EP1099203A2 - Verfahren zur erfassung eines verkehrszustandes von fahrzeugen und anordnung zur erfassung des verkehrszustandes - Google Patents

Description

Beschreibung

Verfahren zur Erfassung eines Verkehrszustandes von Fahrzeugen und Anordnung zur Erfassung des Verkehrszustandes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung eines Verkehrszustandes von Fahrzeugen und eine Einrichtung zur Erfassung eines solchen Verkehrszustandes.

Für den zielführenden Einsatz von Verkehrsleitsystemen, eine sinnvolle Abstimmung der Schaltphasen von Lichtsignalanlagen als auch für die verkehrsgerechte Bestimmung von Verkehrswegebaumaßnahmen ist eine möglichst umfassende rechnergestützte Simulation und Prognostik von Verkehrsströmen notwen- dig. Zur Abstimmung der dazu verwendeten Programme mit den realen Verhältnissen müssen allerdings umfassende Kenntnisse über die tatsächliche Verkehrslage in den zu betrachtenden Gebieten vorhanden sein. Hierbei ist es insbesondere in Ballungsgebieten nicht ausreichend, nur einzelne Verkehrswege bezüglich der Verkehrsströme zu erfassen, sondern es wird ein möglichst vollständiges Verkehrslagebild einschließlich eventueller Alternativrouten, Ausweichstrecken usw. benötigt.

Die zur Optimierung des Verkehrsflusses wichtige Erfassung des Ist-Verkehrszustandes wird bislang über Meßvorrichtungen an der Infrastruktur, beispielsweise im Straßenverkehr über Meßschleifen in der Fahrbahn oder durch sehr personalintensive Verkehrszählungen, durchgeführt. Diese Maßnahmen sind allerdings sehr stark lokal beschränkt und ermöglichen keinen Gesamtüberblick. Des weiteren haben sie, je nach richtiger oder falscher Wahl des Meßortes, möglicherweise nur geringe Aussagekraft. Zudem sind Meßvorrichtungen an der Infrastruktur ortsgebunden und mit deutlichen Kosten sowohl bei der Installation als auch beim Unterhalt verbunden. Aus diesen Gründen sind diese Meßmethoden in der Regel auf wenige Stellen beschränkt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur großräumigen Erfassung eines Verkehrszustandes von Fahrzeugen bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.

Gemäß dieser Lösung wird von einem in einem Abstand über der Erdoberfläche sich befindenden Körper aus ein Bild von einem Gebiet, das sich unterhalb des Körpers auf und/oder über der Erdoberfläche befindet und einen lateralen Durchmesser von mindestens einem Kilometer aufweist, mit einem so kleinen Rastermaß aufgenommen, daß Dichten zumindest einer bestimmten im Gebiet befindlichen Art Fahrzeuge bis zu einer vorbestimm- ten maximalen Dichte zu erkennen sind, und das aufgenommene Bild wird hinsichtlich wenigstens einer Dichte zumindest der einen Art Fahrzeuge ausgewertet.

Als Körper wird vorzugsweise ein die Erde umkreisender Erdsa- tellit verwendet (Anspruch 2). Ein solcher Satellit hat wegen seines großen Abstandes von der Erdoberfläche in der Größenordnung von 100 km den Vorteil, daß besonders große Gebiete von beispielsweise 50 mal 100 km Fläche, jedenfalls ein Gebiet, das einen Durchmesser in der Größenordnung von zehn Ki- lometern aufweist (Anspruch 3), überwacht werden können.

Damit kann vorteilhafterweise ein Verkehr jeder Gattung und/oder Art Fahrzeuge, darunter schienenungebundene Landfahrzeuge, beispielsweise jede Art Personen- und/oder Last- kraftwagen, schienengebundene Fahrzeuge, beispielsweise jede Art Eisenbahnzüge für den Personen- oder Güterverkehr, Wasserfahrzeuge, beispielsweise jede Art Passagier- und Frachtschiffe sowohl auf See als auch auf Binnenwasserstraßen sowie Luftfahrzeuge, beispielsweise jede Art Passagier- und Fracht- flugzeug, in bislang nicht bekannter und nicht möglicher

Großräumigkeit schnell und sicher überwacht werden. Insbesondere können vorteilhafterweise Fahrzeuge sowohl getrennt nach deren Gattung und/oder Art als auch ungeachtet der Gattung und/oder Art der Fahrzeuge insbesondere gleichzeitig überwacht werden.

Mit einem einzigen die Erde umkreisenden Satelliten können alle zwei bis vier Tage Einzelbilder und zeitliche Folgen von Bildern vom selben Gebiet angefertigt werden.

Als Korper kann auch ein geostationarer Erdsatellit verwendet werden (Anspruch 4), der vorteilhafterweise eine standige Überwachung eines Verkehrs in einem Gebiet von beinahe der Große einer ganzen Hemisphäre, beispielsweise des Schiffsverkehrs im Atlantik oder Pazifik ermöglicht.

Von einem Erdsatelliten aus können Bilder der großen Gebiete mit ausreichend großer Auflosung optisch erzeugt werden, jedoch ist diese Aufnahmeart tageszeit- und wetterabhangig. Wird dagegen zur Aufnahme der Bilder eine Radarstrahlung verwendet, können die Bilder vorteilhafterweise zu jeder Tages- zeit und bei πedem Wetter aufgenommen werden. Allerdings müssen eine Radarstrahlung und ein Radarsystem verwendet werden, die Bilder mit einem ausreichend kleinen Rastermaß, das einer ausreichend großen Auflosung entspricht, ermöglichen. Als untere Grenze des Rastermaßes wird zumindest in bezug auf den Straßenverkehr ein Maß von 2 m angesehen, um Spurlagen differenzieren zu können. Dabei können Dichten der Straßenfahrzeuge eindeutig erkannt und zugeordnet werden, da die Fahrzeuge andere Reflexionsgrade als die Fahrwege besitzen und damit entsprechende Helligkeitsunterschiede in den aufgenom- menen Bildern bestehen.

Anstelle eines Korpers in Form eines Satelliten kann bei dem erfmdungsgemaßen Verfahren ein Korper in Form eines Luftfahrzeugs verwendet werden (Anspruch 5), wobei als Luftfahr- zeug in erster Linie ein Flugzeug, aber auch beispielsweise ein Ballon und ahnliches m Frage kommen. Vom Flugzeug aus sind beispielsweise Bilder von Gebieten einer Breite von fünf bis sieben Kilometern realisierbar, jedenfalls Gebiete die einen Durchmesser in der Größenordnung von einem Kilometer aufweisen (Anspruch 6) .

Um auch in diesem Fall unabhängig von der Tageszeit und dem Wetter zu sein empfiehlt es sich wiederum, die Bilder nicht optisch sondern mittels Radar, vorteilhafterweise SAR, aufzunehmen. Auch hier wird zumindest in bezug auf den Straßenverkehr 2 m als untere Grenze des Rastermaßes angesehen.

In jedem Fall ist es somit vorteilhaft, ein Bild mittels einer Radarstrahlung aufzunehmen (Anspruch 7).

Wenn die Bilder mit Hilfe der Interferometrie (Anspruch 8) und/oder des Dopplereffekts aufgenommen (Anspruch 9) werden, ist es vorteilhafterweise möglich, neben den Fahrzeugdichten auch Geschwindigkeiten der Fahrzeuge zu erfassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft zum großräumigen Erfassen eines Zustandes des Straßenverkehrs und Überwachen und Leiten des Straßenverkehrs in Großstädten, aber auch in kleineren Städten und/oder ländlichen Gebieten geeignet, aber nicht darauf beschränkt, sondern kann, wie schon erwähnt, prinzipiell auch zur Überwachung der Bewegung von Eisenbahnzügen, Schiffen und /oder Flugzeugen, besonders in Hafengebieten und Flughafengebieten eingesetzt werden.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in seiner Eignung zum Einsatz des Mittels der Georeferenzierung zu se- hen, das eine schnelle und genaue Zuordnung zwischen einem Punkt des Gebiets und dem entsprechenden Punkt auf dem von diesem Gebiet aufgenommenen Bild erlaubt. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine örtliche Zuordnung zwischen einer auf einem Bild des Ge- biets erkannten Dichte von Fahrzeugen und einem Verkehrsweg des Gebiets mittels Georeferenzierung hergestellt (Anspruch 10), die insbesondere bei von künstlichen Erdsatelliten aus aufgenommenen Bildern eine örtliche Zuordnung von Fahrzeugdichten zu den jeweiligen Verkehrswegen erlaubt.

Eine Überwachung von Veränderungen der Verkehrslage kann vor- teilhafterweise erreicht werden, wenn nach Aufnahme eines Bildes des Gebiets zumindest ein weiteres Bild des gleichen Gebiets aufgenommen und ebenfalls hinsichtlich im Gebiet befindlicher Fahrzeugdichten ausgewertet wird, und wenn zumindest zwei aufgenommene Bilder miteinander verglichen werden (Anspruch 11). Dadurch ist vorteilhafterweise z.B. in bezug auf den Straßenverkehr, eine direkte Optimierung der Regelungsalgorithmen von Verkehrsleitsystemen und Ampelphasen durch einen Vergleich vor und nach der Optimierungsmaßnahme realisierbar. Zudem können vorteilhafterweise durch Straßen- baumaßnahmen erzielte Veränderungen überprüft und vorhandene Simulationsprogramme exakt abgestimmt werden.

Besonders vorteilhaft ist es in diesem Fall, wenn wenigstens eine Folge von zwei Bildern (3) des Gebiets (10) durch zeit- lieh innerhalb einer Stunde aufeinanderfolgende einzelne Momentaufnahmen hergestellt wird. (Anspruch 12) . Eine solche Folge von Bildern kann vorteilhaft zur Erfassung des Verkehrszustandes und dessen zeitlicher Änderung in Realzeit oder auch zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden, bei- spielsweise in bezug auf den Straßenverkehr zur Erzeugung von aktuellen Verkehrslagen für Verkehrsinformationen, die direkte Ansteuerung von Verkehrsleitsystemen und zur Abstimmung von Verkehrsflußsimulationen , wobei zusätzlich eine direkte Optimierung der Regelungsalgorithmen von Verkehrsleitsystemen und Ampelphasen durch einen Vorher-Nachher-Vergleich realisierbar ist. Die Auswertung der Aufnahmen kann manuell oder aber kurzfristiger und mit geringerem Personaleinsatz maschinell erfolgen, wenn ein System zur Erkennung der Dichte von Kraftfahrzeugen auf den Bildern und zur örtlichen Zuordnung der Fahrzeugdichten zu den jeweiligen Verkehrswegen vorhanden ist . Die eigentliche Auswertung der Aufnahmen kann schon beim Körper, beispielsweise an Bord des Satelliten oder Luftfahrzeugs erfolgen. Eine für diesen Zweck geeignete vorteilhafte Anordnung zur Erfassung eines Verkehrszustandes weist die im An- spruch 13 angegeben Merkmale auf, bei welcher der in einem Abstand über der Erdoberfläche sich befindende Körper insbesondere ein die Erde umkreisender Erdsatellit, ein geostatio- närer Erdsatellit oder ein Luftfahrzeug ist.

Gemäß einer in Anspruch 14 angegebenen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung wandelt die Auswerteeinrichtung einen bestimmten Informatiosgehalt eines aufgenommenen Bildes in kodierte Datensignale um.

Die Auswerteeinrichtung erzeugt vorteilhafterweise georefe- renzierte kodierte Datensignale (Anspruch 15) , mit deren Hilfe vorteilhafterweise ein Bezug zu Landkarten für zu untersuchende Verkehrswege und damit eine örtliche Zuordnung von Fahrzeugdichten zu jeweiligen Verkehrswegen hergestellt wird.

Aus den kodierten Datensignalen kann eine Information über einen Verkehrszustand im betreffenden Gebiet gewonnen werden, vorzugsweise mit einer Verarbeitungseinrichtung zu einer Ver- arbeitung der Datensignale zur Gewinnung einer Information über einen Verkehrszustand im Gebiet (Anspruch 16) . Die Verarbeitungseinrichtung befindet sich vorzugsweise und insbesondere stationär auf der Erdoberfläche.

Eine über einen Verkehrszustand gewonnene Information im Gebiet wird einer weiteren Nutzung zugeführt, vorzugsweise in Form von Daten, die nur für diese Nutzung relevant sind und vorzugsweise in einer für diese Nutzung vorgesehenen Nutzungseinrichtung (Anspruch 17). Für verschiedenartige Nutzun- gen der über einen Verkehrszustand können verschiedene Nutzungseinrichtungen verwendet werden die sich vorzugsweise und insbesondere stationär auf der Erdoberfläche befinden. Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 in perspektivischer Darstellung einen in einem Abstand von der Erdoberfläche befindlichen Körper, von dem zumindest ein Bild eines Gebiets der Erdoberfläche aufgenommen wird,

Figur 2 einen Bildausschnitt aus einem Bild des Gebiets der Erdoberfläche, das von einem die Erde umkreisenden künstlichen Satelliten aus photographisch aufgenommen ist,

Figur 3 einen Bildausschnitt aus einem Bild des Gebiets der Erdoberfläche, das von einem die Erde umkreisenden künstlichen Satelliten aus mittels Radarstrahlung aufgenommen ist,

Figur 4 einen Bildausschnitt aus einem Bild des Gebiets der Erdoberfläche, das von einem fliegenden Flugzeug aus photographisch aufgenommen ist,

Figur 5 einen Bildausschnitt aus einem Bild des Gebiets der Erdoberfläche, das von einem fliegenden Flugzeug aus mittels Radar aufgenommen ist, und

Figur 6 eine beispielhafte Anordnung zur Erfassung eines Verkehrszustandes .

Die Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.

Nach Figur 1 befindet sich in einem Abstand a über der Erdoberfläche 1 ein Körper 2, von dem aus ein Bild von einem Ge- biet 10 aufgenommen wird, das sich unterhalb des Körpers 2 auf oder im Luftraum über der Erdoberfläche 1 befindet. Der Körper 2 kann ein Erdsatellit oder ein Luftfahrzeug sein. Un- ter Erdoberfläche 1 ist nicht nur die Oberfläche des Festlandes sondern auch die Wasseroberfläche der Erde zu verstehen.

Es sei angenommen, daß der Körper 2 ein künstlicher Satellit ist, der die Erde in einem für solche Satelliten üblichen Abstand a umkreist, der in der Größenordnung von 100 km liegt.

Von diesem Satelliten 2 aus wird ein Bild eines beispielsweise streifenförmigen Gebiets 10 einer Länge 1 von etwa 100 km und einer Breite b von etwa 50 km aufgenommen. In der Figur 1 ist die Krümmung der Erdoberfläche 1 vernachlässigt.

Das Bild ist mit einer Strahlung 5 aufzunehmen, die gewährleistet, daß im Bild ein Rastermaß so klein ist, daß Dichten zumindest einer bestimmten im Gebiet 10 befindlichen Art

Fahrzeuge bis zu einer vorbestimmten maximalen Dichte zu erkennen sind.

In der Figur 2 ist ein Bildausschnitt 11' aus einem vom Sa- telliten 2 aus aufgenommen Bild 3 des Gebiets 10 dargestellt, wobei angenommen sei, daß dieses Bild 3 des Gebiets 10 photographisch, d.h. mit einer optischen Strahlung 5 erzeugt ist und der Bildausschnitt 11' dem relativ kleinen Ausschnitt 11 des Gebiets 10 in Figur 1 entspricht. Die optische Strahlung 5 kann ultraviolettes, sichtbares und/oder infrarotes Licht sein.

In diesem photographisch aufgenommenen Bild 3 des Gebiets 10 und damit auch im Bildausschnitt 11' liegt ein Rastermaß vor, das durch die Wellenlänge der verwendeten optischen Strahlung 5 und das Auflösungsvermögen einer Aufnahmeoptik bestimmt ist. Es sind in diesem Fall Rastermaße weit unter 0,5 m möglich, so daß Gegenstände wie einzelne Fahrzeuge einigermaßen scharf umrissen abgebildet werden.

Beispielsweise sei das Gebiet 10 ein mit einem Netz aus Landstraßen und Autobahnen überzogener Teil der Erdoberfläche 1 und durch den Ausschnitt 11 des Gebiets 10 führe eine von Fahrzeugen befahrene Autobahn 110. Sonstige erkennbaren Strukturen der Landschaft im Ausschnitt 11 des Gebiets 10 wie beispielsweise Bäume und Sträucher, Häuser, weitere Straßen, Flüsse, Brücken usw. sind im Bildausschnitt 11' nach Figur 2 der Einfachheit halber fortgelassen.

Die Autobahn 110 besteht beispielsweise aus zwei durch einen Grünstreifen 111 voneinander getrennten Fahrbahnen 112 und 113, deren jede beispielsweise zwei durch eine Trennlinie II23 bzw. II33 voneinander getrennte Fahrspuren 112ι_, 1122 bzw. 113]_, 1132 aufweist.

Die Fahrbahn 112 sei für die Fahrtrichtung 114 von unten nach oben, die Fahrbahn 113 für die Fahrtrichtung 115 von oben nach unten vorgesehen.

Auf den Fahrbahnen 112 und 113 befindliche Fahrzeuge bestehen üblicherweise aus Personenkraftwagen, Omnibussen und Last- kraftwagen mit und ohne Hänger. In der Figur 2 sind beispielsweise ein einziger Lastkraftwagen oder Omnibus vorhanden, der sich auf der Fahrspur 113]_ befindet und mit 4' bezeichnet ist, alle übrigen Fahrzeuge auf der Autobahn 110 sind als Personenkraftwagen angenommen, deren jeder sich al- lein schon durch seine kleinere Länge e im Vergleich zur Länge e' des Lastkraftwagens oder Omnibusses sichtbar unterscheidet. Einige Exemplare Personenkraftwagen sind stellvertretend für die übrigen mit 4 bezeichnet. Insgesamt befinden sich dreizehn Personenkraftwagen auf dem Abschnitt der Auto- bahn 110 im Bildausschnitt 11' .

Unter der Annahme von Rechtsverkehr sind beispielsweise auf der rechten Fahrspur 113]_ der Fahrbahn 113 hinter dem Lastkraftwagen oder Omnibus 4' z.B. drei Personenkraftwagen 4 dicht aufeinandergefahren, da beispielsweise der Lastkraftwagen oder Omnibus mit 4' gerade von schneller fahrenden Personenkraftwagen 4 auf der linken Fahrspur 1132 überholt wird und die drei Personenkraftwagen 4 hinter dem Lastkraftwagen oder Omnibus mit 4' warten müssen, bis die linke Fahrspur 1132 wieder frei ist.

Die Dichte von Fahrzeugen auf einer Fahrspur ist durch den Abstand d zwischen in Fahrtrichtung (oder auch entgegengesetzt zur Fahrtrichtung) aufeinanderfolgenden Fahrzeugen bestimmt. Je größer der Abstand d zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen ist, desto kleiner ist die Dichte der Fahrzeuge.

Beim Beispiel nach Figur 2 liegt in der aus dem Lastkraftwagen oder Omnibus 4' und den drei dahinter dicht aufgefahrenen Personenkraftwagen 4 bestehenden Fahrzeuggruppe 40 eine maximale Dichte der Fahrzeuge vor, da in dieser Gruppe 40 der Ab- stand dO zwischen den aufeinanderfolgenden Fahrzeugen 4' und 4 im Vergleich zu den Abständen d, die zwischen den nicht zur Gruppe 40 gehörenden aufeinanderfolgenden Fahrzeugen 4 vorhanden sind, ersichtlich minimal ist.

Die absolut maximale Dichte von Fahrzeugen auf einer Fahrspur ist gegeben, wenn die Fahrzeuge lückenlos aneinanderstoßen, d.h. wenn d gleich null ist. Im Straßenverkehr kommt die absolut maximale Dichte, abgesehen von singulären Fällen, nicht vor, da die Fahrzeuglenker bestrebt sind immer einen minima- len Abstand d größer null einzuhalten.

Das Rastermaß r bestimmt generell eine maximale Dichte der Fahrzeuge, oberhalb welcher Dichten der Fahrzeuge, die durch Abstände 0 < d < r bestimmt sind nicht voneinander unter- schieden und damit nicht erkannt werden können, weil die

Fahrzeuge nicht mehr auseinandergehalten werden können. Dagegen können Fahrzeuge mit Abständen d > r auseinandergehalten werden und Dichten dieser Fahrzeuge, die durch Abstände d, welche ein ganzzahliges Vielfaches des Rastermaßes r bestimmt sind, voneinander unterschieden und damit erkannt werden. Liegt die maximale Dichte d =r der Fahrzeuge vor, läßt sich mit Hilfe des Rastermaßes r eine untere Grenze für die in der kontinuierlich erscheinenden Schlange aus nicht unterscheidbaren Fahrzeugen enthaltenen Zahl Fahrzeuge angeben.

Bezüglich der Figur 2 ist beispielsweise angenommen, daß die verwendete photographische Aufnahmeoptik ein so großes Auflösungsvermögen aufweist, daß das Rastermaß r etwa 0,1 m beträgt und somit die vorbestimmte maximale Dichte der Fahr- zeuge im wesentlichen gleichbedeutend mit der absoluten maximalen Dichte ist, weil in bezug auf die Größe von Fahrzeugen 0,1 m vernachlässigbar gering ist.

Bezüglich der Figur 3 ist angenommen, daß der Bildausschnitt 11' nicht aus einem photographisch aufgenommenen Bild des Gebiets 10, sondern aus einem mittels einer Radarstrahlung 5 aufgenommenen Bild 3 des Gebiets 10 stammt.

Der Bildausschnitt 11' nach Figur 3 zeigt wie der Bildaus- schnitt 11' nach Figur 2 nur die Autobahn 110 und die darauf befindlichen Fahrzeuge, aber der Einfachheit halber keine weiteren Details der Landschaft.

Es sei weiter angenommen, daß das mit der Radarstrahlung 5 aufgenommene Bild 3 zum gleichen Zeitpunkt wie das photographische Bild 3 vom Satelliten 2 aus aufgenommenen worden ist, so daß sich im Bildausschnitt 11' nach Figur 3 die Fahrzeuge 4' und 4 im gleichen Verkehrszustand wie im Bildausschnitt 11' nach Figur 2 auf der Autobahn 110 befinden.

Das mit der Radarstrahlung 5 aufgenommene Bild und damit der Bildausschnitt 11' nach Figur 3 weisen im Vergleich zum photographischen Bildausschnitt 11' nach Figur 2 ein ungleich größeres Rastermaß r > 0,5 m und damit eine ungleich schwä- chere geometrische Auflösung auf. Das Rastermaß r ist in der Figur 3 angedeutet. Aufgrund dieses vergleichsweise groben Rastermaßes r erscheinen im Bildausschnitt 11' nach Figur 3 im Unterschied zum Bildausschnitt 11' nach Figur 2 die Fahrbahnen 112 und 113 sowie die Fahrzeuge 4' und 4 auf den Fahrbahnen 112 und 113 jeweils unscharf begrenzt. Auch sind die Trennlinien II23 und II33 sind nicht mehr zu erkennen. Die primäre Ursache für das grobe Rastermaß r liegt in der zur optischen Wellenlänge ungleich größeren Wellenlänge der Radarstrahlung 5.

Überdies erscheint jedes Fahrzeug auf einer Fahrbahn 112 und/oder 113 als ein diffuser Fleck, der sich gegen den durch diese Fahrbahn gegebenen Hintergrund vorteilhafterweise deutlich abhebt. Die Ursache dafür liegt in dem günstigen Umstand, daß eine Fahrbahn oder generell der Erdboden gegenüber einem darauf befindlichen Fahrzeug für die Radarstrahlung 5 ein deutlich anderes Reflexionsvermögen aufweist.

In dem durch die Radarstrahlung 5 aufgenommenen Bild und damit im Bildausschnitt 11' können Objekte und Abstände, die kleiner als das Rastermaß r sind, nicht mehr wahrgenommen werden .

Bei dem hier beschriebenen Verfahren reicht vorteilhafterweise ein Rastermaß r aus, das im wesentlichen gleich 2 Meter ist.

Bei diesem Rastermaß r = 2 m können kleine über mittlere bis starke Dichten von Fahrzeugen, die einem mäßigen, mittleren und starken Verkehr entsprechen, auf dem Bild 3 des Gebiets 10 insofern erkannt und voneinander unterschieden werden, als die Fahrzeuge und Abstände zwischen den aufeinanderfolgenden Fahrzeugen im wesentlichen einzeln erkennbar sind und sich diese Abstände im Durchschnitt bei mäßigem, mittleren und starken Verkehr jeweils deutlich voneinander unterscheiden.

Andererseits kann bei diesem Rastermaß r = 2 m zähflüssiger Verkehr oder Verkehrstau dadurch erkannt werden, daß die Fahrzeuge auf dem Bild 3 größtenteils nicht mehr voneinander getrennt, sondern vielmehr im wesentlichen als eine kontinuierliche Schlange zu erkennen sind, weil die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen nahe bei 2 m liegen. Insbesondere zeigt eine solche Schlange bei einer Länge von einem oder mehreren Kilometern sicher einen Stau an, wenn bei einem Vergleich zweier oder mehrerer Bilder 3, die zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommen worden sind, keine Bewegung zumindest eines Endes und zähflüssigen Verkehr, wenn ein solcher Vergleich eine Bewegung der Schlange erkennen läßt.

Bei den Figuren 2 und 3 ist beispielhaft und allerdings etwas unrealistisch angenommen, daß der Abstand dO zwischen den aufeinanderfolgenden vier Fahrzeugen 4' und 4 der Fahrzeug- gruppe 40 jeweils nahe bei oder gleich 2 m ist. Demnach erscheint diese Gruppe 40 wie eine kontinuierliche Fahrzeugschlange .

Die Längen von Personenkraftwagen unterscheiden sich um deut- lieh weniger als 2 m voneinander und können bei einem Abstand d von mehr als 2 m bei dem hier beschriebenen Verfahren als solche erkannt werden. Auch die Längen von Lastkraftwagen und Omnibussen der gleichen Gewichtsklasse unterscheiden sich um deutlich weniger als 2 m voneinander aber in vielen Fällen um mehr als 2 m von Personenkraftwagen. In diesen Fällen können bei dem hier beschriebenen Verfahren Lastkraftwagen und Omnibusse der gleichen Gewichtsklasse zumindest bei flüssigem Verkehr und bei einem Abstand d von mehr als 2 m als solche erkannt und von Personenkraftwagen unterschieden werden. Es können somit verschiedene Gattungen und/oder Arten von Fahrzeugen auseinandergehalten und deren Dichten auch mit der Radarstrahlung individuell festgestellt werden, die ein Rastermaß r von 2 m erzeugt.

In bezug auf die Figuren 4 und 5 ist angenommen, daß der Körper 2 nach Figur 1 ein in einem Abstand a von 8 bis 10 km von der Erdoberfläche 1 fliegendes Flugzeug ist, von welchem aus ein Bild eines beispielsweise streifenförmigen Gebiets 10 der Erdoberfläche 1 aufgenommen wird, wobei das Gebiet 10 eine Länge 1 von etwa 9 km und eine Breite b von etwa 5 bis 7 km aufweist.

In der Figur 4 ist ein Bildausschnitt 11' aus dem vom Flugzeug 2 aus aufgenommen Bild 3 des Gebiets 10 dargestellt, wobei angenommen ist, daß dieses Bild 3 photographisch erzeugt ist und der Bildausschnitt 11' dem relativ kleinen Ausschnitt 11 des Gebiets 10 in Figur 1 entspricht.

Beispielsweise sei jetzt das Gebiet 10 das Straßenverkehrsnetz einer Stadt, von welchem der Ausschnitt 11 des Gebiets 10 eine von Fahrzeugen befahrene Straßenkreuzung 120 zeigt. Sonstige erkennbaren Strukturen der Stadtlandschaft im Ausschnitt 11 des Gebiets 10 wie beispielsweise Bäume und Sträucher, Häuser, weitere Straßen, Flüsse, Brücken usw. sind im Bildausschnitt 11' nach Figur 4 der Einfachheit halber fortgelassen.

In der Kreuzung 120 kreuzen sich beispielsweise zwei Straßen 121 und 122. Jede Straße 121 und 122 weist beispielsweise zwei durch eine Trennlinie I2I3 bzw. 1223 voneinander getrennte Fahrbahnen 121χ, 1212 bzw. 122]_, 1222 ^auf-

Bei der Straße 121 ist die Fahrbahn 121χ für eine Fahrrichtung 12I4 und die Fahrbahn 1212 für die zur einen Fahrrichtung I2I4 entgegengesetzte Fahrrichtung I2I5 vorgesehen. Bei der Straße 122 ist die Fahrbahn 122 ]_ für eine Fahrrichtung 1224 und die Fahrbahn 1222 f^ür die ^2ur einen Fahrrichtung 1224 entgegengesetzte Fahrrichtung 1225 vorgesehen.

An der Kreuzung 120 ist eine nicht dargestellte Ampelanlage vorhanden, die im Moment der Bildaufnahme beispielsweise so geschaltet war, daß die Straße 122 rot hat und die z.B. ausnahmslos aus Personenkraftwagen 4 bestehenden Fahrzeuge auf beiden Fahrbahnen 122ι_ und 1222 dieser Straße 122 vor der Kreuzung 120 warten müssen, während die beispielsweise ebenfalls ausnahmslos aus Personenkraftwagen 4 bestehenden Fahrzeuge auf beiden Fahrbahnen 121ι_ und 1212 der Straße 121 grün haben und die Kreuzung 120 überqueren dürfen.

Demgemäß staut sich auf der Straße 122 vor der Kreuzung 120 auf der Fahrbahn 122_ eine Gruppe 41 aus mehreren, beispielsweise vier Personenkraftwagen 4 und auf der Fahrbahn 1222 ^e^-~ ne Gruppe 42 aus mehreren, beispielsweise fünf Personen- kraftwagen 4.

Bezüglich der Figur 5 ist angenommen, daß der Bildausschnitt ₁₁- nicht aus einem photographisch aufgenommenen Bild 3 des Gebiets 10, sondern aus einem mittels einer Radarstrahlung 5 aufgenommenen Bild 3 des Gebiets 10 stammt.

Der Bildausschnitt 11' nach Figur 5 zeigt wie der Bildausschnitt ii_' nach Figur 4 nur die Kreuzung 120 mit den Straßen 121 und 122 und die darauf befindlichen Fahrzeuge, aber der Einfachheit halber keine weiteren Details der Stadtlandschaft .

Das mit der Radarstrahlung 5 aufgenommene Bild 3 und damit der Bildausschnitt 11' nach Figur 5 weisen im Vergleich zum photographisch aufgenommenen Bild 3 und damit dem Bildausschnitt 11' nach Figur 4 das ungleich größere Rastermaß r von beispielsweise 2 m und damit eine ungleich schwächere geometrische Auflösung auf.

Es sei auch hier angenommen, daß das mit der Radarstrahlung 5 aufgenommene Bild 3 zum gleichen Zeitpunkt wie das photographische Bild 3 vom Flugzeug 2 aus aufgenommenen worden ist, so daß sich im Bildausschnitt 11' nach Figur 5 die Fahrzeuge 4 im gleichen Verkehrszustand wie im Bildausschnitt 11' nach Figur 4 auf den sich kreuzenden Straßen 121 und 122 befinden. Aufgrund dieses vergleichsweise groben Rastermaßes r erscheinen auch im Bildausschnitt 11' nach Figur 5 im Unterschied zum Bildausschnitt 11' nach Figur 4 die Straßen 121 und 122 sowie die Fahrzeuge 4 auf den Straßen 121 und 122 jeweils un- scharf begrenzt. Auch sind die Trennlinien I2I3 bzw. 1223 nicht mehr zu erkennen.

Auch in diesem Fall erscheint jedes Fahrzeug 4 auf den Straßen 121 und 122 als ein diffuser Fleck, der sich gegen den durch diese Straßen gegebenen Hintergrund vorteilhafterweise deutlich abhebt. Die Ursache dafür liegt wiederum in dem günstigen Umstand, daß eine Fahrbahn oder generell der Erdboden gegenüber einem darauf befindlichen Fahrzeug für die Radarstrahlung 5 ein deutlich anderes Reflexionsvermögen aufweist.

Es sei angenommen, daß in jeder Gruppe 41 und 42 aus Fahrzeugen 4 auf der Straße 122 jeder Abstand dO zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen 4 kleiner als das Rastermaß r ist, während auf jeder Fahrbahn 121]_ und 1212 und der Straße 121 jeder Abstand d zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen 4 größer als das Rastermaß r ist. Demnach erscheint jede dieser Gruppen 41 und 42 wie eine kontinuierliche Fahrzeugschlange, während die Fahrzeuge 4 auf der Straße 121 einzeln zu erkennen sind.

Die Straßen 121 und 122 nach den Figuren 4 und 5 sind jeweils eine Straße mit Gegenverkehr, d.h. eine Straße mit einer Fahrbahn, die für eine Fahrtrichtung bestimmt ist, und einer Fahrbahn, die für die entgegengesetzte Fahrtrichtung bestimmt ist, wobei diese beiden Fahrbahnen nur durch eine Trennlinie voneinander getrennt sind oder zumindest in sehr geringem Abstand nebeneinander verlaufen. Bei einer solchen Straße ist es wichtig, auf einem Bild 3 des Gebiets 10 die Fahrzeuge den einzelnen Fahrbahnen und damit Fahrrichtungen zuordnen zu können. Dies gilt insbesondere bei zähflüssigem Verkehr oder Verkehrsstau. In diesem Fall ist es besonders wichtig, eine einen solchen Verkehrszustand anzeigende Fahrzeugschlange auf dem Bild 3 der richtigen Fahrrichtung zuzuordnen, denn es wäre fatal, den Verkehrsteilnehmern beispielsweise einen Stau in der falschen Richtung zu melden. Vorteilhafterweise reicht für eine eindeutige und sichere Zuordnung der Fahrzeuge zur richtigen Fahrbahn und damit richtigen Fahrrichtung ein Rastermaß r von 2 m aus.

Überdies ist es bei diesem Rastermaß r = 2 m vorteilhafterweise auch möglich eine Parksituation an Straßen und Plätzen, insbesondere in Städten, zu erkennen, d.h. festzustellen, inwieweit Straßen und Plätze mit parkenden Fahrzeugen belegt sind.

Das relativ grobe Rastermaß r von 2 m hat neben den vorste- hend dargelegten Vorzügen den Vorteil, daß es sich mit der vorteilhaften Radarstrahlung 5 einfach realisieren läßt. Die Erfindung ist aber nicht auf dieses grobe Rastermaß beschränkt, sondern es können kleinere aber auch größere Rastermaße verwendet werden, je nachdem welches nach den Um- ständen des Einzelfalles gerade günstig ist. Beispielsweise ist ein kleineres Rastermaß zu verwenden, wenn die Erkennung von Details von Bedeutung ist, die kleiner als 2 m sind.

Unabhängig davon, ob von einem Satelliten 2 oder einem Luft- fahrzeug 2 aus ein Bild eines Gebiets 10 mit der Radarstrah- lung 5 aufgenommen wird, ist es zweckmäßig nach einer solchen Aufnahme eines solchen Bildes des Gebiets 10 zumindest ein weiteres Bild des Gebiets 10 aufzunehmen und ebenfalls hinsichtlich der wenigstens einen Dichte der zumindest einen be- stimmten im Gebiet 10 befindlichen Art Fahrzeuge 4 auszuwerten und dabei zumindest zwei so aufgenommene Bilder miteinander zu vergleichen. Vorzugsweise wird eine Folge von wenigstens zwei Bildern des Gebiets 10 durch zeitlich aufeinanderfolgende einzelne Momentaufnahmen hergestellt.

Bei der in der Figur 6 dargestellten Anordnung zur Erfassung eines Verkehrszustandes ist eine Bildaufnahmeeinrichtung 20 vorhanden, die an einem in einem Abstand a über der Erdoberfläche 1 sich befindenden Körper 2 angebracht ist. Diese Bildaufnahmeeinrichtung 20 dient zu einer Aufnahme eines Bildes 3 von einem Gebiet 10, das sich unterhalb des Körpers 2 auf und/oder über der Erdoberfläche 1 befindet und einen lateralen Durchmesser von mindestens einem Kilometer aufweist.

Das Bild wird mit einem so kleinen Rastermaß r aufgenommen, daß Dichten zumindest einer bestimmten im Gebiet 10 befindli- chen Art Fahrzeuge, beispielsweise Personenkraftwagen 4 oder Omnibusse oder Lastkraftwagen 4' in Figur 2 und 3 bis zu der vom Rastermaß r bestimmten maximalen Dichte zu erkennen sind.

Überdies ist eine Auswerteeinrichtung 21 zu einer Auswertung des aufgenommenen Bildes 3 hinsichtlich wenigstens einer

Dichte zumindest der einen Art Fahrzeuge vorhanden, die beim Körper 2 vorhanden sein kann.

Das Rastermaß r sollte, wie schon erwähnt, so klein sein, daß auf dem Bild des Gebiets 10 eine örtliche Zuordnung zwischen wenigstens einer Dichte zumindest einer Art Fahrzeuge, beispielsweise der Fahrzeuge 4 oder 4' und wenigstens einem für diese Art Fahrzeuge 4 vorhandenen Verkehrsweg 110 121, 122 des Gebiets 10 zu erkennen ist. Ein Rastermaß r von 2 m ist dafür ausreichend.

Die Auswerteeinrichtung 21 ist beispielsweise so ausgebildet, daß sie einen bestimmten Informationsgehalt eines aufgenommenen Bildes 3 in kodierte Datensignale 22 umwandelt.

Die Bildaufnahmeeinrichtung 20 und Auswerteeinrichtung 21 können durch das für Geländeaufnahmen zu anderen Zwecken als die Erfassung eines Verkehrszustandes entwickelte vollgeoko- dierte interferometrische Radar mit synthetischer Apertur realisiert sein, das aus dem TRANS-Katalog von MST Aerospace GmbH, Köln, Bundesrepublik Deutschland, bekannt ist, der keinerlei Anregungen oder Hinweise in bezug auf die vorliegende Erfindung gibt. In rückschauender Betrachtung aus der Sicht der fertigen Erfindung ist dieses System insbesondere zur großflächigen Erfassung eines Zustandes des Straßenverkehrs, sei es via Erdsatellit oder via Luftfahrzeug, besonders ge- eignet.

Die von der Auswerteeinrichtung 21 erzeugten kodierten Datensignale 22 werden zu einer Verarbeitungseinrichtung 30 übertragen, welche die Datensignale 22 zur Gewinnung einer Infor- mation über einen Verkehrszustand im Gebiet 10 verarbeitet, beispielsweise rechnergestützt. Die Verarbeitungseinrichtung 30 ist vorzugsweise in einer Bodenstation auf der Erdoberfläche 1 untergebracht. Die Übertragung der kodierten Datensignale 22 werden vorzugsweise in Form elektromagnetischer Wel- len vom Körper 2 durch den freien Raum zur Bodenstation übertragen .

Die in der Verarbeitungseinrichtung 30 aus den Datensignalen 22 gewonnene Information über einen Verkehrszustand im Gebiet 10 kann über verschiedene Übertragungswege oder Informationskanäle einer oder mehreren verschiedenen Nutzungseinrichtungen zur Nutzung einer solchen Information zugeführt werden. Eine Nutzungseinrichtung kann beispielsweise ein Rundfunksender 40, durch den die Verkehrsteilnehmer über Radio über die Verkehrslage im Gebiet 10 informiert werden können, eine Einrichtung 50, die durch Vorher-Nachher-Vergleiche beispielsweise Prognostiken über die Verkehrsentwicklung im Gebiet 10 erstellt und vieles andere mehr sei. Beispielsweise kann die Einrichtung 50 ihre Prognostiken an eine Verkehrsleitzentrale 60 weiterleiten, die mit deren Hilfe den Verkehrsfluß auf den Straßen steuern kann, beispielsweise über variable Anzeigeeinrichtungen 70, die den Verkehrsteilnehmern Sollgeschwindigkeiten anzeigen.

Es können auch Bilder 3 ein und des gleichen Gebiets 10 Ausgewertet und/oder miteinander verglichen werden, die von verschiedenen Körpern 2, beispielsweise von einem Satelliten und einem Flugzeug aus aufgenommen worden sind, insbesondere auch dann, wenn diese Bilder voneinander verschiedenen Rastermaße aufweisen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Erfassung eines Verkehrszustandes von Fahrzeugen, bei dem - von einem in einem Abstand (a) über der Erdoberfläche (1) sich befindenden Körper (2) aus ein Bild (3) von einem Gebiet (10), das sich unterhalb des Körpers (2) auf und/oder über der Erdoberfläche (1) befindet und einen lateralen Durchmesser von mindestens einem Kilometer aufweist, mit einem so kleinen Rastermaß (r) aufgenommen wird, daß Dichten (d) zumindest einer bestimmten im Gebiet (10) befindlichen Art Fahrzeuge (4, 4') bis zu einer vorbestimmten maximalen Dichte (d = r) zu erkennen sind, und bei dem - das aufgenommene Bild (3) hinsichtlich wenigstens einer Dichte (d) zumindest der einen Art Fahrzeuge (4, 4') ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein die Erde umkreisender Erdsatellit als Körper (2) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein Bild (3) von einem Gebiet (10) mit einem Durchmesser (b, 1) in der Größenordnung von wenigstens zehn Kilometern aufgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein geostationärer Erdsatellit als Körper (2) verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Luftfahrzeug als Körper (2) verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Bild (3) von einem Gebiet (10) mit einem Durchmesser (b, 1) in der Größenordnung von einem Kilometer aufgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Bild (3) mittels einer Radarstrahlung (5) aufgenommen wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 7 wobei ein Bild (3) unter Anwendung von In- terferometrie aufgenommen wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 7, wobei ein Bild (3) unter Anwendung des Dopplereffekts aufgenommen wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine örtliche Zuordnung zwischen einer auf einem Bild (3) des Gebiets (10) erkannten Dichte (d) von Fahrzeugen (4, 4') und einem Verkehrsweg (110, 121 122) des Gebiets (10) mittels Ge- oreferenzierung hergestellt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Aufnahme eines Bildes (3) des Gebiets (10) zumindest ein weiteres Bild des Gebiets (10) aufgenommen und ebenfalls hinsichtlich der wenigstens einen Dichte (d) der zumindest einen bestimmten im Gebiet (10) befindlichen Art Fahrzeuge (4, 4') ausgewertet wird, und wobei zumindest zwei so aufgenommene Bilder (3) miteinander verglichen werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei wenigstens eine Folge von zwei Bildern (3) des Gebiets (10) durch zeitlich innerhalb einer Stunde aufeinanderfolgende einzelne Momentaufnahmen hergestellt wird.

13. Anordnung zur Erfassung eines Verkehrszustandes, mit - einer Bildaufnahmeeinrichtung (20) , die an einem in einem Abstand (a) über der Erdoberfläche (1) sich befindenden Körper (2) angebracht ist und zu einer Aufnahme eines Bildes (3) von einem Gebiet (10), das sich unterhalb des Körpers (2) auf und/oder über der Erdoberfläche (1) befindet und einen late- ralen Durchmesser von mindestens einem Kilometer aufweist, mit einem so kleinen Rastermaß (r) dient, daß Dichten (d) zu- mindest einer bestimmten im Gebiet (10) befindlichen Art Fahrzeuge (4,4') bis zu einer bestimmten maximalen Dichte (d = r) zu erkennen sind, und

- einer Auswerteeinrichtung (21) zu einer Auswertung des auf- genommenen Bildes (3) hinsichtlich wenigstens einer Dichte (d) zumindest der einen Art Fahrzeuge (4, 4').

14. Anordnung nach Anspruch 13, wobei die Auswerteeinrichtung (20) einen bestimmten Informatiosgehalt eines aufgenommenen Bildes (3) in kodierte Datensignale (22) umwandelt.

15. Anordnung nach Anspruch 14, wobei die Auswerteeinrichtung (20) georeferenzierte kodierte Datensignale (22) erzeugt.

16. Anordnung nach Anspruch 15, wobei eine Verarbeitungseinrichtung (30) zu einer Verarbeitung der Datensignale (22) zur Gewinnung einer Information über einen Verkehrszustand im Gebiet (10) vorhanden ist.

17. Anordnung nach Anspruch 16, wobei eine Nutzungseinrichtung (40, 50) zur Nutzung einer gewonnenen Information über einen Verkehrszustand im Gebiet (10) vorhanden ist.