EP3128495B1 - Method for geographical area detection of transportation infrastructure - Google Patents
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- EP3128495B1 EP3128495B1 EP16182286.1A EP16182286A EP3128495B1 EP 3128495 B1 EP3128495 B1 EP 3128495B1 EP 16182286 A EP16182286 A EP 16182286A EP 3128495 B1 EP3128495 B1 EP 3128495B1
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur geographischen Bereichserkennung von Verkehrsinfrastruktur gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a method for geographical area detection of traffic infrastructure according to the preamble of claim 1.
Dieses Verfahren ist zur Verwendung in so genannten Road Side Units (im Folgenden Empfangseinheiten genannt) geeignet, wobei diese Road Side Units Bestandteil eines kooperativen Systems sein können.This method is suitable for use in what are known as roadside units (referred to below as receiving units), it being possible for these roadside units to be part of a cooperative system.
Kooperative Systeme im Zusammenhang mit Verkehrsinfrastruktur sind Gegenstand intensiver aktueller Forschung und Entwicklung. Sie sollen es Straßenbetreibern, Verkehrsinfrastruktur, Fahrzeugen und deren Fahrern sowie anderen Straßenbenutzern ermöglichen, miteinander zu kooperieren, um eine möglichst effiziente, sichere und angenehme Fahrt zu ermöglichen.Cooperative systems in connection with transport infrastructure are the subject of intensive current research and development. They are intended to enable road operators, transport infrastructure, vehicles and their drivers, and other road users to cooperate with one another in order to enable the most efficient, safe and pleasant journey possible.
Dazu sind Systeme vorgesehen, die Kommunikation in Form von Datenaustausch zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur ermöglichen. Solche Kommunikationssysteme sind beispielsweise unter den Akronymen V2R (Vehicle to Roadside) oder V2V (Vehicle to Vehicle) bekannt. Diese Kommunikationssysteme werden in Europa mit ITS-G5 und in den USA mit DSRC/WAVE abgekürzt.For this purpose, systems are provided that enable communication in the form of data exchange between vehicles and infrastructure. Such communication systems are known, for example, under the acronyms V2R (Vehicle to Roadside) or V2V (Vehicle to Vehicle). These communication systems are abbreviated as ITS-G5 in Europe and as DSRC/WAVE in the USA.
Die gegenständliche Erfindung betrifft den Bereich der V2R-Kommunikation, bei welcher üblicherweise sogenannte Common Awareness Messages (CAM) von den am Straßenverkehr teilnehmenden Fahrzeugen an Empfangseinheiten der Infrastruktur, sogenannte Road Side Units (R-ITS), übermittelt werden. Inhalt dieser CAM können verschiedenste verkehrsrelevante Daten sein, wie beispielsweise Informationen über die aktuelle Position und Geschwindigkeit des übermittelnden Fahrzeuges samt zugehörigem Zeitpunkt der Messung.The present invention relates to the field of V2R communication, in which what are known as Common Awareness Messages (CAM) are usually transmitted from the vehicles participating in road traffic to receiving units in the infrastructure, what are known as Road Side Units (R-ITS). This CAM can contain a wide variety of traffic-related data, such as information about the current position and speed of the transmitting vehicle, including the associated time of measurement.
Diese Daten werden üblicherweise von den Empfangseinheiten gesammelt, ausgewertet und an übergeordnete Verkehrsleitzentralen weitergesendet. Dort werden schließlich makroskopische, über gewissen Strecken- und Zeitabschnitte gemittelte Daten analysiert, wie beispielsweise Verkehrsdichten oder Reisegeschwindigkeiten in bestimmten Streckenabschnitten. Ebenso können auf diese Weise Stau- oder auch Unfallwarnungen generiert und ausgegeben werden.This data is usually collected by the receiving units, evaluated and forwarded to higher-level traffic control centers. Finally, macroscopic data averaged over certain route and time sections are analyzed there, such as traffic densities or travel speeds in certain route sections. Traffic jam or accident warnings can also be generated and issued in this way.
Die Kommunikation zwischen Fahrzeugen auf einem bestimmten Streckenabschnitt und der Empfangseinheit, die diesen Abschnitt überwacht, findet im Wesentlichen laufend, also mit hoher Frequenz der CAM-Übermittlungen, statt. Dabei beginnt die V2R-Kommunikation mit Eintritt des Fahrzeuges in den Erfassungsbereich einer Empfangseinheit und endet mit Verlassen dieses Erfassungsbereiches. Da die Strecke, welche ein Fahrzeug dabei üblicherweise innerhalb eines solchen Erfassungsbereiches zurücklegt, rund 1 km beträgt, und da innerhalb dieses Erfassungsbereiches häufig mehrere Wege (verschiedene Fahrbahnen bzw. Spuren von Fahrbahnen) befahrbar sind, ist es in manchen Fällen günstig, den gesamten Erfassungsbereich in mehrere Abschnitte zu unterteilen, innerhalb derer die gesammelten Daten gemittelt und zur Weitergabe an die übergeordneten Verkehrsleitzentralen aufbereitet werden.The communication between vehicles on a certain route section and the receiving unit that monitors this section essentially takes place continuously, i.e. with high frequency of the CAM transmissions. The V2R communication begins when the vehicle enters the detection area of a receiving unit and ends when it leaves this detection area. Since the distance that a vehicle usually covers within such a detection area is around 1 km, and since several routes (different lanes or lanes of lanes) can often be driven on within this detection area, it is sometimes advantageous to use the entire detection area into several sections subdivide within which the collected data is averaged and processed for transmission to the higher-level traffic control centers.
Dazu war es bisher nötig, die geographische Topologie des Verkehrsbereiches jeweils manuell vor Inbetriebnahme der Empfangseinheit zu erfassen, in der Empfangseinheit zu konfigurieren und die entsprechenden Abschnitte, in die der gesamte Erfassungsbereich unterteilt werden soll, festzulegen. Eine solche Konfiguration und Erfassung ist sehr zeitaufwändig, daher kostenintensiv, und muss sehr genau vorgenommen werden. Außerdem muss dieser Prozess bei sich ändernden äußeren Gegebenheiten (z.B. nach Umbauarbeiten) bzw. beim Einsatz der Empfangseinheit in einem anderen Streckenabschnitt jedes Mal neu vorgenommen werden.To do this, it was previously necessary to record the geographical topology of the traffic area manually in each case before the receiving unit was put into operation, to configure it in the receiving unit and to define the corresponding sections into which the entire recording area is to be divided. Such a configuration and detection is very time-consuming, therefore expensive, and must be carried out very precisely. In addition, this process must be repeated each time the external conditions change (e.g. after conversion work) or when the receiver unit is used in a different section of the route.
Es ist daher eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, ein Verfahren in Form eines Lernalgorithmus für eine Empfangseinheit eines kooperativen Systems bereitzustellen, welches die manuelle Erfassung und Konfiguration der Empfangseinheit obsolet werden lässt und einfach genug ist, um direkt auf der Empfangseinheit ausgeführt werden zu können.It is therefore an object of the present invention to provide a method in the form of a learning algorithm for a receiving unit of a cooperative system, which makes manual detection and configuration of the receiving unit obsolete and is simple enough to be executed directly on the receiving unit.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur geographischen Bereichserkennung von Verkehrsinfrastruktur mittels einer im Bereich der Verkehrsinfrastruktur angeordneten Empfangseinheit für einen Erfassungsbereich der Empfangseinheit, welches die folgenden Schritte umfasst:
- Zustandsdaten von mehreren Fahrzeugen, welche Zustandsdaten jeweils zumindest eine Position des jeweiligen Fahrzeuges sowie gegebenenfalls einen Zeitpunkt der Positionsbestimmung umfassen, werden von den Fahrzeugen mehrmals während die Fahrzeuge den Erfassungsbereich der Empfangseinrichtung durchqueren, mittels drahtloser Kommunikation an die Empfangseinheit übermittelt;
- die Empfangseinheit ermittelt aus den übermittelten Zustandsdaten für jedes Fahrzeug die erste empfangene Position im Erfassungsbereich und die letzte empfangene Position im Erfassungsbereich;
- die Empfangseinheit, oder eine mit der Empfangseinheit verbundene Recheneinheit, berechnet für jedes Fahrzeug einen Vektor, wobei sich der Vektor von der ersten empfangenen Position des Fahrzeuges im Erfassungsbereich bis zu der letzten empfangenen Position des Fahrzeuges im Erfassungsbereich erstreckt;
- aus den Vektoren aller Fahrzeuge bestimmt die Empfangseinheit oder Recheneinheit Fahrtrichtungen der Fahrzeuge sowie die geographische Lage von Fahrbahnen und/oder Spuren der Fahrbahnen der Verkehrsinfrastruktur im Erfassungsbereich.
- Status data from a number of vehicles, which status data each include at least one position of the respective vehicle and possibly a point in time of the position determination, are transmitted by the vehicles to the receiving unit several times by means of wireless communication while the vehicles are crossing the detection range of the receiving device;
- the receiving unit determines from the transmitted status data for each vehicle the first received position in the detection area and the last received position in the detection area;
- the receiving unit, or a computing unit connected to the receiving unit, calculates a vector for each vehicle, the vector extending from the first received position of the vehicle in the detection area to the last received position of the vehicle in the detection area;
- From the vectors of all vehicles, the receiving unit or computing unit determines the directions of travel of the vehicles and the geographic location of lanes and/or lanes of lanes of the traffic infrastructure in the detection area.
Dadurch wird ein Verfahren bereitgestellt, mittels welchem die Topologie der innerhalb des Erfassungsbereiches der Empfangseinheit vorhandenen Verkehrsströme ermittelt und dadurch auf die Topologie der von der Empfangseinheit überwachten Straßenzüge (im Speziellen und der Verkehrsinfrastruktur im Allgemeinen) geschlossen werden kann. Eine manuelle Erfassung der Topografie und Konfiguration der Empfangseinheit ist somit nicht mehr nötig. Insbesondere in Verbindung mit mobilen Empfangseinheiten, welche an ständig wechselnden Einsatzorten zur Verwendung kommen, impliziert das beschriebene Verfahren daher eine beträchtliche Einsparung an Kosten und Arbeitszeit.This provides a method by means of which the topology of the traffic flows within the detection range of the receiving unit can be determined and the topology of the streets monitored by the receiving unit (in particular and the traffic infrastructure in general) can be inferred. Manual recording of the topography and configuration of the receiving unit is therefore no longer necessary. Especially in connection with mobile receiving units, which are used at constantly changing locations, the method described therefore implies a considerable saving in costs and working time.
Die für die Erfassung der Topographie notwendigen Rechenarbeiten können entweder von der jeweiligen Empfangseinheit selbst, oder von Recheneinheiten, welche mit den Empfangseinheiten beispielsweise mittels drahtloser Kommunikation verbunden sind, durchgeführt werden. Eine solche Recheneinheit kann z.B. ein sich in einiger Entfernung von der Empfangseinheit befindender Rechner sein, z.B. der Zentralrechner des kooperativen Systems.The arithmetic work required for capturing the topography can be carried out either by the respective receiving unit itself or by arithmetic units which are connected to the receiving units, for example by means of wireless communication. Such a processing unit can, for example, be a computer located at some distance from the receiving unit, for example the central computer of the cooperative system.
Darüber hinaus besteht der Vorteil, dass das Verfahren mehrmals, vorzugsweise periodisch, ausgeführt werden kann, wodurch Ungenauigkeiten der Positionen der Fahrzeuge, welche üblicherweise aus einer gewissen Streuung unterliegenden GPS-Messungen bestimmt werden, kompensiert werden können.In addition, there is the advantage that the method can be carried out several times, preferably periodically, as a result of which inaccuracies in the positions of the vehicles, which are usually determined from GPS measurements that are subject to a certain scatter, can be compensated for.
Bei der Bestimmung des Vektors eines Fahrzeuges wird als Ursprungspunkt des Vektors die erste Position des Fahrzeuges (beim Eintritt in den Empfangsbereich) und als Endpunkt des Vektors die letzte Position des Fahrzeuges (vor Verlassen des Empfangsbereichs) im Empfangsbereich der Empfangseinheit gewählt. Ein solcher Vektor soll näherungsweise die Bewegung des Fahrzeuges im Empfangsbereich repräsentieren.When determining the vector of a vehicle, the first position of the vehicle (when entering the reception area) is selected as the origin of the vector and the last position of the vehicle (before leaving the reception area) in the reception area of the receiver unit is selected as the end point of the vector. Such a vector should approximately represent the movement of the vehicle in the reception area.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Fahrtrichtungen der Fahrzeuge bestimmt werden, indem die Vektoren aller Fahrzeuge entsprechend einem Winkel, welchen der jeweilige Vektor mit einem Referenzvektor einschließt, gruppiert werden.In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the directions of travel of the vehicles are determined by the vectors of all vehicles are grouped according to an angle which the respective vector encloses with a reference vector.
Dadurch wird eine besonders einfache und rechnerisch unaufwändige Methode zur Bestimmung der Fahrtrichtungen der Fahrzeuge bereitgestellt. Die Berechnung des Winkels zwischen dem jeweiligen Vektor des Fahrzeuges und dem Referenzvektor kann beispielsweise mittels Berechnung des Skalarproduktes der beiden Vektoren ermittelt werden. Anschließend werden alle Vektoren in Cluster unterteilt, deren Anzahl mit der Anzahl derjenigen Richtungen übereinstimmt, in welche sich die erfassten Verkehrsströme bewegen.This provides a particularly simple and computationally uncomplicated method for determining the directions of travel of the vehicles. The calculation of the angle between the respective vector of the vehicle and the reference vector can be determined, for example, by calculating the scalar product of the two vectors. Then all vectors are divided into clusters, the number of which corresponds to the number of directions in which the detected traffic flows are moving.
Dabei kann vorgesehen sein, dass bei der Bestimmung der Fahrtrichtungen der Fahrzeuge jeweils ein bestimmter Winkelbereich einer bestimmten Fahrtrichtung zugeordnet wird.It can be provided that when determining the directions of travel of the vehicles, a specific angle range is assigned to a specific direction of travel.
Ein voller Winkel (2π) kann dabei in beispielsweise zwei Bereiche unterteilt werden, nämlich in einen ersten Bereich (zwischen 3π/2 und π/2) sowie in einen zweiten Bereich (zwischen π/2 und 3π/2). Je nachdem in welchen der beiden Bereiche der Winkel eines bestimmten Vektors fällt, wird dem zugeordneten Fahrzeug nun eine von zwei Richtungen zugeordnet. Im Falle einer vierspurigen Autobahn (zwei Spuren je Fahrtrichtung) würden sich somit zwei Cluster von Vektoren ergeben - ein Cluster pro Fahrtrichtung. Bei komplizierteren Topologien wären weitere Unterteilungen des vollen Winkels nötig.A full angle (2π) can be divided into two areas, for example, namely a first area (between 3π/2 and π/2) and a second area (between π/2 and 3π/2). Depending on which of the two areas the angle of a specific vector falls in, one of two directions is now assigned to the assigned vehicle. In the case of a four-lane motorway (two lanes in each direction), there would be two clusters of vectors - one cluster in each direction. More complicated topologies would require further subdivisions of the full angle.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Fahrbahnen und/oder Spuren der Fahrbahnen der Verkehrsinfrastruktur bestimmt werden, indem die Vektoren aller Fahrzeuge entsprechend einem Normalabstand der Empfangseinheit von dem jeweiligen Vektor gruppiert werden.In addition, it can be provided that the lanes and/or lanes of the lanes of the traffic infrastructure are determined by grouping the vectors of all vehicles according to a normal distance of the receiving unit from the respective vector.
Diese Einteilung der Vektoren nach ihrem jeweiligen Normalabstand von der Empfangseinheit führt zu einer höheren örtlichen Auflösung der einzelnen Verkehrsströme. Waren die Vektoren der Fahrzeuge auf der weiter oben als Beispiel angeführten vierspurigen Autobahn bisher lediglich jeweils einem von zwei Clustern (ein Cluster pro Fahrtrichtung) zugeordnet, so führt diese bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einer Zuordnung eines Vektors zu einem von insgesamt vier Clustern - einem Cluster pro Spur der Autobahn.This classification of the vectors according to their respective normal distance from the receiving unit leads to a higher local resolution of the individual traffic flows. If the vectors of the vehicles on the four-lane motorway given above as an example were previously only assigned to one of two clusters (one cluster per direction of travel), this preferred embodiment of the method according to the invention leads to an assignment of a vector to one of a total of four clusters - one Clusters per lane of the highway.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass für jede Fahrbahn und/oder Spur der Fahrbahnen ein gemittelter Eintrittspunkt sowie ein gemittelter Austrittspunkt derjenigen Fahrzeuge, die diese Fahrbahn bzw. Spur befahren, bestimmt werden.In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that for each roadway and/or lane of the roadways, an average entry point and an average exit point of those vehicles driving on this lane or lane are determined.
Bei genügend hoher Anzahl der am Verfahren beteiligten Fahrzeuge entsprechen diese gemittelten Ein- und Austrittspunkte in guter Näherung der Mitte der jeweiligen Fahrbahn bzw. der jeweiligen Spur der Fahrbahn. Somit ist der Zusammenhang zwischen den erfassten Verkehrsströmen innerhalb des Erfassungsbereiches der Empfangseinheit und der Topologie der durch die Empfangseinheit überwachten Verkehrsinfrastruktur hergestellt.If the number of vehicles involved in the process is high enough, these averaged entry and exit points correspond to a good approximation to the center of the respective lane or lane of the lane. The connection between the detected traffic flows within the detection range of the receiving unit and the topology of the traffic infrastructure monitored by the receiving unit is thus established.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Zustandsdatenerfassung durch die Fahrzeuge erfolgt.In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the status data is recorded by the vehicles.
Eigens zur Zustandsdatenerfassung vorgesehene Einrichtungen sind somit überflüssig. Dabei hat beispielsweise die Zustandsdatenerfassung mittels GPS-Technologie den zusätzlichen Vorteil, dass üblicherweise in Fahrzeugen vorhandene Gerätschaften, wie beispielsweise Navigationssysteme oder Mobiltelefone, zur Erfassung der Zustandsdaten verwendet werden können. Selbstverständlich können auch andere Navigationssysteme verwendet werden, wie z.B. Galileo.Devices provided specifically for status data acquisition are therefore superfluous. For example, status data acquisition using GPS technology has the additional advantage that equipment usually present in vehicles, such as navigation systems or mobile phones, can be used to record the status data. Of course, other navigation systems can also be used, such as Galileo.
Die Verwendung von weit verbreiteten und etablierten Technologien ist auch eine fundamentale Idee des Konzeptes kooperativer Systeme, da solche Systeme nur dann sinnvoll sind, wenn möglichst viele Verkehrsteilnehmer miteinander kommunizieren. So geschieht vorzugsweise auch die Übermittlung der durch die Fahrzeuge erfassten Daten an die Empfangseinheit mittels weit verbreiteter Technologien der drahtlosen Kommunikation, wie z.B. ITS-G5, DSRC/WAVE, Mobilfunk, oder WLAN.The use of widespread and established technologies is also a fundamental idea of the concept of cooperative systems, since such systems only make sense if as many road users as possible communicate with each other. The data recorded by the vehicles is preferably also transmitted to the receiving unit using widespread wireless communication technologies such as ITS-G5, DSRC/WAVE, mobile radio or WLAN.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Übermittlung der Zustandsdaten an die Empfangseinheit periodisch geschieht, z.B. mit einer Frequenz von 0,1 Hz bis 100 Hz.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, provision is made for the status data to be transmitted to the receiving unit periodically, e.g. at a frequency of 0.1 Hz to 100 Hz.
Abhängig von der Größe des jeweiligen Erfassungsbereiches sowie von der mittleren Geschwindigkeit der Fahrzeuge, welche die Verkehrsinfrastruktur in diesem Bereich befahren, wird die Frequenz der Zustandsdatenübermittlung vorzugsweise so gewählt, dass die mit der als erste bzw. als letzte empfangenen Position der Fahrzeuge identifizierten Positionen möglichst gut mit den tatsächlichen Ein- und Austrittspunkten der Fahrzeuge in den und aus dem Erfassungsbereich der Empfangseinheit übereinstimmen.Depending on the size of the respective detection area and the average speed of the vehicles driving on the traffic infrastructure in this area, the frequency of the status data transmission is preferably selected so that the positions identified as the first or last received position of the vehicles are as good as possible correspond to the actual points of entry and exit of the vehicles into and out of the detection area of the receiving unit.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die als letzte empfangene Position diejenige Position des Fahrzeuges ist, nach deren Übermittlung an die Empfangseinheit für einen festgelegten Zeitraum keine weiteren Zustandsdaten dieses Fahrzeuges die Empfangseinheit erreicht haben.In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the position of the vehicle received last is that position of the vehicle after which no further status data of this vehicle has reached the receiving unit for a specified period of time.
Wiederum handelt es sich hierbei um eine besonders einfache und mit wenig rechnerischem Aufwand verbundene Methode, um die als letzte empfangene Position des Fahrzeuges zu bestimmen. Nach dem Verstreichen einer bestimmten, vorzugsweise mit der Frequenz der Zustandsdatenübermittlung in Zusammenhang stehenden, Zeitspanne, wird diejenige Position des Fahrzeuges als seine als letzte empfangene Position identifiziert, welche in den letzten empfangenen Zustandsdaten des Fahrzeuges enthalten war. Je höher die Frequenz der Datenübermittlung ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die als letzte empfangene Position des Fahrzeuges mit derjenigen Position, an welcher das Fahrzeug den Erfassungsbereich verlässt, übereinstimmt.Again, this is a particularly simple method associated with little computational effort to determine the position of the vehicle that was last received. After a certain period of time has elapsed, preferably related to the frequency of the status data transmission, that position of the vehicle which was contained in the last received status data of the vehicle is identified as its last received position. The higher the frequency of data transmission, the greater the probability that the vehicle's last received position matches the position at which the vehicle leaves the detection area.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Genauigkeit des Verfahrens durch Verwendung zusätzlicher Topologie-Informationen erhöht wird.In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the accuracy of the method is increased by using additional topology information.
Insbesondere ist vorgesehen, dass Informationen über die Topologie der Verkehrsinfrastruktur aus anderen Quellen genützt werden, um die Genauigkeit der geographischen Bereichserkennung zu erhöhen. Beispielsweise könnten via MAP-Telegramm übertragene Informationen aus Mobilfunknetzen dabei miteinbezogen werden.In particular, it is provided that information about the topology of the traffic infrastructure from other sources is used in order to increase the accuracy of the geographic area identification. For example, information from mobile phone networks transmitted via MAP telegram could be included.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Empfangseinheit oder Recheneinheit den maximalen Erfassungsbereich in mehrere Abschnitte unterteilt.In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the receiving unit or computing unit divides the maximum detection range into a number of sections.
Insbesondere für den regulären Betrieb der Empfangseinheit nach der Kalibrierung sieht diese bevorzugte Ausführungsform die Unterteilung des Empfangsbereiches in mehrere Abschnitte vor. So kann im Falle des Beispiels der vierspurigen Autobahn der Empfangsbereich so unterteilt werden, dass jeder Spur ein eigener Abschnitt zugeordnet ist. Darüber hinaus ist es ebenso möglich die einzelnen Spuren normal zur Fahrtrichtung in weitere Abschnitte zu unterteilen, was insbesondere dann sinnvoll ist, wenn der Erfassungsbereich besonders groß ist und/oder dann, wenn die Topologie der zu erfassenden Verkehrsinfrastruktur besonders kompliziert ist. Diese Abschnitte dienen dann als Bereiche, innerhalb derer im Normalbetrieb der Empfangseinheit nach der Kalibrierung bestimmte Zustandsdaten gemittelt werden.In particular for the regular operation of the receiving unit after the calibration, this preferred embodiment provides for the subdivision of the receiving area into a number of sections. In the case of the example of the four-lane motorway, the reception area can be subdivided in such a way that each lane is assigned its own section. In addition, it is also possible to subdivide the individual lanes into further sections perpendicular to the direction of travel, which is particularly useful when the detection area is particularly large and/or when the topology of the traffic infrastructure to be detected is particularly complicated. These sections then serve as areas within which certain status data are averaged during normal operation of the receiving unit after calibration.
Darüber hinaus ist eine Empfangseinheit zur Verwendung in einem der oben beschriebenen Verfahren vorgesehen, wobei
- die Empfangseinheit ausgebildet ist, um Zustandsdaten von mehreren Fahrzeugen, welche Zustandsdaten jeweils zumindest eine Position des jeweiligen Fahrzeuges sowie gegebenenfalls einen Zeitpunkt der Positionsbestimmung umfassen und von den Fahrzeugen mehrmals während die Fahrzeuge den Erfassungsbereich der Empfangseinrichtung durchqueren mittels drahtloser Kommunikation an die Empfangseinheit übermittelt werden, zu empfangen, und
- die Empfangseinheit ausgebildet ist, um aus den übermittelten Zustandsdaten für jedes Fahrzeug die erste empfangene Position im Erfassungsbereich und die letzte empfangene Position im Erfassungsbereich zu übermitteln;
- die Empfangseinheit, oder eine mit der Empfangseinheit verbundene Recheneinheit, ausgebildet ist, um für jedes Fahrzeug einen Vektor zu berechnen, wobei sich der Vektor von der ersten empfangenen Position des Fahrzeuges im Erfassungsbereich bis zu der letzten empfangenen Position des Fahrzeuges im Erfassungsbereich erstreckt, und
- die Empfangseinheit oder die Recheneinheit ausgebildet ist, um aus den Vektoren aller Fahrzeuge Fahrtrichtungen der Fahrzeuge sowie die geographische Lage von Fahrbahnen und/oder Spuren der Fahrbahnen der Verkehrsinfrastruktur im Erfassungsbereich zu bestimmen.
- the receiving unit is designed to receive status data from a number of vehicles, which status data each include at least one position of the respective vehicle and, if applicable, a point in time of the position determination and are transmitted by the vehicles to the receiving unit several times by means of wireless communication while the vehicles are crossing the detection range of the receiving device received, and
- the receiving unit is designed to transmit the first received position in the detection area and the last received position in the detection area from the transmitted status data for each vehicle;
- the receiving unit, or a computing unit connected to the receiving unit, is designed to calculate a vector for each vehicle, the vector extending from the first received position of the vehicle in the detection range to the last received position of the vehicle in the detection range, and
- the receiving unit or the computing unit is designed to determine the travel directions of the vehicles and the geographical location of lanes and/or lanes of the lanes of the traffic infrastructure in the detection area from the vectors of all vehicles.
Eine solche erfindungsgemäße Empfangseinheit ist geeignet, als Empfangseinheit in einem der oben beschriebenen Verfahren zu fungieren.Such a receiving unit according to the invention is suitable for functioning as a receiving unit in one of the methods described above.
Des Weiteren ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, welches ein Computerprogramm umfasst und direkt in einen Speicher der oben beschriebenen Empfangseinheit, oder in den Speicher einer der Empfangseinheit zugeordneten Recheneinheit ladbar ist, mit Computerprogramm-Mitteln, um alle Schritte erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm von der Empfangseinheit, oder der Recheneinheit ausgeführt wird.Furthermore, a computer program product is provided which comprises a computer program and can be loaded directly into a memory of the receiving unit described above, or into the memory of a computing unit assigned to the receiving unit, with computer program means in order to carry out all the steps of the method according to the invention if the computer program is Receiving unit, or the computing unit is running.
Da es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein Verfahren handelt, im Rahmen dessen unter Umständen große Datenmengen verarbeitet werden müssen, bietet sich eine Implementierung des Verfahrens als Computerprogramm an.Since the method according to the invention is a method in the context of which large amounts of data may have to be processed, an implementation of the method as a computer program makes sense.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung ist beispielhaft und soll den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben. Dabei zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer Verkehrsinfrastruktur in Form einer vierspurigen Autobahn welche von einer erfindungsgemäßen Empfangseinheit überwacht wird.
- 1
- a schematic representation of a traffic infrastructure in the form of a four-lane highway which is monitored by a receiving unit according to the invention.
Fig. 1 zeigt eine Verkehrsinfrastruktur in Form eines Abschnittes einer vierspurigen Autobahn. Der dargestellte Abschnitt der Autobahn weist zwei Fahrbahnen 7 auf, auf welchen Fahrbahnen 7 sich Fahrzeuge (nicht dargestellt) in jeweils eine Richtung 6 bewegen. Dabei weist jede Fahrbahn 7 jeweils zwei Spuren 8 auf.1 shows a traffic infrastructure in the form of a section of a four-lane motorway. The section of the motorway shown has two
In einem Bereich zwischen den beiden Fahrbahnen 8 ist eine Empfangseinheit 1 angeordnet. Ein Erfassungsbereich 2 der Empfangseinheit 1 ist im konkreten Fall annähernd kreisförmig ausgebildet und überdeckt jeweils einen wesentlichen Teil der beiden Fahrbahnen 8.A receiving unit 1 is arranged in an area between the two
Innerhalb des Erfassungsbereiches 2 sind vier Vektoren 3 abgebildet, welche sich jeweils von einer als erste empfangenen Position 4 bis zu einer als letzte empfangenen Position 5 eines Fahrzeuges erstrecken. Jeder der Vektoren 3 schließt einen bestimmten Winkel 10 mit einem Referenzvektor 11 ein. Jeder Vektor 3 weist einen Normalabstand 12 von der Empfangseinheit 1 auf.Four
Im konkreten Fall ist die Überholspur 8 der oberen Fahrbahn 7 in sieben Abschnitte 9 unterteilt. Für zwei Vektoren 3 der rechten Spur 8 der unteren Fahrbahn 7 sind ein gemittelter Eintrittspunkt 13 und ein gemittelter Austrittspunkt 14 dargestellt.In the specific case, the
Bei der Empfangseinheit 1 in Fig. 1 handelt es sich um eine erfindungsgemäße Empfangseinheit, welche zur Bestimmung der geographischen Lage der Fahrbahnen/Spuren ein Computerprogramm ausführt.The receiving unit 1 in FIG. 1 is a receiving unit according to the invention, which runs a computer program to determine the geographical position of the roadways/lanes.
Auf der oberen und unteren Fahrbahn 7 des in Fig. 1 dargestellten Autobahnabschnittes bewegen sich Fahrzeuge jeweils in eine von insgesamt zwei möglichen Fahrtrichtungen 6. Dafür stehen auf jeder Fahrbahn 7 zwei Spuren 8 zur Verfügung.On the upper and
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass mehrere dieser Fahrzeuge mehrmals, während sie den Erfassungsbereich 2 der Empfangseinheit 1 durchqueren, Zustandsdaten an die Empfangseinheit 1 übermitteln. Typischerweise geschieht diese Übermittlung von Zustandsdaten an die Empfangseinheit 1 mit einer Frequenz von etwa 10 Hz, abhängig von der jeweils zur Datenübermittlung eingesetzten Technologie bzw. Vorrichtung in den Fahrzeugen sind jedoch auch Frequenzen, die deutlich unter diesem typischen Wert liegen, möglich.According to the invention, it is provided that several of these vehicles transmit status data to the receiving unit 1 several times while they are crossing the
Die Frequenz, mit welcher die Messung der Zustandsdaten in den Fahrzeugen geschieht, beeinflusst dabei in gewisser Weise die Qualität der verfahrensgemäßen Bereichserkennung. Je höher diese Frequenz, insbesondere die Frequenz der Positionsmessung, ist, desto näher liegen die als erste empfangene Position 4 und die als letzte empfangene Position 5 des Fahrzeuges an derjenigen Position, an welcher das Fahrzeug in den Erfassungsbereich 2 der Empfangseinheit 1 einfährt bzw. den Erfassungsbereich 2 wieder verlässt.The frequency with which the status data is measured in the vehicles influences the quality of the area detection according to the method to a certain extent. The higher this frequency, especially the frequency of Position measurement is, the closer are the
Diese Zustandsdaten enthalten zumindest eine Position des Fahrzeuges sowie gegebenenfalls den Zeitpunkt der Messung. Denkbar ist jedoch ebenso, dass die Empfangseinheit 1 den Zeitpunkt einer Zustandsdatenübermittlung des Fahrzeuges protokolliert und die Zustandsdaten keinen Zeitpunkt der Positionsmessung umfassen.This status data contains at least a position of the vehicle and possibly the time of the measurement. However, it is also conceivable that the receiving unit 1 logs the time at which status data of the vehicle was transmitted and the status data does not include a time at which the position was measured.
Im konkreten Ausführungsbeispiel geschieht die Erfassung der Zustandsdaten mittels GPS und die Übermittlung der Zustandsdaten an die Empfangseinheit 1 mittels ITS-G5-Kommunikation.In the specific exemplary embodiment, the status data is recorded by means of GPS and the status data is transmitted to the receiving unit 1 by means of ITS-G5 communication.
Nachdem die Zustandsdaten von N Fahrzeugen innerhalb einer vorgegebenen Erfassungszeitspanne an die Empfangseinheit 2 übermittelt worden sind, wertet die Empfangseinheit 1 die Zustandsdaten der N Fahrzeuge aus, indem die nächsten Verfahrensschritte ausgeführt werden. Die Übermittlung und der Empfang von Zustandsdaten nachkommender Fahrzeuge können jedoch parallel dazu weiterlaufen, oder auch unterbrochen werden.After the status data of N vehicles has been transmitted to the receiving
Aus den von den Fahrzeugen an die Empfangseinheit 1 übermittelten Zustandsdaten ermittelt die Empfangseinheit nun für jedes Fahrzeug die als erste empfangene Position 4, welche als diejenige Position des Fahrzeuges identifiziert wird, welche in der ersten Zustandsdatenübermittlung des jeweiligen Fahrzeuges enthalten ist, sowie die als letzte empfangene Position 5 des Fahrzeuges. Letztere wird als diejenige Position des Fahrzeuges identifiziert, welche in der letzten Zustandsdatenübermittlung des Fahrzeuges, bevor das Fahrzeug den Erfassungsbereich 2 wieder verlassen hat, enthalten ist.From the status data transmitted by the vehicles to the receiving unit 1, the receiving unit now determines for each vehicle the
Für jedes Fahrzeug wird nun der Vektor 3 berechnet, welcher sich von der als erste empfangenen Position 4 bis an die als letzte empfangene Position 5 des jeweiligen Fahrzeuges erstreckt. Für N Fahrzeuge, welche den Erfassungsbereich 2 während der Erfassungszeitspanne durchquert haben, liegen nun also N Vektoren 3 vor.The
Als Nächstes berechnet die Empfangseinheit 1 den Winkel 10, welchen jeder der Vektoren 3 jeweils mit dem Referenzvektor 11 einschließt. Dies kann beispielsweise durch Berechnung des Skalarproduktes des jeweiligen Vektors 3 mit dem Referenzvektor 11 bewerkstelligt werden. Der Referenzvektor 11 ist dabei natürlich für alle Winkelberechnungen stets derselbe.Next, the receiving unit 1 calculates the
Nun werden Winkelbereiche bestimmt, nach welchen die N Vektoren 3 entsprechend ihrem jeweiligen Winkel 10 unterteilt werden. Im konkreten Beispiel weist einer der insgesamt vier dargestellten Vektoren 3 einen Winkel 10 im Bereich zwischen 3π/2 und π/2 (erster Winkelbereich) auf, und drei Vektoren 3 jeweils einen Winkel 10, welcher im Bereich zwischen π/2 und 3π/2 (zweiter Winkelbereich) liegt.Angular ranges are now determined according to which the
Entsprechend dieser Unterteilung wird dem Vektor 3, dessen Winkel 10 im ersten Winkelbereich liegt, die erste Fahrtrichtung 6 - und somit die obere Fahrbahn 7 - zugeordnet, und den anderen drei Vektoren 3, deren Winkel 10 jeweils im zweiten Winkelbereich liegen, die andere Fahrtrichtung 6 - und somit die untere Fahrbahn 7.According to this subdivision, the
Es gibt also nun zwei Cluster von Vektoren 3, wobei N1 Vektoren 3 dem ersten Cluster und N2 Vektoren 3 dem zweiten Cluster zugeordnet sind, und wobei N1 + N2 = N. Dabei legt derjenige geographische Bereich, den alle Vektoren 3 eines Clusters überstreichen, die geographische Lage der Fahrbahn 7 fest.There are now two clusters of
Nun wird für alle Vektoren 3 in einem der beiden Cluster jeweils der Normalabstand 12 zwischen dem jeweiligen Vektor 3 und der Empfangseinheit 1, oder einem beliebigen anderen Referenzpunkt, berechnet. Anschließend werden Normalabstandsbereiche bestimmt, nach welchen die Vektoren 3 dieses Clusters entsprechend ihrem jeweiligen Normalabstand 12 weiter unterteilt werden.The
Betrachtet man beispielsweise die Menge N2 der im konkreten Ausführungsbeispiel dem zweiten Cluster zugeordneten Vektoren 3, so weist ein Vektor 3 einen kürzeren Normalabstand 12 und zwei Vektoren 3 einen längeren Normalabstand 12 auf. Entsprechend wird der zweite Cluster selbst in zwei Subcluster mit N2' Vektoren 3 im ersten Subcluster bzw. N2" im zweiten Subcluster unterteilt, wobei N2' + N2" = N2.Considering, for example, the set N 2 of the
Analog wird der erste Cluster (die obere Fahrbahn 7) des konkreten Ausführungsbeispiels behandelt, wo aber im konkreten Beispiel nur ein Vektor 3 dargestellt ist.The first cluster (the upper lane 7) of the specific exemplary embodiment is treated analogously, but only one
Den Subclustern eines Clusters wird nun jeweils eine Spur 8 der mit dem jeweiligen Cluster assoziierten Fahrbahn 7 zugeordnet.A
Um nun von den während der Erfassungszeitspanne vollständig erfassten Verkehrsströmen innerhalb des Erfassungsbereiches 2 auf die geographische Lage der entsprechenden Verkehrsinfrastrukturen schließen zu können, bedarf es eines weiteren Verfahrensschrittes, der so aussehen kann: Aus der Menge der einem bestimmten Subcluster - und damit einer bestimmten Fahrspur 8 einer Fahrbahn 7 - zugeordneten Vektoren 3 wird der gemittelte Eintrittspunkt 13 sowie der gemittelte Austrittspunkt 14 aller diesem Subcluster zugeordneten Fahrzeuge bestimmt.In order to now learn from the traffic flows completely recorded during the recording period within the
Im konkreten Ausführungsbeispiel ist dies für die beiden dem zweigestrichenen Subcluster N2" des zweiten Clusters N2 dargestellt. Diese gemittelten Ein- 13 und Austrittspunkte 14 werden nun mit denjenigen Punkten identifiziert, an welchen die Fahrzeuge in den dem Subcluster des Clusters zugeordneten Abschnitt der Spur 8 eintreten bzw. diesen Abschnitt der Spur 8 wieder verlassen. Zwischen diesen beiden gemittelten Ein-13 und Austrittspunkten 14 kann nun wiederum ein Vektor gebildet werden, welcher den modellierten Verlauf der entsprechenden Spur 8 repräsentiert.In the specific exemplary embodiment, this is shown for the two subclusters N 2 " of the second cluster N 2. These averaged
Der gesamte Erfassungsbereich 2 der Empfangseinheit 1 kann somit in Abschnitte 9 unterteilt werden. Dafür bieten sich einerseits die gerade ermittelten Spuren 8 bzw. Fahrbahnen 7 der Verkehrsinfrastruktur selbst an. Andererseits ist es auch möglich, einzelne Streckenabschnitte, wie beispielsweise die Überholspur 8 der oberen Fahrbahn 7 in weitere Längsabschnitte 9 zu unterteilen. Diese Abschnitte können bei Normalbetrieb der Empfangseinheit 1 dazu verwendet werden, die Zustandsdaten, welche von den Fahrzeugen im Erfassungsbereich 2 ständig an die Empfangseinheit 1 übermittelt werden, nicht einer bestimmten Position sondern eben einem dieser Abschnitte 9 zuzuordnen und anschließend alle diesem Abschnitt 9 zugeordneten Zustandsdaten über den jeweiligen Abschnitt 9 zu mitteln.The
- 11
- Empfangseinheitreceiving unit
- 22
- Erfassungsbereichdetection range
- 33
- Vektorvector
- 44
- als erste empfangene Positionas the first position received
- 55
- als letzte empfangene Positionas the last position received
- 66
- Fahrtrichtungdriving direction
- 77
- Fahrbahnroadway
- 88th
-
Spur der Fahrbahn 7Lane of
lane 7 - 99
-
einer der N Abschnitte (Längsabschnitte) der Spur 8one of the N sections (longitudinal sections) of
track 8 - 1010
- Winkelangle
- 1111
- Referenzvektorreference vector
- 1212
- Normalabstandnormal distance
- 1313
- gemittelter Eintrittspunktaverage entry point
- 1414
- gemittelter Austrittspunktaverage exit point
Claims (12)
- Method for geographic region detection of traffic infrastructure by means of a receive unit (1) disposed in the region of the traffic infrastructure for a detection region of the receive unit, wherein the method comprises the following steps:- Status data of a number of vehicles, which status data in each case includes at least a position of the respective vehicle and if necessary a time at which the position was determined, is communicated by the vehicles several times to the receive unit (1) in the period during which the vehicles are passing through the detection region (2) of the receive unit (1) by means of wireless communication;wherein the method is characterised in that it comprises the following further steps:- The receive unit (1) determines the first position received in the detection region and the last position received in the detection region for each vehicle from the transmitted status data;- The receive unit (1), or a processing unit connected to the receive unit, computes a vector (3) for each vehicle, wherein the vector (3) extends from the first position (4) of the vehicle received in the detection region to the last position (5) of the vehicle received in the detection region;- From the vectors (3) of all vehicles the receive unit (1) or processing unit determines directions of travel (6) of the vehicles as well as the geographic location of roadways (7) and/or lanes (8) of the roadways (7) of the traffic infrastructure in the detection region (2).
- Method according to claim 1, characterised in that the directions of travel (7) of the vehicles are determined by the vectors (3) of all vehicles being grouped in accordance with an angle (10) that the respective vector (3) makes with a reference vector (11).
- Method according to claim 2, characterised in that, when the directions of travel (7) are determined, the vehicles are each assigned a specific range of angles of a specific direction of travel (7).
- Method according to claim 2 or 3, characterised in that the roadways (7) and/or lanes (8) of the roadways (7) of the traffic infrastructure are determined by the vectors (3) of all vehicles being grouped in accordance with a normal distance (12) of the receive unit (1) from the respective vector (3).
- Method according to claim 4, characterised in that, for each roadway (7) or lane (8) of the roadways (7) an averaged entry point (13) as well as an averaged exit point (14) of those vehicles that are driving along this roadway (7) or lane (8) is determined.
- Method according to one of claims 1 to 5, characterised in that the status data is detected by the vehicles.
- Method according to one of claims 1 to 6, characterised in that the status data is communicated periodically to the receive unit (1).
- Method according to one of claims 1 to 7, characterised in that the position received as the last position (5) of the vehicle is the position for which, after it has been communicated to the receive unit (1), no further status data of this vehicle has reached the receive unit (1) for a defined period.
- Method according to one of claims 1 to 8, characterised in that the accuracy of the method is increased by the use of additional topology information.
- Method according to one of claims 1 to 9, characterised in that the receive unit (1) or processing unit divides the maximum detection region (2) into a number of segments (9).
- Receive unit (1) for use in a method according to one of claims 1 to 10, wherein- The receive unit (1) is embodied to receive status data from a number of vehicles, which status data includes in each case at least a position of the respective vehicle and also if necessary a time at which the position was determined and which is communicated by wireless communication to the receive unit (1) a number of times by the vehicles while the vehicles were passing through the detection region (2) of the receive unit (1),characterised in that- The receive unit (1) is embodied to determine the first position received in the detection region and the last position received in the detection region for each vehicle from the status data communicated;- The receive unit (1), or a processing unit connected to the receive unit, is embodied to calculate a vector (3) for each vehicle, wherein the vector (3) extends from the first position of the vehicle received in the detection region (2) to the last position (5) of the vehicle received in the detection region (2), and- The receive unit (1) or processing unit is embodied to determine, from the vectors (3) of all vehicles, directions of travel (6) of the vehicles as well as the geographic position of roadways (7) and/or lanes (8) of the roadways (7) of the traffic infrastructure in the detection region (2).
- Computer program product, which comprises a computer program and is able to be loaded directly into a memory of a receive unit (1) or a processing unit assigned to the receive unit (1), with computer program means for executing all steps of the method according to one of claims 1 to 10 when the computer program is executed by the receive unit (1) or by the processing unit.
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