EP1330803A1

EP1330803A1 - Verfahren zur erfassung von verkehrslagedaten in einem verkehrswegenetz und endeinrichtung

Info

Publication number: EP1330803A1
Application number: EP01992987A
Authority: EP
Inventors: Michael Alger
Original assignee: Vodafone Holding GmbH
Current assignee: Vodafone Holding GmbH
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2003-07-30
Anticipated expiration: 2021-10-09
Also published as: ATE491197T1; WO2002037444A1; DE50115737D1; AU2002221523A1; EP1330803B1; DE10054375A1; ES2355130T3

Description

Verfahren zur Erfassung von Verkehrslagedateπ in einem Verkehrswegenetz und Endeinrichtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Verkehrslagedaten in einem Verkehrswegenetz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Endeinrichtuπg für ein solches Verfahren.

Zur Erfassung von Verkehrsiagedaten werden vielfach stationäre Einrichtungen wie Induktioπsschleifen oder Sensoren auf der Basis von Infrarot-, Ultraschall- oder Radarstrahlen benutzt. Es sind aber auch Verfahren bekannt, bei dem die im Straßenverkehr sich bewegenden Fahrzeuge selbst im Sinne beweglicher Sensoren zur Datenermittlung eingesetzt werden. Solche Verfahren werden auch als FCD- Verfahren (Floating Car Data) bezeichnet. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der WO 99/42971 bekannt. Dabei werden in einem Fahrzeug, das als beweglicher Sensor (FCD-Fahrzeug) eingesetzt wird, Geschwindigkeitswerte ermittelt und mit den zugehörigen Ortspositionsdaten an eine Verkehrslageerfassungszentrale zur weiteren Auswertung übermittelt. Die jeweilige Ortsposition des FCD-Fahrzeugs wird im Regelfall unter Zuhilfenahme von Navigationssatelliten vorgenommen. Hierzu muss das jeweilige Fahrzeug über eine spezielle Geräteeinrichtung (z.B. GPS-Empfänger) zusätzlich zu dem ohnehin erforderlichen Endgerät für eine mobile Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und derNerkehrslageerfassungszentrale verfügen. Dies bedingt einen entsprechenden Kostenaufwand für ein solches Spezialgerät, hat aber auf der anderen Seite den Vorteil, dass aus den empfangenen Signalen des Νavigatioπssatellitensystems auch eine genaue Geschwindigkeitsmessung für das Fahrzeug möglich ist. Aus der DE 196 38 070 A1 ist ein Verfahren zur Erfassung von Verkehrsdaten von Fahrzeugen bekannt, bei dem keine mit einem GPS-Empfänger vergleichbare Spezialeinrichtung erforderlich ist. Vielmehr beschränkt sich der fahrzeugseitige gerätetechnische Aufwand auf die Verwendung einer Endeinrichtuπg für ein obilfunknetz, also ein Mobilfunketelefon, das in dem Fahrzeug mitgeführt wird. Diese

Endeinrichtung verfügt neben ihrer Funktion zur obilkommunikation auch über eine Funktion zur Erlangung von Zeitinformationen und zur Speicherung von Informationen. Ferner ist bei diesem Verfahren mindestens eine Zentraleinheit im Sinne einer Datenerfassungszentrale vorgesehen, der mehrere Endgeräte, also mehrere FCD- Fahrzeuge zugeordnet sind. Während der Fahrt ermittein die Endgeräte Informationen, die die Fuπkzellen des Mobilfuπkenetzes charakterisieren sowie weitere funk- und übertragungstechnische Informationen des Mobilfunknetzes. Wesentlich dabei ist es, dass während der Fahrt auch den Zellwechsel charakterisierende Informationen zusammen mit Zeitmarken aufgezeichnet werden. Es wird in der Endeinrichtung also festgehalten, zu welchem Zeitpunkt ein Wechsel von einer Funkzelle zur anderen stattgefunden hat. Diese Informationen werden von den einzelnen Eπdgeräten gesammelt und an eine Zentrale zur weiteren Auswertung übermittelt. Dort erfolgt dann anhand dieser Informationen eine Rekonstruktion des Fahrweges des jeweiligen Fahrzeugs. Schließlich findet eine Auswertung der rekonstruierten Fahrwege im Hinblick auf die Bestimmung von Größen statt, die den Verkehrsfluss auf den

Fahrwegen charakterisieren. Gegenüber den FCD-Verfahren, die mit Fahrzeugen arbeiten, welche vergleichsweise sehr genaue Ortspositionsaπgaben anhand eines GPS-Empfängers bieten, hat dieses bekannte Verfahren den Nachteil, dass die Informationen über den jeweiligen Aufenthaltsort der FCD-Fahrzeuge sehr ungenau sind und auch keine verlässlichen Daten über die gefahrenen Geschwindigkeiten der FCD-Fahrzeuge zur Verfügung stehen. Ferner ist der Kommunikationsaufwand zwischen den FCD-Fahrzeugen und der jeweiligen Zentrale sehr hoch.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, das mit einem bezüglich der eingesetzten FCD-Fahrzeuge sehr geringen gerätetechnischen Aufwand auskommt und bei dem auch der Kommunikationsaufwand für den Datenaustausch mit der Verkehrslageerfassungszentrale gering ist. Ferner soll eine Endeinrichtuπg vorgeschlagen werden, die für entsprechende FCD-Fahrzeuge geeignet ist. Gelöst wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßeπ Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens ergeben sich aus den Unteraπsprüchen 2 bis 11. Eine erfindungsgemäße Eπdeinrichtung weist die Merkmale des Anspruchs 12 auf und ist durch die Merkmale der Ansprüche 13 und 14 in vorteilhafter Weise weiter ausgestaltbar.

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Erfassung von Verkehrslagedaten in einem Verkehrswegenetz zur Verfügung, das von einer Vielzahl von Basisstationen eines zellularen Mobilfunknetzes, insbesondere eines GSM- oder UMTS-Netzes, überdeckt ist und in dem sich eine Vielzahl von Fahrzeugen bewegt, die jeweils mit einer in Betrieb befindlichen Endgeräteeinrichtung (Endeinrichtung) für das Mobilfunknetz versehen sind. Die Eπdeinrichtung, im Regelfall also ein Mobiitelefon, muss also nicht gerade vom Nutzer benutzt werden, sondern muss lediglich eingeschaltet sein. Dabei werden Betriebsdaten, die beim Betrieb der Endeinrichtung im Kontakt mit den

Basisstationen anfallen, zur Bestimmung des aktuellen Aufenthaltsorts der jeweiligen Endeiπrichtung, also letztlich auch des Fahrzeugs, genutzt. Im Unterschied zu dem aus der DE 196 38 070 A1 bekannten Verfahren verfügt hierbei die Eπdeinrichtung über eine digitale Karte des Verkehrswegeπetzes, die aus einer Vielzahl von für den Verlauf des Verkehrswegenet∑es repräsentativen geographischen Punkten oder diskreten Streckenabschnitten gebildet ist, wobei den Punkten oder Streckenabschnitten jeweils charakteristische Werte von Betriebsparametern des Mobilfun kπetzes zugeordnet sind. Insoweit kann man auch sagen, dass diese digitale Karte von Koordinaten aufgespannt wird, die sich auf Betriebsparameter der einzelnen Basisstationen beziehen. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Endeinrichtuπg über ein Softwareprogramm verfügt, das selbsttätig jeweils aktuell vorliegende Betriebsparameter mit den gespeicherten Betriebsparametern der digitalen Karte vergleicht und daraus jeweils die aktuelle Ortsposition der Endeinrichtung und somit des FCD-Fahrzeugs ermittelt. Das Softwareprogramm der Endeinrichtung ermittelt darüber hinaus auch wiederholt einen für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs repräsentativen Wert. Dies kann beispielsweise die tatsächliche Geschwindigkeit in einem vorgegebenen Zeitintervall sein oder beispielsweise auch eine mittlere Geschwindigkeit in einem größeren Zeitintervall. Es könnte sich aber z.B. auch um zurückgelegte Entfernungen in einem vorgegebenen Zeitintervall oder um Reisezeiten für das Zurücklegen einer vorgegebene Wegstrecke handeln. Darüber hinaus verfügt das Softwareprogramm über gespeicherte Regeln, die die Endeiπrichtung jeweils veranlassen, unter bestimmten vorgegebenen Bedingungen eine Meldung über den Betriebsdaten kanal des Mobilfunknetzes (SMS-Meldung, SMS = Short Message Service) an eine Zentrale zu übermitteln, wobei die Meldung zumindest Orts- und Geschwindigkeitsinformationen des Fahrzeugs enthält. Das bedeutet also, dass das

Softwareprogramm im Regelfall nicht fortwährend, sondern in Abhängigkeit vom Eintreten bestimmter Ereignisse seine Meldungen herausschickt. Damit kann die Meldetätigkeit des FCD-Fahrzeugs auf Situationen beschränkt werden, die für die Verkehrslageerfassung von besonderer Bedeutung sind (z.B. zähflüssiger Verkehr, Stau). Hierdurch werden die Kommunikationskosten für das Verfahren wesentlich reduziert. Hierzu trägt auch bei, dass für die Übermittlung der Meldungen an die Verkehrslageerfassungszentrale der kostengünstige Weg über den Betriebsdatenkanal des Mobilfuπkπetzes gewählt wird. Eine Meldung eines FCD- Fahrzeugs umfasst somit im Regelfall Informationen, die für die Fahrzeuggeschwiπdigkeit an einem Ort oder in einem entsprechend aπgegreπzteπ

Streckenabschnitt repräsentativ ist sowie Ortsinformationen zur eindeutigen Kennzeichnung des Orts bzw. des Streckenabschnitts, auf den die Geschwiπdigkeitsinformatioπ bezogen ist. In der Verkehrslagerfassuπgszentrale werden die empfangenen Meldungen zur Ermittlung der Verkehrslage ausgewertet.

Vorteilhaft ist es, wenn die Metdungen, die an die Verkehrslagezentrale übermittelt werden, zusätzlich auch mit einer Zeitinformation versehen sind, also auch eine Zeitangabe umfassen, die mit der Geschwindigkeits- und Ortsinformation korreliert. Diese Zeitinformation kann zweckmäßigerweise von der Endeinrichtung im FCD- Fahrzeug hinzugefügt werden. Sie könnte aber auch im Sinne eines Endzeitpunktes beim Empfang der jeweiligen SMS-Meidung von der Zentrale angefügt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform sieht die Erfindung vor, dass die Geschwindigkeitsinformatioπ des FCD-Fahrzeugs πäherungsweise von dem Softwareprogramm anhand der Entfernungen der zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelten Ortspositioπeπ des FCD-Fahrzeugs bestimmt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Ortspositionen völlig autark von der Endeinrichtung ermitteibar sind, also im FCD-Fahrzeug keine Spezialeinrichtuπgen wie etwa ein GPS-Empfäπger zur Verfügung stehen müssen. Es brauchen auch keine Schnittstellen zu einer entsprechenden Sensorik im FCD-Fahrzeug an der Endeinrichtung vorgesehen werden. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die Geschwindigkeitsinformation etwa über eine solche Schnittstelle von einem Geschwindigkeitsmesser des FCD- Fahrzeugs abzugreifen. Dies setzt aber die Installation entsprechender Signalleitungen voraus.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Softwareprogramm über gespeicherte Fahrprofile verfügt, die für bestimmte Straßentypen wie etwa eine Autobahn oder eine Landstraße charakteristisch sind. Dann kann nämlich anhand eines Vergleichs des tatsächlich gefahrenen Fahrprofiis mit den gespeicherten Fahrprofilen festgestellt werden, auf welchem Straßentyp sich das FCD-Fahrzeug gerade befindet. Damit ist ein zusätzliches Kriterium gegeben, um die Ortspositionsbestimmung in ihrer Genauigkeit zu verbessern. Die Endeinrichtung wird auf diese Weise in die Lage versetzt, etwa bei relativ dicht nebeneinander verlaufenden Straßen unterschiedlichen Typs zu entscheiden, auf welcher Straße sich das jeweilige FCD-Fahrzeug gerade befindet.

Wie bereits ausgeführt, verfügt das Softwareprogramm der mobilen Endeinrichtung im FCD-Fahrzeug auch über vorgegebene Regeln, die zur Entscheidung darüber dienen, bei welchen Ereignissen oder Bedingungen vom FCD-Fahrzeug eine Meldung an die Zentrale zu erfolgen hat. Eine solche Regel kann zweckmäßig in der Vorgabe einer

Mindestgeschwindigkeit bestehen, bei deren Unterschreiten die Meldetätigkeit aktiviert wird. Wenn also beispielsweise beim Befahren einer Autobahn mit einer Geschwindigkeit in einem für die Autobahn typischen Geschwindigkeitsbereich plötzlich die Fahrzeuggeschwindigkeit drastisch absinkt, so dass ein vorgegebener Schwellenwert unterschritten ist. so deutet dies auf das Vorhandensein eines Staus etwa durch einen Unfall oder durch zu hohes Verkehrsaufkommen hin. In diesem Fall ist es zweckmäßig, möglichst unverzüglich eine entsprechende Meldung an die Verkehrsdatenerfassungszentraie herauszuschicken. Wenn aber das FCD-Fahrzeug bereits im Stau steht, so ist eine weitere Meldetätigkeit zunächst ohne jedes Interesse, da keine Veränderung mitgeteilt werden könnte. Erst wenn sich das Fahrzeug wieder in Bewegung setzt, besteht für die Verkehrslagezentrale ein Interesse, hiervon Kenntnis zu erlangen. Das gespeicherte Regelwerk kann daher entsprechende Vorgaben enthalten. Zweckmäßigerweise umfassen die in der Eπdeiπrichtuπg aktuell vorliegenden Betriebsparameter des Mobilfunknetzes insbesondere die Kennung derjenigen Basisstation, welche die aktuell höchste Feldstärke am Ort der Endeinrichtuπg liefert. Ein Kriterium für die Ortsbestimmung ist somit die Keππung der jeweiligen Fuπkzelle, in der sich das FCD-Fahrzeug aufhält. Das wäre aber im Allgemeinen eine zu grobe

Ortsbestimmung. Daher empfiehlt es sich, dass die zur Ortsbestimmung herangezogenen Betriebsparameter des Mobilfunknetzes auch beispielsweise Feldstärkeinformationen über andere von der Endeinrichtung empfangbare Basisstationeπ am aktuellen Aufenthaltsort umfassen. Selbstverständlich können auch aktuelle Signallaufzeiten zu den unterschiedlichen Basisstationen für eine solche Auswertung herangezogen werden. Es ist aber keinesfalls erforderlich, den Zellwechsel, also einen Übergang des FCD-Fahrzeugs von einer Funkzelle in eine benachbarte gesondert zu registrieren und den dabei vorliegenden Zeitpunkt des Übertritts festzuhalten, wie dies gemäß DE 196 38 070 A1 notwendig ist.

Grundsätzlich ist es möglich, die für die FCD-Funktion erforderliche Software einschließlich der benötigten Datenbasis (digitale Karte, Eπtscheidungsregeln) der Endeinrichtuπg über eine SIM-Karte zur Verfügung zu stellen. Mit besonderem Vorteil wird für das erfinduπgsgemäße Verfahren jedoch eine in das jeweilige FCD-Fahrzeug eingebaute digitale Freisprecheinrichtung benutzt, die mit der Endeiπrichtung in der bestimmuπgsgemäßen Weise verbunden wird. Eine solche Endeiπrichtung verfügt ohnehin über einen Prozessor zur digitalen Verarbeitung akustischer Signale. Dieser Prozessor kann in Verbindung mit einem entsprechenden Speichervolumeπ ohne weiteres mit dem erforderlichen Softwareprogramm einschließlich der Datenbasis beladen werden. Dies hat den großen Vorteil, dass zum einen von vornherein gewährleistet ist, dass die Freisprecheinrichtung in einem Fahrzeug und nicht etwa von einem Fußgänger mitgeführt wird, so dass uninteressante SMS-Meldungen von Fußgängern von vornherein ausgeschlossen werden können. Darüber hinaus wird für die Installation der Endeinrichtung bzw. der zu ihr gehörenden Freisprecheiπrichtung kein zusätzlicher Aufwand wegen der Eigenschaft als Sensor zur Ermittlung von

Verkehrsinformationen erforderlich. Der einzige gerätetechnische Aufwand ist darin zu sehen, dass die für die Verkehrsdatenerfassung notwendige Software in der Eπdeinrichtung bzw. der mit ihr verbundenen Freisprecheinrichtung gespeichert wird. Der Betriebsaufwaπd für das Verfahren bzw. das Betreiben der Endeinrichtung zum Zwecke der Verkehrslagedatenerfassung ist gering, da für eine ereignissabhänige Meldetätigkeit gesorgt ist und die einzelnen Verkehrslagedatenmeldungen über den kostengünstigen Weg von SMS-Meldungen zur Verkehrslageerfassuπgszentrale befördert werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erfassung von Verkehrslagedateπ in einem Verkehrswegenetz, das von einer Vielzahl von Basisstationen eines zellularen Mobilfunknetzes, insbesondere eines Mobilfunkπetzes nach dem Standard GSM oder UMTS, überdeckt ist und in dem sich eine Vielzahl von Fahrzeugen bewegt, die jeweils mit einer in Betrieb befindlichen mobilen Endgeräteeiπrichtung (Endeinrichtuπg) für das Mobilfuπknetz versehen sind, wobei Betriebsdaten, die beim Betrieb der Eπdeinrichtuπg im Kontakt mit den Basisstatioπen anfallen, zur Bestimmung des aktuellen Aufenthaltsorts der jeweiligen Endeinrichtung genutzt werden, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Endeinrichtung mit einer digitalen Karte des Verkehrswegenetzes ausgestattet wird, die aus einer Vielzahl von für den Vertauf der Verkehrswege repräsentativen geographischen Punkten oder diskreten Streckenabschnitten gebildet ist, wobei den Punkten oder Streckenabschnitten jeweils charakteristische Werte von Betriebsparameterπ des Mobilfunknetzes zugeordnet sind,

- dass die Endeinrichtung mit einem Softwareprogramm selbstständig jeweils aktuell vorliegende Betriebsparameter mit den gespeicherten Betriebsparametern der digitalen Karte vergleicht und daraus jeweils die aktuelle Ortsposition der Eπdeinrichtung ermittelt,

- dass das Softwareprogramm der Eπdeinrichtuπg wiederholt einen für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs repräsentativen Wert ermittelt,

- dass das Softwareprogramm über gespeicherte Regeln verfügt, die die Eπdeinrichtung jeweils veranlassen, unter bestimmten vorgegebenen

Bedingungen (d.h. ereignisabhängig) eine Meldung über den Betriebsdatenkanal des Mobilfunknetzes (SMS-Meldung) an eine Zentrale zu übermitteln, wobei die Meldung zumindest Orts- und Geschwiπdigkeitsinformationen des Fahrzeugs enthält, - und dass die Zentrale die empfangenen Meldungen zur Ermittlung der

Verkehrslage auswertet.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Meldung zusätzlich auch Zeitinformationen umfasst.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeitsinformationen näherungsweise von dem Softwareprogramm anhand der Entfernungen der zu verschiedenen

Zeitpunkten ermittelten Ortspositionen des Fahrzeugs bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeitsinformationen jeweils von dem

Geschwindigkeitsmesser des Fahrzeugs abgegriffen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Softwareprogramm über gespeicherte Fahrprofile verfügt, die für bestimmte Straßeπtypen (z.B. Autobahn. Landstraße) charakteristisch sind, und anhand eines Vergleichs des tatsächlich gefahrenen Fahrprofils des Fahrzeugs den aktuell befahrenen Straßentyp zur Erhöhung der Genauigkeit bei der Ortspositionsbestimmung feststellt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Übermittlung einer Meldung erfolgt, wenn das Softwareprogramm ein Absinken der Fahrzeuggeschwindigkeit unter einen vorgegebenen Schwellenwert feststellt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuell in der Endeinrichtung vorliegenden Betriebsparameter des Mobilfunkπetzes die Kennung derjenigen Basisstation umfasst, die aktuell die höchste Feldstärke liefert.

S. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aktueil in der Endeinrichtung vorliegenden Betriebsparameter des Mobilfunknetzes auch Feldstärkeiπformationen anderer von der Endeinrichtuπg empfangbarer Basisstationen umfasst.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuell in der Endeinrichtung vorliegenden Betriebsparameter des Mobilfunknetzes die aktuellen Signallaufzeiten von der Endeinrichtung zu unterschiedlichen Basisstationen umfassen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Softwareprogramm auf einer SIM-Karte der Endeinrichtung gespeichert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Softwareprogramm in einem Prozessor einer in das jeweilige Fahrzeug eingebauten digitalen Freisprecheinrichtung der Endeinrichtung gespeichert wird.

12. Endeinrichtung für ein zellulares Mobilfunknetz, insbesondere ein Mobilfunknetz nach dem Standard GSM oder UMTS, in einem Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Endeinrichtung mit einem zusätzlichen Softwareprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 versehen ist.

13. Endeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Softwareprogramm in einer SIM-Karte der Eπdeinrichtung gespeichert ist.

14. Eπdeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Softwareprogramm in dem Prozessor einer digitalen Freisprechanlage, die in das Fahrzeug eingebaut ist, gespeichert ist.