)·(1 – pml+2)· ... ·(1 – pmM) + + pm1·(1 – pm2)·pm3· ... ·pml·pml+1·(1 – pml+2)· ... ·(1 – pmM) + + pml·(1 – pm2)·(1 – pm3)·pm4· ... ·pml·pml+1·pml+2·(1 – pml+2)· ... ·(1 – pmM) + + ... + pm1(1 – pm2)·(1 – pm3)· ... ·(1 – pmm-1)·pmm-l+1·pmm-l+2· ... ·pmM + ... + (1 – pm1)·pm2·pm3· ... ·pml+1·(1 – pml+2)·(1 – pml+3)· ... ·(1 – pmM) + + (1 – pm1)·pm2·(1 – pm3)·pm4 ... ·pml+2·(1 – pml+3)· ... ·(1 – pmM) + + ... + (1 – pm1)·pm2·(1 – pm3)· ... ·(1 – pmm-1)·pmm-l+1·pmm-l+2· ... ·pmM + ... ... + (1 – pm1)·(1 – pm2)·(1 – pm3)· ... ·(1 – pmm-l-1)·pmm-l·pmm-l+1·pmm-l+2· ... ·pmM wobei pm_j die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Erfassung zu dem Moment t'₁ (in dem die reale Position Rri(t l / j)des Fahrzeuges i außerhalb der Grenze lag), das heißt die Wahrscheinlichkeit, dass die von dem Empfänger gemessene Position Rmi(t l / j) existiert, das heißt als sicher gekennzeichnet wird und dass ein Kreis des Radius RPLij, der darauf zentriert ist, innerhalb der Grenze liegt. Die Wahrscheinlichkeit pm_j kann in die folgenden zwei Ausdrücke aufgeschlüsselt werden: Pj = DRxj·rj wobei:
• DRxj = DRx(Rri(tlj ), tlj ): die GNSS-Positionsverfügbarkeit (D_RX) an einem gegebenen Punkt und zu einem gegebenen Moment ist, wie hierin weiter oben bereits definiert wurde.

_RX

– r_j = r_j(z_rj): ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Kreis des Radius RPL_ij, zentriert auf
(die gültige Position, die von dem Onboard-Empfänger in der Position Rri, die von dem Fahrzeug i zu dem Moment t l / j außerhalb der Grenze) die Bedingungen der Erfassungsprüfung erfüllt.
Diese Wahrscheinlichkeit ist abhängig von dem realen Abstand zu (z_ij) entsprechend dem folgenden Ausdruck (identisch mit dem bereits gewonnenen, jedoch für einen negativen z, da es sich um die Wahrscheinlichkeit von Erfassung handelt, die auf Punkte außerhalb des Bereiches angewendet wird):
Wie weiter oben bereits erwähnt wurde, ermöglicht die Wahrscheinlichkeit r_j bestimmte analytische Verarbeitungen aufgrund des Umstandes, dass wenn die Position als sicher gekennzeichnet wird (wie es hier der Fall ist), sich der Positionsfehler so verhält, dass gilt:
Entsprechend diesem Ausdruck wird festgestellt, dass r_jim Allgemeinen sehr klein ist und weniger als 1 – I_RX1 ist; somit gilt für z_rj < 0: ri = P(εj →·nrj → < zrj – RPLj) ≤ P(εj →·nrj → < –RPLj)
Die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung, wenn sich ein Fahrzeug außerhalb des Bereiches befindet und unabhängig davon, wieweit außerhalb des Bereiches es sich befindet, wird auf den oberen Grenzwert begrenzt, wenn der Empfänger Integritätsgarantie aufweist, und weiterhin beträgt der obere Grenzwert 1 – I_RX. Mit anderen Worten ist es möglich, Leistung in der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung aufgrund der Verwendung eines Onboard-Empfängers mit Integritätsgarantie zu garantieren.
Für den Zweck der Berechnung der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung kann die vorsichtige Annäherung, dass die Verfügbarkeit von Positionen außerhalb der Grenze 1 ist und dass r gleich 1 – I_RX ist, angenommen werden. In diesem Fall ist die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung an einem beliebigen außerhalb gelegenen Punkt gleich 1 – I_RX.
Entsprechend dieser vorsichtigen Vereinfachung kann der allgemeine Ausdruck der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung wie folgt als Binom berechnet werden: Pmdi ≤ ΣMk=K (Mk )(1 – IRx)k·(IRx)M-k
II. Automatisches Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystem mit garantierter Leistung einer Straße.
Dieser Fall wird in 3 gezeigt. In diesem Fall wird das Gebührenerhebungskriterium dergestalt definiert, dass Gebührenerhebung auftritt, wenn das Fahrzeug die fragliche Straße während der Gebührenerhebungsperiode wenigstens ein Mal benutzt hat.
In einem allgemeineren Fall kann das Gebührenerhebungssystem von einer Entfernung oder Fahrstrecke abhängig sein, die das Fahrzeug auf der Straße zurückgelegt hat. Dieser Fall wird auf Letzteres reduziert, indem die gesamte Straße in Abschnitte bekannter Länge ohne Zufahrten oder Ausfahrten mit Ausnahme derjenigen, die zu der Straße gehören, unterteilt wird. Ein jeder Abschnitt wird wie unten beschrieben auf die gleiche Weise behandelt.
Das automatische Gebührenerhebungssystem mit garantierter Leistung entspricht dem in 4 gezeigten Funktionsschema.
In diesem Fall verfügt das System über einen Onboard-Empfänger mit Integritätsgarantie oder eine OBU 30, der oder die anhand der Verarbeitung des von einem GNSS-System 10 gesendeten GNSS-Signal 20 versucht, eine gemessenen Position an einem jeden Abtastmoment zu erzeugen, ebenso wie ein dazu zugehöriges Sicherheits-Flag und RPL. Das Erfassungs- und das Gebührenerhebungsmodul 70 verarbeiten diese Daten zusammen mit den Koordinaten, die die Ränder des Straßenabschnittes 50' bilden, für den Zweck der Erfassung, ob sich das Fahrzeug wenigstens ein Mal darauf befunden hat, und um dementsprechend zu entscheiden, ob dem Fahrzeug Gebühren zu erheben sind.
Daher bestimmt das Erfassungsmodul 70 anhand der folgenden Daten, ob das Fahrzeug i den Straßenabschnitt benutzt hat:

– Ausgang des Onboard-Empfängers mit Integritätsgarantie oder OBU (
und RPL_ij) während n Abtastwerten, die während der Gebührenerhebungsperiode Tc erfasst worden sind.
– Koordinaten des Randes des der Gebührenerhebung unterliegenden Straßenabschnittes.

Das Erfassungsmodul werdet zwei unterschiedliche Prüfebenen an: einerseits bestimmt es, ob sich das Fahrzeug i zu einem jeden Abtastmoment innerhalb des Straßenabschnittes befunden hat (Erfassungsprüfung); andererseits entscheidet es anhand der Anzahl von Malen K, die es erfasst hat, dass sich das Fahrzeug innerhalb des Straßenabschnittes befunden hat, ob das Fahrzeug denselben tatsächlich benutzt hat (Benutzungsentscheidung).
[1] Entscheidung eines Fahrzeuges in dem Straßenabschnitt zu einem gegebenen Abtastmoment (Entscheidungsprüfung):
Um zu entscheiden, ob sich das Fahrzeug zu einem gegebenen Abtastmoment, in dem eine sichere Position erfasst wurde, innerhalb des Straßenabschnittes befunden hat, prüft das Erfassungsmodul, dass der Kreis des Radius RPL, zentriert auf der sicheren Position, innerhalb der Grenze des Abschnittes liegt. Das heißt, es prüft, dass der Abstand zu der Grenze des Abschnittes positiv und größer als RPL ist: Zmij > RPI_ij?wobei die Grenze des Straßenabschnittes durch eine geschlossene Kurve definiert wird, die den fraglichen Straßenabschnitt enthält, und keinen anderen Verkehrspunkt einer anderen Straße oder eines beliebigen anderen Punktes eines Bereiches, in dem Verkehr oder Fahrzeugbelegung genehmigt ist, enthält.
Wie erläutert worden ist und als Bestandteil des Analysenverfahrens der vorliegenden Erfindung für ein gegebenes Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungs-Szenario, wenn die Grenze definiert wird, kann diese Grenze so ausgewählt werden, dass sie die Leistung des Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems in der gewünschten Richtung verbessert. Wenn es sich um eine Straße handelt, die keine andere angrenzende oder anliegende Straße hat, die einer Straßenbenutzungs-Gebührenerhebung unterliegt, wird die umfangreichste Grenze, die mit den zuvor ein gerichteten Bedingungen kompatibel ist, ausgewählt. Wenn es eine angrenzende oder anliegende Straße gibt, die ebenfalls einer Straßenbenutzungs-Gebührenerhebung unterliegt, muss die beste Lösung unter Verwendung des unten beschriebenen Analysenverfahrens analysiert werden.
[2] Entscheidung, ob das Fahrzeug die Straße tatsächlich benutzt hat (Benutzungsentscheidung):
Das Erfassungsmodul berücksichtigt, dass die vorherige Bedingung wenigstens in K sicheren Positionen der während Tc erfassten Menge von Abtastwerten erfüllt sein muss, um zu entscheiden, dass das Fahrzeug die Straße tatsächlich benutzt hat:
Gibt es wenigstens K Positionen, in denen die Erfassungsprüfung verifiziert wird?
Die Leistung des Gebührenerhebungssystems, das heißt die Verfügbarkeit der Gebührenerhebung und die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung, kann entsprechend der GNSS-Leistung mittels Anwendung der bereits erwähnten Erfassungsprüfung und Benutzungsprüfung auf die von einer OBU mit Integritätsgarantie wie unten angegeben bereitgestellten Abtastwerte bestimmt werden.
A. Verfügbarkeit der Gebührenerhebung des automatischen Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems eines Straße:
Bei der Berechnung des Verfügbarkeit der Gebührenerhebung eines Fahrzeuges i, dessen Bahn die fragliche Straße tatsächlich benutzt hat, ist es möglich, das mögliche Universum von Bahnen eines vorsichtigen Schlimmstfalles zu beschränken, der daraus besteht, dass das Fahrzeug an dem Rand der Straße am nahesten zu der Grenze fährt und dass es sich in einem Abstand d_i von demselben befindet.
Wenn diese Bedingung in die Berechnung für die Wahrscheinlichkeit r des Bestehens der Erfassungsprüfung eingeführt wird, ergibt sich Folgendes:
Da d_j im Allgemeinen größer oder gleich Null ist, gilt:
Dieser Ausdruck kann entsprechend dem Wert von d_j und RPL analysiert werden:

– r_j wird für Fernverkehrsstraßen mit d_j = 0 praktisch Null sein. Faktisch wird sie gleich (1 – I_RX) sein:
– Für Fernverkehrsstraßen mit dj ≥ 2·RPLj wird ein Kern vorhanden sein und r wird wie folgt sein:
– Für Fernverkehrsstraßen mit 0 < dj < 2·RPLj wird r zwischen (1 – I_RX) und I_RX begrenzt sein. In diesem Fall und da der Positionsfehler innerhalb des durch RPL definierten Intervalls vorgehalten wird, kann vorsichtig angenommen werden, dass sich die Fehlervorhersage entsprechend der Normalen so verhalten wird, dass sie stets durch eine Gauß'sche Verteilung mit einer Standardabweichung gleich RPL/F begrenzt wird, wobei F ein sogenannter Schutzfaktor ist, der zu I_RX zugehörig ist (F wird entsprechend dem Ausdruck P(x ε N(0, 1) > F) = 1 – I_RX definiert). Entsprechend dieser neuen vorsichtigen Annäherung gilt: Für 0 < dj < 2·RPLj:

Für eine Fernverkehrsstraße mit einem konstanten Abstand des Randes zu der Grenze (d_j = konst. = d) ist r_j ebenfalls konstant über die gesamte Bahn des Fahrzeuges. Wenn weiterhin berücksichtigt wird, dass die GNSS-Verfügbarkeit D_RX durchweg ebenfalls konstant ist, nimmt der Ausdruck für die Verfügbarkeit der Gebührenerhebung für ein Fahrzeug i die folgende Form an:
wobei: r = 1 – IRX; (d = 0) r = P(N(0, 1) < F·(dRPL – 1));(O < d < 2RPL) r = IRX; (d ≥ 2RPL)
Dieser Ausdruck für P_d ermöglicht die Bestimmung der Verfügbarkeit von Gebührenerhebung für ein beliebiges Fahrzeug entsprechend K, m, d/RPL, D_RX und I_RX (es ist zu beachten, dass F nur von I_RX abhängig ist).
B. Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung des automatischen Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems einer Straße:
Wenn das Fahrzeug i die Straße zu keiner Zeit während der Gebührenerhebungsperiode Tc benutzt, wird diese gemäß der Definition der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung Pmd_ij gleich der Wahrscheinlichkeit sein, dass das Erfassungsmodul erfasst, dass das Fahrzeug i K oder mehr Male während dieser Gebührenerhebungsperiode Tc in die Grenze eingefahren ist, das heißt, wenn es K oder mehr Abtastwerte von Positionen gibt, die während der Gebührenerhebungsperiode Tc von dem Onboard-Empfänger gemessen wurden, welcher ein Kreis des Radius RPL_ij, zentriert auf
innerhalb der Grenze liegt. Dementsprechend ist dieser allgemeine vorherige Ausdruck nach wie vor gültig: Pmdi ≤ ΣMk=K (Mk )(1 – IRx)k·(IRx)M-1
Es ist zu beachten, dass mit der Definition, die für eine Straßengrenze verwendet worden ist, die Wahrscheinlichkeit, dass ein Fahrzeug die beiden Erfassungsmodulprüfungen auf einer Straße besteht, und die am nahesten daran befindliche auch gleich oder kleiner dem vorherigen Ausdruck ist.
III. Analysenverfahren der Leistung eines Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Analysenverfahren und Auslegungsverfahren, das es ermöglicht, eine Beziehung zwischen der Leistung des Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems mit den beteiligten Szenariodaten und der Leistung des Empfängers herzustellen.
Das heißt, verschiedene Arten von Analysen, die zu dem Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystem zugehörig sind, können durchgeführt werden:

– Auslegung des Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems: Die geeignete Einstellung oder Auswahl der verschiedenen Parameter, die dieses definieren (Geometrie der der Gebührenerhebung unterliegenden Infrastruktur) dergestalt, dass bestimmte Verfügbarkeit der Gebührenerhebung und Leistung der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung nach Definition durch den Betreiber der Infrastruktur (Kommunalverwaltung, Straßenmeisterei, Staat u. s. w.) garantiert sind.
– Analyse der Merkmale eines Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems bei Vorgabe einer Reihe von Systemparametern:
– Vorwegnahme, welche Gebührenerhebungsmerkmale das System aufweisen wird, bevor es den Betrieb aufnimmt, und somit Einschätzung, ob die auf gestellten Anforderungen erfüllt werden, ohne dass kostspielige Versuche zur Ansammlung von Statistiken durchgeführt werden müssen.
– Vorwegnahme, welche Gebührenerhebungsmerkmale ein bereits in Betrieb befindliches System aufweisen wird, ohne angesichts möglicher Zahlungsforderungen oder möglichen Zahlungsverzuges über lange Zeiträume auf reale Betriebsstatistiken und breite Abtastuniversen zurückgreifen zu müssen.

Das Analysen- und Auslegungstool der Erfindung beruht auf den folgenden Komponenten und Algorithmen:

– Benutzerschnittstelle, die es ermöglicht, die verschiedenen Parameter, die die Systemleistung beeinflussen, wie zum Beispiel die Anzahl der Fahrzeuge, die annehmbare Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung, Beobachtungszeitraum u. s. w., einzuführen.
– Simulator für die verschiedenen GNSS-Systeme, insbesondere die Satellitenbewegung.
– Ein GIS-Tool, das es ermöglicht, die Grenzen für einen jeden Bereich, eine Straße der einen Straßenabschnitt zu konfigurieren.
– Eine 3D-Beschreibung der Straßen, Städte und ihrer Umgebungen.
– Ein Satellitensichtbarkeits-Analysentool für die verschiedenen Positionen des Benutzers, die angesichts seiner Position, der Geometrie der Umgebung und der simulierten Satellitenposition die Angabe sichtbarer Satelliten ermöglicht.
– Eine Darstellung des Leistung des Empfängers des Benutzers (Größen von RPLs, I_RX und Sicherheits-Flag) entsprechend der Anzahl von Satelliten in Sichtweite und anderer Merkmale desselben mit einem Modell auf Basis der Algorithmen, die in der Europäischen Patentanmeldung EP 05076289 genannt werden.
– Ein Verkehrsmodell, das erwartete Bahnen und ihre Häufigkeit des Auftretens bereitstellt.
– Ein Berechnungsvorgang nach Vorgabe in den folgenden Abschnitten IV und V in Abhängigkeit davon, ob die Analyse und Auslegung für ein Umkreis-Gebührenerhebungssystem beziehungsweise für ein Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystem bestimmt sind.

IV. Analvseverfahren der Leistung eines Umkreis-Gebührenerhebungssystems
Für ein automatisches Umkreis-Gebührenerhebungssystem wie das weiter oben hierin beschriebene ist es möglich, die Leistung desselben anhand der Konturbedingungen und der GNSS-Leistung mittels des unten vorgeschlagenen Verfahrens zu bestimmen und somit zu analysieren.
5 zeigt ein Blockschema der wichtigsten Schritte des Verfahrens.
Entsprechend der ermittelten Formel lautet das vorgeschlagene Verfahren für die Berechnung der Verfügbarkeit der Gebührenerhebung für ein gegebenes Szenario, das heißt für eine Grenze und einen bestimmten Wert von K, wie folgt:
S1. Ermitteln des GNSS-Leistungskennfeldes (D_RX und RPL): Die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens einer Position, die von dem Empfänger als sicher gekennzeichnet ist (DRx = DRx(Rri(t l / j), t l / j), sowie der erwarteten RPL-Werte, die zu diesen Positionsmessungen für einen gegebenen Integritätswert I_RX gehören, wird für einen jeden Punkt innerhalb des Bereiches und für einen jeden möglichen Abtastmoment entsprechend der Leistung des GNSS-Empfängers und der GNSS-Sichtbarkeitsbedingungen bestimmt.
S2. Ermitteln des Kennfeldes der Verfügbarkeit der Gebührenerhebung, das zu einem jeden Punkt und einem jeden Abtastmoment (p_j), definiert als die Wahrscheinlichkeit, dass wenn ein Fahrzeug den genannten Punkt zu dem genannten Moment passiert, es einen sicheren Positions-Abtastwert erzeugt, der der Erfassungsprüfung entspricht. Die Wahrscheinlichkeit der Erfassung für einen jeden Punkt innerhalb des Bereiches und einen jeden Abtastmoment wird zu dem gleichen p_j unter Verwendung für diesen Zweck des vorhergehenden Kennfeldes zusammen mit dem Ausdruck von r an einem jeden Punkt innerhalb des Bereiches wie weiter oben beschrieben berechnet: Pj = DRxj·rj wobei:

Dies ist die GNSS-Positionsverfügbarkeit (Du) an einem gegebenen Punkt und Moment entsprechend der Ermittlung in dem vorhergehenden Schritt; und
* r_j = r_j(z_rj): Dies ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Kreis des Radius RPLij, zentriert auf
mit den Bedingungen der Erfassungsprüfung übereinstimmt. Diese Wahrscheinlichkeit ist abhängig von dem realen Abstand zu der Grenze (z_ij) entsprechend dem folgenden Ausdruck:
wobei r_j für einen jeden Punkt in einem Abstand von der Grenze z_rj wie folgt berechnet wird: – Für 0 ≤ z_rj ≤ 2RPL; rj = P(εj →·nrj → < –RPLj) = 1 – IRx (in zrj = 0) rj = P(εj →·nrj → < RPL) = IRx (in zrj = 2RPL)und in den Punkten innerhalb des Bereiches:
wobei D derart definiert ist, dass P(x ε N(0, 1) > F) = 1 – Irx
– Für Abstände zu der Grenze von mehr als 2RPL ist r_j nahe 1 (größer als I_RX): Für 2RPL < z_rj rj = P(εj →·nrj → < RPL) ≥ IRx.

S3. Erzeugen eines Universums von Bahnen: Erzeugen des Universums möglicher Bahnen (Tr_i) entsprechend den verfügbaren Daten zu realem Verkehr in dem Bereich. Eine jede Bahn wird definiert durch die Folge von horizontalen Positionsvektoren, die das Fahrzeug auf der Bahn definiert, und durch die Häufigkeit oder Frequenz des Auftretens der Daten desselben (fr_i).
S4. Bestimmen der Verfügbarkeit der Gebührenerhebung für eine jede Bahn (Pd_i): Die Verfügbarkeit der Gebührenerhebung (Pd_i) wird für eine jede Bahn Tr_i mittels des folgenden Ausdruckes bestimmt: Pdi(k = l) = p1·p2·p3· ... ·pl·(1 – pl+1)·(1 – pl+2)· ... ·(1 – pm) + + p1·(1 – p2)·p3· ... ·pl·pl+1·(1 – pl+2)· ... ·(1 – pm) + + pl·(1 – p2)·(1 – p3)·p4· ... ·pl·pl+1·pl+2·(1 – pl+2)· ... ·(1 – pm) + + ... + p1(1 – p2)·(1 – p3)· ... ·(1 – pm-1)·pm-l+1·pm-l+2· ... ·pm + ... + (1 – p1)·p2·p3· ... ·pl+1·(1 – pl+2)·(1 – pl+3)· ... ·(1 – pm) + + (1 – p1)·p2·(1 – p3)·p4 ... ·pl+2·(1 – pl+3)· ... ·(1 – pm) + + ... + (1 – p1)·p2·(1 – p3)· ... ·(1 – pm-1)·pm-l+1·pm-l+2· ... ·pm + ... ... + (1 – p1)·(1 – p2)·(1 – p3)· ... ·(1 – pm-l-1)·pm-l·pm-l+1·pm-l+2· ... ·pm wobei p_j an einem jeden Punkt j der Bahn I des in dem Schritt 2 ermittelten Kennfeldes ist.
5. Bestimmen der durchschnittlichen Verfügbarkeit der Gebührenerhebung: Die durchschnittliche Verfügbarkeit der Gebührenerhebung wird anhand von Pdi und der Häufigkeit oder Frequenz des Auftretens einer jeden Bahn fr_i wie folgt ermittelt: Verfügbarkeit der Gebührenerhebung (Durchschnitt) = ΣPdi·fri
6. Bestimmen der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung als: Pmdi = ΣMk=K (Mk )(1 – IRx)k·(IRx)M-k wobei M die Gesamtzahl der Abtastwerte ist, die während der gesamten Gebührenerhebungsperiode von dem Onboard-Empfänger erzeugt werden kann.
7. Prüfen, ob die Leistung des Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems mit den existierenden Anforderungen kompatibel ist. Wenn dies nicht der Fall ist, prüfen, ob es möglich ist, die genannten Anforderungen durch Modifizieren von K zu erfüllen.
Es ist zu beachten, dass der Wert von K für den gleichen Wert von I_RX es ermöglicht, die Wahrscheinlichkeit von fehlerhafter Gebührenerhebung auf Kosten der Verringerung der Verfügbarkeit der Gebührenerhebung zu reduzieren. Andererseits verbessert die Verringerung von K die Verfügbarkeit der Gebührenerhebung auf Kosten der Verschlechterung der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung.
V. Analysenverfahren der Leistung des Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems für eine Straße
Für ein automatisches Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystem, wie das oben beschriebene ist es möglich, die Leistung desselben anhand der Konturbedingungen und der GNSS-Leistung mittels des unten vorgeschlagenen Verfahrens zu bestimmen und somit zu analysieren.
Zusätzlich zu der vorhergehenden Analyse (Bestimmen der Leistung des automatischen Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystems anhand bestimmter GNSS-Leistungs- und Konturbedingungen) ist es in diesem Fall möglich, direkt zu prüfen, ob dieses umsetzbar ist, um gleichzeitig die Anforderungen der Verfügbarkeit der Gebührenerhebung und der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung mittels des unten erläuterten Verfahrens zu erfüllen:

1. Der obere zulässige Grenzwert der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung für ein Fahrzeug, das die Straße nicht benutzt, wird anhand der Anzahl von Fahrzeugen, die physisch abseits der Straße bleiben (Np) und anhand der gewünschten Anforderung an die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung MD oder mehr Fahrzeuge durch die gesamte Tc (PMD) mittels des folgenden Ausdruckes bestimmt: PMD = ΣNPmd=MD (Npmd )Pmdmd·(1 – Pmd)Np-md
2. Die Anzahl von Punkten K des System-Erfassungsmoduls, die die geforderte Pmd garantieren, wird mit dem ermittelten Pmd-Wert und einer gegebenen bestimmten Integritätsleistung I_RX des Onboard-Empfängers mittels des folgenden Ausdruckes ermittelt: Pmdi = ΣMk=K (Mk )(1 – IRx)k·(IRx)M-k
3. Die Schar von Kurven, wie zum Beispiel die in dem Diagramm in 7, wird mit dem sich ergebenden K-Wert gebildet, und anhand der Werte I_RX und RPL für den Onboard-Empfänger und das gegebene Signalempfangs-Szenario, mittels des folgenden Ausdruckes von Pdi:
wobei: r = 1 – IRx; (d = 0) r = P(N(0, 1) < F·(dRPL – 1)); (0 < d < 2RPL) r = IRx;(d ≥ 2RPL)

Daher zeigt 7 mögliche Straßenkonfigurationen, für die es möglich ist, die Leistung der Verfügbarkeit der Gebührenerhebung und der Möglichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung entsprechend dem Integritätsniveau der OBU zu gewährleisten. Diese Grafik zeigt mögliche Lösungen für unterschiedliche Werte von 1 – /_RX, wobei die möglichen Lösungen diejenigen sind, die jeweils oberhalb einer jeden Kurve sind.
Die Anzahl von Punkten, während das Fahrzeug innerhalb der Grenze (m) festgestellt wird, die erforderlich sind, um die geforderte Verfügbarkeit der Gebührenerhebung zu garantieren, wird anhand der Schar von Kurven ermittelt.

4. Anhand einer gegebenen Länge des fraglichen Straßenabschnittes (L), einer Fahrzeug-Geschwindigkeit (V) und einer Verzögerungszeit zwischen Messungen (τc), wird die Anzahl verfügbarer Positions-Abtastwerte L/(V·τc) innerhalb der Grenze daraufhin geprüft, ob sie gleich oder größer als die Anzahl erforderlicher Abtastwerte m ist, die sich aus dem vorhergehenden Schritt ergibt. Es ist zu beachten, dass m die Anzahl der Punkte ist, in denen sich das Fahrzeug innerhalb der Grenze befindet und der Onboard-Empfänger versucht, einen Positions-Abtastwert bereitzustellen, und daher gleich der Zeit des dauerhaften Aufenthaltes des Fahrzeuges innerhalb der Grenze ist, geteilt durch die Dekorrelationszeit zwischen Messungen. Wenn dies nicht der Fall ist, bedeutet das, dass es nicht möglich ist, gleichzeitig die Anforderungen an die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung und an die Verfügbarkeit der Gebührenerhebung für das gegebene Szenario für einen beliebigen Wert von K zu erfüllen.
5. Wenn es nicht möglich ist, beide Anforderungen zu erfüllen, wenn es möglich ist, die Grenze von der Straße weg zu verschieben, die die Bedingungen derselben erfüllt, ist es möglich, die Verfügbarkeit der Gebührenerhebung zu erhöhen, indem die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung beibehalten wird. Indem faktisch eine gültigere entferntere Grenze ausgewählt wird (das heißt, eine Grenze, die die oben beschriebenen bedingenden Faktoren erfüllt), wird der Abstand d von dem Rand der Straße zu der Grenze erhöht, wodurch der Wert von r und daher von Pdi erhöht wird.

Beispielhaft zeigt 6 eine Kurve der Verfügbarkeit der Gebührenerhebung für ein automatisches Straßenbenutzungs-Gebührenerhebungssystem entsprechend (m) und (d/RPL). Insbesondere wird die Verfügbarkeit der Gebührenerhebung für die folgenden Werte berechnet: K = 5, I_RX = 2,8E-07 und D_RX = 50%

Claims

Automatisches Gebührenerhebungssystem, mit dem einem Fahrzeug (i) für die Nutzung einer Infrastruktur, die durch einen Grenze (100) begrenzt wird, während einer Gebührenerhebungsperiode Tc auf Basis von GNSS-Ortung mit garantierter Leistung Gebühren berechnet werden, wobei es umfasst: einen Onboard-Empfänger mit Integritätsgarantie bzw. OBU (30), der zusätzlich zum Bereitstellen von Positionsinformationen weitere Informationen bereitstellt, die sich auf den Fehler beziehen, der hinsichtlich der Position erwartet werden kann, wobei er besteht aus: einem Sicherheits-Flag (sicher/unsicher), wobei, wenn das Flag sicher ist, der Positionsauflösungsfehler in jeder Richtung eine obere Grenze, die das RPL-Maß ist, mit einer Wahrscheinlichkeit hat, die einem bekannten Wert (I_RX) gleich ist; und einem RPL (Radial Protection Level), d. h. dem Maß, das den horizontalen Positionsfehler entsprechend einer Richtung mit einer Wahrscheinlichkeit begrenzt, die dem bekannten Wert I_RX gleich ist, d. h.: P(|ε →·u →| > RPL) = 1 – IRx wobei u → ein beliebiger Einheitsvektor ist, ein Erfassungsmodul (70), das feststellt, dass sich das Fahrzeug in einem Moment innerhalb der Grenze befindet, in dem alle abgegrenzten Punkte eines Bereiches, der von einem Kreis des Radius RPL eingeschlossen wird, der auf die Position zentriert ist, innerhalb der Grenze liegen, und ein Gebührenerhebungsmodul (70), das das Ergebnis des Erfassungsmoduls verwendet, um festzustellen, dass das Fahrzeug die Infrastruktur während der Gebührenerhebungsperiode Tc benutzt hat.
Automatisches Gebührenerhebungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebührenerhebungsmodul feststellt, dass das Fahrzeug die Infrastruktur während der Gebührenerhebungsperiode Tc benutzt hat, wenn eine vordefinierte Zahl K von Positionen vorhanden ist, für die das Erfassungsmodul festgestellt hat, dass sich das Fahrzeug innerhalb der Grenze befindet, d. h. für K Positionen ein Bereich, der durch einen Kreis des Radius RPL eingeschlossen wird und darauf zentriert ist, und während Tc innerhalb der Grenze liegt, eingehalten ist, und wobei der Wert von K so gewählt wird, dass gewährleistet ist, dass die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung, d. h. die Wahrscheinlichkeit, dass dem Fahrzeug, das den Onboard-Empfänger trägt und während der Gebührenerhebungsperiode nicht innerhalb der Grenze gewesen ist, Gebühren in Rechnung gestellt werden, eingeschränkt wird, wobei die Beziehung zwischen K und der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung durch den folgenden Ausdruck gegeben ist: Pmdi ≤ ΣMk=K (Mk )(1 – IRx)M-k wobei M die Gesamtzahl unabhängiger Abtastwerte ist, die während der gesamten Gebührenerhebungsperiode Tc von dem Onboard-Empfänger in dem Fahrzeug i bezogen werden.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein automatisches Umkreis-Gebührenerhebungssystem ist, dessen Grenze (100) durch die Punkte aller Zufahrtsstraßen zu dem Gebührenerhebungsbereich markiert wird, nach denen ein Benutzer eines Fahrzeugs informiert wird, dass Gebührenpflicht besteht.
System nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass es ein automatisches Gebührenerhebungssystem für Straßenbenutzung ist, dessen Grenze so definiert ist, dass sie die Straße einschließt und keine andere Straße und keinen anderen Ort einschließt, die das Durchfahren oder den Aufenthalt von Fahrzeugen zulassen.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es ein automatisches Gebührenerhebungssystem für Benutzung einer Strecke der Straße ist, wobei die Strecke auf Basis der Summe von Längen von Straßenabschnitten berechnet wird, in die die Straße so unterteilt werden kann, so dass die einzige Zufahrt zu oder die einzige Ausfahrt aus jedem Abschnitt die Enden desselben sind.
System nach einem der Ansprüche 1–2 oder 4–5, dadurch gekennzeichnet, dass, um Gebühren zu erheben, die Richtung der Straße, auf der das Fahrzeug gefahren ist, dadurch festgestellt werden muss, dass geprüft wird, dass wenigstens zwei Positionen verfügbar sind, wobei die zeitliche Abfolge dieser Positionen die Fahrtrichtung definiert, und dass die durch einen Kreis mit dem Radius RPL definierten Bereiche, der darauf zentriert ist, einander nicht schneiden.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebühr davon abhängt, wie oft das Fahrzeug in die Infrastruktur eingefahren ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gebühr in der OBU mit Grenzdaten berechnet wird, die von einem Kontrollzentrum gesendet werden.
System nach einem der Ansprüche 1–7, wobei für verschiedene Fahrzeuge, die mit OBU ausgestattet sind, die Gebühr in einem Kontrollzentrum mit Positionsdaten, RPL und Sicherheits-Flags berechnet werden, die von jedem OBU gesendet werden.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die OBU ein Modul enthält, das für eine Zeit, die der Abtastperiode gleich ist, den optimalen Moment identifiziert, in dem der Abtastwert, – Position, Geschwindigkeit, RPL und Sicherheits-Flag – ermittelt wird, wobei der optimale Moment der Moment ist, in dem der Abtastwert einen minimalen RPL innerhalb der Gruppe von Messungen mit als sicher deklarierten Sicherheits-Flags hat, und der Wert der Abtastperiode als ein Wert ausgewählt wird, der größer ist als die Abtastperiode des Empfängers, größer ist als die Messungs-Korrelationszeit, so dass gewährleistet ist, dass die Fehler der Abtastwerte nicht korreliert werden, und kleiner ist als ein bestimmter Wert, der einen Gesamtpegel der Verfügbarkeit von Gebührenerhebung garantiert.
Verfahren zum Analysieren und Gestaltungen eines Umkreis-Gebührenerhebungssystems nach einem der Ansprüche 1–3 oder einem der Ansprüche 7–10, wenn abhängig von Anspruch 3, das die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen eines GNSS-Leistungskennfeldes (D_RX _, I_RX, RPL), Bestimmen der Wahrscheinlichkeit, dass eine Position von dem Empfänger DRx = DRx(Rri(tl j),tl j) als sicher markiert wird, sowie der erwarteten RPL-Werte, die mit seinen Positionsmessungen für einen bestimmten vorgegebenen Wert der Integrität I_RX verknüpft sind, entsprechend der Leistung des GNSS-Onboard-Empfängers und GNSS-Sichtbarkeitsbedingungen für jeden Punkt innerhalb der Grenze und für jeden Abtastmoment; Erzeugen eines Kennfeldes der Verfügbarkeit von Gebührenerhebung, das mit jedem Punkt innerhalb der Grenze und jedem Abtastmoment (p_j) verknüpft ist, Berechnen der Wahrscheinlichkeit, dass ein Fahrzeug, das sich zu diesem Moment an diesem Punkt befindet, einen sicheren Positions-Abtastwert erzeugt, und dass es von dem System-Erfassungsmodul erfasst wird, für jeden Punkt innerhalb der Grenze und jeden Abtastmoment, so dass es das GNSS-Leistungskennfeld zusammen mit dem folgenden Ausdruck von r für jeden Punkt innerhalb der Grenze verwendet: pj = DRxj·rj wobei: D_Rxj = D_Rx(Rr_i(t^l _j), t^l _j) die Verfügbarkeit der GNSS-Position (D_RX) an einem bestimmten Punkt und zu einem bestimmten Moment ist, wie sie im vorangegangenen Schritt ermittelt wurde; und r_j = r_j(Z_rj): die Wahrscheinlichkeit ist, dass ein Kreis des Radius RPLij, der auf
zentriert ist, innerhalb der Grenze liegt, wobei dies eine Funktion nur des Abstandes von dem Punkt zu der Grenze (Z_rj) und des erwarteten RPL-Wertes an dem Punkt ist; Erzeugen eines Universums möglicher Bahnen (Tr_i) entsprechend den verfügbaren realen Verkehrsdaten für die Straße, wobei jede Bahn durch eine Sequenz horizontaler Positionsvektoren, die das Fahrzeug auf der Straße definiert, sowie durch die Frequenz von Daten des Auftretens desselben (fr_i) definiert wird; Feststellen der Verfügbarkeit von Gebührenerhebung für jede Bahn (Pd_i), Feststellen der Verfügbarkeit von Gebührenerhebung für jede Bahn Tr_i mittels einer Formel, die eine Funktion lediglich der Anzahl von Punkten K, die das Gebührenerhebungsmodul des Systems erfordert, der Verfügbarkeit von Gebührenerhebung an jedem Punkt der Bahn, der Dekorrelationszeit des Fehlers, der mit dem GNSS-Empfänger ermittelten Positionen, der GNSS-Verfügbarkeit, der Länge der Bahn, die innerhalb des Umkreises liegt und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf der gesamten Bahn ist, Bestimmen der durchschnittlichen Verfügbarkeit von Gebührenerhebung anhand von Pd_i und der Frequenz des Auftretens jeder Bahn fri als: Verfügbarkeit von Gebührenerhebung (Durchschnitt) = ΣPdi·fri Bestimmen der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung als: Pmdi ≤ ΣMk=K (Mk )(1 – IRx)M-k wobei M die Gesamtzahl von Abtastwerten ist, die durch den Onboard-Empfänger während der gesamten Gebührenerhebungsperiode Tc erzeugt werden kann; und Prüfen, ob die Leistung des Straßen-Gebührenerhebungssystems mit den Leistungsanforderungen des existierenden Systems kompatibel ist, und, wenn dies nicht der Fall ist, Prüfen, ob es möglich ist, den Anforderungen zu entsprechen, indem K modifiziert wird.
Verfahren zum Analysieren und Gestalten eines Straßen-Gebührenerhebungssystems nach einem der Ansprüche 1–2 oder 4–6 oder einem der Ansprüche 7–10, wenn abhängig von einem der Ansprüche 4–6, das es für einen vorgegebenen Straßenabschnitt, der durch seine Form, insbesondere Länge L und Abstand d zwischen dem Rand der Straße und der Grenze, sowie durch die Form seiner Umgebung charakterisiert wird, ermöglicht, die Leistung des Systems hinsichtlich der Verfügbarkeit von Gebührenerhebung und der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung als eine Funktion der Anzahl von Positionen K, die das Gebührenerhebungsmodul erfordert, zu analysieren, wobei die Berechnung der Verfügbarkeit von Gebührenerhebung unter Verwendung einer konservativen Näherung auf Basis der folgenden Hypothesen durchgeführt wird: das Fahrzeug befindet sich ständig auf der Straße, auf der Fahrzeuge fahren, und am äußeren Rand der Straße; der Abstand des Letzteren zu der Grenze ist „d", charakteristisch für die Infrastruktur, und wird in dem Abschnitt als konstant angenommen; die Positionsfehler für Wahrscheinlichkeiten der Größenordnung der Verfügbarkeit können konservativ durch eine Gauss-Verteilung mit dem Mittelwert Null mit einer Standard-Abweichung begrenzt werden, die als RPL/F berechnet werden, wobei F der Faktor ist, der mit der Wahrscheinlichkeit I_RX der Gauss-Verteilung verknüpft ist, wobei der Berechnungsprozess wie folgt abläuft: die oberen zulässigen Grenze der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung für ein Fahrzeug, das die Straße nicht benutzt, Pmd, wird anhand der Anzahl von Fahrzeugen, die der Straße Np fernbleiben, sowie anhand einer gewünschten Anforderung für die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung von MD oder mehr Fahrzeugen während der Gebührenerhebungsperiode Tc (PMD) bestimmt, wobei der folgende Ausdruck durch Iteration aufgelöst wird: PMD = ΣNPmd=MD (Npmd )Pmdmd·(1 – Pmd)Np-md die Anzahl von Punkten K an dem System-Erfassungsmodul, die die erforderliche Pmd gewährleisten, wird mit dem ermittelten Pmd-Wert und einer vorgegebenen bestimmten Leistung der Integrität (I_RX) des Onboard-Empfängers mittels des folgenden Ausdrucks bestimmt: Pmdi ≤ ΣMk=K (Mk )(1 – IRx)M-k eine Schar von Kurven wird mit dem resultierenden Wert K und den vorgegebenen Werten von I_Rx und RPL für den Onboard-Empfänger und einem vorgegebenen Signalempfangs-Szenario mittels des folgenden Ausdrucks von Pdi konstruiert:
wobei r = 1 – IRx; (d = 0) r = P(N(0, 1) < F·(dRPL – 1)); (0 < d < 2RPL) r = IRx; (d ≥ 2RPL)die Anzahl von Punkten m, die erforderlich ist, um die geforderte Verfügbarkeit von Gebührenerhebung zu garantieren, wird anhand der Schar von Kurven ermittelt; und es wird geprüft, ob die Anzahl verfügbarer Positions-Abtastwerte L/(V·_τC) innerhalb der Grenze genauso groß ist wie oder größer als die Anzahl notwendiger Abtastwerte m, die aus dem vorangegangenen Schritt resultiert, wenn eine Länge L des Straßenabschnitts, eine Geschwindigkeit V des Fahrzeugs und eine Dekorrelationszeit zwischen Messungen gegeben ist, und wenn dies nicht der Fall ist, bedeutet es, dass es nicht möglich ist, gleichzeitig die Anforderungen hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung und der Verfügbarkeit von Gebührenerhebung für das gegebene Szenario für jeden Wert K zu erfüllen.
Verfahren zum Analysieren und Gestalten eines Straßen-Gebührenerhebungssystems für Straßen nach Anspruch 12, das das Anwenden des gleichen Verfahrens zum Identifizieren der Straßenabschnitte ermöglicht, die bestimmte vorgegebene Anforderungen hinsichtlich der Verfügbarkeit von Gebührenerhebung und der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung erfüllen.
Verfahren zum Analysieren und Gestalten eines Straßen-Gebührenerhebungssystems für Straßen nach Anspruch 12, wobei der RPL-Wert des Weiteren als bekannte Funktion von I_RX entsprechend den Merkmalen des Empfängers modelliert wird, und das es für einen vorgegebenen Straßenabschnitt, der durch seine Form, insbesondere Länge L und Abstand d zwischen dem Rand der Straße und der Grenze, sowie durch die Form seiner Umgebung gekennzeichnet ist, wenn bestimmte Anforderungen hinsicht lich der Verfügbarkeit von Gebührenerhebung und der Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Gebührenerhebung gegeben sind, ermöglicht, den Wert I_RX des Empfängers zu bestimmen, der die Anforderungen erfüllt.