EP0919000A1 - Verfahren zur identifizierung eines fahrzeugs auf einer strasse - Google Patents

Verfahren zur identifizierung eines fahrzeugs auf einer strasse

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EP0919000A1
EP0919000A1 EP97931722A EP97931722A EP0919000A1 EP 0919000 A1 EP0919000 A1 EP 0919000A1 EP 97931722 A EP97931722 A EP 97931722A EP 97931722 A EP97931722 A EP 97931722A EP 0919000 A1 EP0919000 A1 EP 0919000A1
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EP
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vehicle
beacon
speed
data transmission
sensor
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EP97931722A
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Wilhelm Grabow
Rainer Schmedding
Wolfgang Detlefsen
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Kapsch AG
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G07B15/063—Arrangements for road pricing or congestion charging of vehicles or vehicle users, e.g. automatic toll systems using wireless information transmission between the vehicle and a fixed station
    • G—PHYSICS
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    • G—PHYSICS
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    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications

Definitions

  • the invention is based on a method for
  • Identification of a vehicle on a road which is located in the short-range transmission reception field of a beacon and carries out data transmission with its vehicle device, according to the preamble of the main claim.
  • the inventive method for identifying a vehicle with the characterizing features of the main claim has the advantage that the proposed solution is a simple method for unambiguous assignment of a vehicle position and data transmission using the speed measurement on a single beacon and a sensor. It is particularly advantageous that the method has no special requirements or changes with regard to the
  • Carrier frequency, bandwidth, modulation or transmission of special data sequences It is therefore fundamentally compatible with the future standard of short-range data transmission at 5.8 GHz for traffic applications.
  • the relative ones detected by the beacon and the sensor are fundamentally compatible with the future standard of short-range data transmission at 5.8 GHz for traffic applications.
  • the speed measurement of the beacon and the sensor takes place simultaneously, since the correlation of the speeds then represents a reliable measure of the identity of the vehicle.
  • the speed measurement can take place every time the vehicle attempts to communicate.
  • a second beacon can also carry out a speed measurement.
  • the arrangement of the beacons should advantageously be arranged symmetrically to the lane. In order to achieve redundancy of the measurements, the measurement should be repeated at certain time intervals.
  • the entire process can be used for automatic fee collection and control of user authorizations.
  • Figure 1 shows a first embodiment
  • Figure 2 shows a second embodiment
  • FIG. 1 shows a section of a road (10) with two lanes, a vehicle 1 (Fl) on the left, a vehicle 2 (F2) on the right lane moving towards the beacon (3).
  • the vehicle 1 (Fl) travels at a speed v x and has a vehicle device (on board unit, OBU 4) with which it transmits data to the beacon (3) in the microwave frequency range, preferably at 5.8 GHz, for example using the transponder method.
  • OBU 4 on board unit
  • the beacon has corresponding transmitters with one or two antennas that illuminate part of the street as a communication zone. Your transmission frequencies can be set according to DE-OS 42 13 880.
  • Such a transceiver is known for example from DE 41 07 803 AI and therefore need not be explained in more detail.
  • the signals emitted by vehicles 1 and 2 are received by the beacon (3). It is important that every beacon transfers data from the vehicle to the beacon directly from the vehicle speed signal received in the beacon. The speed is measured by the arrangement of the communication zones - seen in the direction of travel in front of the beacons - when driving in the direction of the beacon. A suitable method is described in DE 43 31 286. The type of modulation used in the vehicle device (4) and the principle of downmixing in the beacon are advantageously used. The additional circuitry of a corresponding evaluation unit in the beacon is comparatively small and, in so far, is particularly inexpensive. The speed of the vehicles cannot be measured directly because the vehicles do not move in the direct direction of the beacon, but pass it. The measured speeds v 1R and v 2R on the beacon are lower than the actual ones
  • the beacon measures that
  • ⁇ and ß are the respective angles between the vehicles and the beacon in the xy plane and ⁇ lf ⁇ 2 the angles in the xz plane.
  • the position and the speed of the vehicles must be determined by sensors S1 and S2. It is possible to use all sensors that can determine position and measure speed.
  • the sensors S1 and S2 determine the position of the vehicles F1 and F2 at X ⁇ , y 1 , z 1 and x 2 ; y 2 , z 2 m * * -t the speeds v x and v 2 (6).
  • the speed measured by the sensor In order to enable the assignment of the vehicle position to the measured associated speeds, the speed measured by the sensor must be corrected as if it had been measured from the beacon (3).
  • the comparison also allows an assessment of the quality of the result. The smaller the difference between the measured speeds (v R * - v R ), the more certain the result. If the same speeds are measured for both vehicles, an assignment during this data transmission is not possible. The next data transfer, which typically takes place after a few meters of driving, will deliver different speeds due to changed geometric conditions, and thus show a usable result. If the vehicles are stationary, no speed can be measured and an assignment is not possible at this moment. In this case, the vehicles remain in the communication zone for a long time. The beacon can then be queried when the vehicles start up be performed. The start-up itself is detected by the sensor system.
  • the proposed method represented a simple solution for assigning vehicle position and data transmission by means of speed measurement. Since the method does not impose any special requirements or changes with regard to carrier frequency, bandwidth, modulation or transmission of special data sequences, the method is fundamentally compatible with the future standard of short-range data transmission at 5 .8 GHz for traffic applications.
  • the sensors can simultaneously be able to classify a vehicle in groups such as. B. cars or trucks as z. B. for the Access authorization or for automatic fee collection is necessary.
  • groups such as. B. cars or trucks as z. B. for the Access authorization or for automatic fee collection is necessary.
  • video technology it is still possible to document false and non-paying users.

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Abstract

Erfindungsgemäss wird ein Verfahren zur Identifizierung eines Fahrzeugs (F1) vorgeschlagen, bei dem das Fahrzeug im Kurzreichweitenbereich mit mindestens einer Bake (3) eine Datenübertragung durchführt. Durch diese Datenübertragung sowie durch die Daten eines Sensors (51) kann eine Zuordnung von Datenübertragung und Fahrzeugposition innerhalb der Kommunikationszone vorgenommen werden. Aus dem vom Fahrzeug (F1) gesendeten und an der Bake (3) empfangenen Datenübertragungssignal werden an der Bake (3) eine relative Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt. Der Sensor (51) liefert sogleich ebenfalls Informationen über Geschwindigkeit und Position des Fahrzeugs. Aus dem Geschwindigkeitsverhältnis oder aus mehreren Geschwindigkeitsverhältnissen wird die Fahrspur und so die Position des datensendenden Fahrzeugs (F1) bestimmt. Eine bevorzugte Anwendung ist bei der Abbuchung von Strassenbenutzungsgebühren oder bei der Prüfung einer Fahrberechtigung vorgesehen.

Description

Verfahren zur Identifizierung eines Fahrzeugs auf einer
Straße.
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur
Identifizierung eines Fahrzeugs auf einer Straße, das sich im kurzreichweitigen Sendeempfangsfeld einer Bake befindet und mit seinem Fahrzeuggerät eine Datenübertragung durchführt, nach der Gattung des Hauptanspruches.
Im Bereich eines umfassenden Verkehrsmanagments gibt es zukünftig viele neue Diente, bei denen die Position desjenigen Fahrzeuges ermittelt werden muß, mit dem gerade eine Kommunikation durchgeführt wird. Insbesondere bei gebührenpflichtigen Diensten, beispielsweise bei der automatischen Erhebung von Straßenbenutzungsgebühren oder bei der Prüfung von Benutzungsberechtigungen bestimmter Fahrzeuge auf bestimmten Fahrspuren, muß sichergestellt werden, daß auch für die Fälle, wenn sich mehrere Fahrzeuge auf mehreren Spuren im Sendeempfangsbereich einer Bake befinden, die momentane Datenübertragung zu einem einzigen Fahrzeug zugeordnet wird. Durch eine entsprechende gezielte Auswertung können diejenigen Fahrzeuge durch Videoaufnahmen oder Fotos festgehalten werden, die keine Benutzungsberechtigung besitzen. Aus der Veröffentlichung „Micro strip array antenna for an automatic road pricing System", European Microwave Conference 1993, Madrid, Seite 351-353, ist schon bekannt, mittels mehrerer Mikrowellenantennen auf einer Fahrspur so schmale Kommunikationszonen zu bilden, daß sich jeweils nur ein einziges Fahrzeug innerhalb der Kommunikationszone befinden kann. Hierbei sind z. B. mehrere festausgerichtete Antennen pro Fahrspur zur Erzeugung mehrerer schmaler Kommunikationszonen vorgesehen. Gemäß der DE-OS 42 22 014 ist an der Bake eine Antennenanordnung vorgesehen, die auf elektronischem Wege eine Nachführung, ein Richtdiagramm, auf ein bestimmtes Fahrzeug derart erzeugt, daß auf das betreffende Fahrzeug eine Hauptempfangskeule gerichtet ist und in Richtung des jeweils anderen, benachbarten Objekt die Empfangsdämpfung gegenüber der Hauptempfangskeule hoch ist.
Der technische Aufwand dieser Lösungen ist vergleichsweise groß. Ein weiteres Probleme ergibt sich auch dadurch, daß größer Kommunikationszonen, in der sich mehrere Fahrzeuge befinden können, nicht möglich sind. Andererseits ist es jedoch wünschenswert, bestimmte gebührenfreie Informationsund Warndienst an möglichst viele Fahrzeuge zu übermitteln, wenn z. B. in Folge eines Unfalls ein Verkehrsstau droht oder witterungsbedingte Störungen vorliegen. Des weiteren steht bei einer großen Kommunikationszone mehr Zeit zur Datenübertragung zur Verfügung, so daß auch sehr schnell fahrende Fahrzeuge sicher erfaßt werden können.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Identifizierung eines Fahrzeugs mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, daß die vorgeschlagene Lösung ein einfaches Verfahren für die eindeutige Zuordnung einer Fahrzeugposition und einer Datenübertragung mit Hilfe der Geschwindigkeitsmessung an einer einzelnen Bake und einem Sensor darstellt. Besonders vorteilhaft ist, daß das Verfahren keine besonderen Anforderungen oder Änderungen hinsichtlich der
Trägerfrequenz, Bandbreite, Modulation oder Übertragung spezieller Datensequenzen stellt. Es ist daher grundsätzlich kompatibel, zum künftigen Standard der kurzreichweitigen Datenübertragung bei 5,8 GHz für Verkehrsanwendungen. Die von der Bake und dem Sensor erfaßten relativen
Geschwindigkeiten werden verglichen, wobei die Korrelation ein Maß für die eindeutige Erkennung eines Fahrzeugs darstellt .
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
So ist es von Vorteil, wenn die Geschwindigkeitsmessung von Bake und Sensor gleichzeitig erfolgt, da dann die Korrelation der Geschwindigkeiten ein sicheres Maß für die Identität des Fahrzeugs darstellt. Dabei kann die Geschwindigkeitsmessung bei jedem Kommunikationsversuch des Fahrzeugs erfolgen.
Die Messungen können am einfachsten vom Sensor ausgelöst werden.
Um eine noch höhere Zuverlässigkeit des Verfahrens zu erreichen, kann einen zweite Bake ebenfalls einen Geschwindigkeitsmessung durchführen.
Die Anordnung der Baken sollte dabei vorteilhafterweise symmetrisch zur Fahrspur angeordnet werden. Um eine Redundanz der Messungen zu erreichen, sollte die Messung in gewissen Zeitabständen wiederholt werden.
Das gesamte Verfahren läßt sich für automatische Gebührenerhebung und Kontrollen von Benutzungsberechtigungen einsetzen.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, Figur 2 eine zweite Ausführungsform.
Ausführungsbeispiel
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Straße (10) mit zwei Fahrspuren, wobei sich ein Fahrzeug 1 (Fl) auf der linken, ein Fahrzeug 2 (F2)auf der rechten Fahrspur auf die Bake (3) zubewegen. Das Fahrzeug 1 (Fl) fährt mit einer Geschwindigkeit vx und hat ein Fahrzeuggerät (On board unit, OBU 4) , mit dem es im Mikrowellenfrequenzbereich, vorzugsweise bei 5,8 GHz, beispielsweise nach dem Transponderverfahren eine Datenübertragung zu der Bake (3) durchführt. Die Bake hat entsprechende Sender mit ein oder zwei Antennen, die einen Teil der Straße als Kommunikationszone ausleuchten. Ihre Sendefrequenzen können dabei entsprechend der DE-OS 42 13 880 eingestellt sein. Eine derartige Sendeempfangseinrichtung ist beispielsweise aus der DE 41 07 803 AI bekannt und muß daher nicht näher erläutert werden. Die von den Fahrzeugen 1 und 2 ausgesendeten Signale werden von der Bake (3) empfangen. Wichtig ist, daß jede Bake bei der Datenübertragung vom Fahrzeug zur Bake die Fahrzeuggeschwindigkeit direkt aus dem in der Bake empfangenen Signal ermittelt. Die Geschwindigkeit wird durch die Anordnung der Kommunikationszonen - in Fahrtrichtung gesehen vor den Baken - grundsätzlich bei der Fahrt in Richtung auf die Bake zu gemessen. Ein geeignetes Verfahren wird in der DE 43 31 286 beschrieben. Dabei wird vorteilhaft die im Fahrzeuggerät (4) verwendete Modulationsart sowie das Prinzip der Herabmischung in der Bake genutzt. Der zusätzliche Schaltungsaufwand einer entsprechenden Auswerteeinheit in der Bake ist vergleichsweise gering und in sofern besonders kostengünstig. Die Messung der Geschwindigkeit der Fahrzeuge kann nicht direkt erfolgen, da sich die Fahrzeuge nicht in direkter Richtung auf die Bake zubewegen, sondern an ihr vorbeifahren. Die gemessenen Geschwindigkeiten v1R und v2R an der Bake sind geringer als die tatsächlichen
Fahrzeuggeschwindigkeiten vx und v2. Die Bake mißt die
Geschwindigkeit (5) v1R = Vjicosα cosγ-. und 2R = v2cosß cosγ2. α und ß sind die jeweiligen Winkeln zwischen den Fahrzeugen und der Bake in der xy-Ebene und γlf γ2 die Winkel in der xz- Ebene. Zusätzlich zu der Geschwindigkeitsmessung der Bake (5) muß die Position und die Geschwindigkeit der Fahrzeuge von Sensoren Sl und S2 bestimmt werden. Dabei ist der Einsatz aller Sensoren möglich, die eine Positionsbestimmung und eine Geschwindigkeitsmessung durchführen können.
Geeignet sind z. B. Induktionsschleifen in der Straße, oder Radar-, Video- oder Infrarotsensoren. Die Sensoren Sl und S2 bestimmen die Position der Fahrzeuge Fl und F2 zu Xι,y1,z1 und x2;y2,z2 m**-t den Geschwindigkeiten vx und v2 (6) . Um die Zuordnung der Fahrzeugposition zu dem gemessenen dazu gehörigen Geschwindigkeiten zu ermöglichen, muß die vom Sensor gemessene Geschwindigkeit so korrigiert werden, als wäre sie von der Bake (3) aus gemessen worden. Für die bekannte Bakenposition xB, yB, zB können nun die Winkel α* und ß*, sowie y-.* und γ2* unter denen die Bake die Signale hätte messen können, in der Auswerteeinheit (7) bestimmt werden.
YI-YB * j(Xl - XB) 2+ (Yl - YB) α =arctg i =arct
.* Y2-YB (X2 - XB) 2+(Y2 - YB) ß =arctg 2 =arct
Damit liegen die aus den Sensordaten berechneten Geschwindigkeiten v1R* = vl cosα* cosγi* und v2R * = v2 cosß* cosγ2* fest.
Der Vergleich (8) der von der Bake gemessenen Geschwindigkeit v1R und v2R mit den aus dem Sensordaten berechneten Geschwindigkeiten v1R * und v2R * erlauben eine Zuordnung der Fahrzeugpositionen zu den während der Datenübertragung gemessenen Geschwindigkeiten.
Damit ist die erforderliche Zuordnung von Fahrzeugposition und Datenübertragung hergestellt. Der Vergleich erlaubt zudem eine Beurteilung der Qualität des Ergebnisses. Je geringer die Differenz der gemessenen Geschwindigkeiten (vR* - vR) ist, desto sicherer ist das Ergebnis. Werden gleiche Geschwindigkeiten für beide Fahrzeuge gemessen, ist eine Zuordnung während dieser Datenübertragung nicht möglich. Die nächste Datenübertragung, die typischerweise nach wenigen Metern Fahrstrecke stattfindet, wird aber bedingt durch veränderte geometrische Verhältnisse unterschiedliche Geschwindigkeiten liefern, und somit ein verwertbares Ergebnis zeigen. Stehen die Fahrzeuge still, ist keine Geschwindigkeit meßbar und eine Zuordnung in diesem Moment nicht möglich. In diesem Fall verbleiben die Fahrzeuge aber lange in der Kommunikationszone . Das Abfragen durch die Bake kann dann beim Anfahren der Fahrzeuge durchgeführt werden. Das Anfahren selbst wird durch das Sensorsystem detektiert. Das vorgeschlagene Verfahren stellte eine einfache Lösung zur Zuordnung von Fahrzeugposition und Datenübertragung durch Geschwindigkeitsmessung dar. Da das Verfahren keine besonderen Anforderungen oder Änderungen hinsichtlich Trägerfrequenz, Bandbreite, Modulation oder Übertragung spezieller Datensequenzen stellt, ist das Verfahren grundsätzlich kompatibel zum zukünftigen Standard der kurzreichweitigen Datenübertragung bei 5,8 GHz für Verkehrsanwendung.
Weitere Ausführungsbeispiele
Durch die Installation von mehr als einer Bake kann die
Zuverlässigkeit der Zuordnung der Datenübertragung zu den gemessenen Fahrzeugpositionen erhöht werden, da mehrere Geschwindigkeitswerte vR1...n pro Fahrzeug der jeweiligen Baken l...n zur Verfügung stehen. Die Meßwerte können über die übertragenen Daten eindeutig den Fahrzeugen zugeordnet werden. Im Bild 2 ist ein System mit zwei Baken (3) und (12) beispielhaft dargestellt. Durch die zusätzliche Information der n-fachen Geschwindigkeitsmessung (5, 5"*) ist immer eine eindeutige Zuordnung der Position zu erwarten.
Durch wiederholte Abfragen der Baken können mehrfache Geschwindigkeitsmessungen vorgenommen werden. Durch mehrfachen Vergleich der Meßergebnisse mit den berechneten Werten ist durch Korrelation eine sicherere Zuordnung gewährleistet.
Die Sensoren können neben der Positionsbestimmung und der Geschwindigkeitsbestimmung gleichzeitig in der Lage sein, eine Fahrzeugklassifikation in Gruppen wie z. B. PKW oder LKW durchzuführen, wie sie z. B. für die Zufahrtsberechtigung oder für eine automatische Gebührenerhebung notwendig ist . Beim Einsatz von Videotechnik ist weiterhin die Dokumentation von Falsch- und Nichtbezahlern möglich.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Identifizierung eines Fahrzeuges (Fl) , das sich auf einer Straße in kurzreichweitigem Sendeempfangsfeld einer Bake (3) bewegt und mit seinem Fahrzeuggerät (4) eine Datenübertragung zu der Bake durchführt, wobei in einer ortsfesten Auswerteeinhei (7) aus dem übertragenen Datensignal eine erste Geschwindigkeit (vR) des Fahrzeugs relativ zu dieser Bake ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine zweite Geschwindigkeit (vj) und die Position des Fahrzeugs von einem Sensor (Sl) erfaßt wird und die Identität des Fahrzeugs durch Korrelation der ersten Geschwindigkeit und der aus den Sensordaten ermittelten Geschwindigkeit (v^ festgelegt wird, wobei unter Berücksichtigung des Ortes der Bake eine der gemessenen Geschwindigkeiten korrigiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Geschwindigkeitsmessung der Bake (3) und des Sensors (Sl) vorzugsweise zum gleichen Zeitpunkt geschieht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Datenübertragung vom Fahrzeug zu der Bake (3) eine Geschwindigkeitsmessung vorgenommen wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Start der Geschwindigkeitsmessung durch einen Sensor ausgelöst wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Bake (12) zur Geschwindigkeitsmessung verwendet wird, die von der ersten Bake (3) derart räumlich getrennt angeordnet ist, daß zwischen dem Fahrzeug und den beiden Baken gleichzeitig oder innerhalb eines kurzen Zeitabschnittes eine Datenübertragung stattfindet.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Baken (3,12) auf eine Fahrspur gerichtet sind und vorzugsweise rechts, links oder oberhalb der Fahrspur, vorzugsweise symmetrisch zur Fahrbahnmitte, angeordnet sind.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsmessungen (vlf v2, v3) in einem vorher gegebenen zeitlichen Abstand wiederholt durchgeführt werden.
8. Verfahren Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragung für vorgegebene Dienste, vorzugsweise zur Gebührenabbuchung oder Prüfung einer Fahrberech igung verwendet werden.
EP97931722A 1996-08-17 1997-07-09 Verfahren zur identifizierung eines fahrzeugs auf einer strasse Withdrawn EP0919000A1 (de)

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