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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, Fahrzeuge und ein System zum automatisierten Warnen von anderen Verkehrsteilnehmern vor GefahrenObjekten.
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Moderne Autos sind heutzutage zumeist mit Sensoren ausgerichtet, die den Fahrer zumindest bei der Fahrt assistieren sollen. Die Verkehrsmittelbranche bereitet sich zudem auf das teilautonome bzw. auf das vollständig autonome Fahren vor. Damit ein Fahrzeug beispielsweise vollständig autonom Fahren können, muss es den Verkehr ähnlich gut einschätzen können wie Menschen. Hierzu weisen Fahrzeuge zum Teil jetzt schon mehrere verschiedene Sensoren auf, die die Fahrbahn auf verschiedene Art und Weise abscannen können. Hierbei ist bekannt, dass verschiedene Sensortypen spezifische vor und Nachteile aufweisen, sodass insbesondere eine geschickte Kombination der gesammelten Daten von verschiedenen Sensortypen in der Lage ist die jeweiligen Schwächen eines einzelnen Sensortyps auszugleichen. Derzeitige autonome Versuchsfahrzeuge orientieren sich häufig mittels Daten von folgenden Sensoreinheiten: Radar, optische Kameras, Infrarotkameras, Ultraschall und Laserscannern (Lidar).
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Im Folgenden sollen kurz die Detektionseigenschaften der Sensoreinheiten skizziert werden.
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Lidar kann beispielsweise nachteilig von Wetterbedingungen beeinflusst werden, hat allerdings eine gute tiefen Auflösung, eine hohe Genauigkeit und eine Reichweite von bis zu 200 m.
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Radar wird beispielsweise weder von Beleuchtung noch von Wetterbedingungen stark beeinflusst, hat eine gute Tiefenauflösung, eine mittlere Genauigkeit und eine hohe Reichweite von ca. 250 m.
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Ultraschall wird beispielsweise weder von Beleuchtung noch von Wetterbedingungen stark beeinflusst, hat eine gute Tiefenauflösung, allerdings nur eine sehr geringe Reichweite.
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Die optische Kamera hat Eigenschaften, die am ehesten denen eines menschlichen Auges entsprechen. Aus diesem Grund wird die Kamera durch starke Beleuchtung und Wetter beeinflusst, kann allerdings Farben detektieren. Prinzipiell hat die optische Kamera auch eine sehr hohe Reichweite, die allerdings davon abhängt wie sehr das Objekt Licht abstrahlt, da die optische Kamera ein passiver Sensor ist.
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Eine Infrarotkamera ist besonders gut geeignet, um unterschiedliche Wärmeprofile zu detektieren.
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Trotz all dieser verschiedenen Sensoreinheiten kommt es insbesondere bei Testfahrten mit Versuchsfahrzeugen immer noch vor, dass diese Gefahren im Straßenverkehr nicht richtig einschätzen, sodass es zu Unfällen kommt. Es kann durchaus vorkommen, dass ein Fahrzeug eines Herstellers eine Gefahrenlage richtig einschätzt, wohingegen ein Fahrzeug eines anderen Herstellers dieselbe Gefahrenlage falsch einschätzt. Mitunter kann dies sogar bei Fahrzeugen ein und desselben Herstellers auftreten.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren sowie Fahrzeuge bereitzustellen, die es ermöglichen Gefahrenlagen besser einzuschätzen, sodass insbesondere Unfälle vermieden werden können.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
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Die Merkmale der im Folgenden beschriebenen verschiedenen Aspekte der Erfindung bzw. der verschiedenen Ausführungsbeispiele sind miteinander kombinierbar, sofern dies nicht explizit ausgeschlossen ist oder sich technisch zwingend ausschließt.
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum automatisierten Warnen von anderen Verkehrsteilnehmern vor einem Gefahren-Objekt, insbesondere eines Gefahren-Objekts mit Bezug zum Straßenverkehr, durch ein erstes Fahrzeug angegeben, wobei das erste Fahrzeug geeignete elektrooptische Sensoren zum Erfassen von Objektdaten der Fahrzeugumgebung, einen geeigneten Bordcomputer zum Auswerten der Objektdaten und einen Transceiver umfasst. Bei den geeigneten elektrooptischen Sensoren kann es sich insbesondere um die vorstehend aufgezählten Sensoren handeln. Das Verfahren weist folgende von dem ersten Fahrzeug durchgeführte Schritte auf:
- Empfangen von Sensordaten von der Fahrzeugumgebung des ersten Fahrzeugs mittels zumindest einer ersten Sensoreinheit des ersten Fahrzeugs;
∘ die Sensordaten können hierbei von dem Fahrzeug entweder in einer 360° Rundumsicht oder in Fahrtrichtung erfasst werden. Die 360° Rundumsicht bietet den Vorteil, dass auch Sensordaten erfasst werden können, die nicht in Fahrtrichtung des Fahrzeugs liegen, wobei eine Erfassung der Sensordaten nur in Fahrtrichtung eine Reduzierung des Rechenaufwands darstellt. Die Fahrtrichtung ist als besonders wichtige Richtung ausgezeichnet ist. Die Sensordaten können hierbei von einer einzelnen Sensoreinheit stammen, es können aber auch Daten von mehreren Sensoreinheiten, insbesondere den vorstehend beschriebenen Sensoreinheiten, stammen und zu Gesamtdaten kombiniert werden. Die Gesamtdaten weisen eine höhere Informationsdichte auf und stellen demnach eine umfassendere Beschreibung der Fahrzeugumgebung dar, erhöhen aber auf der anderen Seite den Rechenaufwand und den Detektionsaufwand. - Auswerten der empfangenen Sensordaten durch einen auf dem Bordcomputer des ersten Fahrzeugs implementierten Algorithmus und Klassifizierung von Objekten anhand der Sensordaten, wobei der Algorithmus bei der Klassifizierung eines der Objekte als Gefahren-Objekt eine Gefahren-Objektmarkierung generiert, wobei die Gefahren-Objektmarkierung durch ein Daten-Tupel G repräsentiert wird, das zumindest die örtliche Position PGO des Gefahren-Objekt umfasst, also G(PGO);
∘ der Algorithmus zum Auswerten der Sensordaten kann insbesondere ein neuronales Netzwerk umfassen, dass durch Gefahren-Objekte trainiert worden ist. Der Index "GO" steht für "Gefahren-Objekt". Die örtliche Position des Gefahren-Objekts kann auf standardisierten Koordinaten (x, y, z), wie etwa dem GPS-System, beruhen. Dies hat den Vorteil, dass alle Fahrzeuge die Positionsangabe in standardisierten Koordinaten gleich interpretieren. Eine Alternative oder zusätzliche Möglichkeit ist es, die örtliche Position des Gefahren-Objekts als Position des Fahrzeugs und einem Richtungsvektor anzugeben, wobei der Richtungsvektor von den Koordinaten des Fahrzeugs auf das Gefahren-Objekt hinzeigt. Ein solcher Richtungsvektor kann von dem Algorithmus des Fahrzeugs errechnet werden. Dies hat den Vorteil, dass durch den Richtungsvektor eine Information extrahiert werden kann, von welcher Richtung das Fahrzeug auf das Gefahren-Objekt blickt. - Versenden des Daten-Tupels G(PGO) als ein Broadcast-Signal mittels des Transceivers.
∘ Hierbei kann das Daten-Tupel G einmalig oder auch für einen bestimmten Zeitraum mehrmals ausgesendet werden. Das einmalige Aussenden hat den Vorteil, dass der Datenverkehr bei einer "Vehicle-to-Vehicle" (V2V) Kommunikation reduziert wird, wobei das mehrmalige Absenden über den bestimmten Zeitraum, beispielsweise alle 10 Sekunden für den Zeitraum von 1 Minute, den Vorteil hat, dass das Daten-Tupel G zuverlässiger von weiteren Fahrzeugen empfangen werden kann. Da das erste Fahrzeug keine so starke Sendeleistung wie eine Basisstation aufweist und typischerweise nicht in einer erhöhten Position angeordnet ist, ist eine Abschattung des entsprechenden Broadcast-Signals relativ wahrscheinlich, sodass durch ein mehrmaliges Senden die Chance erhöht wird, dass ein weiteres Fahrzeug das Signal empfängt. Hierbei wird das Broadcast-Signal ohne eine bestimmte Adresse versendet und kann somit prinzipiell von jeder Empfängereinheit empfangen werden.
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Durch dieses Verfahren wird vorteilhaft ermöglicht, dass von dem ersten Fahrzeug eine dezentrale Bewertung von Gefahrensituationen vorgenommen werden kann, die flexibel, ohne weitere Infrastruktur, an weitere Fahrzeuge mittels des Broadcast-Signals übermittelt werden können. Es kann also insbesondere auf die Infrastruktur eines Mobilfunknetz verzichtet werden. Hierdurch können die weiteren Fahrzeuge frühzeitig über das Gefahren-Objekt informiert werden, wodurch die Verkehrssicherheit bedeutend erhöht wird, indem dem weiteren Fahrzeug die Position PGO des Gefahren-Objekts bekannt gemacht wird. Insbesondere kann das Daten-Tupel G von einem zweiten Fahrzeug empfangen und auch wieder weitergesendet werden. Dies führt zu einer effizienten Verbreitung des Signals über einen großen Zeitraum und über eine große Reichweite, wobei die Sendereichweite des ersten Fahrzeugs durch das "kettenartige" versenden des Daten-Tupels G durch die weiteren Fahrzeuge beträchtlich erweitert wird. Das Verfahren funktioniert ohne die Einbindung einer "Zentralen-Autorität" zur Verwaltung der Gefahrenmeldungen.
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In einer Ausführungsform weist das Daten-Tupel G zusätzlich einen Zeitstempel tF1 der Erfassung des Gefahren-Objekts durch das erste Fahrzeug auf, also G(PGO, tF1).
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Vorteilhaft wird hierdurch insbesondere den anderen Fahrzeugen ermöglicht zu errechnen, wie lange es her ist, dass das erste Fahrzeug das Gefahren- Objekt erfasst hat. Diese Information kann zusätzlich mit einer Klassifizierung des Gefahren-Objekts dazu beitragen, dass ermittelt werden kann, ob die Gefahrensituation noch besteht. Je nachdem in welche Klasse das Gefahren- Objekt eingeordnet wird, kann jeder Klasse eine spezifische Gültigkeitsdauer des Daten-Tupel G zugeordnet werden, da im Allgemeinen davon ausgegangen werden kann, dass verschiedene Gefahrensituationen verschieden lange andauern. Beispielsweise ist davon auszugehen, dass eine Gefahrensituation bei einem Unfall zwischen zwei Autos eine längere Gültigkeitsdauer aufweist als beispielsweise das Überqueren eines Tieres der Fahrbahn. Im ersten Fall könne beispielsweise eine Gültigkeitsdauer von 1 Stunde und im zweiten Fall könnte eine Gültigkeitsdauer von 5 Minuten festgelegt werden. Die weitere Klassifizierung eines Gefahren-Objekts zu einer bestimmten IDGO kann beispielsweise von dem ersten Fahrzeug vorgenommen werden und dann als zusätzliche Information dem Daten-Tupel hinzugefügt werden G(PGO, tF1, IDGO).
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Bevorzugt weist das Daten-Tupel G zusätzlich einen Gütewert GWF1 der Erfassung des Gefahren-Objekts durch das erste Fahrzeug auf, also G(PGO, GWF1).
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Dies hat den Vorteil, dass der Gütewert GWF1 angibt mit welcher statistischen Sicherheit ein Gefahren-Objekt, insbesondere ein bestimmtes Gefahren-Objekt, erkannt wurde. Anhand des Gütewerts GWF1 können die anderen Fahrzeuge, die den Daten-Tupel G empfangen, beurteilen mit welcher Sicherheit sie den empfangenen Informationen vertrauen können. Je mehr die anderen Fahrzeuge dem Daten-Tupel G vertrauen, desto stärker wird das Gefahren-Objekt für weitere Fahrentscheidungen des Bordcomputers der anderen Fahrzeuge berücksichtigt. Der Gütewert GWF1 kann aber auch eine Rolle spielen, wenn eines der anderen Fahrzeuge den Daten-Tupel G verifiziert, respektive die Daten aktualisiert. Ist beispielsweise der Gütewert GWFn eines der anderen Fahrzeuge deutlich schlechter als der Gütewert GWF1 des ersten Fahrzeugs, wird das Daten-Tupel G bevorzugt nicht aktualisiert, da durch die neuen Daten keine Verbesserung zu erzielen ist.
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Bevorzugt weist das Daten-Tupel G zusätzlich einen Geschwindigkeitsvektor vF1 und eine örtliche Position PF1 des ersten Fahrzeugs zum Zeitpunkt tF1 auf, also G(PGO, tF1, VF1, PF1).
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Anhand dieser Daten kann auf vorteilhafte Weise ermittelt werden, welche Ansicht das erste Fahrzeug auf das Gefahren-Objekt hat, insbesondere ob es sich dem Gefahren-Objekt von vorne oder von hinten nähert. Diese Information kann für die anderen Fahrzeuge sowohl bei der Überprüfung respektive der Aktualisierung des Daten-Tupels G als auch bei der Berücksichtigung für die eigenen Fahrentscheidungen relevant sein. Je ähnlicher die Annäherungsrichtung eines der anderen Fahrzeuge im Vergleich zu dem ersten Fahrzeug ist, desto relevanter ist in der Regel das Daten-Tupel G, wenn wir von nur einem ausreichend kurzen Zeitunterschied der aktuellen Zeit relativ zum Zeitpunkt tF1 ausgehen.
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Zweckmäßigerweise weist das Daten-Tupel G zusätzlich einen Geschwindigkeitsvektor vGO und des Gefahren-Objekts auf, also G(PGO, tF1, vGO).
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Auf vorteilhafte Weise kann durch den Geschwindigkeitsvektor vGO und den Zeitstempel tF1 der Erfassung bestimmt werden, wo sich das Gefahren-Objekt nach einer bestimmten Zeit befindet. Dies kann dem Bordcomputer eines der anderen Fahrzeuge dazu dienen zu beurteilen, ob die Gefahrensituation noch relevant ist.
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Bevorzugt ist es zudem möglich, dass das erste Fahrzeug mittels seiner Sensoren weitere Parameter ermittelt und diese einzeln oder in beliebiger Kombination dem Daten-Tupel G hinzufügt. Diese Parameter werden im Folgenden erläutert:
IDGO: es kann eine eindeutige Kennung des Gefahren-Objekts erstellt werden. Dies ermöglicht den Bordcomputern zum einen die Gefährdungssituation abzuschätzen und zum anderen zu beurteilen, ob ihre jeweilige Sensorik das gleiche Gefahren-Objekt erfasst.
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IDF1, ..., IDFn: jedes Fahrzeug kann dem Daten-Tupel G eine ihm zugeordnete Identität hinzufügen. Diese Identität kann beispielsweise eine Fahrzeugnummer sein oder aber auch durch eine (e)SIM Nummer repräsentiert werden. Dies ermöglicht vorteilhaft eine eindeutige Zuordnung von welchem Fahrzeug ein bestimmtes Daten-Tupel G generiert wurde. Unter Umständen kann dies auch zur Fehlerdiagnose verwendet werden, wenn sich herausstellt, dass das Daten-Tupel G eines bestimmten Fahrzeugs beständig einen schlechten Gütewert GWFn aufweist.
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VGO: jedes Fahrzeug kann dem Daten-Tupel G eine Abschätzung des Volumens des Gefahren-Objekts, insbesondere mit Ausdehnungsanteilen in alle drei Raumrichtungen, hinzufügen. Dies ermöglicht den anderen Fahrzeugen auf vorteilhafte Weise die Ausdehnung des Gefahren-Objekts abzuschätzen.
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Update-Zähler: bei jeder Aktualisierung des Daten-Tupel G durch ein Fahrzeug kann der Update-Zähler um eins erhöht werden. Hierdurch wird ersichtlich wie oft das Gefahren-Objekt überprüft und aktualisiert wurde.
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In einer Ausführungsform wird das Broadcast-Signal in einem Mobilfunk Standard, insbesondere dem PC5 Standard, versendet.
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Dies hat den Vorteil, dass moderne Fahrzeuge nicht extra mit eigener Hardware ausgestattet werden müssen, da moderne Fahrzeuge im Allgemeinen über die Fähigkeit verfügen über einen Mobilfunkstandard zusenden. Insbesondere sind die Fahrzeuge eingerichtet über LTE und/oder 5G zu senden. Hierzu kann insbesondere die von 3GPP in Mobilfunknetzen spezifizierte PC5 Broadcast Kommunikation genutzt werden, die sowohl für LTE als auch für 5G geeignet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Broadcast-Signal als PC5 Sidelink versendet.
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Dies bietet den Vorteil, dass kein Mobilfunknetz, insbesondere keine Mobilfunkmasten/Basisstationen, für die Kommunikation zwischen den Fahrzeugen benötigt wird. Der PC5 Sidelink kann also als "reines" "Fahrzeug zu Fahrzeug" Kommunikationsmittel verwendet werden. Dadurch kann das Verfahren auch außerhalb der Reichweite von Mobilfunknetzen genutzt werden. Die V2V PC5 Spezifikation wurde für LTE, und ist für 5G spezifiziert, um insbesondere zwischen Endgeräten mit Hilfe eines Sendemasts kommunizieren zu können. Die Erfindung nutzt gemäß dieser bevorzugten Ausführungsvariante hiervon aber nur die PC5-Sidelink Funktionalität für eine räumlich begrenzte Endgerät-zu-Endgerät Kommunikation ohne Unterstützung der Mobilfunkmasten. Endgerät-zu-Endgerät Kommunikation ist in der lokal begrenzten Variante im Allgemeinen die Kommunikation eines Senders S1 zu allen erreichbaren Empfängern E mit E2, E3, ..., En. Also insbesondere die Kommunikation zwischen den Fahrzeugen. Die Fahrzeuge fungieren dann jeweils quasi als ein beweglicher Funkmast, wobei die Sendestärke des jeweiligen Fahrzeugs den Senderadius R festlegt. R ist aber auch in bekannter Weise von den Umgebungsparametern und den Empfangseigenschaften der Empfänger abhängig. In White Papers wird bei PC5-Sidelink aktuell von R=400 Metern ausgegangen. Sender und Empfänger können in diesem Fall also nicht mehr als 400 Meter voneinander entfernt sein. Dieser eher willkürliche Wert von 400m folgt aus Tatsache, dass ein Endgerät in der allgemeinen Spezifikation mit Sendemast bei den aktuellen Zellgrößen auch immer einen Sendemast erreichen können muss.
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Vorzugsweise wird das Broadcast-Signal als für eine Basisstation eingerichtetes Broadcast-Signal abgesendet, insbesondere wenn das erste Fahrzeug keine Empfangsbestätigung seines Broadcast-Signals durch ein anderes Fahrzeug erhält.
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Bekommt das erste Fahrzeug keine Empfangsbestätigung seines Broadcast-Signals von einem der anderen Fahrzeuge, so folgt hieraus mit hoher Wahrscheinlichkeit, dass die Gefahrenmeldung für ein nachfolgendes Fahrzeug verloren gegangen ist. Indem das Broadcast-Signal an eine Basisstation gesendet wird, kann die Basisstation das übersendete Daten-Tupel G per Mobilfunknetz für eine bestimmte Dauer an die anderen Fahrzeuge in derselben und/oder den benachbarten Mobilfunkzellen weiterleiten und somit sicherstellen, dass der Gefahren Hinweis nicht verloren geht. Sobald ein anderes Fahrzeug den Empfang des Daten-Tupels G per Mobilfunknetz der Basisstation bestätigt, können diese die Übertragung per Mobilfunknetz unterbrechen, solange die Gefahrenwarnung wieder durch die V2V- Kommunikation von statten geht. Insbesondere kann das Fahrzeug je nach Klassifizierung des Gefahren-Objekts IDGO das Daten-Tupel G in jedem Fall an die Basisstation senden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn es sich um eine Gefahrensituation handelt bei der beispielsweise Polizei und/oder Feuerwehr informiert werden müssen. Die Basisstation kann das Daten-Tupel G(PGO, tF1, IDGO) an einen zentralen Server weiterleiten, der die Behörden automatisiert informiert.
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Vorzugsweise wird das Daten-Tupel G von einem zweiten Fahrzeug empfangen und von einem Bordcomputer des zweiten Fahrzeugs ausgewertet.
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Hierdurch werden mehrere Vorteile erzielt. Zum einen wird das Daten-Tupel G dem zweiten Fahrzeug bereitgestellt, sodass überhaupt erst ermöglicht wird, dass diesem eine potenzielle Gefahrensituation bekannt gemacht wird. Zum anderen wird es einem potenziellen Gefährder erschwert, falsche Gefahrenhinweise abzusetzen. Der potenzielle Gefährder kann die von mehreren Teilnehmern verifizierte Gefahrenmeldung nicht einfach grob verfälschen oder gar als nicht mehr existent kommunizieren, ohne dass diese Veränderung nicht von weiteren Prüfern erkannt würde, da es immer eine definierte Mindestmenge an Teilnehmern zur finalen Verifizierung für signifikante Änderungen benötigt. Das Daten-Tupel G kann hierbei als verifiziert gekennzeichnet werden und/oder eines der Fahrzeuge entscheidet selbstständig, basierend auf der Historie des Daten-Tupels G, über dessen Gültigkeit. Eine Gefahrenmeldung ist glaubwürdiger, wenn sie auch die Historieninformationen von Vorgängernachrichten enthält und somit von Empfängern besser bewertet werden kann.
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In einem Ausführungsbeispiel wird ein Fahrer des zweiten Fahrzeugs gewarnt und/oder das zweite Fahrzeug berücksichtigt automatisiert die Informationen des Daten-Tupels G.
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Der Fahrer des zweiten Fahrzeugs kann beispielsweise mittels einer Signalleuchte und/oder einem entsprechenden Audio Signal von seinem Fahrzeug über die potentielle Gefahrensituation gewarnt werden. Das Fahrzeug kann allerdings auch selbstständig die Informationen des Daten-Tupels G berücksichtigen und beispielsweise automatisiert die Geschwindigkeit reduzieren.
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In einem Ausführungsbeispiel überprüft und/oder aktualisiert das zweite Fahrzeug das Daten-Tupels G im Hinblick auf das Gefahren-Objekt.
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Hierdurch kann eine Gefahrenmeldung dezentral aktualisiert werden, sodass die Qualität der Information konstant hoch ist. Zudem wird die Informationsdichte des Daten-Tupels G stetig erhöht. Die Gefahrenlage wird dadurch zu späteren Zeitpunkten vollständig verifiziert, ggfs. leicht verändert verifiziert oder sie wird als nicht mehr existent kommuniziert.
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In einem Ausführungsbeispiel wird bei der Überprüfung eine gewichtete Berücksichtigung unter Berücksichtigung einer Historie des Daten-Tupels G angewendet. Beispielsweise kann jedes der Fahrzeuge zu dem Daten-Tupel G seine eigenen Messungen hinzufügen. Bei der Überprüfung des Gefahren-Objekts wird dann die letztmalige Messung am stärksten gewichtet. Realisiert wird dies durch eine entsprechende Veränderung des Daten-Tupels G durch das jeweilige Fahrzeug. Wird beispielsweise die Menge der Historiendaten auf die letzten zehn Messungen begrenzt, wobei zur Reduzierung des Datenverkehrs insbesondere auch nur diese Menge maximal dem Daten-Tupel G hinzugefügt werden kann, so kann folgendes Verfahren angewendet werden: die aktuellste Messung bekommt einen Gewichtungsfaktor von 10/10, die vorherige Messung einen Gewichtungsfaktor von 9/10, ..., und die erste Messung einen Gewichtungsfaktor von 1/10. Hierdurch wird zum einen sichergestellt, dass die aktuellste Messung am stärksten berücksichtigt wird, zum anderen aber auch gewährleistet, dass die aktuellste Messung die vorherigen Messungen nicht vollständig "überstimmen" kann. Dies dient einem Sicherheitsaspekt, da es vorkommen kann, dass der aktuellsten Messung "falsche Daten" zugrunde liegen. Abstrakt formuliert ist die Gewichtung also so zu wählen, dass eine Summe der Gewichte der vorherigen Messungen größer ist als die Gewichtung der aktuellsten Messung.
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Bevorzugt sind das erste und/oder das zweite Fahrzeug selbstfahrende Autos.
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Dies bietet den Vorteil, dass diese das Daten-Tupel G bei ihren Fahrentscheidungen vollständig berücksichtigen können.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug angeben, das eingerichtet ist zum Erzeugen, Senden, Empfangen und Verarbeiten eines Broadcast-Signal nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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Ein solches Fahrzeug hat den Vorteil, dass es als dezentraler Gefahrensignalen-Detektor, und dezentraler mobiler Funkmast von Gefahrensignalen dienen kann und somit andere Fahrzeuge effektiv vor einem Gefahren-Objekt warnen kann. Zudem kann ein solches Fahrzeug selbst von einer Gefahrenwarnung durch andere Fahrzeuge profitieren, indem es das Daten-Tupel G bei seinen Fahrentscheidung berücksichtigt. Insbesondere ist das Fahrzeug vollständig selbstfahrend. Dieses Konzept ermöglicht eine flächendeckende Überwachung von Gefahrensituation, die andernfalls nur mit einer sehr kostenintensiven flächendeckenden Bestückung der Straßen mit Detektoren möglich wäre. Hardwaretechnisch ist ein solches Fahrzeug mit dem entsprechenden vorstehend erwähnten Sensoren ausgestattet, wobei auf dem Bordcomputer implementierte Algorithmen eingerichtet sind das Daten-Tupel G zu erzeugen, dieses abzusenden, zu empfangen und entsprechend zu bearbeiten.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug angegeben, das eingerichtet ist zum Empfangen und Verarbeiten eines Broadcast-Signal nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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Dies hat den Vorteil, dass das Fahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung kostengünstiger konstruiert werden kann, da es auf die Sensoreinheiten verzichten kann, dennoch kann das Fahrzeug von dem Daten-Tupel G profitieren und die Gefahrenlage bei seiner Fahrentscheidung berücksichtigen und/oder den Fahrer auf eine mögliche Gefahrenlage hinweisen.
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Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist ein System angegeben, wobei das System ein Fahrzeug, wie vorstehend beschrieben, und eine Mobilfunkstation mit Zugang zu einem Mobilfunknetz aufweist. Das System ist eingerichtet zum Ausführen eines der vorhergehend beschriebenen Verfahren..
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Dieses System bietet den Vorteil, dass die von einem ersten Fahrzeug gesendeten Daten-Tupel G auch dann ein zweites Fahrzeug erreichen können, wenn sich dieses außerhalb des Sendereichweite des ersten Fahrzeugs befindet.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Figur erläutert:
- Fig. 1:
- zeigt schematisch ein System zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- Fig. 2:
- zeigt eine Aktualisierung eines Daten-Tupel G durch einen auf einem Bordcomputer eines Fahrzeugs implementierten Algorithmus.
- Fig. 3:
- zeigt einen beispielhaften Aufbau des Daten-Tupels G.
- Fig. 4:
- zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens, insbesondere auf dem Bordcomputer des Fahrzeugs.
- Fig. 5:
- zeigt exemplarisch ein Fahrzeug, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
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Nachfolgend werden zahlreiche Merkmale der vorliegenden Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen ausführlich erläutert. Die vorliegende Offenbarung ist dabei nicht auf die konkret genannten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr lassen sich die hier genannten Merkmale beliebig zu erfindungsgemäßen Ausführungsformen kombinieren, sofern dies nachfolgend nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist.
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Fig. 1 zeigt schematisch ein System 10, insbesondere ein Kommunikationssystem 10, zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das System 10 umfasst zumindest ein erstes Fahrzeug 15, das während der Fahrt auf einer Fahrbahn 35 ein Gefahren-Objekt 30 wahrnehmen kann. Bei der Detektion dieses Gefahren-Objekts 30 kann ein Bordcomputer des ersten Fahrzeugs 15 eine Gefahren-Objektmarkierung generieren und diese als ein Broadcast-Signal versenden. Dieses Broadcast-Signal kein von weiteren Fahrzeugen, in Fig. 1 von einem zweiten Fahrzeug 20 und einen dritten Fahrzeug 25 empfangen und verarbeitet werden. Zusätzlich kann das Broadcast-Signal von einer Basisstation 40 eines Mobilfunknetzes empfangen werden.
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Um das Gefahren-Objekt 30 effektiv detektieren zu können, ist das erste Fahrzeug 15 mit elektrooptischen Sensoren, insbesondere verschiedenartigen Sensoren, versehen. Das Fahrzeug 15 weist also eine intelligente Sensorik zur Erkennung der Umgebung und zur Eigenpositionsbestimmung und eine Sende-/Empfangseinrichtungen zur drahtlosen Kommunikation auf. Dieses liegt unter anderem bei autonom oder teil-autonom fahrenden Fahrzeugen vor. Das Fahrzeug 15 hat im ITS "Intelligent Transport System" eine eindeutige Fahrzeug-ID. Dies kann z.B. das Kennzeichen sein, aber auch eine ID im Mobilfunknetz (MSISDN). Im ITS ist eine Liste mit Gefahren-IDs definiert, die die Art der Gefahrenmeldung definiert.
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Bei diesen Sensoren kann es sich beispielsweise um Lidar, Radar, Infrarot und/oder digitale Stereokameras handeln. Infrarotkameras sind für lebende Objekte und lebende Objekte in der Nacht, da "leblose" Materialien in der Nacht eher die gleiche Temperatur wie die Umgebung haben.
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Diese Sensoren sind insbesondere geeignet sichtbare Oberflächen von Objekten zu detektieren. Die sichtbare Oberfläche ist die vom jeweiligen Sensor detektierbare Oberfläche des Objektes. Bei den Sensoren Lidar, Radar und digitale Stereo Kamera ist das identisch mit dem was ein menschliches Auge, wenn es nah genug dran ist, auch sehen würde, also die geometrische Oberfläche des "Objekt-Materials".
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Bei der Infrarot Kameras wird die "thermale" Oberfläche ggfs. leicht unterschiedlich von der geometrischen bestimmt, da in diesem Fall auch die Temperaturübertragung der tieferen Materialschichten die Wärme der geometrischen Oberfläche beeinflusst.
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Die Bestimmung eines Objekts als Gefahren-Objekt kann technisch wie folgt realisiert werden:
- Bestimmung der Geometrie: Überschreitungen von Grenzwerten zu Größe/Ausdehnung.
- Bestimmung der Position: Wenn sich das Objekt 30 auf der Fahrbahn/Fahrfläche 35 befindet und sich von der normalen/erwarteten Fahrbahn/-fläche signifikant unterscheidet.
- Bestimmung der Kinematik und Position: Wenn sich das Objekt 30 in Richtung Fahrbahn/Fahrfläche 35 bewegt und diese bald erreichen könnte.
- Datenbankabgriff/Vergleich: bzgl. bekannter Klassifizierungen mit den erfassten Eigenschaften
- ∘ initial gescannter Objektoberflächenabschnitte/Konturlinien und
- ∘ später ggfs. vervollständigter 3D Rundum Vervollständigung und
- ∘ der Objekt Temperatur.
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Alle der genannten Sensoren können die Richtung zu einem beliebigen Objektpunkt bestimmen. Die Richtung kann in einem globalen/standardisierten Koordinatensystem ermittelt werden, das alle Fahrzeuge 15, 20, 25 kennen.
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Jedes Fahrzeug 15, 20, 25 weist zudem ein lokales fahrzeugfestes Koordinatensystem auf, das sich zum globalen Koordinatensystem translatorisch und rotatorisch in Abhängigkeit der Fahrzeugbewegung bewegt. Diese Transformation von einem System ins andere System ist als Funktion der Zeit/Fahrzeugbewegung bekannt. Jedes Sensor-Koordinatensystem ist i.d.R. starr zum Fahrzeug Koordinatensystem und die Transformation von einem System ins andere ist bekannt. Selbst Bewegungen des Sensor Koordinatensystem im Fahrzeug können ins Fahrzeugkoordinatensystem umgerechnet werden, da diese Bewegungen von den Steuerungssystemen ermittelt werden. Somit sind alle Richtungsmessungen der Sensoren als Strahlen im globalen Koordinatensystem bekannt. Da ein Punkt des Strahls im Fahrzeug in seiner 3D Position bekannt ist, ist auch der Strahl eindeutig im Raum definiert.
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Der Abstand des einen Punktes im Fahrzeug zu dem Objektoberflächenpunkt wird bei Radar und Lidar hochgenau bestimmt.
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Hierdurch sind von jedem Strahl die Anfangskoordinate, Richtung und Abstand zum Objektpunkt bekannt, woraus über sogenanntes polares Anhängen die 3D Position des Objektoberflächenpunktes in einem globalen Koordinatensystem ermittelt werden kann. Durch schnelles Abscannen wird die sichtbare Oberfläche in 3D ermittelt.
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Mono-Kameras scannen ohne Zeitverzögerung, da die gesamte Aufnahme zum gleichen Zeitpunkt gemacht wurde. Sie liefern nur Richtungen, aber keine Distanzen. Die Beobachtungen bei Kameras sind Bildkoordinaten auf dem CCD/CMOS Chip von abgebildeten Objektpunkten.
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Stereo Kameras arbeiten bei der Distanzmessung anders. Dort wird die Distanz zum Objektpunkt über den Strahlenschnitt zweier unterschiedlicher Aufnahmen (andere Kamera Positionen und ggf. auch andere Kameraorientierungen) und deren jeweils zugeordneten Kamerastrahlen bestimmbar. Gleichzeit wird durch den Strahlenschnitt die 3D Position am Objekt aber direkt eindeutig in 3D bestimmt, wodurch die Distanz dann als Abstand zwischen Kamera Projektionszentrum und Objektposition über einen 3D Pythagoras bestimmt wird.
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Alle Sensoren kontrollieren sich gegenseitig und haben sich ergänzende Eigenschaften bzgl. Schnelligkeit der Erfassung, Genauigkeit bzgl. Objektabstand, etc.
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Es kann davon ausgegangen werden, dass ein autonom fahrendes Fahrzeug mit 1 cm Genauigkeit seine 3D Position im globalen Koordinatensystem kennt und auch eine Fahrbahn Geometrie mit 1-3 cm Genauigkeit ausmessen kann. Die Sensoren des Fahrzeugs 15, 20, 25 ermöglichen die Objektpunkte (Fahrbahnränder oder Gefahrenobjekte) je nach Distanz zumindest mit 1 cm bis 5 cm Genauigkeit zu bestimmen. Diese Objektgenauigkeit eines mehrfach erfassten Gefahrenobjektes kann sogar noch höher sein, insb. dann, wenn das Objekt 30 statisch ist.
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Nachstehend wird ein konkretes Ausführungsbeispiel des Verfahrens beschrieben:
Auf einer befahrenen Straße 35 befindet sich eine Gefahren-Objekt 30, wie etwa ein defektes Fahrzeug, ein Tier oder ein gefährlicher Straßenschaden. Das erste Fahrzeug 15 erkennt die Gefahr mithilfe seiner elektrooptischen Messinstrumente (Kamera/Sensoren). Ein autonom steuerbares Fahrzeug wird Sensoren aufweisen, die ein Gefahren-Objekt 30 Punkt für Punkt auf der sichtbaren Oberfläche des Objektes erfassen kann und somit ein 3-D Model der sichtbaren Oberfläche bzgl. eines 3D Koordinatensystem (mit z-Achse vertikal in Richtung Schwerkraft), das allen autonom fahrenden Fahrzeugen 15, 20, 25 bekannt ist, ermitteln. Dieses ist dadurch gewährleistet, dass von dem ersten Fahrzeug 15 Richtungen und Entfernung zu jedem sichtbaren Oberflächenpunkt ausreichend zeitgleich bestimmbar sind.
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Aus diesen Oberflächenpunkten und ihren Koordinaten kann die auf einem Bordcomputer implementierte Software des ersten Fahrzeugs 15 einen Schwerpunkt S den Gefahren-Objekts 30 bestimmen und von diesem z.B. die Ausdehnungen in Richtung der Koordinatenachsen berechnen, wodurch ein solches Objekt in seiner Position durch drei Koordinaten (Sx, Sy, Sz) und in der Ausdehnung durch sechs Abstände (-dx, +dx, -dy, +dy, -dz, +dz) relativ zum Schwerpunkt S bestimmt ist. Diese Bestimmungsgrößen sind je Fahrzeug 15, 20, 25, welches diese Bestimmung durchführt, nur von der Güte G der Sensorik des Fahrzeugs 15, 20, 25, von der Position P des Fahrzeugs 15, 20, 25 und der Ausrichtung A des Fahrzeugs 15, 20, 25 im 3D Koordinatensystem relativ zum Gefahren-Objekt 30 abhängig, sofern das Objekt ein statisches und nicht deformiertes Objekt bezüglich aller unterschiedlichen Erfassungszeitpunkte ist.
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Diese Erfassung und Objektbeschreibung ist lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel. Andere technische Realisierung sind möglich, z.B. müssen die sechs Abstände nicht in den Achsrichtungen des übergeordneten Koordinatensystems definiert werden, sondern können bzgl. den Richtungen x=in Fahrtrichtung der Straße und y=quer zur Fahrtrichtung der Straße und z-Achse wie üblich definiert werden. Hierdurch würde im Falle einer Vorbeifahrt des Fahrzeugs 15 eine "bessere" Information vorliegend. Zusätzlich könnten auch noch die äußeren Konturen links und rechts von der Fahrtrichtung als Zusatzinformation bestimmt werden. Die Bestimmungen all dieser geometrischen Größen sind dem Fachmann bekannt. Werden die Größen durch Überbestimmungen ermittelt, so z.B. aus Lidar und Kamera -Messungen zugleich oder aber von einem Fahrzeug 15 zu leicht unterschiedlichen Zeitpunkten, so können zu allen geometrischen Größen nochmals verbesserte Genauigkeitsmaße ermittelt werden, z.B. Gaußsche Standardabweichungen, die die ca. 68% Vertrauensintervalle der Parameter angeben. "Nochmals verbesserte" bezieht sich auf eine Bestimmungsgenauigkeit mit nur einer einzigen Methode, z. B. nur Lidar. Bei der Anwendung nur einer Methode erhält man aber Genauigkeitsmaße, da man sich dann auch die bekannte innere Messgenauigkeit dieser Methode in der aktuellen technischen Systemausführung beziehen kann.
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Liegen die Messungen nicht in ausreichender Dichte und Güte vor, kann diese Information in dem Broadcast-Signal, insbesondere in dem Daten-Tupel G, in einem Informationsfeld über die Größe der Standardabweichungen der Messungen ausgewiesen werden und von Empfängern der Nachricht erkannt und berücksichtigt werden.
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Es können die folgenden Daten gemessen und/oder ausgewertet in dem Daten-Tupel G übermittelt werden.
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Eine von dem ersten Fahrzeug 15 selbst generierte eindeutige ID der Gefahrenmeldung kann sich aus folgenden Informationen zusammensetzen: i) Gefahren-ID, welche die Art der Gefahr spezifiziert; ii) eigene Fahrzeug-ID, welche eindeutig festlegt von welchem Fahrzeug das Daten kritische Tupel G gesendet wird; iii) eine laufende Nummer der Gefahrenmeldung, sodass zugeordnet werden kann, ob eine Gefahr bereits gesendet wurde; iv) eine oder mehrere Zeitstempel, wobei ein erster Zeitstempel beispielsweise den ersten Erfassungszeitpunkt des Objekts 30 und ein zweiter Zeitstempel den letzten Erfassungszeitpunkt des Objekts 30 angibt; v) eine Position des Gefahren-Objekts 30, insbesondere in den standardisierten Koordinaten; vi) eine Ausdehnung und oder Orientierung des Gefahren-Objekts 30; vii) Informationen über die Güte der Messungen der Sensoren, insbesondere in Standardabweichungen der Einzelmessungen; viii) ein Informations-Flag, das das Gefahren-Objekt 30 als statisches oder als bewegliches Objekt kennzeichnet.
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Das erste Fahrzeug 15 kann den Gefahrenhinweis, insbesondere als das Daten-Tupel G, bezüglich des Gefahren-Objekt 30 vermittels des Broadcast-Signals an die anderen Fahrzeuge 20, 25, bei denen es sich um Folge Fahrzeuge und/oder entgegenkommende Fahrzeuge handelt, versenden. Dieser Gefahrenhinweis kann von den anderen Fahrzeugen 20, 25 sowohl bei ihrer Fahrentscheidung berücksichtigt werden, als auch von den anderen Fahrzeugen 20, 25 überprüft werden, um die Qualität der Information der Gefahrenmeldung/des Gefahrenhinweises zu verbessern.
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Um das Broadcast-Signal zu übertragen nutzt das Fahrzeug 15 ein Kommunikationsverfahren wie etwa den PC5-Sidelink, welcher in gängigen Implementierungen in Fahrzeugen einen Senderadius von etwa 400 m aufweist und insbesondere für die unmittelbare "Fahrzeug-zu-Fahrzeug"-Kommunikation geeignet ist. Die PC5-Kommunikation funktioniert vorteilhaft auch außerhalb von Mobilfunknetzen. Hierdurch werden auch Fahrzeuge erreicht, die in andere Mobilfunknetze eingewählt sind. Je mehr Fahrzeuge an dem Verfahren teilnehmen, desto schneller und besser funktioniert das Verfahren. Zudem funktioniert das Verfahren auch in Gebieten, in denen kein Mobilfunknetz verfügbar ist, das Mobilfunknetz ausgefallen ist, oder Mobilfunknetze untereinander inkompatibel sind. In dem Fall allerdings, dass vermittels des PC5-Broadcast-Signals kein anderes Fahrzeug 20, 25 erreicht werden kann, wird das Broadcast-Signal als Cell-Broadcast an eine erreichbare Basisstation 40 gesendet. Diese Basisstation 40 kann dann das Broadcast-Signal für einen vordefinierten Zeitraum in regelmäßigen Abständen abstrahlen, sodass falls neue Fahrzeuge in ihrem Funkbereich einfahren, effektiv vor der Gefahr gewarnt werden. Die Basisstation 40 kann das Daten-Tupel G zusätzlich auch an einen Server 45 weiterleiten. Der Server 45 kann wiederum andere Basisstationen über den Gefahrenhinweis informieren und/oder den Gefahrenhinweis beispielsweise an Rettungskräfte weiterleiten.
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Nachdem das Daten-Tupel G von dem ersten Fahrzeug 15 abgesendet wurde, wird dieses von dem zweiten Fahrzeug 20 empfangen. Anhand der Positionsinformationen des Gefahren-Objekts 30 in dem Daten-Tupel G Gefahr und seiner eigenen Positions- und Bewegungsinformationen (und ggfs. seiner aktuellen Navigationsroute) kann das zweite Fahrzeug 20 extrapolieren, wann es an der Gefahr vorbeifahren wird und kann sich entsprechend vorbereiten (z.B. langsamer fahren). Das zweite Fahrzeug 20 berücksichtigt hierbei sowohl die Information über seinen aktuellen Standort als auch seinen Geschwindigkeitsvektor sowie seine geplante Route im Verhältnis zur benötigten Zeit bis dem Gefahren-Objekt 30.
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Sobald das zweite Fahrzeug 20 das Gefahren-Objekt 30 selbst erfassen kann, bewertet es den Gefahrenhinweis, also das Daten-Tupel G, welchen es von dem ersten Fahrzeug 15 erhalten hat.
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Das zweite Fahrzeug 20 hat hierbei insbesondere die Möglichkeit das Gefahren-Objekt zu bestätigen, zu bestätigen und gegebenenfalls die Informationen des Daten-Tupels G zu aktualisieren oder den Gefahrenhinweis abzulehnen. Insbesondere nutzt das zweite Fahrzeug 20 hierbei seine eigenen elektrooptischen Sensoren, um die erhaltenen Daten mit denen des empfangenen Daten-Tupels G abzugleichen.
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Hierbei kann das zweite Fahrzeug 20 seine eigene FZG-ID mit Zeitstempel und ggf. abweichendem Ort, durch seine eigene Gefahrenbewertung angereichert, in die Gefahrenmeldung, also das Daten-Tupel G, einfügen: (Gefahr-ID; erstes Fahrzeug 15-ID; erstes Fahrzeug 15-lfd-Nr; erstes Fahrzeug15-Ort; erstes Fahrzeug 15-Zeitstempel; zweites Fahrzeug 20-ID, [zweites Fahrzeug 20-Ort]; zweites Fahrzeug 20-Zeitstempel, zweites Fahrzeug 20-Gefahrenbewertung (bestätigen, ändern, ablehnen)).
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Das zweite Fahrzeug 20 kann von ihm wiederum an andere Fahrzeuge, insbesondere an das dritte Fahrzeug 25, gesendete Daten-Tupel G mit seiner eindeutigen Fahrzeug-ID signieren. Hierbei bleibt die initiale eindeutige ID der Gefahr, erzeugt von dem ersten Fahrzeug 15, im Allgemeinen erhalten.
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Sollte die Abweichung der durch das zweite Fahrzeug 20 gemessenen Werte, die das Gefahren-Objekt 30 charakterisieren, zu stark von den entsprechend gemessenen Werten des ersten Fahrzeugs 15 abweichen und wird das Gefahren-Objekt im Umfeld der durch das erste Fahrzeug 15 zu mitgeteilten Position trotzdem erkannt, wird das zweite Fahrzeug 20 eine neue eindeutige ID für diese Gefahr verwenden und anschließend ein entsprechendes Daten-Tupel G erzeugen. In diesem Fall wird das zweite Fahrzeug 20 den Gefahrenhinweis des ersten Fahrzeugs 10 konsequenterweise auch ablehnen. Ob die erhaltenen unterschiedlichen Gefahrenpositionen "zu groß" sind, ist auch bezogen auf den Zeitunterschied der jeweiligen Messungen zu bewerten.
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In einem nächsten Schritt empfangen weitere Fahrzeuge, insbesondere das dritte Fahrzeug 25, das nunmehr von dem zweiten Fahrzeug 20 ausgesendete Broadcast-Signal. Ein jedes Fahrzeug führt, wenn dies technisch möglich ist, dieselben Schritte wie das Fahrzeug durch, von dem es das Broadcast-Signal erhalten hat. Hierdurch wird eine immer höhere Informationsdichte des Gefahren-Objekts 30 erzeugt. Vorzugsweise bewerten die weiteren Fahrzeuge ihre eigenen Messergebnisse des Gefahren-Objekts 30 nicht nur relativ zu dem ersten Fahrzeug 15, sondern relativ zu allen anderen Fahrzeugen, die ihrerseits das Daten-Tupel G aktualisiert und/oder bestätigt haben, also insbesondere immer relativ zu der aktuellsten Bestätigung.
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Im einfachsten Fall nutzt ein Fahrzeug nur die neueste der vorherigen Gefahrenbeobachtung/-bewertung. Ein jeweils aktuelles Fahrzeug kann aber auch alle vorherigen Gefahrenbeobachtungen/-bewertungen der vorherigen Fahrzeuge über eine spezielle Gewichtungsfunktion zusammenfassend bewerten, um diese spezielle Gesamtbewertung mit seiner eigenen aktuelleren Gefahrenbeobachtung/-bewertung zu vergleichen. Hierbei gilt, dass je stärker die Messung eines bestimmten Fahrzeugs gewichtet wird, desto stärker werden die entsprechenden Messwerte bei der Erzeugung eines abgeänderten Gefahrenhinweises in Form des Daten-Tupels G berücksichtigt.
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Diese Vorgehensweise ist dann besonders zweckmäßig, wenn ein bewegliches Gefahren-Objekt 30 bewertet werden soll, da aus den vorhergehenden Positionen des Gefahren-Objekts 1 bis (n-1) Geschwindigkeitsvektoren und/oder auch Beschleunigungsvektoren berechnet werden können. Sowohl Geschwindigkeit- als auch Beschleunigungsvektoren können charakteristisch/plausibel für unterschiedliche erkannte Gefahren-Objekte sein.
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In der Gewichtungsfunktion kann auch die Güte der Einzelmessungen eines jeden vorherigen Fahrzeugs und die des aktuellen Fahrzeugs berücksichtigt werden, um die Messungen von besonders guten Sensoren eines der Fahrzeuge 15, 20, 25 stärker zu berücksichtigen. So kann z.B. für die Gefahrenposition, -ausdehnung und/oder -orientierung eine Standardabweichung ermittelt und gesendet werden. Nach jeder zusätzlichen Erkennung durch andere Fahrzeuge oder spätere wiederholte Erkennung eines gleichen Fahrzeuges wird die Gefahreninformation bestätigt/verdichtet/verbessert oder als nicht mehr existent bewertet. Die Qualität der Information wird also immer besser, je mehr Fahrzeuge in die Bewertung eingebunden sind.
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In der Regel werden alle Fahrzeuge 15, 20, 25, die aus der gleichen Richtung kommen, sofern keine Objektverdeckungen vorliegen, das Gefahren-Objekt 30 in der Abfolge ihrer Fortbewegung von den nahezu gleichen Positionen mit den nahezu gleichen Ausrichtungen geometrisch erfassen und somit gut vergleichbare digitale Objektbeschreibungen liefern.
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Fahrzeuge, die aus anderen Wegen zu dem Objekt unterwegs sind, werden je nach Ausdehnung des Objektes etwas andere Beschreibungen des Gefahren-Objekts 30 messen. Die Messwerte sind also, insbesondere bei größeren Ausdehnungen und Verdeckungen, von folgenden Parametern der Annäherung - beispielsweise von folgenden Faktoren abhängig: der Fahrtrichtung der Fahrbahn, der Wahl der Fahrspur, der aktuellen Straße von der aus das Objekt erfasst werden kann, etc.
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Diese Parameter der Annäherung kann jedes Fahrzeug mit seiner Sensorik und/oder seinem Navigationssystem ermitteln und seiner Objektbeschreibung als Zusatzparameter hinzufügen, damit ein Fahrzeug, welches die Objekterkennung später als andere Fahrzeuge vornimmt, herausfinden kann mit welchen Parametern es seine eigenen Messwerte des Gefahren-Objekts 30 vergleichen kann und insb. welche Messwerte durch seine eigenen aktuellen Messungen verbessert werden können.
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Die Verbesserung der übermittelten Messwerte des Daten-Tupel G erfolgt dann über das digitale bestmögliche "Übereinanderlegen" von potenziell nahezu gleichen Objektansichten. Das allgemeine Verfahren ist beispielsweise aus der Photogrammetrie bekannt als die "Mehrbildaufnahmen eines 3D Objektes mit mehreren Kameras aus unterschiedlichen Richtungen und von unterschiedlichen Positionen und zu unterschiedlichen Zeiten". Diese Mehrbildaufnahmen werden dann mittels sogenannter Bündelblockausgleichung verarbeitet und liefern wesentlich genauere Informationen als Einzelaufnahmen. Diese Bündelblockausgleichungen können auch einzelne Bilder (oder einzelne Objektbeschreibungen) zu bereits hochgenauen vorab ermittelten Mehrbild-Objektbeschreibungen/Objektmodellen sukzessive hinzufügen (Stichwort: Rekursive Parameterschätzung / Sequenzielle Ausgleichung). Diese Verfahren laufen vollautomatisch und für unsere Erfindung ausreichend schnell ab.
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Fig. 2 zeigt eine Aktualisierung eines Daten-Tupel G durch einen auf einem Bordcomputer der Fahrzeuge 15, 20, 25 implementierten Algorithmus.
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Da die Gefahrenhinweise in Form des Daten-Tupels G über das Broadcast-Signal von verschiedenen Fahrzeugen versendet werden, können Fahrzeuge für eine Gefahr mehrere konkurrierende Gefahrenhinweise erhalten, die unterschiedliche "Bestätigungsketten" aufweisen.
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Im Falle von konkurrierenden Nachrichten kann ein Fahrzeug anhand der eindeutigen ID erkennen, ob dieselbe Gefahr gemeint ist. Wenn dies der Fall ist, kann das Fahrzeug anhand der einzelnen Signaturen/Zeitstempel die genaue Historie nachvollziehen. Es kann also die beiden Gefahrenhinweise zu einem einzigen Gefahrenhinweis zusammenfügen und die Prozedur fortsetzen.
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Ein fünftes Fahrzeug kann ein erstes Broadcast-Signal 50 von dem dritten Fahrzeug 25 erhalten, in der das von dem ersten Fahrzeug 15 gemeldete Daten-Tupel G von dem zweiten Fahrzeug 20 und von dem dritten Fahrzeug 25 ist und ein zweites Broadcast-Signal 55 von einem vierten Fahrzeug, in der die von ersten Fahrzeug 15 gemeldete Gefahr nur dem vierten Fahrzeug bestätigt wurde. Das fünfte Fahrzeug kann dann die beiden Broadcast-Signale 50, 55 zu einem neuen Daten-Tupel G 60 zusammenfügen und hat somit die Bestätigungen von dem zweiten, dem dritten und dem vierten Fahrzeug.
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Wenn eine bestimmte Anzahl Fahrzeuge in Folge eine Gefahrenmeldung ablehnen, wird der Gefahrenhinweis verworfen. Die Gefahr ist somit nicht mehr existent bzw. beseitigt worden und die Prozedur kann abgeschlossen werden.
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Wenn eine bestimmte Anzahl Fahrzeuge in Folge einer Gefahrenmeldung zustimmen, so gilt diese als "allgemein" anerkannt.
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Ein "allgemein" anerkannter Gefahrenhinweis kann vom dem einem der Fahrzeuge, insbesondere inklusive der gesamten Daten-Tupel G Historie, an die Basisstation 40 der Mobilfunkzelle gesendet werden, was prinzipiell durch ein Broadcast-Signal möglich ist, da eine Basisstation 40 dieses auch empfangen kann. Insbesondere kann in diesem Fall ein Flag in dem Daten-Tupel G so gesetzt werden, dass die Basisstation 40 ermitteln kann, dass das entsprechende Broadcast-Signal eigens für sie bestimmt ist. Die Mobilfunkzelle kann anhand der Handover-Historie die Fahrtrichtung der eintreffenden Fahrzeuge ermitteln. Somit kann die Mobilfunkzelle einem in die Zelle eintretenden Fahrzeug schon frühzeitig die Gefahrenmeldung mitteilen. Zudem kann die Mobilfunkzelle die Gefahrenmeldung an eine Central Authority (CA) - insbesondere auf dem Server 45 im Internet implementiert - weiterleiten.
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Nachstehend wird die Gewichtungsfunktion im Detail erläutert:
Zunächst anhand einer einfachen Variante der Gewichtungsfunktion:
Bei statischen Gefahrenobjekten können für diese in einfacher Form die Positionen und ihre Standardabweichungen von allen ermittelten Fahrzeugen 1 bis n zu einem gewichteten Positions-Mittel zusammengefasst werden, welches dabei auch eine resultierende Standardabweichung aufweist. Durch diese Vorgehensweise der statistischen Ausgleichung können auch Ausreißer in den Einzelpositionen, z.B. von einzelnen Fahrzeugen, eliminiert werden. Bei diesem Einzelfahrzeug kann es sich um das aktuell die Gefahr neu erfassende Fahrzeug handeln, das dadurch entscheidet, dass die "alte" Gefahr beseitigt ist und es im Umkreis der alten Gefahrenposition eine neue Gefahr gibt oder es dort gar keine Gefahr vorhanden ist.
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Eine weitere Beispielsvariante der Gewichtungsfunktion:
Im Folgenden bezeichnet "n" die aktuellste Messung durch das Fahrzeug "n", "n-1" die vorangegangene Messung durch das Fahrzeug "n-1". Bei sich in Bewegung befindlichen Objekten kann der letzte Geschwindigkeitsvektor v(n-1) des Gefahren-Objektes 30 zum Zeitpunkt t(n-1) und der Zeitunterscheid dt=t(n)-t(n-1) zwischen den Bestimmungen des Fahrzeugs (n-1) und des Fahrzeugs (n) berücksichtigt werden, um die Gefahrenposition Pos(n) des Fahrzeugs (n) zu t(n) auf Plausibilität im Hinblick auf das von dem Fahrzeug (n-1) ermittelte Gefahren-Objekt 30 und der entsprechenden Position Pos(n-1) zu überprüfen.
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Hierbei kann auch der mögliche Beschleunigungsvektor b des erkannten Objektes 30 (z.B. Hirsch) berücksichtigt werden. Es gilt die idealen Grenzbeziehen zu berücksichtigen:
- Posk(n)=Pos(n-1)+v(n-1)*(t(n)-t(n-1)) für antizipierte konstante Objektgeschwindigkeit vk=v(n-1);
- Posh(n)=Pos(n-1)+vh*(t(n)-t(n-1)) für antizipierte im Mittel erhöhte Objektgeschwindigkeit vh;
- Post(n)=Pos(n-1)+vt*(t(n)-t(n-1)) für antizipierte im Mittel reduzierte Objektgeschwindigkeit vt;
wobei vh und vt nach bekannten Formeln aus den möglichen Erhöhungs- und Abbremsbeschleunigungen b=bh und bt=-b des Gefahrenobjektes berechenbar sind. Die von dem n-ten Fahrzeug zum Zeitpunkt t(n) ermittelte Gefahrenposition kann somit geprüft werden, ob sie in dem folgenden Intervall liegt [Posh; Post]. Liegt sie nicht in diesem Intervall, könnte eine fehlerhafte Messung vorliegen.
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Zudem ist in diesem Fall eine weitere Gewichtung möglich, wobei b in seinen drei Komponenten bx, by und bz systematisch variiert werden kann und somit für das o.g. eindimensionale Intervall ein dreidimensionales Intervall erhalten werden kann. In diesem Fall wird also berücksichtigt, dass die Position des Gefahren-Objekts 30 nicht nur entlang einer Geraden wandern, sondern sich innerhalb eines Quaders bewegen darf - dies entspricht tendenziell einer 3-dimensionalen Konfidenzellipse, die hierdurch abstrahiert wird. Unter Berücksichtigung von bekannten Fehlerfortpflanzungsregeln und Annahmen der Fehlerbereiche aller Parameter kann für den Quader auch für jede Koordinatenrichtung ein eigenes Unsicherheitsmaß berechnet werden. Liegt die von dem n-ten Fahrzeug ermittelte Position Pos(n) des Gefahren-Objektes 30 außerhalb des um seine Unsicherheitsmasse vergrößerten Quaders, so ist dieses ein Indiz dafür, dass es sich um ein neues Gefahrenobjekt handelt. Diese These kann über bekannte statistische Hypothesentests geprüft werden.
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Fig. 3 zeigt einen beispielhaften Aufbau des Gefahrenhinweises als Daten-Tupel G 65.
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Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens, insbesondere auf dem Bordcomputer des Fahrzeugs.
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In Schritt 70 empfängt der Bordcomputer Sensordaten von der Fahrzeugumgebung des ersten Fahrzeugs von zumindest einer ersten Sensoreinheit des ersten Fahrzeugs;
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In Schritt 75 wertet der Bordcomputer die empfangenen Sensordaten durch einen implementierten Algorithmus aus und klassifiziert Objekte anhand der Sensordaten, wobei der Algorithmus bei der Klassifizierung eines der Objekte als Gefahren-Objekt eine Gefahren-Objektmarkierung generiert, wobei die Gefahren-Objektmarkierung durch das Daten-Tupel G 65 repräsentiert wird, das zumindest die örtliche Position PGO des Gefahren-Objekt umfasst, also G(PGO);
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In Schritt 80 triggert der Bordcomputer 110 aus Fig. 5 ein Versenden des Daten-Tupels G(PGO) 65 als ein Broadcast-Signal durch eine Sendeeinrichtung des Fahrzeugs.
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Fig. 5 zeigt exemplarisch ein Fahrzeug 100, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Hierzu weist das Fahrzeug 100 zumindest einen der vorstehend erwähnten elektrooptischen Sensoren 105 zum Erfassen und Vermessen des Gefahren-Objekts 30 auf. Die Messdaten werden über eine Datenleitung 120 zunächst an den Bordcomputer 110 übertragen, der die Messdaten mit einem auf ihm implementierten Algorithmus auswertet. Hierbei kann insbesondere das-Daten Tupel G 65 erzeugt werden, das über die Datenleitung 120 an einer Sende- und/oder Empfangseinheit 115, insbesondere einen Transceiver 115, des Fahrzeugs 100 übermittelt wird. Das Fahrzeug sendet bzw. empfängt das Daten-Tupel G 65 vermittels der Sende- und/oder Empfangseinrichtung 115. Bei dem Fahrzeug 100 kann es sich insbesondere um das erste Fahrzeug 15 handeln.