EP1099203B1 - Verfahren zur erfassung eines verkehrszustandes von fahrzeugen und anordnung zur erfassung des verkehrszustandes - Google Patents

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EP1099203B1
EP1099203B1 EP99947231A EP99947231A EP1099203B1 EP 1099203 B1 EP1099203 B1 EP 1099203B1 EP 99947231 A EP99947231 A EP 99947231A EP 99947231 A EP99947231 A EP 99947231A EP 1099203 B1 EP1099203 B1 EP 1099203B1
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EP
European Patent Office
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image
vehicles
region
recorded
earth
Prior art date
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EP99947231A
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English (en)
French (fr)
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EP1099203A2 (de
Inventor
Armin Anders
Matthias Stein
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP1099203B1 publication Critical patent/EP1099203B1/de
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/01—Detecting movement of traffic to be counted or controlled
    • G08G1/04—Detecting movement of traffic to be counted or controlled using optical or ultrasonic detectors

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a traffic condition of vehicles and a device for detection of such a traffic condition. It is used to capture from one located at a distance above the surface of the earth Body from an image of one using radar radiation Area recorded below the body and / or above the surface of the earth and a lateral one Has a diameter of at least one kilometer, where the picture is taken with such a grid dimension that Density of at least one specific species in the area Vehicles up to a maximum determined by the grid dimension Density can be seen. The picture taken is with regard to at least one density of at least one kind Vehicles evaluated.
  • the key to optimizing traffic flow the actual traffic condition is also measured on the infrastructure, for example in road traffic over measuring loops in the road or through very labor-intensive traffic counts. These measures are, however, very local and very limited no overall view. Furthermore, they have, ever after correct or incorrect selection of the measuring location, possibly only little meaningfulness. In addition, measuring devices are on the infrastructure locally and with significant costs both connected during installation and maintenance. For these reasons, these measurement methods are usually based on limited to a few places.
  • the invention has for its object a compared to State of the art simplified method for large-scale Provide detection of a traffic condition of vehicles.
  • An earth satellite orbiting the earth is preferably used as the body used (claim 2).
  • Such a satellite has because its large distance from the earth's surface in the order of magnitude of 100 km the advantage that particularly large areas of, for example, 50 by 100 km area, in any case an area, the diameter of the order of ten kilometers has (claim 3), can be monitored.
  • traffic of any kind can be advantageously and / or type of vehicles, including rail-bound land vehicles, for example any kind of passenger and / or truck, rail-bound vehicles, for example each Type of train for passenger or freight transport, watercraft, for example any type of passenger and cargo ship both at sea and inland waterways as well Aircraft, for example any type of passenger and cargo aircraft, in previously unknown and not possible Large areas can be monitored quickly and safely.
  • rail-bound land vehicles for example any kind of passenger and / or truck
  • rail-bound vehicles for example each Type of train for passenger or freight transport
  • watercraft for example any type of passenger and cargo ship both at sea and inland waterways as well
  • Aircraft for example any type of passenger and cargo aircraft, in previously unknown and not possible
  • Large areas can be monitored quickly and safely.
  • a geostationary earth satellite can also be used as the body be (claim 4), which is advantageously a permanent Monitoring traffic in an area of almost The size of an entire hemisphere, such as shipping traffic in the Atlantic or Pacific.
  • Images from a large area can be seen from an earth satellite be generated optically with a sufficiently high resolution, however this type of recording is dependent on the time of day and the weather.
  • radar radiation is used to take the pictures, can take advantage of the pictures at any time of day and be recorded in any weather.
  • the pictures with a sufficiently small grid one corresponds to a sufficiently large resolution.
  • the bottom Limit of the grid dimension is at least in relation to the Road traffic viewed a dimension of 2 m to differentiate lane positions to be able to. This can cause densities of road vehicles be clearly recognized and assigned since the vehicles have different degrees of reflection than the routes and thus corresponding differences in brightness in the recorded Images exist.
  • a body in the form of a satellite is used (claim 5), being used as an aircraft primarily an airplane, but also for example a balloon and the like come into question. From the plane for example, are images of areas five wide up to seven kilometers feasible, at least areas that a diameter on the order of a kilometer have (claim 6).
  • an image is created using Radar radiation recorded on.
  • the method according to the invention is particularly advantageous for large-scale detection of a state of road traffic and Monitor and manage road traffic in major cities, however even in smaller cities and / or rural areas suitable, but not limited to, but can, like already mentioned, in principle also for monitoring the movement of trains, ships and / or airplanes, especially be used in port areas and airport areas.
  • An advantage of the method according to the invention is in its To see suitability for using the means of georeferencing, which is a quick and accurate mapping between one Point of the area and the corresponding point on that of image captured in this area.
  • a local association between one on a picture of the area recognized density of vehicles and a traffic route of the area by means of georeferencing (claim 9), in particular when made from artificial earth satellites recorded images a local assignment of vehicle densities allowed to the respective traffic routes.
  • Monitoring changes in the traffic situation can advantageously can be achieved if after recording a Image of the area at least one more image of the same Included in the area and also with regard to the area Vehicle densities are evaluated, and if at least two captured images are compared (Claim 10).
  • a direct optimization of the control algorithms of traffic control systems and traffic light phases by comparing before and after the optimization measure realizable.
  • road construction measures can advantageously be used achieved changes checked and existing ones Simulation programs can be precisely coordinated.
  • An advantageous arrangement suitable for this purpose to detect a traffic condition has in the claim 12 specified features, in which the in a Bodies above the earth's surface in particular an Earth satellite orbiting, a geostationary Earth satellite or an aircraft.
  • the evaluation device converts the arrangement according to the invention a certain information content of a recorded Image into encoded data signals.
  • the evaluation device advantageously generates georeferenced ones encoded data signals (claim 14), with their help advantageously a reference to maps for those to be examined Traffic routes and thus a local assignment manufactured from vehicle densities to respective traffic routes becomes.
  • a traffic condition in the area in question is obtained, preferably with a processing device for processing the data signals for obtaining information about a traffic condition in the area (claim 15).
  • the processing facility is preferably and in particular stationary on the earth's surface.
  • Information about a traffic condition in the area is used for further use, preferably in Form of data that is only relevant for this use and preferably in a usage facility provided for this use (Claim 16).
  • a traffic condition which are preferably used and especially stationary on the surface of the earth.
  • Figure 1 is at a distance a above the surface of the earth 1 a body 2 from which an image of an area 10 is recorded, which is below the body 2 located on or in the airspace above the earth's surface 1.
  • the Body 2 can be an earth satellite or an aircraft.
  • Under Earth's surface 1 is not just the surface of the mainland but also to understand the water surface of the earth.
  • the body 2 is an artificial satellite is that of the earth at a distance usual for such satellites a orbits, which is on the order of 100 km.
  • the image is to be taken with radiation 5, which ensures that a grid dimension in the picture is so small that densities at least one specific species located in area 10 Detect vehicles up to a predetermined maximum density are.
  • FIG. 2 shows an image section 11 'from a satellite 2 shown from captured image 3 of area 10, assuming that this image 3 of area 10 is photographic, i.e. is generated with an optical radiation 5 and the image section 11 'the relatively small section 11 corresponds to area 10 in FIG. 1.
  • the optical radiation 5 can be ultraviolet, visible and / or infrared light his.
  • area 10 is a network of country roads and highways covered part of the earth's surface 1 and through the cutout 11 of the area 10 lead one of Motorway 110 freeway.
  • Other recognizable Structures of the landscape in section 11 of area 10 as for example trees and bushes, houses, other streets, Rivers, bridges etc. are in the image section 11 'according to FIG. 2 omitted for simplicity.
  • the freeway 110 consists, for example, of two lanes 112 and 113 separated by a green strip 111, each of which has, for example, two lanes 112 1 , 112 2 and 113 1 , 113 2 separated by a dividing line 112 3 and 113 3, for example.
  • the roadway 112 is for the direction of travel 114 from below above, the carriageway 113 for the direction of travel 115 from above provided downwards.
  • Vehicles located on roadways 112 and 113 usually consist of passenger cars, buses and trucks with and without trailers.
  • FIG. 2 for example, there is a single truck or omnibus, which is located in the lane 113 1 and is designated by 4 ', all other vehicles on the freeway 110 are assumed to be passenger cars, each of which is known for its smaller length e compared to the length e 'of the truck or bus. Some copies of passenger cars are designated as 4 for the rest. There are a total of thirteen passenger cars on the section of the freeway 110 in the image section 11 '.
  • the density of vehicles in a lane is determined by the Distance d between in the direction of travel (or also opposite to the direction of travel) of successive vehicles. The greater the distance d between successive ones Vehicles, the smaller the density of vehicles.
  • the absolute maximum density of vehicles in one lane is when the vehicles hit each other without gaps, i.e. if d is zero. It comes absolutely on the road maximum density, apart from singular cases, is not before, since the vehicle drivers always strive for a minimal Maintain distance d greater than zero.
  • the grid dimension r generally determines a maximum density of the Vehicles, above what densities of vehicles passing through Distances 0 ⁇ d ⁇ r determined are not different from each other and therefore cannot be recognized because the Vehicles can no longer be kept apart. On the other hand can keep vehicles apart with distances d> r and densities of these vehicles, which are determined by distances d, which determines an integer multiple of the grid dimension r are different from each other and thus recognized.
  • the used photographic recording optics such a high resolution has that the grid dimension r is about 0.1 m and thus the predetermined maximum density of the vehicles essentially synonymous with the absolute maximum Density is because of the size of vehicles 0.1 m is negligible.
  • the image detail 11 'according to FIG. 3 shows how the image detail 11 'according to FIG. 2 only the freeway 110 and the one on it located vehicles, but none for the sake of simplicity further details of the landscape.
  • the grid dimension r is in the Figure 3 indicated.
  • the roadways 112 and 113 and the vehicles 4' and 4 on the roadways 112 and 113 each appear blurred in the image detail 11 'according to FIG.
  • the dividing lines 112 3 and 113 3 are also no longer recognizable.
  • the primary cause of the coarse grid dimension r lies in the wavelength of the radar radiation 5, which is larger than the optical wavelength.
  • each vehicle appears on a lane 112 and / or 113 as a diffuse stain that stands up to the through given this background advantageously clearly takes off.
  • the reason for this lies in the favorable circumstance, that a roadway or generally the ground opposite a vehicle thereon for the radar radiation 5 has a significantly different reflectivity.
  • the lengths of passenger cars differ significantly less than 2 m from each other and can be at a distance d of more than 2 m in the process described here as such are recognized.
  • the lengths of trucks and Buses of the same weight class differ significantly less than 2 m from each other but in many cases more than 2 m from passenger cars. In these cases you can in the method described here, trucks and buses the same weight class at least for liquid Traffic and at a distance d of more than 2 m as such recognized and distinguished from passenger cars. It can therefore different types and / or types of vehicles kept apart and their densities also with the radar radiation be determined individually, which is a grid dimension r generated by 2 m.
  • the body 2 according to FIG. 1 at a distance a of 8 to 10 km from the earth's surface 1 is a flying aircraft, from which an image of, for example, a strip-shaped region 10 of FIG Earth surface 1 is recorded, the area 10 a Length 1 of about 9 km and a width b of about 5 to 7 km having.
  • FIG. 4 shows an image section 11 'from that of the aircraft 2 from the image 3 shown in the area 10, wherein it is assumed that this image 3 is produced photographically and the image section 11 'is the relatively small section 11 of area 10 in Figure 1 corresponds.
  • area 10 is now the road network a city, of which the section 11 of the area 10 shows a road intersection 120 used by vehicles.
  • Other recognizable structures of the urban landscape in the detail 11 of area 10 such as trees and shrubs, Houses, other streets, rivers, bridges, etc. are in the 4 for the sake of simplicity.
  • intersection 120 for example, two streets 121 and 122 intersect.
  • Each street 121 and 122 has, for example, two lanes 121 1 , 121 2 and 122 1 , 122 2 separated from one another by a dividing line 121 3 and 122 3 , respectively.
  • the carriageway 121 1 is provided for a direction of travel 121 4 and the carriageway 121 2 for the direction of travel 121 5 opposite to a direction of travel 121 4 .
  • the roadway 122 1 is provided for a direction of travel 122 4 and the roadway 122 2 for the direction of travel 122 5 opposite to a direction of travel 122 4 .
  • intersection 120 there is a traffic light system, not shown, which at the time the image was taken, for example, was switched so that the street 122 is red and, for example, consisted of vehicles 4 without exception on both carriageways 122 1 and 122 2 of this street 122 before the intersection 120 have to wait while the vehicles, which also consist, for example, of passenger cars 4, have green on both carriageways 121 1 and 121 2 of road 121 and are allowed to cross the intersection 120.
  • a group 41 of several, for example four, passenger cars 4 is stowed on the road 122 in front of the intersection 120 on the road 122 1 and a group 42 of several, for example five, passenger cars 4 on the road 122 2 .
  • the image section 11 does not come from a photographically recorded image 3 of the area 10, but from an image 3 of the area 10 recorded by means of radar radiation 5.
  • the image detail 11 ' according to FIG. 5 shows like the image detail 11 , according to FIG. 4 only the intersection 120 with the streets 121 and 122 and the vehicles located thereon, but for the sake of simplicity no further details of the urban landscape.
  • roads 121 and 122 and vehicles 4 on roads 121 and 122 also appear blurredly delimited in image detail 11' according to FIG. 5.
  • the dividing lines 121 3 and 122 3 are also no longer recognizable.
  • each vehicle 4 appears on the streets 121 and 122 as a diffuse stain that opposes the background given by these roads advantageously stands out clearly.
  • the reason for this is again the cheap one Circumstance that a roadway or generally the ground compared to a vehicle thereon for the radar radiation 5 has a significantly different reflectivity.
  • each distance d0 between successive vehicles 4 is smaller than the grid dimension r, while on each roadway 121 1 and 121 2 and the road 121, every distance d between successive ones Vehicles 4 is larger than the grid dimension r. Accordingly, each of these groups 41 and 42 appears like a continuous line of vehicles, while the vehicles 4 on the road 121 can be recognized individually.
  • the streets 121 and 122 according to FIGS. 4 and 5 are respectively a street with oncoming traffic, i.e. a street with a Lane which is intended for one direction of travel and one Roadway intended for the opposite direction of travel is, these two lanes only by a dividing line are separated from one another or at least at a very short distance run side by side.
  • On such a road it is important to see the vehicles in a picture 3 of area 10 assign individual lanes and thus directions of travel can. This applies particularly to viscous traffic or Traffic jam. In this case, it is particularly important to have one vehicle queue indicating such a traffic condition to assign image 3 to the correct direction of travel, because it would be fatal, traffic jams, for example, a traffic jam to report in the wrong direction.
  • a grid dimension r from 2 m.
  • the relatively coarse grid dimension r of 2 m has next to the above Advantages outlined the advantage that it is with the advantageous radar radiation 5 can be easily realized.
  • the invention is not restricted to this rough grid dimension, but it can be smaller but also larger grid dimensions may be used, depending on the circumstances of the individual case is just cheap. For example a smaller grid size should be used when detecting of details that are smaller than 2 m.
  • an image recording device 20 present at a distance a above the surface of the earth 1 located body 2 is attached.
  • This Image recording device 20 is used to record an image 3 from an area 10 which is below the body 2 located on and / or above the earth's surface 1 and a lateral one Has a diameter of at least one kilometer.
  • the picture is taken with such a small grid r that densities of at least one particular one located in area 10 Type vehicles, for example passenger cars 4 or Buses or trucks 4 'in Figure 2 and 3 to the maximum density determined by the grid dimension r can be seen.
  • an evaluation device 21 for an evaluation of the captured image 3 with respect to at least one Density of at least one of the types of vehicles available that Body 2 may be present.
  • the grid dimension r should be so small that on the image of area 10, a local association between at least one density of at least one type of vehicle, for example of vehicles 4 or 4 'and at least one for this type of vehicles 4 existing traffic route 110 121, 122 of area 10 can be seen. There is a grid dimension r of 2 m sufficient for that.
  • the evaluation device 21 is designed, for example, that they have a certain informational content of a recorded 3 converted into coded data signals 22.
  • the image recording device 20 and evaluation device 21 can be used for purposes other than the detection of a traffic condition developed fully geocoded interferometric radar with synthetic aperture be realized, that from the TRANS catalog of MST Aerospace GmbH, Cologne, Federal Republic of Germany, is not known Suggestions or notes regarding the present Invention there. Looking back from the point of view In the finished invention, this system is particularly for large-scale recording of a state of road traffic, be it particularly suitable via earth satellite or via aircraft.
  • the coded data signals generated by the evaluation device 21 22 are transmitted to a processing device 30, which the data signals 22 for obtaining information processed about a traffic condition in area 10, for example computer-aided.
  • the processing facility 30 is preferably in a ground station on the earth's surface 1 housed.
  • the transmission of the encoded data signals 22 are preferably in the form of electromagnetic waves transmitted from body 2 through the free space to the ground station.
  • the in the processing device 30 from the data signals 22 obtained information about a traffic condition in the area 10 can be via different transmission paths or information channels one or more different facilities to use such information.
  • a usage device can be, for example, a radio transmitter 40, through which the road users via radio via the Traffic situation in area 10 can be informed, a facility 50 by comparing before and after for example Forecasts of traffic development in area 10 created and much more.
  • the Facility 50 sends its forecasts to a traffic control center 60 forward, with the help of the traffic flow on the Can control roads, for example via variable display devices 70, the road users target speeds Show.
  • Images 3 of the same area 10 can also be evaluated and / or compared with each other by different Bodies 2, for example from a satellite and have been picked up from an airplane, in particular also then when these images differ from each other in grid dimensions exhibit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung eines Verkehrszustandes von Fahrzeugen und eine Einrichtung zur Erfassung eines solchen Verkehrszustandes. Zum Erfassen wird dabei von einem in einem Abstand über der Erdoberfläche sich befindenden Körper aus mittels Radarstrahlung ein Bild von einem Gebiet aufgenommen, das sich unterhalb des Körpers auf und/oder über der Erdoberfläche befindet und einen lateralen Durchmesser von mindestens einem Kilometer aufweist, wobei das Bild mit einem solchen Rastermaß aufgenommen wird, daß Dichten zumindest einer bestimmten im Gebiet befindlichen Art Fahrzeuge bis zu einer durch das Rastermaß vorbestimmten maximalen Dichte zu erkennen sind. Das aufgenommene Bild wird hinsichtlich wenigstens einer Dichte zumindest der einen Art Fahrzeuge ausgewertet.
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 notwendig. 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.
Aus der US 5 663 720 ist das eingangs genannte Verfahren zum Erfassen eines Verkehrszustandes von Fahrzeugen bekannt. Das Bild wird dabei mit einem so kleinen Rastermaß aufgenommen, dass einzelne Fahrzeuge erkennbar und voneinander separierbar sind. Durch die dadurch messbare Anzahl der Fahrzeuge pro Meter einer Straße kann auf die Verkehrsdichte auf der Straße rückgeschlossen werden. Voraussetzung dafür ist, dass das Rastermaß kleiner ist als der Abstand zwischen den Fahrzeugen.
Aus Kyong-Ho Kim et al., Congestion Data Acquisition Using High Resolution Satellite Imagery and Frequency Analysis Techniques, IGARSS 1997, Proceedings of the 1997 International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Bd.1 (1997), New York, USA, IEEE, S. 331 - 334 ist ein Verfahren bekannt, bei dem via Satellit Bilder der Erdoberfläche aufgenommen werden können. Mittels Fourier-Transformation kann der Verkehrszustand von Fahrzeugen ermittelt werden.
Die zur Optimierung des Verkehrsflusses wichtige Erfassung des Ist-Verkehrszustandes wird darüber hinaus 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 im Vergleich zu Stand der Technik vereinfachtes Verfahren zur großräumigen Erfassung eines Verkehrszustandes von Fahrzeugen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.
Als Körper wird vorzugsweise ein die Erde umkreisender Erdsatellit 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 Kilometern 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 Lastkraftwagen, 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 Frachtflugzeug, 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 Körper kann auch ein geostationärer Erdsatellit verwendet werden (Anspruch 4), der vorteilhafterweise eine ständige Überwachung eines Verkehrs in einem Gebiet von beinahe der Größe einer ganzen Hemisphäre, beispielsweise des Schiffsverkehrs im Atlantik oder Pazifik ermöglicht.
Von einem Erdsatelliten aus können Bilder der großen Gebiete mit ausreichend großer Auflösung optisch erzeugt werden, jedoch ist diese Aufnahmeart tageszeit- und wetterabhängig. Wird dagegen zur Aufnahme der Bilder eine Radarstrahlung verwendet, können die Bilder vorteilhafterweise zu jeder Tageszeit und bei jedem Wetter aufgenommen werden. Allerdings müssen eine Radarstrahlung und ein Radarsystem verwendet werden, die Bilder mit einem ausreichend kleinen Rastermaß, das einer ausreichend großen Auflösung 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 aufgenommenen Bildern bestehen.
Anstelle eines Körpers in Form eines Satelliten kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Körper in Form eines Luftfahrzeugs verwendet werden (Anspruch 5), wobei als Luftfahrzeug in erster Linie ein Flugzeug, aber auch beispielsweise ein Ballon und ähnliches in 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 wird ein Bild mittels Radarstrahlung auf aufgenommen.
Wenn die Bilder mit Hilfe der Interferometrie (Anspruch 7) und/oder des Dopplereffekts aufgenommen (Anspruch 8) 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 sehen, 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 Gebiets erkannten Dichte von Fahrzeugen und einem Verkehrsweg des Gebiets mittels Georeferenzierung hergestellt (Anspruch 9), 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 vorteilhafterweise 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 10). 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 Straßenbaumaßnahmen erzielte Veränderungen überprüft und vorhandene Simulationsprogramme exakt abgestimmt werden.
Besonders vorteilhaft ist es in diesem Fall, wenn wenigstens eine Folge von zwei Bildern des Gebiets durch zeitlich innerhalb einer Stunde aufeinanderfolgende einzelne Momentaufnahmen hergestellt wird (Anspruch 11). 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, beispielsweise 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 Anspruch 12 angegeben Merkmale auf, bei welcher der in einem Abstand über der Erdoberfläche sich befindende Körper insbesondere ein die Erde umkreisender Erdsatellit, ein geostationärer Erdsatellit oder ein Luftfahrzeug ist.
Gemäß einer in Anspruch 13 angegebenen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung wandelt die Auswerteeinrichtung einen bestimmten Informationsgehalt eines aufgenommenen Bildes in kodierte Datensignale um.
Die Auswerteeinrichtung erzeugt vorteilhafterweise georeferenzierte kodierte Datensignale (Anspruch 14), 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 Verarbeitung der Datensignale zur Gewinnung einer Information über einen Verkehrszustand im Gebiet (Anspruch 15). 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 16). Für verschiedenartige Nutzungen 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 Gebiet 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. Unter 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 Satelliten 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 1123 bzw. 1133 voneinander getrennte Fahrspuren 1121, 1122 bzw. 1131, 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 Lastkraftwagen mit und ohne Hänger. In der Figur 2 sind beispielsweise ein einziger Lastkraftwagen oder Omnibus vorhanden, der sich auf der Fahrspur 1131 befindet und mit 4' bezeichnet ist, alle übrigen Fahrzeuge auf der Autobahn 110 sind als Personenkraftwagen angenommen, deren jeder sich allein 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 Autobahn 110 im Bildausschnitt 11'.
Unter der Annahme von Rechtsverkehr sind beispielsweise auf der rechten Fahrspur 1131 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 Abstand d0 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 minimalen 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 unterschieden 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 Fahrzeuge 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 Bildausschnitt 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 schwächere 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 1123 und 1133 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 vorliegt, 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 d0 zwischen den aufeinanderfolgenden vier Fahrzeugen 4' und 4 der Fahrzeuggruppe 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 deutlich 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 1213 bzw. 1223 voneinander getrennte Fahrbahnen 1211, 1212 bzw. 1221, 1222 auf.
Bei der Straße 121 ist die Fahrbahn 1211 für eine Fahrrichtung 1214 und die Fahrbahn 1212 für die zur einen Fahrrichtung 1214 entgegengesetzte Fahrrichtung 1215 vorgesehen. Bei der Straße 122 ist die Fahrbahn 1221 für eine Fahrrichtung 1224 und die Fahrbahn 1222 für die zur 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 1221 und 1222 dieser Straße 122 vor der Kreuzung 120 warten müssen, während die beispielsweise ebenfalls ausnahmslos aus Personenkraftwagen 4 bestehenden Fahrzeuge auf beiden Fahrbahnen 1211 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 1221 eine Gruppe 41 aus mehreren, beispielsweise vier Personenkraftwagen 4 und auf der Fahrbahn 1222 eine Gruppe 42 aus mehreren, beispielsweise fünf Personenkraftwagen 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 11, 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 unscharf begrenzt. Auch sind die Trennlinien 1213 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 d0 zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen 4 kleiner als das Rastermaß r ist, während auf jeder Fahrbahn 1211 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 vorstehend 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 Umständen 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 Luftfahrzeug 2 aus ein Bild eines Gebiets 10 mit der Radarstrahlung 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 bestimmten 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 befindlichen 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 vollgeokodierte 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 geeignet.
Die von der Auswerteeinrichtung 21 erzeugten kodierten Datensignale 22 werden zu einer Verarbeitungseinrichtung 30 übertragen, welche die Datensignale 22 zur Gewinnung einer Information 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 Wellen 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 (16)

  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 mittels Radarstrahlung ein Bild (3) von einem Gebiet (10) aufgenommen wird, das sich unterhalb des Körpers (2) auf und/oder über der Erdoberfläche (1) befindet und einen lateralen Durchmesser von mindestens einem Kilometer aufweist, wobei
    das Bild mit einem solchen Rastermaß (r) aufgenommen wird, daß Dichten zumindest einer bestimmten, im Gebiet (10) befindlichen Art Fahrzeuge (4, 4') bis zu einer durch das Rastermaß vorbestimmten maximalen Dichte zu erkennen sind, und
    das aufgenommene Bild (3) hinsichtlich wenigstens einer Dichte zumindest der einen Art Fahrzeuge (4, 4') ausgewertet wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mit Hilfe des Rastermaßes (2) bei der vorbestimmten maximalen Dichte der Fahrzeuge eine untere Grenze für die, in einer auf dem Bild (3) Kontinuierlich erscheinenden Schlange aus nicht unterscheidbaren Fahrzeugen enthaltene Zahl Fahrzeuge der einen Art Fahrzeuge angegeben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein die Erde umkreisender Erdsatellit als Körper (2) verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 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, l) in der Größenordnung von einem Kilometer aufgenommen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Bild (3) unter Anwendung von Interferometrie aufgenommen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Bild (3) unter Anwendung des Dopplereffekts aufgenommen wird.
  9. 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 Georeferenzierung hergestellt wird.
  10. 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.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei wenigstens eine Folge von zwei Bildern (3) des Gebiets (10) durch zeitlich innerhalb einer Stunde aufeinanderfolgend, einzelne Momentaufnahmen hergestellt wird.
  12. 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 die 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, mittels Radarstrahlung mit einem so kleinen Rastermaß (r) dient, daß Dichten zumindest einer bestimmten, im Gebiet (10) befindlichen Art Fahrzeuge (4,4') bis zu einer durch das Rastermaß vorbestimmten maximalen Dichte zu erkennen sind, und
    einer Auswerteeinrichtung (21) zu einer Auswertung des aufgenommenen Bildes (3) hinsichtlich wenigstens einer Dichte zumindest der einen Art Fahrzeuge (4, 4'), dadurch gekennzeichnet, daß
    mit Hilfe des Rastermaßes (r) bei der Vorbestimmten maximalen Dichte der Fahrzeuge eine untere Greuze für die, in einer auf dem Bild (3) Kontinuerlich erscheinenden Schlange aus nicht unterscheidbaren Fahrzeuge enthaltene Zahl Fahrzenge der einen Art Fahrzeuge augegeben wird
  13. Anordnung nach Anspruch 12, wobei die Auswerteeinrichtung (20) einen bestimmten Informationsgehalt eines aufgenommenen Bildes (3) in kodierte Datensignale (22) umwandelt.
  14. Anordnung nach Anspruch 13, wobei die Auswerteeinrichtung (20) georeferenzierte kodierte Datensignale (22) erzeugt.
  15. Anordnung nach Anspruch 14, wobei eine Verarbeitungseinrichtung (30) zu einer Verarbeitung der Datensignale (22) zur Gewinnung einer Information über einen Verkehrszustand im Gebiet (10) vorhanden ist.
  16. Anordnung nach Anspruch 15, wobei eine Nutzungseinrichtung (40, 50) zur Nutzung einer gewonnenen Information über einen Verkehrszustand im Gebiet (10) vorhanden ist.
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