EP1224644A1 - Vorrichtung zur steuerung des verkehrsflusses an einer kreuzung, insbesondere zur ampelsteuerung - Google Patents

Vorrichtung zur steuerung des verkehrsflusses an einer kreuzung, insbesondere zur ampelsteuerung

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EP1224644A1
EP1224644A1 EP00975911A EP00975911A EP1224644A1 EP 1224644 A1 EP1224644 A1 EP 1224644A1 EP 00975911 A EP00975911 A EP 00975911A EP 00975911 A EP00975911 A EP 00975911A EP 1224644 A1 EP1224644 A1 EP 1224644A1
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EP
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sensor device
receiver
transmitter
traffic light
traffic
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EP00975911A
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Johann Hipp
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Sick AG
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    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/07—Controlling traffic signals
    • G08G1/08—Controlling traffic signals according to detected number or speed of vehicles

Definitions

  • Device for controlling the flow of traffic at an intersection in particular for controlling traffic lights
  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • Devices of the generic type are used to make the flow of traffic at intersections more fluid, in particular via traffic-dependent traffic light control.
  • Known devices have e.g. Sensor devices that detect vehicles in the storage space in front of a traffic light and can initiate a traffic light control that is adapted to the detected vehicle density.
  • the sensor devices used in generic devices are e.g. Induction loops which are laid in the lane at a distance of approx. 50 to 100 m in front of the traffic light and which are able to detect a vehicle traveling over the loop and send a corresponding signal to the computer controlling the traffic light.
  • ground loops can easily be damaged by the vehicles rolling over them, due to weather or construction work, and are therefore relatively maintenance-intensive, with the associated high costs and traffic influences.
  • ground loops only give spot measurements, ie the traffic situation, particularly in the intersection area, cannot be fully recorded. After all, ground loops do not allow clear vehicle classification.
  • At least one lane is scanned by a sensor device in the region of the storage space.
  • Storage space is essentially to be used to denote the distance to the traffic lights in which the traffic lights can be recognized from an approaching vehicle.
  • the sensor device used in the device according to the invention has a transmitter which emits laser pulses all around in one or more planes and at least one receiver in order to detect the distance and angle of the points of incidence of the laser pulses on objects.
  • the continuous series of revolving laser pulses generated by the transmitter will be referred to as beam fans.
  • the receiver and transmitter are preferably arranged in the sensor device all around and facing the same direction.
  • the sensor device is arranged in such a way that a lane leading to the traffic light in the storage space area is swept from above by a beam fan parallel to the direction of travel, thereby creating a profile of the objects in the lane, usually vehicles and the roadway.
  • the density of the vehicles follows from the number of profiles in the covered storage space and the gaps between the profiles.
  • An evaluation device is also provided in the device according to the invention, which processes the points of impact detected by the receiver per transmitter revolution in the beam fan.
  • Related groups of impact points can be assigned to impact points, whereby fixed objects, e.g. the road surface can be saved as always available in a learning mode.
  • Associated groups of points of impact between changes in distance or between significant changes to stored data cannot be assigned to fixed objects.
  • the movement of non-fixed or unsaved objects is preferably tracked by calculating the location, the speed and the direction (vectorial) of the objects from the successive data of the beam fans.
  • the evaluation device can thus determine whether the objects are in the relevant monitored area, when they leave the area, count the objects, classify them and evaluate them in terms of priority. The results of the evaluation device can then be used as a basis for the traffic light control. It goes without saying that all the tracks leading to the intersection should be monitored with the sensor device described, so that a common, optimized switching of all intersection lights is possible.
  • the sensor device is arranged such that it sends the beam fan from above onto the lane to be monitored. Only in this way can it be reliably ruled out that interfering objects interrupt the light path and impair the measurement.
  • the sensor device is preferably arranged in the upper region of the associated traffic light, particularly preferably at its free upper end. Since traffic lights are usually set up so that they can be uncovered even from a greater distance, this configuration ensures that the beam fan can also be sent freely and without interfering objects in between, such as trees, houses or the like , Of course, the sensor device can also be attached to a separate post or the like.
  • the invention can be easily implemented in single-lane but also in multi-lane roads.
  • multi-lane roads e.g. a sensor device can be provided which has a plurality of transmitters, each of which generates beam fans assigned to the individual lanes.
  • the beam fan emitted by the transmitter can of course not only cover the storage space in front of the traffic light. Rather, in its other end region, it can also extend into the intersection region or even beyond to the lane leading away from the intersection. In this way, not only the incoming but also the outgoing traffic can be detected with the sensor device according to the invention, which enables an even more sensible traffic light control.
  • Fig. 1 shows a road leading to a traffic light in section with a sensor device according to the first variant of the invention.
  • Fig. 2 shows a plan view of an intersection, in which the in
  • Fig. 1 shown embodiment is provided.
  • FIG. 3 shows a side view of a traffic light equipped with a transmission device according to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a section through a roadway 10 with four lanes 11, 12, 13 and 14. In the case shown, lanes 11 and 12 lead out of the image plane and lanes 13 and 14 into the image plane. The tracks are separated from one another by road markings 15 and 16 and by a median strip 17. In addition, FIG. 1 shows a traffic light 18 located at an intersection that cannot be seen in this figure, to which the tracks 13 and 14 lead in the direction of travel.
  • a sensor device 19 is provided on the traffic light 18 which, as explained further below, contains a transmitter which in each case sends a beam fan 20, 21 made of rotating laser beam pulses onto the tracks 13 and 14 in the area of the storage space in front of the traffic light 18.
  • FIG. 2 shows the lane 10 with the lanes 11, 12, 13 and 14 and an intersection 30 into which the lanes 13 and 14 open.
  • the sensor 19, which is arranged on the traffic light 18 which cannot be seen in this illustration, can also be seen.
  • the beam fans 20 and 21 generated by the sensor device 19 extend in the tracks 13 and 14 over an area 22 in front of the traffic light into the intersection 30.
  • the area 22 is chosen so large that approaching vehicles can be recognized at a sufficient distance from the sensor device 19 and can be taken into account when switching on the traffic light 18.
  • the area 22 can e.g. correspond to the distance from which a motorist can recognize the traffic light 18.
  • FIG. 3 shows one that essentially corresponds to FIGS. 1 and 2.
  • the sensor device 19 in contrast to the known ground loops, not only determines a mere numerical occupancy density of the track 14. Rather, the device 19 is capable of e.g. to differentiate the size of the 23 to be moved straight onto the intersection 30 from the car 24 driving in front of it.
  • a preferably used sensor device 19 is shown in section in FIG. 4. It has a housing 32 with a motor 31 which rotates a shaft 33, to which a laser transmitter 25 and a receiver 35 surrounding it are attached transversely.
  • the transmitter and receiver can be e.g. be designed according to DE 195 30 281 C2, Figure 1.
  • the laser transmitter 25 radially emits laser pulses 33 radially to the axis of the rotating shaft, which, in the exemplary embodiment, spans a first beam fan 21 radiating vertically downward over an approximately 180 ° rotation of the shaft 33.
  • a second beam fan 20 is generated at an angle to the first beam fan 21 by deflecting the laser beams at mirrors 28, 29 of the housing 32 during the upper revolution of the laser transmitter 25 / receiver 35.
  • An evaluation device (not shown) connected to the laser transmitter 25 / receiver 35 determines the pulse transit time and the distance to the point of impact from the respective start time of a transmitted pulse and the reception time, which is determined with the built-in receiver 35 an object hit by the laser beam.
  • the profile of the impact points measured in the beam fan can be determined from the angular position of the shaft 33, which is determined, for example, using angle sensors or other devices.

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Description

Vorrichtung zur Steuerung des Verkehrsflusses an einer Kreuzung, insbesondere zur Ampelsteuerung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Gattungsgemäße Vorrichtungen werden dazu eingesetzt, den Verkehrsfluß an Kreuzungen insbesondere über eine verkehrsabhängige Ampelsteuerung flüssiger zu gestalten. Bekannte Vorrichtungen weisen z.B. Sensoreinrichtungen auf, die jeweils im Stauraum vor einer Ampel Fahrzeuge detektieren und eine der detek- tierten Fahrzeugdichte angepaßte Ampelsteuerung veranlassen können.
Die in gattungsgemäßen Vorrichtungen eingesetzten Sensoreinrichtungen sind z.B. Induktionsschleifen, die im Abstand von ca. 50 bis 100 m vor der Ampel in der Fahrbahn verlegt sind, und die in der Lage sind, ein über die Schleife fahrendes Fahrzeug zu detektieren und ein entsprechendes Signal an den die Ampel steuernden Computer zu senden.
BESTATIGUNGSKOPIE Nachteilig an den bekannten Bodenschleifen ist, daß sie durch die darüber hinweg rollenden Fahrzeuge, witterungsbedingt oder durch Bauarbeiten leicht Schaden nehmen können und daher relativ wartungsintensiv sind, mit damit verbundenen hohen Kosten und Verkehrsbeeinflussungen. Außerdem erhält man mit Bodenschleifen nur punktuelle Messungen, d.h. man kann die Verkehrssituation insbesondere im Kreuzungsbereich nicht vollständig erfassen. Schließlich erlauben Bodenschleifen auch keine eindeutige Fahrzeugklassifizierung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ausgehend vom Stand der Technik eine Vorrichtung zur Steuerung des Verkehrs an einer Kreuzung zu schaffen, die die Verkehrssituation gegenüber bekannten Systemen vollständiger erfaßt und damit eine genauere Anpassung z.B. der Ampelsteuerung an die vorliegende Verkehrssituation ermöglicht.
Gelöst wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 aufweist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß mindestens eine, bei größeren Straßen vorzugsweise jede zur Ampel führende Fahrspur, jeweils von einer Sensoreinrichtung im Bereich des Stauraumes abgetastet wird. Mit Stauraum soll im wesentlichen der Abstandsbereich zur Ampel bezeichnet werden, in dem die Ampelanzeige von einem sich nähernden Fahrzeug aus erkannt werden kann.
Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzte Sensoreinrichtung weist einen Sender auf, der umlaufend in einer oder mehreren Ebenen Laserimpulse aussendet und mindestens einen Empfänger, um Entfernung und Winkel der Auftreffpunkte der Laserimpulse an Objekten zu detektieren. Im Folgenden soll die von dem Sender erzeugte kontinuierliche Serie von umlaufenden Laserimpulsen als Strahlfächer bezeichnet werden. Bevorzugt sind Empfänger und Sender in der Sensoreinrichtung gemeinsam umlaufend und in dieselbe Richtung blickend angeordnet.
Erfindungsgemäß ist die Sensoreinrichtung so angeordnet, daß eine zur Ampel führende Fahrspur im Stauraumbereich parallel zur Fahrtrichtung von oben von einem Strahlfächer überstrichen wird und dabei ein Profil der jeweils auf der Fahrspur befindlichen Objekte, in aller Regel Fahrzeuge und der Fahrbahn erstellt wird. Die Dichte der Fahrzeuge folgt aus der Zahl der Profile im abgedeckten Stauraum und den zwischen den Profilen vorhandenen Lücken.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist weiterhin eine Auswerteinrichtung vorgesehen, die die vom Empfänger pro Senderumlauf im Strahlfächer detek- tierten Auftreffpunkte verarbeitet. Zusammenhängende Gruppen von Auftreffpunkten können Auftreffpunkten zugeordnet werden, wobei feststehende Objekte, z.B. die Straßenoberfläche in einem Lernmodus als immer vorhanden abgespeichert werden können. Zusammenhängende Gruppen von Auftreffpunkten zwischen Entfernungssprüngen oder zwischen deutlichen Änderungen gegenüber gespeicherten Daten können nicht feststehenden Objekten zugeordnet werden.
Bevorzugt wird die Bewegung nicht feststehender oder nicht gespeicherter Objekte verfolgt, indem der Ort, die Geschwindigkeit mit Richtung (vektoriell) der Objekte aus den aufeinanderfolgenden Daten der Strahlfächer berechnet wird. Die Auswerteinrichtung kann so ermitteln, ob sich die Objekte im relevanten überwachten Bereich befinden, wann sie den Bereich verlassen werden, die Objekte zählen, klassifizieren und bezüglich Priorität bewerten. Die Ergebnisse der Auswerteinrichtung können dann bei der Ampelsteuerung zugrunde gelegt werden. Es versteht sich, daß sinnvollerweise alle zur Kreuzung hinführenden Spuren mit der beschriebenen Sensoreinrichtung überwacht werden sollten, damit eine gemeinsame optimierte Schaltung aller Kreuzungsampeln möglich ist.
Erfindungsgemäß ist die Sensoreinrichtung, wie oben erwähnt, so angeordnet, daß sie den Strahlfächer von oben auf die zu überwachende Fahrspur sendet. Nur so kann sicher ausgeschlossen werden, daß störende Gegenstände den Lichtweg unterbrechen und die Messung beeinträchtigen.
Vorzugsweise wird die Sensoreinrichtung im oberen Bereich der zugeordneten Ampel, besonders vorzugsweise an ihrem freien oberen Ende angeordnet. Da Ampeln in aller Regel so aufgestellt werden, daß sie unverdeckt auch aus größerer Distanz erkannt werden können, ist bei dieser Ausgestaltung sichergestellt, daß der Strahlfächer ebenfalls frei und ohne dazwischen liegende störende Gegenstände, wie Bäume, Häuser oder dergleichen auf die Fahrspur gesendet werden kann. Selbstverständlich kann die Sensoreinrichtung aber auch an einem separaten Pfosten oder dergleichen befestigt werden.
Die Erfindung läßt sich problemlos bei ein-, aber auch bei mehrspurigen Straßen verwirklichen. Bei mehrspurigen Straßen kann z.B. eine Sensoreinrichtung vorgesehen werden, die mehrere Sender aufweist, die jeweils den einzelnen Fahrspuren zugeordnete Strahlfächer erzeugen.
Genauso gut ist es aber auch möglich, bei z.B. zwei Fahrspuren einen Sender einzusetzen, der in einem Teil seines Umlaufes direkt auf die eine Fahrspur und in dem anderen Teil seines Umlaufes über Spiegel umgelenkt auf die andere Fahrspur sendet. Hierauf wird bei der Zeichnungsbeschreibung noch näher eingegangen. Außerdem kann selbstverständlich der von dem Sender abgestrahlte Strahlfächer nicht nur den Stauraum vor der Ampel abdecken. Er kann sich vielmehr in seinem anderen Endbereich auch in den Kreuzungsbereich oder sogar darüber hinaus auf die von der Kreuzung wegführende Fahrspur erstrecken. Auf diese Weise kann man mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung nicht nur den ankommenden, sondern auch den abfließenden Verkehr erfassen, was eine noch sinnvollere Ampelsteuerung ermöglicht.
Im folgenden soll die Erfindung von mehreren Abbildungen näher erläutert werden:
Fig. 1 zeigt eine zu einer Ampel führende Straße im Schnitt mit einer Sensoreinrichtung gemäß der ersten Variante der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf eine Kreuzung, bei der die in
Fig. 1 gezeigte Ausführung vorgesehen ist.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht auf eine mit einer Sendeeinrichtung gemäß Fig. 1 ausgestatteten Ampel.
Fig. 4 zeigt eine Schnittdetailansicht einer Sensoreinrichtung
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Fahrbahn 10 mit vier Spuren 11, 12, 13 und 14. Im gezeigten Fall führen die Spuren 11 und 12 aus der Bildebene hinaus und die Spuren 13 und 14 in die Bildebene hinein. Die Spuren sind durch Fahrbahnmarkierungen 15 und 16 sowie durch einen Mittelstreifen 17 voneinander getrennt. Außerdem zeigt Figur 1 eine an einer in dieser Abbildung nicht zu erkennenden Kreuzung befindliche Ampel 18, zu der in Fahrtrichtung die Spuren 13 und 14 hinführen.
Erfindungsgemäß ist auf der Ampel 18 eine Sensoreinrichtung 19 vorgesehen, die wie weiter unten erläutert einen Sender enthält, der jeweils einen Strahlfächer 20, 21 aus umlaufenden Laserstrahlimpulsen auf die Spuren 13 und 14 im Bereich des Stauraumes vor der Ampel 18 sendet.
Dies ist in der Figur 2 deutlicher zu erkennen, die die Fahrbahn 10 mit den Spuren 11, 12, 13 und 14 sowie eine Kreuzung 30 zeigt, in die die Spuren 13 und 14 einmünden. Weiterhin zu erkennen ist der Sensor 19, der auf der in dieser Darstellung nicht zu erkennenden Ampel 18 angeordnet ist.
In Fig. 2 wird deutlich, daß die von der Sensoreinrichtung 19 erzeugten Strahlfächer 20 und 21 sich in den Spuren 13 und 14 über einen Bereich 22 vor der Ampel bis in die Kreuzung 30 hinein erstrecken. Der Bereich 22 wird so groß gewählt, daß herannahende Fahrzeuge in ausreichendem Abstand von der Sensoreinrichtung 19 erkannt und bei der Schaltung der Ampel 18 berücksichtigt werden können. Der Bereich 22 kann z.B. dem Abstand entsprechen, aus dem ein Autofahrer die Ampel 18 erkennen kann.
Wie oben ausgeführt und in Fig. 2 angedeutet, können sich die Strahlfächer 20 und 21 über die Ampel hinaus in den Bereich der Kreuzung hinein erstrecken. Denkbar ist sogar, daß sie über die Kreuzung hinaus auch noch den von der Kreuzung wegführenden Bereich der Spuren abdecken. Figur 3 zeigt eine im wesentlichen mit den Figuren 1 und 2 übereinstimmende. Sensoreinrichtung 19 in Seitenansicht. Zu erkennen ist in dieser Darstellung die äußere Fahrspur 14, der dieser Fahrspur zugeordnete Strahlfächer 21, sowie von dem Strahlfächer erfaßte Objekte 23, 24, im gezeigten Fall z.B. ein Bus 23 und ein PKW 24.
Aus Fig. 3 wird deutlich, daß die Sensoreinrichtung 19 im Gegensatz zu den bekannten Bodenschleifen nicht nur eine bloße numerische Belegungsdichte der Spur 14 ermittelt. Die Einrichtung 19 ist vielmehr in der Lage, z.B. den sich gerade auf die Kreuzung 30 zu bewegenden 23 von dem davor fahrenden PKW 24 größenmäßig zu differenzieren.
Eine bevorzugt verwendeter Sensoreinrichtung 19 ist in Figur 4 im Schnitt dargestellt. Sie weist ein Gehäuse 32 auf mit einem Motor 31, welcher eine Welle 33 dreht, an der quer ein Lasersender 25 und einen diesen umgebender Empfänger 35 befestigt ist. Sender und Empfänger können im einzelnen z.B. gemäß DE 195 30 281 C2, Figur 1 ausgebildet sein.
Der Lasersender 25 sendet radial zur Achse der rotierenden Welle 33 Laserimpulse aus, die über etwa 180° Umlauf der Welle 33 im Ausführungsbeispiel lotrecht nach unten strahlend einen ersten Strahlfächer 21 aufspannen. Ein zweiter Strahlfächer 20 wird schräg zum ersten Strahlfächer 21 durch Umlenkung der Laserstrahlen an Spiegeln 28, 29 des Gehäuses 32 während des oberen Umlaufes des Lasersender 25/Empfängers 35 erzeugt.
Eine an den Lasersender 25/Empfänger 35 angeschlossene, nicht dargestellte Auswerteinrichtung ermittelt aus der jeweiligen Startzeit eines ausgesendeten Impulses und der Empfangszeit, die mit dem eingebauten Empfänger 35 ermittelt wird, die Impulslaufzeit und daraus die Entfernung bis zu dem Auftreffpunkt an einem vom Laserstrahl getroffenen Gegenstand. Aus der Winkelstellung der Welle 33, die z.B. über Winkelgeber oder sonstige Einrichtungen ermittelt wird, läßt sich das Profil der im Strahlfächer gemessenen Auftreffpunkte bestimmen.
Mit einer Sensoreinrichtung in dieser Ausführung lassen sich mit einem Sender zwei Spuren überwachen, was eine erhebliche Kosteneinsparung bedeutet. Genauso gut ist es aber auch möglich, den Spuren jeweils einen direkt abstrahlenden Sender zuzuordnen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Vorrichtung zur Steuerung mindestens einer an einer Kreuzung angeordneten Ampel mit einer Sensoreinrichtung, die Fahrzeuge im Stauraum vor der Ampel detektiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (19) einen Strahlsender und -empfänger aufweist, mit einem umlaufend Laserimpulse abstrahlenden Sender (25), der mindestens einen eine Fahrspur (13, 14) im Stauraum (22) von oben parallel zur Fahrtrichtung überstreichenden Strahlfächer (20, 21) erzeugt und einem Empfänger (35), mit dem die Auftreffpunkte der Laserimpulse detektierbar sind, wobei die Sensoreinrichtung (19) eine Auswerteinrichtung aufweist, die aus den vom Empfänger (35) ermittelten Daten das Profil der Auftreffpunkte des Strahlfächers (20, 21) ermittelt und einzelne Gruppen von räumlich zusammenhängenden Auftreffpunkten Objekten zuordnet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Sensoreinrichtung erzeugte Strahlfächer (20, 21) zusätzlich einen sich auf der dem Stauraum (22) abgewandten Seite der Ampel (18) bis in die Kreuzung (30) hinein ggf. sogar darüber hinaus erstreckenden Bereich abdecktt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Sender (25) über Spiegel (28, 29) zwei beabstandete, unterschiedlichen Fahrbahnen (13, 14) des Stauraumes (22) zugeordnete Strahlfächer (20, 21) erzeugbar sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (19) im oberen Bereich einer Ampel (18) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (35) in Abstrahlrichtung des Senders (25) blickend und mit diesem umlaufend angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinrichtung die Bewegung erfaßter Objekte durch Berechnung des Ortes, der Geschwindigkeit und Richtung aus den für aufeinanderfolgende Strahlfächer vom Empfänger detektierten Daten ermittelt.
EP00975911A 1999-10-27 2000-10-25 Vorrichtung zur steuerung des verkehrsflusses an einer kreuzung, insbesondere zur ampelsteuerung Expired - Lifetime EP1224644B1 (de)

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