EP2047447A1 - Verfahren und vorrichtung zur fusion von verkehrsdaten bei unvollständiger information - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur fusion von verkehrsdaten bei unvollständiger information

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EP2047447A1
EP2047447A1 EP06846957A EP06846957A EP2047447A1 EP 2047447 A1 EP2047447 A1 EP 2047447A1 EP 06846957 A EP06846957 A EP 06846957A EP 06846957 A EP06846957 A EP 06846957A EP 2047447 A1 EP2047447 A1 EP 2047447A1
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traffic
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traffic situation
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Markus Becker
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Deutsche Telekom AG
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    • 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
    • G08G1/0104—Measuring and analyzing of parameters relative to traffic conditions

Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for merging traffic data with incomplete information, taking into account information from different sources mapped to functions to obtain a result based on calculations with these functions.
  • the object of the present invention is to overcome the aforementioned disadvantages of the prior art.
  • it is a method for local determination of traffic situation data, taking into account a plurality of traffic reports with fuzzy location information, which are to be merged as best as possible. It includes the following steps.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an inaccurate traffic information source which reports a disturbance of length L between the terminals AS1 and AS4;
  • Fig. 2 is a schematic representation of the data fusion, with the result of the data fusion displayed at the top, in the middle of which the message from the inaccurate source and the local numerical traffic situation data are displayed;
  • the present invention report deals with an optimal solution of the data fusion problem with incomplete information.
  • n (x) For each possible position x within the allowed value range, a function n (x) is determined which indicates the proportion of the reported disturbance that can not be refuted by existing traffic situation data
  • the weighting factors gx can be determined on the basis of a priori knowledge about the quality of a source. For example, disturbances reported by the police are locally blurred i.d.R. credible and try to confirm them; however, police reports are usually not timely deregistered. Further criteria for the gx are the (origin) position of disturbances (disturbances arise at bottlenecks, therefore they are preferably positioned as far downstream as possible) and quality requirements for the end product (eg correctness could be more important than completeness, then the confirmation gb would have to be heavily weighted ). By statistically evaluating the distribution among the categories "acknowledgment,” "ignorance,” and "refutation,” the assumptions made to set the weights may be reviewed and it may not be possible. an adaptation takes place.
  • the kvm indicate the locations of the connection points.
  • L the length of the possible error.
  • fusion with the local numerical traffic data is performed as follows. Wherever the sharply localized message competes with non-knowledge from the traffic assessment, the relevant share of the message is adopted as the end product. In all other places, the numerical traffic situation data is preferred.
  • Fig. 2 and Fig. 3 shows a traffic incident that occurred on 10.01.2005 due to an accident on the A555 from Cologne to Bonn shortly after the junction Bornheim / Alfter ( ⁇ km 16). From direct observation it was known that the traffic disruption was in the range of km 13 - 17. There is no stationary measurement infrastructure in this area.

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Description

Verfahren und Vorrichtung zur Fusion von Verkehrsdaten bei unvollständiger Information
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Fusion von Verkehrsdaten bei unvollständiger Information, bei dem Informationen aus unterschiedlichen Quellen berücksichtigt werden, die auf Funktionen abgebildet werden, um auf der Basis von Berechnungen mit diesen Funktionen ein Ergebnis zu erlangen.
Gebiet der Erfindung:
Die Generierung von VerkehrsInformationen für Informationsoder Navigationsdienste in Echtzeit stützt sich zur Erzielung der bestmöglichen Qualität in der Regel auf mehrere Datenquellen ab. Diese Datenquellen können unterschiedlicher Natur sein, etwa menschliche Beobachtung (Polizei, Staumelder) auf der einen und automatische Messung von Verkehrsdaten (stationäre Sensoren, Floating Cars) auf der anderen Seite. Dadurch treten sowohl scheinbare als auch tatsächliche Widersprüche zwischen einzelnen Quellen auf, und es können bestimmte Informationselemente nur von der einen, andere nur von der anderen Quelle geliefert werden. So ist etwa die Ursache für eine Verkehrsstörung typischerweise der menschlichen Beobachtung zugänglich, während die mittlere Geschwindigkeit typischerweise durch ein automatisches Messsystem bestimmt wird. Dies führt auf die Anforderung, Informationen aus verschiedenen Quellen einander zuzuordnen.
In der DE10002918C2 wird dazu vorgeschlagen, eine Berücksichtigung von unterschiedlichen Quellen mit Hilfe des räumlichen Überlappungsgrades zu bewerkstelligen. Es bleibt jedoch die Frage offen, wie die Datenfusion einer Quelle mit hoher und einer Quelle mit geringer räumlicher Genauigkeit geschehen sollte.
Im Folgenden wird ein entsprechendes Beispiel gezeigt. Die Polizei meldet „5 km Stau zwischen Anschlussstelle 1 und Anschlussstelle 5". Zwischen den beiden Anschlussstellen liegen 30km Autobahn und 3 weitere Anschlussstellen - die Position der Verkehrsstörung ist also nur sehr ungenau bestimmt. Gleichzeitig melden Sensoren auf dem Autobahnabschnitt 3km Stau und 20km freie Fahrt, während 7km nicht überwacht sind. Welche Information ist an den Dienst weiterzugeben? Wo genau liegt die Verkehrsstörung und welche Streckenlänge ist betroffen?
Überblick über die Erfindung:
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die vorher genannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
Im Einzelnen handelt es sich um ein Verfahren zur ortsgenauen Bestimmung von Verkehrslagedaten unter Berücksichtigung von einer Mehrzahl von Verkehrsmeldungen mit unscharfen Ortsangaben, die bestmöglich zu fusionieren sind. Es umfasst die folgenden Schritte.
In Betracht ziehen aller möglichen Positionen der Verkehrsmeldungen mit unscharfen Ortsangaben. Dies kann auf der Basis von Kilometerangaben erfolgen. Bewerten dieser Positionen mit Hilfe mehrerer Überlappfunktionen. Solche Funktionen werden weiter unten beschrieben. Sie können gewichtet und zu einer Bewertungsfunktion zusammengefasst werden. Auf der Basis dieser Funktionen und gewisser Randparameter werden optimale, scharfe Positionen für die Verkehrsmeldungen mit unscharfen Ortsangaben durch Lösung eines Extremwertproblems gefunden. Hierbei können die Standardverfahren eingesetzt werden, um die Extremwerte zu finden.
Beschreibung der Figuren:
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im Folgenden kurz auf die Figuren eingegangen
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ungenauen Quelle für Verkehrsinformationen, die eine Störung der Länge L zwischen den Anschlussstellen ASl und AS4 meldet;
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Datenfusion, wobei oben das Ergebnis der Datenfusion angezeigt wird, in der Mitte die Meldung aus der ungenauen Quelle und die ortsgenauen numerischen Verkehrslagedaten angezeigt werden;
Fig. 3 Verkehrslagedaten und -meidungen auf der A555 von Köln nach Bonn am 10.01.2005.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform:
Die vorliegende Erfindungsmeldung beschäftigt sich mit einer optimalen Lösung des Datenfusionsproblems bei unvollständiger Information.
Zur allgemeinen Lösung des Problems wird die Situation in Fig.l betrachtet. In dieser Fig. 1 meldete eine ungenaue Quelle für Verkehrsinformationen eine Störung der Länge L zwischen den Anschlussstellen ASl und AS4.
Man könnte in dieser Situation annehmen, dass die Verkehrsstörung die Anschlussstellen AS2 und AS3 überdeckt, da sie ja ansonsten zwischen ASl und AS3 oder AS2 und AS4 gemeldet worden wäre. Tatsächlich ist dies aber nicht immer der Fall. In der Praxis treten auch häufig Fälle auf, in denen der Abstand zwischen AS2 und AS3 größer ist als L. Wegen solcher praktischen Probleme müssen zunächst einmal alle Positionen von x=Lage (ASl) bis x+L=Lage (AS4) als gleichwertig angesehen werden.
Im nächsten Schritt wird für alle diese möglichen Positionen die Verträglichkeit mit den ortsgenauen, numerischen Verkehrslagedaten geprüft - soweit diese vorliegen - wie folgt:
1. Bestätigung: Für jede mögliche Position x innerhalb des erlaubten Wertebereichs wird eine Funktion b (x) ermittelt, die den Anteil der gemeldeten Störung angibt, der durch die Verkehrslagedaten bestätigt wird.
2. Lückenschluss: Für jede mögliche Position x innerhalb des erlaubten Wertebereichs wird eine Funktion n(x) ermittelt, die den Anteil der gemeldeten Störung angibt, der nicht durch vorhandene Verkehrslagedaten widerlegt werden kann
(Nichtwissen wegen nicht vorhandener Detektion) .
3. Widerlegung: Für jede mögliche Position x innerhalb des erlaubten Wertebereichs wird eine Funktion w(x) ermittelt, die den Anteil der gemeldeten Störung angibt, der durch vorhandene Verkehrslagedaten widerlegt werden kann.
Es gilt für alle x die Beziehung: *(*) +*(*) +»(*) = 1. Im Folgenden ein Beispiel :
Die Funktionen b, n und w geben den räumlichen Überlappungsgrad an. Angenommen, eine schlecht lokalisierbare Meldung mit der längenangabe "10km" wird testweise an der Position x platziert und es stellt sich heraus, dass 5 der 10km nicht überprüft werden können, weil keine gut lokalisierbaren Daten vorliegen, 4 der 10km sich in Übereinstimmung mit gut lokalisierbaren Daten befinden und 1 der 10km sich im Widerspruch zu gut lokalisierbaren Daten befindet. Dann ist n(x)=0,5, b(x)=0,4 und w(x)=0,l. Die generelle Bedingung n (x) +b (x) +w (x) =1 ist damit insbesondere für dieses x erfüllt.
Alle drei Kriterien werden gewichtet und zu dem folgenden Extremwertproblem zusammengefasst (gesucht wird die mit x bezeichnete Lösung) :
3 x' e [X1 , x2 ) : {fapo (/) > fapo (x)} v {(fapo (/) = fapo (x)) Λ (X' > fapo O) = Sb ■ Hx) + g„ ■ n(x) + gw ■ w(x), X1 = UUn(^m1 , km3 — L), X2 = HUn(^n1 + L, km3 ).
Mit &b Gewicht des Kriteriums „Bestätigung"
£" Gewicht des Kriteriums „Lückenschluss"
°w Gewicht des Kriteriums „Widerlegung"
W Anteil der gemeldeten Störung, der bei einer angenommenen Position x durch Verkehrslagedaten bestätigt wird.
WW Anteil der gemeldeten Störung, der bei einer angenommenen Position x durch Verkehrslagedaten widerlegt wird. n^x' Anteil der gemeldeten Störung, der bei einer angenommenen Position x durch Verkehrslagedaten weder bestätigt noch widerlegt wird (Nichtwissen) . x Mögliche Position für das stromaufwärtige Ende der gemeldeten Störung.
Dabei können die Gewichtsfaktoren gx anhand von a-priori- Wissen über die Qualität einer Quelle festgelegt werden. So sind von der Polizei ortsunscharf gemeldete Störungen i.d.R. glaubwürdig und es sollte versucht werden, diese zu bestätigen; allerdings werden Polizeimeldungen in aller Regel nicht zeitnah abgemeldet. Weitere Kriterien für die gx sind die (Entstehungs-) Position von Störungen (Störungen entstehen an Engstellen, daher werden sie vorzugsweise weitestmöglich stromabwärts positioniert) und Qualitätsanforderungen an das Endprodukt (z.B. könnte Korrektheit wichtiger als Vollständigkeit sein, dann wäre die Bestätigung gb stark zu gewichten) . Indem die Verteilung auf die Kategorien "Bestätigung", "Nichtwissen" und "Widerlegung" von Zeit zu Zeit statistisch ausgewertet wird, können die Annahmen, die zur Setzung der Gewichte getroffen wurden, überprüft werden und es kann u.U. eine Anpassung erfolgen.
Der Extremwert für x kann entweder mit gängigen Verfahren der Optimierungsrechnung gefunden werden („Kurvendiskussion") oder durch vollständige Berechnung der Zielfunktion fapo (x) mit einer Schrittweite von z.B. Im, was heutigen Rechnern keinerlei Schwierigkeiten mehr bereitet.
Die kvm geben die Lagen der Anschlussstellen an. Und L die Länge der möglichen Störung.
Dadurch wird eine Position x der Verkehrsstörung gefunden, welche - gesteuert über die Gewichtsfaktoren - möglichst gut durch die ortsgenauen numerischen Verkehrslagedaten bestätigt wird oder, falls dies nicht in ausreichendem Maße gelingt, ihnen zumindest nicht widerspricht.
Nach der Positionierung der Meldung aus der ungenauen Quelle wird die Fusion mit den ortsgenauen numerischen Verkehrslagedaten wie folgt durchgeführt. Überall dort, wo die scharf lokalisierte Meldung mit Nichtwissen aus der Verkehrslageschätzung konkurriert, wird der betreffende Anteil der Meldung als Endprodukt übernommen. An allen anderen Stellen erhalten die numerischen Verkehrslagedaten den Vorzug.
Die Fig. 2 und Fig. 3 zeigt eine Verkehrsstörung, die sich am 10.01.2005 aufgrund eines Unfalls auf der A555 von Köln nach Bonn kurz hinter der Anschlussstelle Bornheim/Alfter (~ km 16) ereignet hat. Aus direkter Beobachtung war bekannt, dass sich die Verkehrsstörung im Bereich km 13 - 17 befand. In diesem Bereich befindet sich keine stationäre Messinfrastruktur.
Von der Polizei wurde im Zeitraum 8:03 bis 8:28 zwischen Köln- Godorf und Bonn-Nord erst eine drei und dann eine zwei km lange Störung gemeldet. Bei naiver, mittiger Positionierung der Meldung zwischen Köln-Godorf und Bonn-Nord (rotes Polygon) stünde diese Meldung vollständig im Widerspruch zu den numerischen Verkehrslagedaten (grüner Hintergrund) und würde durch die Datenfusion komplett verworfen werden.
Bei Positionierung mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren (dunkelblaues Polygon) wird die Meldung fast vollständig in den Bereich „Nichtwissen" lokalisiert (hellblauer Hintergrund) und folglich durch die Datenfusion nahezu vollständig übernommen (siehe Fig. 3) .
Der Inhalt der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Beschreibung beschränkt. Vielmehr bestimmt er sich aus dem Wissen des Fachmanns auf diesem Gebiet. Ferner wird der Schutzumfang durch die Ansprüche bestimmt, wobei die Beschreibung keinerlei Einschränkungen beabsichtigt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Fusion von ungenau lokalisierten Verkehrsmeldungen mit genau lokalisierten Verkehrsdaten, umfassend folgende Schritte:
- In Betracht ziehen aller möglichen Positionen der Verkehrsmeldungen mit unscharfen Ortsangaben;
- Bewerten dieser Positionen mit Hilfe einer oder mehreren Überlappfunktionen;
- Festlegen von optimalen, scharfen Positionen für die Verkehrsmeldungen mit unscharfen Ortsangaben durch Lösung eines Extremwertproblems.
2. Das Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei bei Bewertung für jede mögliche Position x innerhalb des erlaubten Wertebereichs eine Funktion b (x) ermittelt wird, die den Anteil der gemeldeten Störung angibt, der durch die Verkehrslagedaten bestätigt wird, und für jede mögliche Position x innerhalb des erlaubten
Wertebereichs wird eine Funktion n(x) ermittelt, die den Anteil der gemeldeten Störung angibt, der nicht durch vorhandene Verkehrslagedaten widerlegt werden kann, und für jede mögliche Position x innerhalb des erlaubten
Wertebereichs wird eine Funktion w(x) ermittelt, die den Anteil der gemeldeten Störung angibt, der durch vorhandene Verkehrslagedaten widerlegt werden kann, wobei für alle x die Beziehung b(x)+ w(x)+n(x) = l gilt.
3. Das Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei beim Bewerten eine Gewichtung der drei Kriterien erfolgen kann und zu dem folgenden Extremwertproblem zusammengefasst werden:
3 x' e Ix1 ,X2]: {fap0 (/) > fapo (*)} v {(fapo (x ) = fapo (x) ) Λ {X > fapo O) = Sb • b(X) + Sn ■ <X) + Sw ■ W(X),
Xx = IrUn(^m1 , km3 — L), X2 = IrUn(^w1 + L,km3).
Mit &b Gewicht des Kriteriums „Bestätigung"
°" Gewicht des Kriteriums „Lückenschluss"
°w Gewicht des Kriteriums „Widerlegung"
^ Anteil der gemeldeten Störung, der bei einer angenommenen Position x durch Verkehrslagedaten bestätigt wird.
w(χ) Anteil der gemeldeten Störung, der bei einer angenommenen Position x durch Verkehrslagedaten widerlegt wird.
n^x' Anteil der gemeldeten Störung, der bei einer angenommenen Position x durch Verkehrslagedaten weder bestätigt noch widerlegt wird (Nichtwissen) . x Mögliche Position für das stromaufwärtige Ende der gemeldeten Störung, wobei km± die Lage der Anschlussstellen angeben und L die Länge der möglichen Störung.
4. Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach der Positionierung der Meldung aus der ungenauen Quelle die Fusion mit den ortsgenauen numerischen Verkehrslagedaten durchgeführt wird.
5. Das Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei Überall dort, wo die scharf lokalisierte Verkehrsmeldung mit Nichtwissen aus der Verkehrslageschätzung konkurriert, der betreffende Anteil der Meldung als Endprodukt übernommen wird, an allen anderen Stellen erhalten die numerischen Verkehrslagedaten den Vorzug.
6. Vorrichtung zur ortsgenauen Bestimmung von Verkehrslagedaten unter Berücksichtigung von einer Mehrzahl von Verkehrsmeldungen mit unscharfen Ortsangaben, gekennzeichnet durch Mittel und eine Einrichtung, die den Ablauf eines Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Verfahrensansprüche erlaubt.
7. Datenträgerprodukt gekennzeichnet durch eine Datenstruktur, die so ausgebildet ist, dass nach dem Laden in einen Computer der Ablauf eines Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Verfahrensansprüche erlaubt wird.
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