EP4195176A1 - Method for identifying vehicles and vehicle identification device - Google Patents
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- EP4195176A1 EP4195176A1 EP21214156.8A EP21214156A EP4195176A1 EP 4195176 A1 EP4195176 A1 EP 4195176A1 EP 21214156 A EP21214156 A EP 21214156A EP 4195176 A1 EP4195176 A1 EP 4195176A1
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- vehicle
- magnetometer
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- magnetometers
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- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01F—ADDITIONAL WORK, SUCH AS EQUIPPING ROADS OR THE CONSTRUCTION OF PLATFORMS, HELICOPTER LANDING STAGES, SIGNS, SNOW FENCES, OR THE LIKE
- E01F11/00—Road engineering aspects of Embedding pads or other sensitive devices in paving or other road surfaces, e.g. traffic detectors, vehicle-operated pressure-sensitive actuators, devices for monitoring atmospheric or road conditions
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Definitions
- the invention relates to a method for the contactless identification of vehicles.
- the invention relates to a vehicle identification device for identifying vehicles, having (a) a first magnetometer for acquiring first magnetometer data, (b) a second magnetometer for acquiring second magnetometer data, (c) a third magnetometer for acquiring third magnetometer data, (d) a fourth magnetometer for acquiring fourth magnetometer data, (e) a fifth magnetometer for acquiring fifth magnetometer data, (d) at least one sixth magnetometer for acquiring sixth magnetometer data and (e) an evaluation circuit for automatically acquiring the magnetometer data and identifying a vehicle or vehicle type based on the magnetometer data,
- Devices for identifying motor vehicles are usually based on optical recognition of number plates or other characteristic optical features. Another possibility is the wireless reading of radio transponders attached to the vehicle. Such systems are used, for example, for toll collection, parking lots, multi-storey car parks or in logistics and fleet management.
- Optical systems have the disadvantage that sufficient natural or artificial lighting must be available. Even with additional lighting equipment, incorrect detection can occur in unfavorable lighting conditions.
- the identification of vehicles based on radio transponders is independent of light or weather conditions, but requires the attachment of a corresponding transponder to the vehicle. While in optical identification, features that are already present in motor vehicles, such as license plates, can be used for identification, corresponding transponders are usually not installed on the vehicle at the factory.
- the WO 2013/044389 A1 describes a method for identifying vehicles using vector-valued magnetic field measurements with at least one or more magnetometers spaced perpendicularly to the expected direction of travel.
- a scale-invariant dipole model for the magnetic signature of a vehicle is used for identification.
- the accuracy of the identification depends on the quality of the magnetic field approximation.
- a dipole approximation, especially in the near field is only a rough approximation for the complex magnetic field of a vehicle, which is composed of several magnetized components of different geometries. Therefore, deliberate manipulation by attaching simple permanent magnets to the vehicle, which generate the desired dipole field, is particularly possible.
- the magnetic signatures can only be viewed individually, so that information from spatially resolved magnetic field measurements is not used.
- the method is designed in such a way that it should also work with only one vector-valued magnetometer.
- the system is not invariant to an oblique crossing.
- the WO 2019/155324 describes a system of at least two magnetometers placed along the expected direction of travel that uses cross-correlation to determine the speed of an overrun vehicle. Similar approaches are in the U.S. 6,208,268 and U.S. 2013 057264 described. However, these systems cannot identify or reliably distinguish between vehicle types and individual vehicles.
- Some systems are also able to provide an estimate of the vehicle class (e.g. truck, car), e.g. B. with the purpose of excluding incorrect detections due to interference or other magnetic objects or to carry out speed measurements depending on the type of vehicle.
- vehicle class e.g. truck, car
- B. the vehicle class
- the WO 2013/189985 describes a method that can determine the vehicle class and the speed of the passing vehicle using a vector-valued magnetometer. For this purpose, at least part of the time-resolved magnetic field signal B(t) is compared with reference signals in a database.
- previous magnetic field-based systems for vehicle identification either require mathematical models based on a modeling of the magnetic signature generated by a vehicle, or they use a reduced set of invariant characteristics, e.g. B. minima and maxima of the signature, for a comparison.
- a reduced set of invariant characteristics e.g. B. minima and maxima of the signature
- the object of the invention is to reduce the disadvantages of the prior art.
- the invention solves the problem by means of a generic method in which (a) at least three magnetometers are arranged along a first straight line and form a first magnetic line sensor, and (b) at least three magnetometers are arranged along a second straight line and one form the second magnetic line sensor, the second straight line running along the first straight line.
- a magnetic field data set is obtained that contains at least one in describes at least two dimensions spatially resolved magnetic field caused by the vehicle.
- the method includes the step of identifying a vehicle type using the magnetic field data set.
- the invention solves the problem with a generic vehicle identification device in which (h) at least three magnetometers are arranged along a first straight line and form a first magnetic line sensor, (i) at least three magnetometers are arranged along a second straight line and form a second magnetic line sensor.
- the second straight line preferably runs along the first straight line.
- the magnetic field data describes a change over time in a static magnetic field generated by a vehicle driving over the magnetometers.
- the evaluation circuit is designed to automatically carry out a method according to the invention.
- the invention is also a building with (a) a lane for vehicles, the lane having a lane travel direction, and (b) a vehicle identification device according to one of the preceding claims, which is arranged to identify a vehicle type of vehicles driving on the lane .
- the vehicle identification device can be arranged above the roadway, below the roadway or embedded in the roadway.
- a magnetometer is understood to mean, in particular, a thin-film magnetometer.
- a thin-film magnetometer is understood to mean sensors for detecting the magnetic field, the structure of which is layered and sensitive to the magnetic field.
- a thin-film magnetometer is based on the GMR (giant magnetoresistance), AMR (anisotropic magnetoresistive) or TMR (magnetic tunneling resistance) effect.
- GMR giant magnetoresistance
- AMR anisotropic magnetoresistive
- TMR magnetic tunneling resistance
- At least one magnetometer Preferably, at least one magnetometer, at least a majority of the magnetometers and particularly preferably all magnetometers are designed to measure at least two, in particular three, components of the magnetic field.
- a sampling rate is preferably more than 50 Hz, in particular more than 75 Hz, and/or at most 100 kilohertz.
- At least one magnetometer Preferably, at least one magnetometer, at least a majority of the magnetometers, and most preferably all magnetometers have a resolution of 1000 nanotesla or better, preferably 100 nanotesla or better.
- the feature that the magnetometers are arranged along a straight line means in particular that it is advantageous, but not necessary, for the magnetometers to lie on a straight line in the strict mathematical sense. It is possible that the actual position of the magnetometer deviates from the ideal position, for example by a maximum of 20 cm, in particular a maximum of 15 cm, preferably a maximum of 10 centimeters.
- magnetometers are present.
- a larger number of magnetometers increases the spatial resolution, but at the same time increases the cost and complexity of the setup.
- n magnetometers are used, in particular with n ⁇ 300.
- Each magnetometer measures magnetic field data that describes a magnetic field caused by a vehicle at the location of the magnetometer as a function of time.
- the magnetic field can be caused by magnetized parts of the vehicle. Alternatively or additionally, the magnetic field can be caused by a change in the earth's magnetic field by non-magnetized but ferromagnetic components.
- the magnetic field data describe the respective instantaneous influence of the magnetization and/or the susceptibility of the vehicle driving over the respective magnetic field on the magnetic field at the location of the magnetometer as a function of time.
- Vehicles are understood to mean, in particular, land vehicles, for example passenger cars and trucks.
- the magnetometers are not receivers of electrogenetic waves actively emitted by a transmitter.
- At least three of the at least six magnetometers are located at a distance of between 2 cm and 20 cm from each other approximately along the direction of travel and the remaining magnetometers are displaced parallel to or against the direction of travel at a distance of typically between 0.01 m and 1 m.
- the spatially separated magnetometers thus form two mutually shifted magnetic line sensors, which together represent a measuring unit.
- the line sensors of this measuring unit are preferably arranged in a common housing in order to ensure a constant and known distance from one another.
- This measuring unit is mounted in, on or above the ground, in particular a roadway.
- a vehicle type is understood to mean, in particular, a group of vehicles with the same external geometry and/or the same permissible total mass interval.
- a vehicle type can be formed by all those vehicles that are allowed to pass a route.
- the evaluation circuit is understood to mean, in particular, an electronic circuit which automatically, ie without human intervention, identifies the vehicle type and/or a vehicle on the basis of the magnetic field data set.
- the identification of the vehicle type and/or the vehicle preferably includes the calculation of a magnetic signature from the magnetic field data set.
- a magnetic signature is a data record that encodes the magnetic properties of a vehicle in such a way that it is possible to assign the data record to the vehicle unambiguously, in particular one-to-one.
- the identification of the vehicle type and/or the vehicle preferably also includes comparing the calculated magnetic signature with stored reference signatures and determining a similarity parameter. encoded If this similarity parameter has a sufficiently high similarity, the vehicle is identified as the vehicle to which the reference signature is assigned.
- a unique assignment of the signature to the vehicle means that each vehicle has exactly one magnetic signature.
- a one-to-one assignment means that each magnetic signature is assigned to exactly one vehicle.
- a one-to-one mapping is a one-to-one mapping. It is possible that there is an unambiguous or one-to-one association in the strictly mathematical sense. However, the unambiguous or one-to-one association is to be understood in the technical sense and is preferably also present when any deviation from the strictly unambiguous or one-to-one association is so rare that it can be ignored.
- the evaluation circuit it is possible, but not necessary, for the evaluation circuit to be enclosed by the housing which also encloses the magnetometer.
- the evaluation circuit can be connected to the measuring unit either by cable or wirelessly.
- the recorded magnetometer data measurement results and/or a magnetic signature calculated from them is preferably compared with reference signatures in a database in order to trigger an action directly, or forwarded to another EDP system (e.g. programmable logic controller or computer) for further processing.
- EDP system e.g. programmable logic controller or computer
- the magnetic signature of vehicles is primarily generated by various components of the vehicle, mostly by remanent magnetization.
- Most conventional motor vehicles, including modern electric vehicles, have numerous magnetizable and partially magnetized materials, for example in the chassis, in the body, in engines or transmissions. These are magnetized in various ways during production, especially during casting, machining or forming, whereby the magnetization process of the individual components depends on a sufficient number of factors (temperature, magnetic background field, magnetic fields from machines, type of processing, etc.) , resulting in an almost unique magnetic signature.
- This quasi-unique magnetic signature of the vehicle is used for identification.
- the measurement result of this magnetic signature also depends on the magnetic field at the measurement location. With a suitable choice of the measurement location, which has a homogeneous geomagnetic field and no strong external magnetic fields, the measurement of the magnetic signature of the vehicle is, on the other hand, independent of the measurement location to a sufficiently good approximation.
- An advantage of the invention is that the magnetic signature used for identification can hardly be copied or forged because it is linked to the magnetization of integral components of the vehicle. Even with precise knowledge of a desired signature, the corresponding parts of the vehicle cannot be remagnetized with justifiable effort. In other words, while it is possible to alter a vehicle's magnetic signature, it is largely impossible to do so in a targeted manner to obtain a predetermined magnetic signature. This is particularly advantageous for access controls.
- the invention can either be installed in the roadway, similar to the induction loops or pressure sensors already customary in traffic engineering, or mounted directly on the subsurface, in particular the roadway. It can also be mounted on trusses above the roadway.
- magnetic field data can be calculated which describe the magnetic field under the vehicle in a spatially resolved manner (in particular not as a function of time).
- the characteristic magnetic signature for a given position on the vehicle results as a whole from the measured, time-resolved magnetic field data recorded by at least six magnetometers.
- the magnetic signature may be the magnetic field data or data extracted from the magnetic field data describing characteristics of the magnetic field data.
- the vehicle's magnetic signature is scanned.
- the beginning and end of the vehicle are preferably detected based on the characteristic course of the magnetic field strength.
- a uniform coordinate system k 1 related to the line sensors can be used for both.
- the magnetic field data are converted into a coordinate system k 2 related to the vehicle. This eliminates the orientation of the vehicle relative to the line sensors. Any tilting of the line sensors relative to the roadway is greatly limited during installation on or in the roadway due to the nature of the roadway.
- the magnetometer is mounted above the roadway, there may be larger deviations in the vertical tilting. In both cases, these constant deviations can be eliminated by a calibration provided according to a preferred embodiment.
- the method therefore includes the step of automatically compensating for an influence of a yaw angle ⁇ between a target direction of travel and an actual direction of travel of a vehicle, whose influence on the magnetic field detected by the line sensors is detected.
- a yaw angle ⁇ is described further below.
- the roadway preferably has a guide marking, for example a roadway marking or lateral guide structures, which are arranged in such a way that the vehicles drive essentially at right angles to the line sensors.
- a guide marking for example a roadway marking or lateral guide structures, which are arranged in such a way that the vehicles drive essentially at right angles to the line sensors.
- the feature that the vehicles do not drive essentially perpendicularly to the line sensors is understood in particular to mean that it is possible, but not necessary, that the vehicles drive perpendicularly to the line sensors in a strictly mathematical sense. In particular, deviations of, for example, plus ⁇ 5° are tolerable.
- the method comprises the step of acquiring magnetometer data from at least three magnetometers which are arranged along a third straight line and form a third magnetic line sensor, the third straight line running along the first straight line.
- three, four, five or more line sensors can be placed side by side along the roadway. Two line sensors are sufficient to carry out the identification of vehicles according to the invention.
- the method preferably comprises the following steps: (i) detecting a magnetic rigid part signature of non-rotating components of the vehicle from the magnetic field data set and (ii) identifying a vehicle type, in particular only using the magnetic rigid part signature. It has been found that identifying a vehicle using the magnetic signature is possible with particularly high accuracy if only the magnetic rigid part signature is used.
- the invention is also a method for identifying vehicles, with the steps (a) acquiring magnetic field data from at least six magnetometers, so that a magnetic field data set is obtained which describes at least one magnetic field caused by the vehicle and is spatially resolved in at least two dimensions, and (b) identifying a vehicle type and / or a vehicle based on the magnetic field data set, wherein the identification of the vehicle type and / or the vehicle comprises the following steps: (i) detecting a magnetic rigid part signature of non-rotating components of the vehicle from the magnetic field data set and (ii) identify of a vehicle type, in particular only on the basis of the magnetic rigid part signature. It is then advantageous, but not necessary, for at least three magnetometers to be arranged in each case along a straight line, as stated in claim 1 .
- a vehicle identification device for identifying vehicles, with at least 6 magnetometers for the respective detection of Magnetic field data, the magnetic field data describing a change in a static magnetic field over time, and an evaluation circuit that is designed to automatically carry out a method according to the invention. It is advantageous, but not necessary, for 3 magnetometers to be arranged along a straight line and each to form a line sensor.
- Rigid parts are mostly the vehicle components that do not rotate when the vehicle is moving.
- the wheels are not rigid parts.
- the reason for this is that the magnetic signature of the wheels depends on the angle of rotation of the respective wheel. However, this one is random. If the magnetic signature also has parts that depend on the magnetization of the wheels, even a different angular position of the wheels can result in vehicles being identified incorrectly or not at all.
- the detection of the magnetic rigid part signature includes the step of determining those areas in the magnetic field data in which the magnetic field measured by the at least two line sensors can be described within a predetermined error tolerance exclusively by a translation of a fixed magnetic field value with a vehicle speed, so that rigid part areas be obtained.
- the detection of the magnetic rigid part signature comprises the steps (i) determining at least two areas in which the magnetic field measured by the at least two line sensors cannot be described within the specified error tolerance by a translation of a fixed magnetic field value with a vehicle speed, so that receive at least four wheel areas and (ii) thereafter computing the rigid portion regions by masking the wheel regions from the spatially resolved magnetization. In other words, it is possible to also determine those areas that are not rigid part areas and then to eliminate these areas from the overall result.
- the rigid-part signature can be determined under the boundary conditions that the areas that are not rigid-part areas have an axis of symmetry.
- calculating the magnetic rigid part signature comprises the steps of (i) calculating a difference image from a first line sensor image describing the spatially resolved magnetization measured by the first line sensor and a second line sensor image describing the spatially resolved magnetization measured by the second line sensor , (ii) determining a binary image from the difference image using a threshold filter, (iii) determining at least one contiguous area in the binary image and (iv) setting the at least one contiguous area either as a rigid part area or as a wheel area. Whether the at least one contiguous area is set as a rigid part area or as a wheel area depends on the selection of the threshold value filter. The areas, in particular pixels, in which the first line sensor image and the second line sensor image hardly differ form the rigid part area.
- the threshold filter is a filter that assigns either a first or a second value, typically 0 or 1, to a pixel of the difference image, depending on how much the pixel deviates from a central pixel.
- the middle pixel can, for example, be the median or the average or another mean value from the other pixels.
- Such a threshold filter is well known from image analysis. For example, applying the Threshold filter causes a flood fill.
- identifying the vehicle using the magnetic field data preferably comprises the following steps: (i) scaling a time component of the magnetometer data, with the time component being selected in such a way that the at least one magnetometer with corresponds to a specified target driving speed, and/or normalization of a signal strength of the magnetometer data, so that a scaled magnetic field data set is obtained, (ii) reading out reference magnetic field data sets from a database that contains a large number of reference magnetic field data sets from different vehicles, (iii) for the reference magnetic field datasets each determine a similarity parameter that encodes a similarity of the scaled measurement field data of the magnetic field dataset with the reference magnetic field data of the reference magnetic field dataset, and (iv) identify a vehicle based on the similarity parameter.
- the reference magnetic field data records can also be referred to as reference signatures, the magnetic field data records as magnetic signatures.
- the similarity parameter is a number that describes how similar the vehicle's magnetic signature is to the stored signature. If the similarity parameter is within a predetermined interval, the vehicle is identified as the vehicle with which the reference magnetic field data is linked.
- the scaled magnetic field dataset is a magnetic signature. If—as provided according to a preferred embodiment—the rigid part signature is calculated using the scaled magnetic field data set, the rigid part signature is the magnetic signature. The similarity of the stored reference rigid part signatures to this signature encoded with the similarity parameter is determined.
- the method according to the invention and the vehicle identification device according to the invention can be used particularly advantageously when detecting whether a vehicle is authorized to pass a section of the roadway.
- the roadway has a section that may not be driven on by vehicles above a maximum permissible total weight. It is then advantageous to detect those vehicles whose mass is above the maximum permissible total mass.
- the roadway can lead to a building, for example a multi-storey car park, to which only authorized vehicles should have access. In this case, it is desirable that only authorized vehicles are allowed through based on the magnetic signature.
- the method therefore comprises the steps of (i) detecting an authorization parameter that is linked to the reference magnetic field data record that identifies the vehicle and (ii) emitting a signal to an access release device so that it clears a route for the vehicle (a ) authorizes if the authorization parameter encodes authorization to do so, and (b) does not authorize if the authorization parameter does not encode authorization to do so.
- the signal is, for example, a control signal that controls an access release device.
- the access release device is a device for obstructing or preventing further travel, for example a barrier or a gate.
- the magnetic field data preferably describe the magnetic field in at least two dimensions, in particular in three dimensions.
- the feature that the magnetic field data describe the magnetic field in at least two dimensions means in particular that at least two independent spatial components of the magnetic field, which is a vector field, are measured.
- the room components are each measured as a function of time.
- the third spatial component is the normal component, i.e. the component that is perpendicular to a compensation plane through the roadway in the area of the line sensors.
- the third spatial component is preferably the vertical component.
- the vehicle identification device preferably has a third line sensor, which is arranged at a different height than at least one of the other line sensors.
- the method preferably comprises the steps of (i) reading a maximum permissible total mass of the vehicle identified by its magnetic signature from a database using the similarity parameter or the vehicle type, and (ii) sending a signal to the access release device that depends on the total mass and/or Sending a signal encoding total mass to a monitoring device. If, for example, reading out the maximum permissible total mass of the identified vehicle shows that it is above a specified maximum total mass, a signal is sent to the access release device, which causes the vehicle to be blocked from continuing its journey.
- a Bridge must be protected from being driven over by vehicles that are too heavy.
- the signal can also be an optical, acoustic and/or electronic warning signal.
- the signal signals to the driver of the vehicle that further travel is prohibited or that further travel is possible with restrictions.
- the signal can indicate a minimum distance and/or a maximum speed.
- the method therefore preferably comprises the steps of (a) determining a signal intensity parameter which encodes a strength of the magnetic field from the magnetic field data and (b) determining the total mass from the signal intensity parameter and the scaled magnetic field data set.
- a sampling frequency of at least one, in particular a plurality, preferably all, magnetometers is preferably at least 50 Hertz.
- the distance between adjacent magnetometers is preferably no more than 30 centimeters, in particular no more than 20 cm, preferably no more than 10 cm.
- a vehicle identification device preferably has a clock for determining the time. This can be the absolute time or a machine time, for example measured as a time increment from a specified point in time.
- the evaluation circuit is therefore preferably designed to carry out a method with the steps (i) determining an actual vehicle speed the magnetic field data from two of the magnetometers arranged along the straight line, and (ii) scaling the time component of the magnetic field data of the magnetic field data set, the time component being selected in such a way that it corresponds to driving over the at least one magnetometer with the specified target driving speed, based on the actual vehicle speed.
- the magnetometers arranged along a straight line are arranged at the same height.
- the feature that the magnetometers are arranged at the same level is understood in particular to mean that it is possible, but not necessary, for the magnetometers to be arranged at the same level, strictly mathematically. In particular, deviations of at most 30 cm, or at most 20 cm, particularly preferably at most 10 cm, from the ideal arrangement at the same height are possible.
- the height is determined as the distance to the compensation level through the roadway in the area of the corresponding line sensor.
- At least three magnetometers are arranged at a second level, which differs from the first level by a level difference.
- the height difference is preferably at most 50 cm, in particular at most 30 cm.
- the height difference is preferably greater than 4 cm, in particular greater than 10 cm.
- a structure according to the invention preferably has an access release device for obstructing or releasing the roadway.
- the vehicle identification device is preferably designed to automatically control the access release device as a function of a drive-through authorization that depends on the identification of the vehicle.
- the vehicle identification device 1 has an evaluation circuit 13 in the form of a microcontroller and associated logic modules, which in the present case is also arranged on the circuit board, but this is optional.
- Line sensor 10 has at least one plug-in connection 14 for cascading the sensors, communicating with at least one second line sensor, outputting data and for power supply.
- Figure 2a shows a coordinate system k 1 of the line sensors 20.i, a coordinate system related to the vehicle 22 k 2 and a yaw angle a.
- This yaw angle ⁇ exists between the velocity vector v and the straight line G1 and thus between the coordinate systems k 1 and k 2 .
- Figure 2b shows the arrangement, not true to scale, of two line sensors 20.i at a distance d from one another on the roadway 21 in a side view.
- the vehicle 22 runs over the line sensors (20.1, 20.2) at a height h .
- Each magnetometer 12.j supplies measurement data, which are called magnetometer data and are time-resolved for up to three components (x, y, z components) of a magnetic field B ( x,y,z ) describe.
- the entirety of the magnetometer data form a magnetic field data set.
- the magnetic field B ( x,y,z ) under the vehicle 22 can be calculated.
- the recording process is triggered at a point in time t 0 .
- the recording process starts when a threshold value for the measured magnetic field of a magnetometer is exceeded or due to an external start signal, for example due to the triggering of another transmitter such as a light barrier, which can be part of the vehicle identification device.
- the magnetometer data of the line sensors 20.i can as a measurement data matrix, for example the form m i j t 0 ... t end , 1 ...
- N B j , 1 , t 0 i ⁇ B j , 1 , t end i ⁇ ⁇ ⁇ B j , N , t 0 i ⁇ B j , N , t end i with j ⁇ ⁇ x, y, z ⁇ and m i j ⁇ R N ⁇ t end ⁇ t 0 being represented.
- t end is the end time of the measurement.
- the measurement is completed, for example, when the measured magnetic field falls below a predetermined threshold value for all magnetometers for a predetermined time, or after a certain time has elapsed.
- the matrix of the magnetic field magnitude is accordingly: m i t 0 ... t end , 1 ...
- N B x , 1 , t 0 i 2 + B y , 1 , t 0 i 2 + B e.g , 1 , t 0 i 2 ⁇ B x , 1 , t end i 2 + B y , 1 , t end i 2 + B e.g , 1 , t end i 2 ⁇ ⁇ ⁇ B x , N , t 0 i 2 + B y , N , t 0 i 2 + B e.g , N , t 0 i 2 ⁇ B x , N , t end i 2 + B y , N , t end i 2 + B e.g , N , t end i 2 ⁇ B x , N , t end i 2 + B y , N , t end i 2 + B e.g , N , t end i 2
- magnetometers 12 can acquire magnetometer data in either only one, two or three spatial dimensions at a time t.
- ⁇ t is proportional to the distance between the sensors d and the speed v of the vehicle 22.
- a spatial shift ⁇ n of the signature can occur, for example, when the vehicle 22 drives over the line sensors at a sufficiently oblique angle.
- the temporal and spatial shift can be determined, for example, directly by comparing the time-resolved measurement series m (1) and m (2), for example using a method based on the calculation of the 2D correlation according to Pearson become. The direction in which vehicle 22 crosses line sensors 20.i is irrelevant. If a correlation method according to Pearson is used as an example, this results in a sign change of the time shift ⁇ t .
- the speed of the vehicle 22 may be time dependent.
- a preferred embodiment provides for the measurement series m (1) and m (2) to be divided into subintervals for the correlation analysis and, for example, to be assigned a time-resolved shift ⁇ t ( t ) using a sliding window-based approach receive.
- the vehicle 22 has wheels 23.k.
- the magnetic field caused by the wheels 23.k on the respective magnetometer varies depending on the angle of rotation of the respective wheel. Therefore, the magnetic signature of the wheels is typically different between spatially spaced line sensors.
- the magnetic signature of the rigid components of the vehicle is identical between the line sensors. In other words, such components of the vehicle are regarded as rigid components for which it applies that their magnetic signature is identical between the line sensors. Movable components can therefore be clearly identified in the difference in the magnetic measurement data of spaced line sensors.
- both the time shift ⁇ t ( t ) and the spatial shift ⁇ n must be taken into account, which was calculated in a previous step, e.g. B. can be determined with a 2D cross-correlation.
- the process works in the same way for the longitudinal axis of the vehicle and the transverse axis of the sensor. Independent calculation of the yaw angle ⁇ for all identified axes and subsequent averaging significantly reduces the error due to measurement uncertainties.
- Areas of the magnetic field created by moving components are preferably masked. This allows a comparable magnetic signature of the vehicle to be determined. Since the spatial resolution along the car depends on the speed and is therefore variable between measurements, the measurement data matrix can be converted to a predefined resolution.
- the fingerprint matrix is called a binary image. The binary image allows the identification of the rigid part components.
- the fingerprint matrix F ( i,j ) can be combined to form a common magnetic fingerprint matrix F ( j ) after suitable preprocessing, for example by averaging across all line sensors i.
- the mean value of the absolute amounts of the elements of the magnetic fingerprint matrix F that belong together in each case can preferably be determined.
- the averaging also reduces the measurement inaccuracy.
- the binary matrix B also becomes analogous by interpolation into a matrix B ⁇ ⁇ R W ⁇ N transferred.
- the magnetic signature F at a corresponding reference F ref is aligned eg by a 2D cross-correlation.
- the signatures of movable components are already masked in the reference signatures F ref . This makes it easier to compare the recorded magnetic fingerprints, even if different variants of the line sensors are used.
- the matrix B ⁇ is aligned with F ref . All areas marked with 1 in the binary matrix B ⁇ are omitted for vehicle identification both in the measured magnetic fingerprint F and in the references F ref .
- the amplitude of the captured magnetic fingerprint is also scaled in a dipole approximation 1 H 3 , where h is the vertical distance between the line sensors and the vehicle.
- the vehicle type can be deduced with the help of a database.
- the permissible total mass can also be determined from a database and thus the permissible total weight at the measuring location.
- the actual total weight of the vehicle can then be deduced from the height, since the Spring constant of the vehicle is known and is preferably also stored in the database.
- an average field strength for the respective vehicle type can be used for comparison, even if there is no known signature from a database or the like for the specific vehicle. If a fingerprint is already known for the vehicle, the total weight can be determined much more precisely by comparing the amplitudes. In particular, this makes it possible to detect overloading of typical vehicle types, in particular in order to implement traffic monitoring.
- An advantage of the invention is that identification is also possible when the measuring unit or a line sensor has not been completely passed by the vehicle. This can be the case, for example, with parking spaces, ramps or driveways due to the nature of the vehicles or the structural conditions.
- the partial signature can then still be compared with an already known, fully captured fingerprint, taking into account the incomplete capture.
Abstract
Verfahren zum Identifizieren von Fahrzeugen, mit den Schritten (i) Erfassen von Magnetometerdaten von (a) einem ersten Magnetometer, (b) einem zweiten Magnetometer, (c) einem dritten Magnetometer, (d) einem vierten Magnetometer, (e) einem fünften Magnetometer und (f) zumindest einem sechsten Magnetometer, (g) wobei zumindest drei Magnetometer entlang einer ersten Geraden angeordnet sind und einen ersten magnetischen Zeilensensor bilden, (h) wobei zumindest drei Magnetometer entlang einer zweiten Geraden angeordnet sind und einen zweiten magnetischen Zeilensensor bilden, wobei die zweite Gerade entlang der ersten Geraden verläuft, sodass ein Magnetfelddatensatz erhalten wird, der zumindest ein in zumindest zwei Dimensionen ortsaufgelöstes, vom Fahrzeug hervorgerufenes Magnetfeld beschreibt, und (ii) Identifizieren eines Fahrzeugtyps und/oder eines Fahrzeugs anhand des Magnetfelddatensatzes.A method for identifying vehicles, comprising the steps of (i) acquiring magnetometer data from (a) a first magnetometer, (b) a second magnetometer, (c) a third magnetometer, (d) a fourth magnetometer, (e) a fifth magnetometer and (f) at least one sixth magnetometer, (g) at least three magnetometers being arranged along a first straight line and forming a first magnetic line sensor, (h) at least three magnetometers being arranged along a second straight line and forming a second magnetic line sensor, wherein the second straight line runs along the first straight line, so that a magnetic field data set is obtained which describes at least one spatially resolved magnetic field caused by the vehicle in at least two dimensions, and (ii) identifying a vehicle type and/or a vehicle using the magnetic field data set.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Identifikation von Fahrzeugen. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Fahrzeug-Identifikationsvorrichtung zum Identifizieren von Fahrzeugen, mit (a) einem ersten Magnetometer zum Erfassen von Erstmagnetometerdaten, (b) einem zweiten Magnetometer zum Erfassen von Zweitmagnetometerdaten, (c) einem dritten Magnetometer zum Erfassen von Drittmagnetometerdaten, (d) einem vierten Magnetometer zum Erfassen von Viertmagnetometerdaten, (e) einem fünften Magnetometer zum Erfassen von Fünftmagnetometerdaten, (d) zumindest einem sechsten Magnetometer zum Erfassen von Sechstmagnetometerdaten und (e) einer Auswerteschaltung zum automatischen Erfassen der Magnetometerdaten und Identifizieren eines Fahrzeugs oder Fahrzeugtyps anhand der Magnetometerdaten,The invention relates to a method for the contactless identification of vehicles. According to a second aspect, the invention relates to a vehicle identification device for identifying vehicles, having (a) a first magnetometer for acquiring first magnetometer data, (b) a second magnetometer for acquiring second magnetometer data, (c) a third magnetometer for acquiring third magnetometer data, (d) a fourth magnetometer for acquiring fourth magnetometer data, (e) a fifth magnetometer for acquiring fifth magnetometer data, (d) at least one sixth magnetometer for acquiring sixth magnetometer data and (e) an evaluation circuit for automatically acquiring the magnetometer data and identifying a vehicle or vehicle type based on the magnetometer data,
Vorrichtungen zur Identifikation von Kraftfahrzeugen basieren üblicherweise auf einer optischen Erkennung von Nummernschildern oder anderen charakteristischen optischen Merkmalen. Eine weitere Möglichkeit besteht in dem drahtlosen Auslesen von am Fahrzeug befestigten Funk-Transpondern. Solche Systeme finden Anwendung z.B. zur Mauterfassung, bei Parkplätzen, Parkhäusern oder auch in der Logistik und zum Flottenmanagement.Devices for identifying motor vehicles are usually based on optical recognition of number plates or other characteristic optical features. Another possibility is the wireless reading of radio transponders attached to the vehicle. Such systems are used, for example, for toll collection, parking lots, multi-storey car parks or in logistics and fleet management.
Optische Systeme haben den Nachteil, dass eine ausreichende natürliche oder künstliche Beleuchtung vorhanden sein muss. Selbst mit zusätzlichen Beleuchtungseinrichtungen kann es bei ungünstigen Lichtverhältnissen zu Fehldetektionen kommen.Optical systems have the disadvantage that sufficient natural or artificial lighting must be available. Even with additional lighting equipment, incorrect detection can occur in unfavorable lighting conditions.
Die Identifikation von Fahrzeugen auf Basis von Funk-Transpondern ist zwar unabhängig von Licht- oder Wetterverhältnissen, erfordert aber das Anbringen eines entsprechenden Transponders am Fahrzeug. Während bei der optischen Identifikation beispielsweise von Kraftfahrzeugen bereits vorhandene Merkmale wie Nummernschilder zur Identifikation zum Einsatz kommen können, sind entsprechende Transponder zumeist nicht werkseitig am Fahrzeug verbaut.The identification of vehicles based on radio transponders is independent of light or weather conditions, but requires the attachment of a corresponding transponder to the vehicle. While in optical identification For example, features that are already present in motor vehicles, such as license plates, can be used for identification, corresponding transponders are usually not installed on the vehicle at the factory.
Beide beschriebenen Systeme können durch Diebstahl oder Kopieren von Kennzeichen oder Transpondern getäuscht werden.Both of the systems described can be deceived by theft or copying of license plates or transponders.
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Einige Systeme sind auch in der Lage, eine Schätzung der Fahrzeugklasse (z.B. LKW, PKW) zu liefern, z. B. mit dem Zweck, Fehldetektionen durch Störungen oder andere magnetische Gegenstände auszuschließen oder Geschwindigkeitsmessungen abhängig von der Art des Fahrzeugs durchzuführen.Some systems are also able to provide an estimate of the vehicle class (e.g. truck, car), e.g. B. with the purpose of excluding incorrect detections due to interference or other magnetic objects or to carry out speed measurements depending on the type of vehicle.
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Bei der Identifizierung von Fahrzeugen anhand einer magnetischen Signatur sind insbesondere das Strecken bzw. Stauchen der Signatur aufgrund unterschiedlicher Überfahrtgeschwindigkeiten von Fahrzeugen problematisch, sowie die Verzerrung der Signatur durch eine schräge Überfahrt. Die zusätzlich benötigten Informationen wurden bei bisherigen Systemen über externe Sensorik, z. B. Radare, Lichtschranken oder Drucksensoren bereitgestellt.In the identification of vehicles using a magnetic signature, the stretching or compression of the signature due to different crossing speeds of vehicles, as well as the distortion of the signature due to an oblique crossing, are particularly problematic. In previous systems, the additionally required information was provided by external sensors, e.g. B. radars, light barriers or pressure sensors are provided.
Daher benötigen bisherige magnetfeldbasierte Systeme zur Identifikation von Fahrzeugen entweder mathematische Modelle, basierend auf einer Modellierung der durch ein Fahrzeug erzeugten magnetischen Signatur, oder sie nutzen eine reduzierte Menge an invarianten charakteristischen Eigenschaften, z. B. Minima und Maxima der Signatur, für einen Vergleich. Sowohl bei dem modellbasierten Ansatz als auch bei der reduzierten Menge an charakteristischen Eigenschaften kommt es aufgrund der getroffenen Annahmen oder dem zu geringen Informationsgehalt zu Doppeldeutigkeiten bzw. Ungenauigkeiten bei der Identifizierung. Aufgrund dieser Doppeldeutigkeiten und Ungenauigkeiten ist insbesondere bei Kenntnis der Modellierungsverfahren, welche zumeist im Rahmen von Patenschriften oder Zulassungsverfahren veröffentlicht werden, potentiell auch eine gezielte Manipulation möglich.Therefore, previous magnetic field-based systems for vehicle identification either require mathematical models based on a modeling of the magnetic signature generated by a vehicle, or they use a reduced set of invariant characteristics, e.g. B. minima and maxima of the signature, for a comparison. Both with the model-based approach and with the reduced set of characteristic properties, there are ambiguities or inaccuracies in the identification due to the assumptions made or the insufficient information content. Due to these ambiguities and inaccuracies, targeted manipulation is potentially possible, especially with knowledge of the modeling processes, which are usually published in the context of patent specifications or approval processes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.The object of the invention is to reduce the disadvantages of the prior art.
Die Erfindung löst das Problem durch ein gattungsgemäßes Verfahren, bei dem zum Erfassen der Magnetfelddaten (a) zumindest drei Magnetometer entlang einer ersten Geraden angeordnet sind und einen ersten magnetischen Zeilensensor bilden, und (b) zumindest drei Magnetometer entlang einer zweiten Geraden angeordnet sind und einen zweiten magnetischen Zeilensensor bilden, wobei die zweite Gerade entlang der ersten Geraden verläuft, verwendet werden. Durch das Erfassen der Magnetfelddaten wird ein Magnetfelddatensatz erhalten, der zumindest ein in zumindest zwei Dimensionen ortsaufgelöstes, vom Fahrzeug hervorgerufenes Magnetfeld beschreibt. Zudem umfasst das Verfahren den Schritt des Identifizierens eines Fahrzeugtyps anhand des Magnetfelddatensatzes.The invention solves the problem by means of a generic method in which (a) at least three magnetometers are arranged along a first straight line and form a first magnetic line sensor, and (b) at least three magnetometers are arranged along a second straight line and one form the second magnetic line sensor, the second straight line running along the first straight line. By capturing the magnetic field data, a magnetic field data set is obtained that contains at least one in describes at least two dimensions spatially resolved magnetic field caused by the vehicle. In addition, the method includes the step of identifying a vehicle type using the magnetic field data set.
Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch eine gattungsgemäße Fahrzeug-Identifikationsvorrichtung, bei der (h) zumindest drei Magnetometer entlang einer ersten Geraden angeordnet sind und einen ersten magnetischen Zeilensensor bilden, (i) zumindest drei Magnetometer entlang einer zweiten Geraden angeordnet sind und einen zweiten magnetischen Zeilensensor bilden. Die zweite Gerade verläuft vorzugsweise entlang der ersten Gerade. Die die Magnetfelddaten beschreiben eine zeitliche Änderung eines statischen Magnetfelds, das von einem über die Magnetometer hinwegfahrenden Fahrzeug erzeugt wird. Die Auswerteschaltung ist dabei ausgebildet zum automatischen Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.According to a second aspect, the invention solves the problem with a generic vehicle identification device in which (h) at least three magnetometers are arranged along a first straight line and form a first magnetic line sensor, (i) at least three magnetometers are arranged along a second straight line and form a second magnetic line sensor. The second straight line preferably runs along the first straight line. The magnetic field data describes a change over time in a static magnetic field generated by a vehicle driving over the magnetometers. The evaluation circuit is designed to automatically carry out a method according to the invention.
Erfindungsgemäß ist zudem ein Bauwerk mit (a) einer Fahrbahn für Fahrzeuge, wobei die Fahrbahn eine Fahrbahn-Fahrtrichtung hat, und (b) einer Fahrzeug-Identifikationsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die angeordnet ist zum Identifizieren eines Fahrzeugtyps von auf der Fahrbahn fahrenden Fahrzeugen. Die Fahrzeug-Identifikationsvorrichtung kann dabei oberhalb der Fahrbahn, unterhalb der Fahrbahn oder in die Fahrbahn eingelassen angeordnet sein.According to the invention is also a building with (a) a lane for vehicles, the lane having a lane travel direction, and (b) a vehicle identification device according to one of the preceding claims, which is arranged to identify a vehicle type of vehicles driving on the lane . The vehicle identification device can be arranged above the roadway, below the roadway or embedded in the roadway.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einem Magnetometer insbesondere ein Dünnschicht-Magnetometer verstanden. Unter einem Dünnschicht-Magnetometer werden Sensoren zur Erfassung des Magnetfelds verstanden, deren für das Magnetfeld sensitive Struktur schichtförmig ist. Insbesondere basiert ein Dünnschicht-Magnetometer auf dem GMR (giant magnetoresistance)-, AMR (anisotroper magnetoresistiver)- oder TMR (magnetischer Tunnelwiderstands)-Effekt. Vorteilhaft ist dabei die durch die Verwendung von Dünnschicht-Magnetometern ermöglichte geringe Bauhöhe, bei gleichzeitig hohen Abtastraten und geringen Messunsicherheiten.In the context of the present description, a magnetometer is understood to mean, in particular, a thin-film magnetometer. A thin-film magnetometer is understood to mean sensors for detecting the magnetic field, the structure of which is layered and sensitive to the magnetic field. In particular, a thin-film magnetometer is based on the GMR (giant magnetoresistance), AMR (anisotropic magnetoresistive) or TMR (magnetic tunneling resistance) effect. The advantage here is the low overall height made possible by the use of thin-film magnetometers, combined with high sampling rates and low measurement uncertainties.
Vorzugsweise ist zumindest ein Magnetometer, zumindest eine Mehrzahl der Magnetometer und besonders bevorzugt sind alle Magnetometer, ausgebildet zum Messen von zumindest zwei, insbesondere von drei, Komponenten des Magnetfelds. Vorzugsweise beträgt eine Abtastrate mehr als 50 Hz, insbesondere mehr als 75 Hz, und/oder höchstens 100 Kilohertz.Preferably, at least one magnetometer, at least a majority of the magnetometers and particularly preferably all magnetometers are designed to measure at least two, in particular three, components of the magnetic field. A sampling rate is preferably more than 50 Hz, in particular more than 75 Hz, and/or at most 100 kilohertz.
Vorzugsweise hat zumindest ein Magnetometer, hat zumindest eine Mehrzahl der Magnetometer, und haben besonders bevorzugt alle Magnetometer eine Auflösung von 1000 Nanotesla oder besser, vorzugsweise 100 Nanotesla oder besser.Preferably, at least one magnetometer, at least a majority of the magnetometers, and most preferably all magnetometers have a resolution of 1000 nanotesla or better, preferably 100 nanotesla or better.
Unter dem Merkmal, dass die Magnetometer entlang einer Geraden angeordnet sind, wird insbesondere verstanden, dass es vorteilhaft, nicht aber notwendig ist, wenn die Magnetometer im streng mathematischen Sinne auf einer Geraden liegen. Es ist möglich, dass die tatsächliche Lage der Magnetometer von der Ideallage abweicht, beispielsweise um höchstens 20 cm, insbesondere höchstens 15 cm, vorzugsweise höchstens 10 Zentimeter.The feature that the magnetometers are arranged along a straight line means in particular that it is advantageous, but not necessary, for the magnetometers to lie on a straight line in the strict mathematical sense. It is possible that the actual position of the magnetometer deviates from the ideal position, for example by a maximum of 20 cm, in particular a maximum of 15 cm, preferably a maximum of 10 centimeters.
Unter dem Merkmal, dass mindestens sechs Magnetometer vorhanden sind, wird insbesondere verstanden, dass es günstig, nicht aber notwendig ist, dass weitere Magnetometer vorhanden sind. Eine größere Anzahl an Magnetometern erhöht die räumliche Auflösung, steigert aber gleichzeitig die Kosten und Komplexität des Aufbaus. Im allgemeinen Fall werden n Magnetometer verwendet, insbesondere mit n < 300.The feature that at least six magnetometers are present means in particular that it is favorable, but not necessary, for further magnetometers to be present. A larger number of magnetometers increases the spatial resolution, but at the same time increases the cost and complexity of the setup. In the general case, n magnetometers are used, in particular with n < 300.
Jedes Magnetometer misst Magnetfelddaten, die ein von einem Fahrzeug bewirktes Magnetfeld am Ort des Magnetometers zeitabhängig beschreiben. Das Magnetfeld kann durch magnetisierte Teile des Fahrzeugs hervorgerufen werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Magnetfeld durch eine Veränderung des Erdmagnetfelds durch nicht magnetisierte, aber ferromagnetische Bestandteile hervorgerufen werden.Each magnetometer measures magnetic field data that describes a magnetic field caused by a vehicle at the location of the magnetometer as a function of time. The magnetic field can be caused by magnetized parts of the vehicle. Alternatively or additionally, the magnetic field can be caused by a change in the earth's magnetic field by non-magnetized but ferromagnetic components.
Da das Erdmagnetfeld in der Regel als homogen angenommen werden kann, beschreiben die Magnetfelddaten somit zeitabhängig den jeweiligen momentanen Einfluss der Magnetisierung und/oder der Suszeptibilität des über das jeweilige Magnetfeld hinwegfahrenden Fahrzeugs auf das Magnetfeld am Ort des Magnetometers.Since the Earth's magnetic field can usually be assumed to be homogeneous, the magnetic field data describe the respective instantaneous influence of the magnetization and/or the susceptibility of the vehicle driving over the respective magnetic field on the magnetic field at the location of the magnetometer as a function of time.
Unter den Fahrzeugen werden insbesondere Landfahrzeuge verstanden, beispielsweise Personenkraftwagen und Lastkraftwagen.Vehicles are understood to mean, in particular, land vehicles, for example passenger cars and trucks.
Die vom Magnetometer erfassten Magnetfelder sind zwar zeitabhängig, haben aber keine Trägerfrequenz. In anderen Worten sind die Magnetometer keine Empfänger elektrogenetischer Wellen, die von einem Sender aktiv ausgesandt wurden.Although the magnetic fields detected by the magnetometer are time-dependent, they do not have a carrier frequency. In other words, the magnetometers are not receivers of electrogenetic waves actively emitted by a transmitter.
Vorzugsweise befinden sich mindestens drei der zumindest sechs Magnetometer mit einem Abstand zwischen 2 cm und 20 cm zueinander näherungsweise längs zur Fahrtrichtung und die übrigen Magnetometer dazu mit einem Abstand von typisch zwischen 0.01 m und 1 m parallel in bzw. gegen die Fahrtrichtung verschoben. Die räumlich getrennten Magnetometer bilden damit zwei zueinander verschobene magnetische Zeilensensoren, die zusammen eine Messeinheit darstellen.Preferably, at least three of the at least six magnetometers are located at a distance of between 2 cm and 20 cm from each other approximately along the direction of travel and the remaining magnetometers are displaced parallel to or against the direction of travel at a distance of typically between 0.01 m and 1 m. The spatially separated magnetometers thus form two mutually shifted magnetic line sensors, which together represent a measuring unit.
Vorzugsweise sind die Zeilensensoren dieser Messeinheit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, um einen konstanten und bekannten Abstand zueinander zu gewährleisten. Diese Messeinheit wird in, auf oder über dem Untergrund, insbesondere einer Fahrbahn, montiert.The line sensors of this measuring unit are preferably arranged in a common housing in order to ensure a constant and known distance from one another. This measuring unit is mounted in, on or above the ground, in particular a roadway.
Unter einem Fahrzeugtyp wird insbesondere eine Gruppe von Fahrzeugen gleicher Außengeometrie und/oder eines gleichen Intervalls zulässiger Gesamtmasse verstanden. Beispielsweise kann ein Fahrzeugtyp durch all diejenigen Fahrzeuge gebildet sein, die eine Strecke passieren dürfen. Vorzugsweise werden nicht nur Fahrzeugtypen, sondern einzelne Fahrzeuge anhand des Magnetfelddatensatzes identifiziert.A vehicle type is understood to mean, in particular, a group of vehicles with the same external geometry and/or the same permissible total mass interval. For example, a vehicle type can be formed by all those vehicles that are allowed to pass a route. Preferably, not only vehicle types but also individual vehicles are identified using the magnetic field data set.
Unter der Auswerteschaltung wird insbesondere eine elektronische Schaltung verstanden, die automatisch, das heißt ohne menschlichen Eingriff, anhand des Magnetfelddatensatzes den Fahrzeugtyp und/oder ein Fahrzeug identifiziert. Das Identifizieren des Fahrzeugtyps und/oder des Fahrzeugs umfasst vorzugsweise das Berechnen einer magnetischen Signatur aus dem Magnetfelddatensatz. Eine magnetische Signatur ist ein Datensatz, der die magnetischen Eigenschaften eines Fahrzeugs so kodiert, dass eine eindeutige, insbesondere eine eineindeutige, Zuordnung des Datensatzes zum Fahrzeug möglich ist.The evaluation circuit is understood to mean, in particular, an electronic circuit which automatically, ie without human intervention, identifies the vehicle type and/or a vehicle on the basis of the magnetic field data set. The identification of the vehicle type and/or the vehicle preferably includes the calculation of a magnetic signature from the magnetic field data set. A magnetic signature is a data record that encodes the magnetic properties of a vehicle in such a way that it is possible to assign the data record to the vehicle unambiguously, in particular one-to-one.
Das Identifizieren des Fahrzeugtyps und/oder des Fahrzeugs umfasst vorzugsweise zudem das Vergleichen der berechneten magnetischen Signatur mit gespeicherten Referenz-Signaturen und das Bestimmen eines Ähnlichkeitsparameters. Kodiert dieser Ähnlichkeitsparameter eine hinreichend hohe Ähnlichkeit, wird das Fahrzeug, als dasjenige Fahrzeug identifiziert, dem die Referenz-Signatur zugeordnet ist.The identification of the vehicle type and/or the vehicle preferably also includes comparing the calculated magnetic signature with stored reference signatures and determining a similarity parameter. encoded If this similarity parameter has a sufficiently high similarity, the vehicle is identified as the vehicle to which the reference signature is assigned.
Eine eindeutige Zuordnung der Signatur zum Fahrzeug bedeutet, dass jedes Fahrzeug genau eine magnetische Signatur hat. Eine eineindeutige Zuordnung, bedeutet, dass jede magnetische Signatur genau einem Fahrzeug zugeordnet ist. Eine eineindeutige Zuordnung ist eine umkehrbar eindeutige Zuordnung. Es ist möglich, dass eine eindeutige oder eineindeutige Zuordnung im streng mathematischen Sinne vorliegt. Die eindeutige oder eineindeutige Zuordnung ist aber im technischen Sinne zu verstehen und liegt vorzugsweise auch dann vor, wenn eine etwaige Abweichung von der strengen eindeutigen oder eineindeutigen Zuordnung so selten ist, dass sie vernachlässigt werden kann.A unique assignment of the signature to the vehicle means that each vehicle has exactly one magnetic signature. A one-to-one assignment means that each magnetic signature is assigned to exactly one vehicle. A one-to-one mapping is a one-to-one mapping. It is possible that there is an unambiguous or one-to-one association in the strictly mathematical sense. However, the unambiguous or one-to-one association is to be understood in the technical sense and is preferably also present when any deviation from the strictly unambiguous or one-to-one association is so rare that it can be ignored.
Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass die Auswerteschaltung von dem Gehäuse umschlossen ist, das auch die Magnetometer umgibt. Die Auswertschaltung kann entweder kabelgebunden oder drahtlos mit der Messeinheit verbunden werden.It is possible, but not necessary, for the evaluation circuit to be enclosed by the housing which also encloses the magnetometer. The evaluation circuit can be connected to the measuring unit either by cable or wirelessly.
Die erfassten die Magnetometerdaten Messergebnissen und/oder eine daraus berechnete magnetische Signatur wird vorzugsweise mit Referenz-Signaturen in einer Datenbank verglichen, um direkt eine Aktion auszulösen, oder zur weiteren Verarbeitung an ein weiteres EDV System (z.B. speicherprogrammierbare Steuerung oder Computer) weiterleitet.The recorded magnetometer data measurement results and/or a magnetic signature calculated from them is preferably compared with reference signatures in a database in order to trigger an action directly, or forwarded to another EDP system (e.g. programmable logic controller or computer) for further processing.
Die magnetische Signatur von Fahrzeugen wird primär durch verschiedene Bauteile des Fahrzeugs, zumeist durch remanente Magnetisierung, erzeugt. Die meisten üblichen Kraftfahrzeuge, auch moderne Elektrofahrzeuge, besitzen beispielsweise im Fahrwerk, in der Karosserie, in Motoren oder Getrieben zahlreiche magnetisierbare und teilweise magnetisierte Werkstoffe. Diese werden während der Herstellung, insbesondere beim Gießen, Zerspanen oder Umformen, auf verschiedene Arten magnetisiert, wobei der Magnetisierungsvorgang der einzelnen Komponenten von einer hinreichenden Anzahl von Faktoren abhängig ist (Temperatur, magnetisches Hintergrundfeld, magnetische Felder von Maschinen, Art der Bearbeitung etc.), sodass eine nahezu einmalige magnetische Signatur ergibt.The magnetic signature of vehicles is primarily generated by various components of the vehicle, mostly by remanent magnetization. Most conventional motor vehicles, including modern electric vehicles, have numerous magnetizable and partially magnetized materials, for example in the chassis, in the body, in engines or transmissions. These are magnetized in various ways during production, especially during casting, machining or forming, whereby the magnetization process of the individual components depends on a sufficient number of factors (temperature, magnetic background field, magnetic fields from machines, type of processing, etc.) , resulting in an almost unique magnetic signature.
Es ist theoretisch möglich, dass zwei Fahrzeuge eine identische Signatur aufweisen. Da dieser Fall jedoch sehr unwahrscheinlich ist, wird, wie beim menschlichen Fingerabdruck, von einer einmaligen oder quasi einmaligen Signatur gesprochen.It is theoretically possible for two vehicles to have an identical signature. However, since this case is very unlikely, it is referred to as a unique or quasi-unique signature, as is the case with human fingerprints.
Diese quasi einmalige magnetische Signatur des Fahrzeugs wird zur Identifikation verwendet. Zwar hängt das Messergebnis dieser magnetischen Signatur auch von dem Magnetfeld am Ort der Messung ab. Bei geeigneter Wahl des Messorts, der ein homogenes Erdmagnetfeld und keine starken externen Magnetfelder aufweist, ist die Messung der magnetischen Signatur des Fahrzeugs hingegen in hinreichend guter Näherung unabhängig vom Messort.This quasi-unique magnetic signature of the vehicle is used for identification. The measurement result of this magnetic signature also depends on the magnetic field at the measurement location. With a suitable choice of the measurement location, which has a homogeneous geomagnetic field and no strong external magnetic fields, the measurement of the magnetic signature of the vehicle is, on the other hand, independent of the measurement location to a sufficiently good approximation.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass sich die zur Identifikation genutzte magnetische Signatur kaum kopieren oder fälschen lässt, weil sie an die Magnetisierung integraler Bestandteile des Fahrzeugs gebunden ist. Selbst bei genauer Kenntnis einer gewünschten Signatur lassen sich die entsprechenden Teile des Fahrzeugs unter vertretbarem Aufwand nicht ummagnetisieren. In anderen Worten ist es zwar möglich, die magnetische Signatur eines Fahrzeugs zu verändern, es ist aber weitgehend unmöglich, dies so gezielt zu machen, dass eine vorgegebene magnetische Signatur erhalten wird. Dies ist besonders bei Zufahrtskontrollen von Vorteil.An advantage of the invention is that the magnetic signature used for identification can hardly be copied or forged because it is linked to the magnetization of integral components of the vehicle. Even with precise knowledge of a desired signature, the corresponding parts of the vehicle cannot be remagnetized with justifiable effort. In other words, while it is possible to alter a vehicle's magnetic signature, it is largely impossible to do so in a targeted manner to obtain a predetermined magnetic signature. This is particularly advantageous for access controls.
Durch die Verwendung von Dünnschicht-Magnetometern lassen sich Messeinheiten mit einer typischen Bauhöhe von unter 2 cm realisieren, wobei sich die Länge der Einheit nach der Breite der zu identifizierenden Fahrzeuge und der geforderten Genauigkeit richtet und typischerweise zwischen 2,75 m und 3,75 m beträgt. Durch die geringe Bauhöhe kann die Erfindung, ähnlich zu in der Verkehrstechnik bereits üblichen Induktionsschleifen oder Drucksensoren entweder in der Fahrbahn verlegt werden oder auch direkt auf dem Untergrund, insbesondere der Fahrbahn, montiert werden. Auch eine Montage an Traversen über der Fahrbahn ist möglich.By using thin-film magnetometers, measuring units with a typical height of less than 2 cm can be implemented, with the length of the unit depending on the width of the vehicles to be identified and the required accuracy, and typically between 2.75 m and 3.75 m amounts to. Due to the low overall height, the invention can either be installed in the roadway, similar to the induction loops or pressure sensors already customary in traffic engineering, or mounted directly on the subsurface, in particular the roadway. It can also be mounted on trusses above the roadway.
Aus den von den Magnetometern aufgenommenen Magnetometerdaten können Magnetfelddaten berechnet werden, die das Magnetfeld unter dem Fahrzeug ortsaufgelöst (insbesondere nicht zeitabhängig) beschreiben.From the magnetometer data recorded by the magnetometers, magnetic field data can be calculated which describe the magnetic field under the vehicle in a spatially resolved manner (in particular not as a function of time).
Die charakteristische magnetische Signatur für eine gegebene Position am Fahrzeug ergibt sich als Ganzes dabei aus den gemessenen, zeitlich aufgelösten Magnetfelddaten, die von den mindestens sechs Magnetometern aufgenommen werden. Die magnetische Signatur können die Magnetfelddaten sein oder aus den Magnetfelddaten extrahierte Daten, die Charakteristika der Magnetfelddaten beschreiben.The characteristic magnetic signature for a given position on the vehicle results as a whole from the measured, time-resolved magnetic field data recorded by at least six magnetometers. The magnetic signature may be the magnetic field data or data extracted from the magnetic field data describing characteristics of the magnetic field data.
Beim Passieren der quer zum Fahrweg befindlichen Messeinheit durch ein Fahrzeug wird die magnetische Signatur des Fahrzeugs gescannt. Anfang und Ende des Fahrzeugs werden dabei vorzugsweise an dem charakteristischen Verlauf der magnetischen Feldstärke detektiert.When a vehicle passes the measuring unit located across the route, the vehicle's magnetic signature is scanned. The beginning and end of the vehicle are preferably detected based on the characteristic course of the magnetic field strength.
Durch die bekannten Positionen der Zeilensensoren zueinander kann für beide ein einheitliches auf die Zeilensensoren bezogenes Koordinatensystem k 1 verwendet werden. Um die magnetische Signatur zu erhalten, werden die Magnetfelddaten in ein auf das Fahrzeug bezogenes Koordinatensystem k 2 umgerechnet. Dadurch wird die Ausrichtung des Fahrzeugs relativ zu den Zeilensensoren eliminiert. Eine etwaige Verkippung der Zeilensensoren relativ zur Fahrbahn ist bei der Montage auf oder in der Fahrbahn bedingt durch die Beschaffenheit der Fahrbahn stark begrenzt. Bei Montage der Magnetometer oberhalb der Fahrbahn kann es hingegen zu größeren Abweichungen in der vertikalen Verkippung kommen. In beiden Fällen können diese konstanten Abweichungen durch ein gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehenes Kalibrieren eliminiert werden.Due to the known positions of the line sensors relative to one another, a uniform coordinate system k 1 related to the line sensors can be used for both. In order to obtain the magnetic signature, the magnetic field data are converted into a coordinate system k 2 related to the vehicle. This eliminates the orientation of the vehicle relative to the line sensors. Any tilting of the line sensors relative to the roadway is greatly limited during installation on or in the roadway due to the nature of the roadway. On the other hand, if the magnetometer is mounted above the roadway, there may be larger deviations in the vertical tilting. In both cases, these constant deviations can be eliminated by a calibration provided according to a preferred embodiment.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren daher den Schritt des automatischen Kompensierens eines Einflusses eines Gierwinkels α zwischen einer Soll-Fahrtrichtung und einer Ist-Fahrtrichtung eines Fahrzeugs, dessen Einfluss auf das von den Zeilensensoren erfasste Magnetfeld erfasst wird. Eine Möglichkeit zum Kompensieren des Gierwinkels α wird weiter unten beschrieben.According to a preferred embodiment, the method therefore includes the step of automatically compensating for an influence of a yaw angle α between a target direction of travel and an actual direction of travel of a vehicle, whose influence on the magnetic field detected by the line sensors is detected. One possibility for compensating for the yaw angle α is described further below.
Vorzugsweise besitzt die Fahrbahn eine Leitmarkierung, beispielsweise eine Fahrbahnmarkierung oder seitliche Leitbauwerke, die so angeordnet sind, dass die Fahrzeuge im Wesentlichen rechtwinkelig zu den Zeilensensoren fahren. Unter dem Merkmal, dass die Fahrzeuge im Wesentlichen senkrecht nicht zu den Zeilensensoren fahren, wird insbesondere verstanden, dass es möglich, nicht aber notwendig ist, dass die Fahrzeuge im streng mathematischen Sinne senkrecht zu den Zeilensensoren fahren. Insbesondere sind Abweichungen von beispielsweise plus ±5° tolerabel.The roadway preferably has a guide marking, for example a roadway marking or lateral guide structures, which are arranged in such a way that the vehicles drive essentially at right angles to the line sensors. The feature that the vehicles do not drive essentially perpendicularly to the line sensors is understood in particular to mean that it is possible, but not necessary, that the vehicles drive perpendicularly to the line sensors in a strictly mathematical sense. In particular, deviations of, for example, plus ±5° are tolerable.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt eines Erfassens von Magnetometerdaten von zumindest drei Magnetometern, die entlang einer dritten Geraden angeordnet sind und einen dritten magnetischen Zeilensensor bilden, wobei die dritte Gerade entlang der ersten Geraden verläuft. In anderen Worten können drei, vier, fünf oder mehr Zeilensensoren nebeneinander entlang der Fahrbahn platziert werden. Zur Erfüllung der erfindungsgemäßen Identifikation von Fahrzeugen reichen bereits zwei Zeilensensoren aus.According to a preferred embodiment, the method comprises the step of acquiring magnetometer data from at least three magnetometers which are arranged along a third straight line and form a third magnetic line sensor, the third straight line running along the first straight line. In other words, three, four, five or more line sensors can be placed side by side along the roadway. Two line sensors are sufficient to carry out the identification of vehicles according to the invention.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die die folgenden Schritte: (i) Erfassen einer magnetischen Starrteil-Signatur von nicht-rotierenden Komponenten des Fahrzeugs aus dem Magnetfelddatensatz und (ii) Identifizieren eines Fahrzeugtyps, insbesondere nur anhand der magnetischen Starrteil-Signatur. Es hat sich herausgestellt, dass das Identifizieren eines Fahrzeugs anhand der magnetischen Signatur mit besonders hoher Genauigkeit möglich ist, wenn nur die magnetische Starrteil-Signatur verwendet wird.The method preferably comprises the following steps: (i) detecting a magnetic rigid part signature of non-rotating components of the vehicle from the magnetic field data set and (ii) identifying a vehicle type, in particular only using the magnetic rigid part signature. It has been found that identifying a vehicle using the magnetic signature is possible with particularly high accuracy if only the magnetic rigid part signature is used.
Erfindungsgemäß ist zudem ein Verfahren zum Identifizieren von Fahrzeugen, mit den Schritten (a) Erfassen von Magnetfelddaten von mindesten sechs Magnetometern, sodass ein Magnetfelddatensatz erhalten wird, der zumindest ein in zumindest zwei Dimensionen ortsaufgelöstes, vom Fahrzeug hervorgerufenes Magnetfeld beschreibt, und (b) Identifizieren eines Fahrzeugtyps und/oder eines Fahrzeugs anhand des Magnetfelddatensatzes, wobei das Identifizieren des Fahrzeugtyps und/oder des Fahrzeugs die folgenden Schritte umfasst: (i) Erfassen einer magnetischen Starrteil-Signatur von nicht-rotierenden Komponenten des Fahrzeugs aus dem Magnetfelddatensatz und (ii) Identifizieren eines Fahrzeugtyps, insbesondere nur anhand der magnetischen Starrteil-Signatur. Es ist dann vorteilhaft, nicht aber notwendig, dass, wie in Anspruch 1 ausgeführt, jeweils zumindest drei Magnetometer entlang jeweils einer Geraden angeordnet sind. According to the invention is also a method for identifying vehicles, with the steps (a) acquiring magnetic field data from at least six magnetometers, so that a magnetic field data set is obtained which describes at least one magnetic field caused by the vehicle and is spatially resolved in at least two dimensions, and (b) identifying a vehicle type and / or a vehicle based on the magnetic field data set, wherein the identification of the vehicle type and / or the vehicle comprises the following steps: (i) detecting a magnetic rigid part signature of non-rotating components of the vehicle from the magnetic field data set and (ii) identify of a vehicle type, in particular only on the basis of the magnetic rigid part signature. It is then advantageous, but not necessary, for at least three magnetometers to be arranged in each case along a straight line, as stated in claim 1 .
Erfindungsgemäß ist zudem eine Fahrzeug-Identifikationsvorrichtung zum Identifizieren von Fahrzeugen, mit zumindest 6 Magnetometern zum jeweiligen Erfassen von Magnetfeld Daten, wobei die Magnetfelddaten eine zeitliche Änderung eines statischen Magnetfelds beschreiben, und einer Auswerteschaltung, die ausgebildet ist zum automatischen Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Es ist vorteilhaft, nicht aber notwendig, dass jeweils 3 Magnetometer entlang einer Geraden angeordnet sind und jeweils einen Zeilensensor bilden.According to the invention is also a vehicle identification device for identifying vehicles, with at least 6 magnetometers for the respective detection of Magnetic field data, the magnetic field data describing a change in a static magnetic field over time, and an evaluation circuit that is designed to automatically carry out a method according to the invention. It is advantageous, but not necessary, for 3 magnetometers to be arranged along a straight line and each to form a line sensor.
Starrteile sind zumeist die Komponenten des Fahrzeugs, die bei Fahrt des Fahrzeugs nicht rotieren. Insbesondere sind die Räder keine Starrteile. Der Grund hierfür ist, dass die magnetische Signatur der Räder vom Drehwinkel des jeweiligen Rads abhängt. Dieser ist jedoch zufällig. Wenn die magnetische Signatur auch solche Anteile hat, die von der Magnetisierung der Räder abhängt, kann bereits eine unterschiedliche Drehwinkelstellung der Räder dazu führen, dass Fahrzeuge falsch oder nicht identifiziert werden.Rigid parts are mostly the vehicle components that do not rotate when the vehicle is moving. In particular, the wheels are not rigid parts. The reason for this is that the magnetic signature of the wheels depends on the angle of rotation of the respective wheel. However, this one is random. If the magnetic signature also has parts that depend on the magnetization of the wheels, even a different angular position of the wheels can result in vehicles being identified incorrectly or not at all.
Vorzugsweise umfasst das Erfassen der magnetischen Starrteil-Signatur den Schritt des Ermittelns derjenigen Bereiche in den Magnetfelddaten, in denen das von den zumindest zwei Zeilensensoren gemessene Magnetfeld innerhalb einer vorgegebenen Fehlertoleranz ausschließlich durch eine Translation eines festen Magnetfeldwerts mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit beschreibbar ist, sodass Starrteil-Bereiche erhalten werden.Preferably, the detection of the magnetic rigid part signature includes the step of determining those areas in the magnetic field data in which the magnetic field measured by the at least two line sensors can be described within a predetermined error tolerance exclusively by a translation of a fixed magnetic field value with a vehicle speed, so that rigid part areas be obtained.
Überquert das Fahrzeug den ersten Zeilensensor, so wird seine magnetische Signatur gescannt. Überquert das Fahrzeug den zweiten Zeilensensor, so haben sich die Starrteile des Fahrzeugs um eine Strecke weiterbewegt, die in guter Näherung dem Abstand der beiden Zeilensensoren entspricht. Ein Punkt auf einer Lauffläche eines Rades hingegen hat einen Weg zurückgelegt, der sowohl positiv wie auch negativ von diesem Abstand abweichen kann. Die von den beiden Zeilensensoren gescannten magnetischen Signaturen stimmen daher nur in den Starrteil-Bereichen - im Rahmen der Messgenauigkeit - überein.When the vehicle crosses the first line sensor, its magnetic signature is scanned. When the vehicle crosses the second line sensor, the rigid parts of the vehicle have moved on by a distance that corresponds to the distance between the two line sensors to a good approximation. A point on the tread of a wheel, on the other hand, has traveled a distance that can deviate from this distance both positively and negatively. The magnetic signatures scanned by the two line sensors therefore only match in the rigid part areas - within the scope of measurement accuracy.
Alternativ oder zusätzlich umfasst das Erfassen der magnetischen Starrteil-Signatur die Schritte (i) Ermitteln von zumindest zwei Bereichen, in denen das von den zumindest zwei Zeilensensoren gemessene Magnetfeld nicht innerhalb der vorgegebenen Fehlertoleranz durch eine Translation eines festen Magnetfeldwerts mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit beschreibbar ist, sodass zumindest vier Radbereiche erhalten werden, und (ii) danach Berechnen der Starrteil-Bereiche durch Maskieren der Radbereiche aus der ortsaufgelösten Magnetisierung. Es ist in anderen Worten möglich, auch diese Bereiche zu bestimmen, die keine Starrteil-Bereiche sind und dann diese Bereiche aus dem Gesamtergebnis zu eliminieren.Alternatively or additionally, the detection of the magnetic rigid part signature comprises the steps (i) determining at least two areas in which the magnetic field measured by the at least two line sensors cannot be described within the specified error tolerance by a translation of a fixed magnetic field value with a vehicle speed, so that receive at least four wheel areas and (ii) thereafter computing the rigid portion regions by masking the wheel regions from the spatially resolved magnetization. In other words, it is possible to also determine those areas that are not rigid part areas and then to eliminate these areas from the overall result.
Das Bestimmen der Starrteil-Signatur kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform unter der Randbedingungen erfolgen, dass die Bereiche, die keine Starrteil-Bereiche sind, eine Symmetrieachse haben.According to a preferred embodiment, the rigid-part signature can be determined under the boundary conditions that the areas that are not rigid-part areas have an axis of symmetry.
Vorzugsweise umfasst das Berechnen der magnetischen Starrteil-Signatur die Schritte (i) Berechnen eines Differenzbilds aus einem Erstzeilensensorbild, das die ortsaufgelöste Magnetisierung beschreibt, die vom ersten Zeilensensor gemessen wurde, und einem Zweitzeilensensorbild, das die ortsaufgelöste Magnetisierung beschreibt, die vom zweiten Zeilensensor gemessen wurde, (ii) Bestimmen eines Binärbilds aus dem Differenzbild mittels eines Schwellenwertfilters, (iii) Bestimmen zumindest einer zusammenhängenden Fläche im Binärbild und (iv) Setzen der zumindest einen zusammenhängenden Fläche entweder als Starrteil-Bereich oder als Radbereich. Ob die zumindest eine zusammenhängende Fläche als Starrteil-Bereich oder als Radbereich gesetzt wird, hängt von der Wahl des Schwellenwertfilters ab. Die Bereiche, insbesondere Bildpunkte, in denen sich das Erstzeilensensorbild und dass Zweitzeilensensorbild kaum unterscheiden, bilden den Starrteil-Bereich.Preferably, calculating the magnetic rigid part signature comprises the steps of (i) calculating a difference image from a first line sensor image describing the spatially resolved magnetization measured by the first line sensor and a second line sensor image describing the spatially resolved magnetization measured by the second line sensor , (ii) determining a binary image from the difference image using a threshold filter, (iii) determining at least one contiguous area in the binary image and (iv) setting the at least one contiguous area either as a rigid part area or as a wheel area. Whether the at least one contiguous area is set as a rigid part area or as a wheel area depends on the selection of the threshold value filter. The areas, in particular pixels, in which the first line sensor image and the second line sensor image hardly differ form the rigid part area.
Der Schwellenwertfilter ist ein Filter, der einem Bildpunkt des Differenzbilds entweder einen ersten oder einen zweiten Wert zuweist, in der Regel 0 oder 1, je nachdem, wie stark der Bildpunkt von einem mittleren Bildpunkt abweicht. Der mittlere Bildpunkt kann beispielsweise der Median oder der Durchschnitt oder ein anderer Mittelwert aus den übrigen Bildpunkten sein. Ein solcher Schwellenwertfilter ist aus der Bildanalyse gut bekannt. Beispielsweise bewirkt das Anwenden des Schwellenwert Filters eine Flutfüllung.The threshold filter is a filter that assigns either a first or a second value, typically 0 or 1, to a pixel of the difference image, depending on how much the pixel deviates from a central pixel. The middle pixel can, for example, be the median or the average or another mean value from the other pixels. Such a threshold filter is well known from image analysis. For example, applying the Threshold filter causes a flood fill.
Damit das Identifizieren des Fahrzeugs bei unterschiedlichen Fahrgeschwindigkeiten des Fahrzeugs mit geringer Unsicherheit möglich ist, umfasst das Identifizieren des Fahrzeugs anhand der Magnetfelddaten vorzugsweise die folgenden Schritte: (i) Skalieren einer Zeitkomponente der Magnetometerdaten, wobei die Zeitkomponente so gewählt ist, dass sie einem Überfahren des zumindest eine Magnetometers mit einer vorgegebenen Soll-Fahrgeschwindigkeit entspricht, und/oder Normieren einer Signalstärke der Magnetometerdaten, sodass ein skalierter Magnetfelddatensatz erhalten wird, (ii) Auslesen von Referenz-Magnetfelddatensätzen aus einer Datenbank, die eine Vielzahl an Referenz-Magnetfelddatensätzen unterschiedlicher Fahrzeuge enthält, (iii) für die Referenz-Magnetfelddatensätze jeweils Bestimmen eines Ähnlichkeitsparameters, der eine Ähnlichkeit der skalierten Messfelddaten des Magnetfelddatensatzes mit den Referenz-Magnetfelddaten des Referenz-Magnetfelddatensatzes kodiert, und (iv) Identifizieren eines Fahrzeugs anhand des Ähnlichkeitsparameters. Die Referenz-Magnetfelddatensätze können auch als Referenz-Signaturen bezeichnet werden, die Magnetfelddatensätze als magnetische Signaturen.So that the vehicle can be identified with little uncertainty when the vehicle is traveling at different speeds, identifying the vehicle using the magnetic field data preferably comprises the following steps: (i) scaling a time component of the magnetometer data, with the time component being selected in such a way that the at least one magnetometer with corresponds to a specified target driving speed, and/or normalization of a signal strength of the magnetometer data, so that a scaled magnetic field data set is obtained, (ii) reading out reference magnetic field data sets from a database that contains a large number of reference magnetic field data sets from different vehicles, (iii) for the reference magnetic field datasets each determine a similarity parameter that encodes a similarity of the scaled measurement field data of the magnetic field dataset with the reference magnetic field data of the reference magnetic field dataset, and (iv) identify a vehicle based on the similarity parameter. The reference magnetic field data records can also be referred to as reference signatures, the magnetic field data records as magnetic signatures.
Der Ähnlichkeitsparameter ist eine Zahl, die beschreibt, wie ähnlich die magnetische Signatur des Fahrzeugs der jeweiligen gespeicherten Signatur ist. Liegt der Ähnlichkeitsparameter in einem vorgegebenen Intervall, wird das Fahrzeug als dasjenige Fahrzeug identifiziert, mit dem die Referenz-Magnetfelddaten verknüpft sind.The similarity parameter is a number that describes how similar the vehicle's magnetic signature is to the stored signature. If the similarity parameter is within a predetermined interval, the vehicle is identified as the vehicle with which the reference magnetic field data is linked.
Der skalierte Magnetfelddatensatz ist eine magnetische Signatur. Wird - wie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen - anhand des skalierten Magnetfelddatensatzes die Starrteil-Signatur berechnet, ist die Starrteil-Signatur die magnetische Signatur. Die Ähnlichkeit der gespeicherten Referenz-Starrteil-Signaturen mit dieser Signatur, die mit dem Ähnlichkeitsparameter kodiert ist, wird bestimmt.The scaled magnetic field dataset is a magnetic signature. If—as provided according to a preferred embodiment—the rigid part signature is calculated using the scaled magnetic field data set, the rigid part signature is the magnetic signature. The similarity of the stored reference rigid part signatures to this signature encoded with the similarity parameter is determined.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Fahrzeug-Identifikationsvorrichtung sind besonders vorteilhaft einsetzbar bei der Erfassung, ob ein Fahrzeug die Berechtigung hat, einen Abschnitt der Fahrbahn zu passieren. Beispielsweise besitzt die Fahrbahn einen Abschnitt, der von Fahrzeugen oberhalb einer maximal zulässigen Gesamtmasse nicht befahren werden darf. Es ist dann vorteilhaft, solche Fahrzeuge zu detektieren, deren Masse oberhalb der maximal zulässigen Gesamtmasse liegt. Alternativ oder zusätzlich kann die Fahrbahn zu einem Gebäude, beispielsweise einem Parkhaus führen, zu dem nur berechtigte Fahrzeuge Zufahrt haben sollen. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass anhand der magnetischen Signatur nur berechtigte Fahrzeuge durchgelassen werden.The method according to the invention and the vehicle identification device according to the invention can be used particularly advantageously when detecting whether a vehicle is authorized to pass a section of the roadway. For example, the roadway has a section that may not be driven on by vehicles above a maximum permissible total weight. It is then advantageous to detect those vehicles whose mass is above the maximum permissible total mass. Alternatively or additionally, the roadway can lead to a building, for example a multi-storey car park, to which only authorized vehicles should have access. In this case, it is desirable that only authorized vehicles are allowed through based on the magnetic signature.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren daher die Schritte (i) Erfassen eines Berechtigungsparameters, der mit dem Referenz-Magnetfelddatensatz verknüpft ist, der das Fahrzeug identifiziert und (ii) Abgeben eines Signals an eine Zufahrtsfreigabevorrichtung, sodass diese einen Fahrweg für das Fahrzeug (a) freigibt, wenn der Berechtigungsparameter die Berechtigung dazu kodiert, und (b) nicht freigibt, wenn der Berechtigungsparameter die Berechtigung dazu nicht kodiert. Das Signal ist beispielsweise ein Steuersignal, das eine Zufahrtfreigabevorrichtung ansteuert. Die Zufahrtfreigabevorrichtung ist eine Vorrichtung zum Behindern oder Verhindern der Weiterfahrt, beispielsweise eine Schranke oder ein Tor.According to a preferred embodiment, the method therefore comprises the steps of (i) detecting an authorization parameter that is linked to the reference magnetic field data record that identifies the vehicle and (ii) emitting a signal to an access release device so that it clears a route for the vehicle (a ) authorizes if the authorization parameter encodes authorization to do so, and (b) does not authorize if the authorization parameter does not encode authorization to do so. The signal is, for example, a control signal that controls an access release device. The access release device is a device for obstructing or preventing further travel, for example a barrier or a gate.
Vorzugsweise beschreiben die Magnetfelddaten das Magnetfeld in zumindest zwei Dimensionen, insbesondere in drei Dimensionen. Unter dem Merkmal, dass die Magnetfelddaten das Magnetfeld in zumindest zwei Dimensionen beschreiben, wird insbesondere verstanden, dass zumindest zwei unabhängige Raumkomponenten des Magnetfelds, das ein Vektorfeld ist, gemessen werden. Die Raumkomponenten werden jeweils zeitabhängig gemessen. Die dritte Raumkomponente ist die Normalkomponente, also die Komponente, die senkrecht auf einer Ausgleichsebene durch die Fahrbahn im Bereich der Zeilensensoren steht. Vorzugsweise ist die dritte Raumkomponente zudem die Vertikalkomponente.The magnetic field data preferably describe the magnetic field in at least two dimensions, in particular in three dimensions. The feature that the magnetic field data describe the magnetic field in at least two dimensions means in particular that at least two independent spatial components of the magnetic field, which is a vector field, are measured. The room components are each measured as a function of time. The third spatial component is the normal component, i.e. the component that is perpendicular to a compensation plane through the roadway in the area of the line sensors. In addition, the third spatial component is preferably the vertical component.
Zum Messen der Vertikalkomponente besitzt die Fahrzeug-Identifikationsvorrichtung vorzugsweise einen dritten Zeilensensor, der auf einer anderen Höhe angeordnet ist als zumindest einer der anderen Zeilensensoren.To measure the vertical component, the vehicle identification device preferably has a third line sensor, which is arranged at a different height than at least one of the other line sensors.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Schritte (i) Auslesen einer maximal zulässigen Gesamtmasse des anhand seiner magnetischen Signatur identifizierten Fahrzeugs aus einer Datenbank anhand des Ähnlichkeitsparameters oder des Fahrzeugtyps, und (ii) Senden eines Signal an die Zufahrtsfreigabevorrichtung, das von der Gesamtmasse abhängt und/oder Senden eines Signals, das die Gesamtmasse kodiert, an eine Überwachungsvorrichtung. Ergibt beispielsweise das Auslesen der maximal zulässigen Gesamtmasse des identifizierten Fahrzeugs, dass diese oberhalb einer vorgegebenen Maximal-Gesamtmasse liegt, so wird ein Signal an die Zufahrtfreigabevorrichtung gesendet, das bewirkt, dass die Weiterfahrt des Fahrzeugs blockiert wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann beispielsweise eine Brücke davor geschützt werden, von zu schweren Fahrzeugen befahren zu werden. Das Signal kann auch ein optisches, akustisches und/oder elektronisches Warnsignal sein. Beispielsweise signalisiert das Signal dem Fahrer des Fahrzeugs, dass eine Weiterfahrt verboten ist oder dass eine Weiterfahrt eingeschränkt möglich ist. Beispielsweise kann das Signal einen Mindestabstand und/oder eine Höchstgeschwindigkeit.The method preferably comprises the steps of (i) reading a maximum permissible total mass of the vehicle identified by its magnetic signature from a database using the similarity parameter or the vehicle type, and (ii) sending a signal to the access release device that depends on the total mass and/or Sending a signal encoding total mass to a monitoring device. If, for example, reading out the maximum permissible total mass of the identified vehicle shows that it is above a specified maximum total mass, a signal is sent to the access release device, which causes the vehicle to be blocked from continuing its journey. With the method according to the invention, for example, a Bridge must be protected from being driven over by vehicles that are too heavy. The signal can also be an optical, acoustic and/or electronic warning signal. For example, the signal signals to the driver of the vehicle that further travel is prohibited or that further travel is possible with restrictions. For example, the signal can indicate a minimum distance and/or a maximum speed.
Je stärker ein Fahrzeug beladen ist, desto tiefer liegt es. In anderen Worten ist der Abstand der Starrteile von der Fahrbahn umso kleiner, je größer die Masse des Fahrzeugs ist. Je kleiner der Abstand der Starrteile von der Fahrbahn ist, desto größer ist das von den Zeilensensoren gemessene Magnetfeld. Vorzugsweise umfasst das Verfahren daher die Schritte (a) Bestimmen eines Signalintensitätsparameters, der eine Stärke des Magnetfelds kodiert, aus den Magnetfelddaten und (b) Bestimmen der Gesamtmasse aus dem Signalintensitätsparameter und dem skalierten Magnetfelddatensatz.The more a vehicle is loaded, the lower it is. In other words, the greater the mass of the vehicle, the smaller the distance between the rigid parts and the roadway. The smaller the distance between the rigid parts and the road, the greater the magnetic field measured by the line sensors. The method therefore preferably comprises the steps of (a) determining a signal intensity parameter which encodes a strength of the magnetic field from the magnetic field data and (b) determining the total mass from the signal intensity parameter and the scaled magnetic field data set.
Eine Abtastfrequenz zumindest eines, insbesondere einer Mehrzahl, vorzugsweise aller, Magnetometer beträgt vorzugsweise zumindest 50 Hertz.A sampling frequency of at least one, in particular a plurality, preferably all, magnetometers is preferably at least 50 Hertz.
Für die Mehrzahl der Magnetometer, insbesondere aller Magnetometer, eines Zeilensensors gilt vorzugsweise, dass ein Abstand benachbarter Magnetometer höchstens 30 Zentimeter, insbesondere höchstens 20 cm, vorzugsweise höchstens 10 cm, beträgt.For the majority of magnetometers, in particular all magnetometers, of a line sensor, the distance between adjacent magnetometers is preferably no more than 30 centimeters, in particular no more than 20 cm, preferably no more than 10 cm.
Eine erfindungsgemäße Fahrzeug-Identifikationsvorrichtung besitzt vorzugsweise eine Uhr zum Bestimmen der Zeit. Es kann sich dabei um die absolute Zeit oder eine Maschinenzeit, beispielsweise gemessen als Zeitinkrement ab einem vorgegebenen Zeitpunkt, handeln.A vehicle identification device according to the invention preferably has a clock for determining the time. This can be the absolute time or a machine time, for example measured as a time increment from a specified point in time.
Um eine möglichst hohe Identifikationswahrscheinlichkeit zu erhalten, ist es vorteilhaft, die Magnetfelddaten auf eine vorgegebene Soll-Fahrgeschwindigkeit zu normieren. Die so erhaltenen eskalierten Magnetfelddaten sind dann unabhängig von der Schnelligkeit, mit der das Fahrzeug über die Zeilensensoren gefahren ist. Vorzugsweise ist die Auswerte-Schaltung daher ausgebildet zum Durchführen eines Verfahrens mit den Schritten (i) Bestimmen einer Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit aus den Magnetfelddaten von zwei der entlang der Geraden angeordneten Magnetometern, und (ii) Skalieren der Zeitkomponente der Magnetfelddaten des Magnetfelddatensatzes, wobei die Zeitkomponente so gewählt ist, dass sie einem Überfahren des zumindest einen Magnetometers mit der vorgegebenen Soll-Fahrgeschwindigkeit entspricht, anhand der Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit.In order to obtain as high an identification probability as possible, it is advantageous to standardize the magnetic field data to a predefined target driving speed. The escalated magnetic field data obtained in this way are then independent of the speed with which the vehicle drove over the line sensors. The evaluation circuit is therefore preferably designed to carry out a method with the steps (i) determining an actual vehicle speed the magnetic field data from two of the magnetometers arranged along the straight line, and (ii) scaling the time component of the magnetic field data of the magnetic field data set, the time component being selected in such a way that it corresponds to driving over the at least one magnetometer with the specified target driving speed, based on the actual vehicle speed.
Günstig ist es, wenn zumindest die drei entlang einer Geraden angeordneten Magnetometer auf gleicher Höhe angeordnet sind. Unter dem Merkmal, dass die Magnetometer auf gleicher Höhe angeordnet sind, wird insbesondere verstanden, dass es möglich, nicht aber notwendig ist, dass die Magnetometer streng mathematisch auf der gleichen Höhe angeordnet sind. Insbesondere sind Abweichungen von höchstens 30 cm, bzw. höchstens 20 cm, besonders bevorzugt höchstens 10 cm von der idealen Anordnung auf der gleichen Höhe möglich. Die Höhe wird als Abstand zur Ausgleichsebene durch die Fahrbahn im Bereich des entsprechenden Zeilensensors bestimmt.It is favorable if at least the three magnetometers arranged along a straight line are arranged at the same height. The feature that the magnetometers are arranged at the same level is understood in particular to mean that it is possible, but not necessary, for the magnetometers to be arranged at the same level, strictly mathematically. In particular, deviations of at most 30 cm, or at most 20 cm, particularly preferably at most 10 cm, from the ideal arrangement at the same height are possible. The height is determined as the distance to the compensation level through the roadway in the area of the corresponding line sensor.
Vorzugsweise sind zumindest drei Magnetometer auf einer zweiten Höhe angeordnet sind, die sich von der ersten Höhe um eine Höhendifferenz unterscheidet. Die Höhendifferenz beträgt vorzugsweise höchstens 50 cm, insbesondere höchstens 30 cm. Vorzugsweise ist die Höhendifferenz größer als 4 cm, insbesondere größer als 10 cm.Preferably, at least three magnetometers are arranged at a second level, which differs from the first level by a level difference. The height difference is preferably at most 50 cm, in particular at most 30 cm. The height difference is preferably greater than 4 cm, in particular greater than 10 cm.
Ein erfindungsgemäßes Bauwerk weist vorzugsweise eine Zufahrtsfreigabevorrichtung zum Behindern oder Freigeben der Fahrbahn auf. Die Fahrzeug-Identifikationsvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet zum automatischen Ansteuern der Zufahrtsfreigabevorrichtung in Abhängigkeit von einer Durchfahrberechtigung, die von der Identifikation des Fahrzeugs abhängt.A structure according to the invention preferably has an access release device for obstructing or releasing the roadway. The vehicle identification device is preferably designed to automatically control the access release device as a function of a drive-through authorization that depends on the identification of the vehicle.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
- Figur 1
- ein einzelnes Zeilensensor-Modul auf einer gemeinsamen Platine 11 mit acht Magnetometern,
- Figur 2a
- die nicht maßstabsgetreue Anordnung von zwei Zeilensensoren in einer Fahrbahn,
- Figur 2b
- die Anordnung (nicht maßstabsgetreu) von zwei Zeilensensoren auf einer Fahrbahn,
- Figur 3a
- ein Erstzeilensensorbild, das das von einem Fahrzeug hervorgerufene Magnetfeld zeigt, das vom ersten Zeilensensor gemessen wurde, wobei der Gierwinkel null ist, und
- Figur 3b
- das Erstzeilensensorbild bei einem von null verschiedenen Gierwinkel.
- figure 1
- a single line sensor module on a
common circuit board 11 with eight magnetometers, - Figure 2a
- the arrangement of two line sensors in a lane, which is not true to scale,
- Figure 2b
- the arrangement (not true to scale) of two line sensors on a roadway,
- Figure 3a
- a first line sensor image showing the magnetic field evoked by a vehicle measured by the first line sensor with yaw angle zero, and
- Figure 3b
- the first line sensor image at a non-zero yaw angle.
Die Fahrzeug-Identifikationsvorrichtung 1 besitzt eine Auswertschaltung 13 in Form eines Mikrocontrollers und zugehöriger Logikbausteine, die im vorliegenden Fall ebenfalls auf der Platine angeordnet ist, was aber optional ist.The vehicle identification device 1 has an
Zur Kaskadierung der Sensoren, der Kommunikation mit mindestens einem zweiten Zeilensensor, der Ausgabe der Daten und zur Stromversorgung besitzt der Zeilensensor 10 zumindest eine Steckverbindung 14.
Jedes Magnetometer 12.j liefert Messdaten, die Magnetometerdaten genannt werden und zeitaufgelöst bis zu drei Komponenten (x-, y-, z-Komponente) eines Magnetfelds
Die Gesamtheit der Magnetometerdaten bilden einen Magnetfelddatensatz. Aus diesem ist das Magnetfeld
Der Aufnahmevorgang wird zu einem Zeitpunkt t 0 ausgelöst. Beispielsweise beginnt der Aufnahmevorgang beim Überschreiten eines Schwellwertes für das gemessene Magnetfeld eines Magnetometers oder aufgrund eines externen Startsignals, beispielsweise aufgrund des Auslösens eines anderen Senders wie einer Lichtschranke, der Teil der Fahrzeug-Identifikationsvorrichtung sein kann. Die Magnetometerdaten der Zeilensensoren 20.i können als Messdatenmatrix, beispielsweise der Form
Die Messung ist beispielsweise abgeschlossen, wenn das gemessene Magnetfeld für alle Magnetometer für eine vorgegebene Zeit unter einen vorgegebenen Schwellenwert fällt, oder nach Ablauf einer bestimmten Zeit.The measurement is completed, for example, when the measured magnetic field falls below a predetermined threshold value for all magnetometers for a predetermined time, or after a certain time has elapsed.
Eine maximale Messdauer kann für einen gegebenen Anwendungsfall anhand der maximal erwarteten Fahrzeuglänge lmax und einer minimalen Geschwindigkeit vmin abgeschätzt werden zu tend = t 0 + lmax /vmin. Für den Anwendungsfall einer Zufallskontrolle wäre dies beispielsweise Schrittgeschwindigkeit mit vmin = 4 km/h. Die Matrix des Magnetfeldbetrags ist entsprechend:
Da die mindestens zwei Zeilensensoren zueinander beabstandet sind, ergibt sich eine zeitliche Verschiebung
Diese Magnetometer 12 können zu einem Zeitpunkt t entweder Magnetometerdaten in nur einer, zwei oder drei räumlichen Dimensionen erfassen. Zur Vereinfachung wird hier der allgemeine Fall für dreikomponentige Messungen beschrieben. Δt ist dabei proportional zum Abstand der Sensoren d und der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 22.These magnetometers 12 can acquire magnetometer data in either only one, two or three spatial dimensions at a time t. For the sake of simplicity, the general case for three-component measurements is described here. Δt is proportional to the distance between the sensors d and the speed v of the
Zusätzlich zu einer zeitlichen Verschiebung kann es beispielsweise bei einer hinreichend schrägen Überfahrt der Zeilensensoren durch das Fahrzeug 22 zu einer räumlichen Verschiebung Δn der Signatur kommen. Die zeitliche und räumliche Verschiebung kann bei gegebener Zeitbasis beispielsweise direkt durch einen Vergleich der zeitlich aufgelösten Messreihen m (1) und m (2) beispielsweise mit Hilfe eines Verfahrens basierend auf der Berechnung der 2D Korrelation nach Pearson bestimmt werden. Dabei ist irrelevant, in welcher Richtung das Fahrzeug 22 die Zeilensensoren 20. i überquert. Bei beispielhafter Verwendung eines Korrelationsverfahrens nach Pearson resultiert dies in einem Vorzeichenwechsel der zeitlichen Verschiebung Δt. In addition to a time shift, a spatial shift Δn of the signature can occur, for example, when the
Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 22 kann zeitabhängig sein. Um dies zu berücksichtigen, ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, zur Korrelationsanalyse die Messreihen m (1) und m (2) in Subintervalle aufzuteilen und beispielsweise mittels eines Schiebefenster (sliding window)- basierten Ansatz eine zeitaufgelöste Verschiebung Δt(t) zu erhalten.The speed of the
Die räumliche Verschiebung Δn wird als zeitlich konstant angenommen, da davon ausgegangen wird, dass das Fahrzeug die Zeilensensoren 20.j zwar schräg, aber linear überquert. Dadurch wird ein vektorielles Geschwindigkeitsprofil
Da die Magnetfeldmessung m (1,j) sowohl zeitlich auch als räumlich aufgelöst ist, lassen sich mithilfe typischer Bildbearbeitungsverfahren charakteristische Bauteile, beispielsweise Räder, eines Fahrzeugs identifizieren (siehe
Das Fahrzeug 22 hat Räder 23.k. Das von den Rädern 23.k am jeweiligen Magnetometer hervorgerufene Magnetfeld variiert je nach Drehwinkel des jeweiligen Rads. Daher ist die magnetische Signatur der Räder in der Regel unterschiedlich zwischen räumlich beabstandeten Zeilensensoren. Die magnetische Signatur der starren Komponenten des Fahrzeugs ist hingegen identisch zwischen den Zeilensensoren. In anderen Worten werden solche Komponenten des Fahrzeugs als starre Komponenten betrachtet, für die gilt, dass deren magnetische Signatur identisch zwischen den Zeilensensoren ist. Bewegliche Komponenten lassen sich daher in der Differenz der magnetischen Messdaten beabstandeter Zeilensensoren eindeutig identifizieren.The
Bei Berechnung der Differenz muss sowohl die zeitliche Verschiebung Δt(t) als auch die räumliche Verschiebung Δn berücksichtigt werden, welche in einem vorherigen Schritt z. B. mit einer 2D-Kreuzkorrelation bestimmt werden können.When calculating the difference, both the time shift Δ t ( t ) and the spatial shift Δ n must be taken into account, which was calculated in a previous step, e.g. B. can be determined with a 2D cross-correlation.
Sind Δt(t) und Δn bekannt, ergibt sich die Differenz zu einem anderen Zeilensensor 20.g, die als Differenzbild D bezeichnet wird, zu
Abhängig von der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs können sich die Vorzeichen von Δt(t) und Δn ändern. Bei einer Änderung des Vorzeichens von Δt(t) bzw. Δn müssen in der obigen Formel die entsprechenden Argumente der Zeilensensoren 20.i und 20.g getauscht werden.Depending on the direction of movement of the vehicle, the signs of Δ t ( t ) and Δ n can change. If the sign of Δt ( t ) or Δn changes, the corresponding arguments of the line sensors 20.i and 20.g must be exchanged in the above formula.
Zur anschließenden Detektion der Räder 23.k wird zuerst das Differenzbild über eine Schwellwertdetektion in eine binäre Matrix B gemäß
In der binären Matrix B werden alle zusammenhängenden Flächen beispielsweise mit einer, aus der Computergraphik bekannten, Flutfüllung identifiziert. An diese Flächen werden Ellipsen der Form
Anhand der Fahrzeugquerachsen bzw. der Fahrzeuglängsachsen, die durch die Mittelpunkte der identifizierten Räder verlaufen, lässt sich der Gierwinkel α mit hoher Genauigkeit bestimmen. Ist
Da die Radbereiche für eine Identifizierung nicht genutzt werden können, werden sie in den Messdaten maskiert. Das Maskieren kann beispielsweise realisiert werden indem die Werte der Matrizen für die betroffenen Bereiche auf einen konstanten Wert c gesetzt werden:
Um eine vergleichbare magnetische Signatur unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs aus diesen Messreihen zu erhalten, wird die zeitliche Streckung bzw. Stauchung durch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs berücksichtigt.In order to obtain a comparable magnetic signature from these series of measurements, regardless of the speed of the vehicle, the temporal stretching or compression caused by the speed of the vehicle is taken into account.
Bereiche des Magnetfelds, welche durch bewegliche Komponenten erzeugt werden, werden vorzugsweise maskiert. Dadurch kann eine vergleichbare magnetische Signatur des Fahrzeugs bestimmt werden. Da die räumliche Auflösung längs des Autos von der Geschwindigkeit abhängig und damit zwischen Messungen variabel ist, kann die Messdatenmatrix auf eine vordefinierte Auflösung überführt werden.Areas of the magnetic field created by moving components are preferably masked. This allows a comparable magnetic signature of the vehicle to be determined. Since the spatial resolution along the car depends on the speed and is therefore variable between measurements, the measurement data matrix can be converted to a predefined resolution.
Dazu wird abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs v(t) eine magnetische Fingerabdruck-Matrix
W ergibt sich dabei aus der typischen räumlichen Auflösung Δx =
Bei der Verwendung von vektoriellen Magnetometern kann bevorzugt der Mittelwert der Absolutbeträge der jeweils zusammengehörigen Elemente der magnetischen Fingerabdruck-Matrix F bestimmt werden. Die Mittlerwertbildung vermindert dabei zusätzlich die Messungenauigkeit. Analog wird auch die binäre Matrix B durch Interpolation in eine Matrix
Für einen anschließenden Vergleich mit Referenz-Signaturen in einer Datenbank ist es vorteilhaft, wenn die magnetische Signatur F an einer entsprechenden Referenz F ref z.B. durch eine 2D-Kreuzkorrelation ausgerichtet wird. In den Referenz-Signaturen F ref sind die Signaturen beweglicher Komponenten insbesondere bereits maskiert. Dies erleichtert den Vergleich der erfassten magnetischen Fingerabdrücke, auch wenn verschiedene Varianten der Zeilensensoren zum Einsatz kommen.For a subsequent comparison with reference signatures in a database, it is advantageous if the magnetic signature F at a corresponding reference F ref is aligned eg by a 2D cross-correlation. In particular, the signatures of movable components are already masked in the reference signatures F ref . This makes it easier to compare the recorded magnetic fingerprints, even if different variants of the line sensors are used.
Analog wird auch die Matrix B̃ an F ref ausgerichtet. Alle Flächen, die in der binären Matrix B̃ mit 1 markiert wurden, werden für die Identifizierung des Fahrzeugs sowohl in dem gemessenen magnetischen Fingerabdruck F als auch in den Referenzen F ref ausgelassen.Similarly, the matrix B̃ is aligned with F ref . All areas marked with 1 in the binary matrix B̃ are omitted for vehicle identification both in the measured magnetic fingerprint F and in the references F ref .
Da sich diese Segmente des magnetischen Fingerabdrucks bei der Überfahrt von mindestens zwei beabstandeten Zeilensensoren verändert haben, können sie für eine Identifizierung nicht genutzt werden. Dies ist insbesondere der Fall für bewegliche Komponenten des Fahrzeugs, aber auch für Störeinflüsse. Letztere können beispielsweise magnetische Objekte sein, welche sich während der Überfahrt der Zeilensensoren relativ zum Fahrzeug bewegen und damit den magnetischen Fingerabdruck verfälschen. Bei der Maskierung wird analog zu dem Fall der Radmaskierung vorgegangen.Since these segments of the magnetic fingerprint have changed when at least two spaced line sensors are passed over, they cannot be used for identification. This is particularly the case for moving components of the vehicle, but also for interference. The latter can be magnetic objects, for example, which move relative to the vehicle while crossing the line sensors and thus falsify the magnetic fingerprint. The procedure for masking is analogous to that for wheel masking.
Durch diesen Ansatz ist das System robust gegenüber Störeinflüssen oder Täuschungsversuchen und liefert die nötige Genauigkeit, um z. B. Zufahrtskontrollen zu realisieren. Die Matrix F̃ ' wird dann mit Referenzen
Die Amplitude des erfassten magnetischen Fingerabdrucks skaliert dabei in einer Dipolnäherung mit
Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass auch eine Identifikation möglich ist, wenn die Messeinheit bzw. ein Zeilensensor nicht vollständig vom Fahrzeug passiert wurde. Dies kann z.B. bei Stellplätzen, Rampen oder Zufahrten aufgrund der Beschaffenheit der Fahrzeuge oder der baulichen Gegebenheiten der Fall sein. Die Teilsignatur kann dann trotzdem, unter Berücksichtigung der nicht vollständigen Erfassung, mit einem bereits bekannten vollständig erfassten Fingerabdruck abgeglichen werden. Zur Verbesserung der Detektionsgenauigkeit ist auch eine Kombination mit anderen Sensorsystemen, z. B. optischen Systemen möglich.An advantage of the invention is that identification is also possible when the measuring unit or a line sensor has not been completely passed by the vehicle. This can be the case, for example, with parking spaces, ramps or driveways due to the nature of the vehicles or the structural conditions. The partial signature can then still be compared with an already known, fully captured fingerprint, taking into account the incomplete capture. A combination with other sensor systems, e.g. B. optical systems possible.
Die Erfindung kann besonders vorteilhaft zur Identifikation von Fahrzeugen bei Einlasskontrollen eingesetzt werden. Dazu werden beispielhaft folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
- 1. Start der Aufnahme einer magnetischen Signatur durch einen Auslöser, z. B. das Überschreiten eines Schwellwerts im Magnetfeld.
- 2. Vermessen einer magnetischen Signatur m (1,j) und m (2,j) durch mindestens zwei in der erwarteten Fahrtrichtung zueinander beabstandete Zeilensensoren. Die Vermessung ist abgeschlossen, wenn das gemessene Magnetfeld wieder auf einen zuvor bestimmten und ungestörten Grundzustand zurückfällt, oder nach Ablauf einer bestimmten Zeit.
- 3. Bestimmen der räumlichen und zeitlichen Verschiebung der magnetischen Signaturen zwischen den Zeilensensoren z. B. mithilfe einer 2D-Kreuzkorrelation und anschließende Berechnung eines vektoriellen Geschwindigkeitsprofils
v (t). Zusätzlich kann eine Konsistenzprüfung stattfinden, indem die Signaturen m (1,j)und m (2,j) auf ihre Ähnlichkeit, ausgedrückt z. B. durch den normalisierten Pearson Korrelationskoeffizienten, überprüft werden. Liegt der Koeffizient unterhalb eines Schwellwertes (< 0.7), wird eine Fehlermeldung ausgegeben. - 4. Identifikation veränderlicher Bereiche im Differenzsignal dm (1-2) durch eine Schwellwertdetektion und Berechnung einer binären Matrix B.
- 5. Identifikation der Fahrzeugräder in der binären Matrix B.
- 6. Bestimmung des Gierwinkels α anhand der Fahrzeugquerachsen bzw. der Fahrzeuglängsachsen, die durch die Mittelpunkte der identifizierten Räder verlaufen (siehe
Figuren 2 und 5). - 7. Korrektur der Magnetfeldmessungen und der binären Differenzmatrix B um den Gierwinkel a, beispielsweise durch Anwendung einer geeigneten Drehmatrix.
- 8. Umrechnung der Magnetfeldmessungen Signatur m (1,j) und m (2,j) in magnetische Fingerabdrücke F (1,j) und F (2,j) mithilfe des Geschwindigkeitsprofils
v (t) unund Interpolationsalgorithmen. Anschließende Mittelwertbildung F = ( F (1) + F (2))/2. Überführung der binären Matrix B in B̃ durch Interpolation. - 9. Übermittlung des finalen magnetischen Fingerabdrucks F und der binären Matrix B̃ an einen Identifikationsserver. Falls keine Kommunikationsverbindung besteht, wird der Fingerabdruck, inklusiver noch benötigter Vorprozessierung, mit einer internen Datenbank abgeglichen.
- 10. Maskieren ungeeigneter Segmente, markiert in der binären Differenzmatrix B̃ .
- 11. Vergleich der Matrizen F ' und
- 12. Übermittlung der Ergebnisse an entsprechende Aktoren, z. B. Schranken oder Ampeln.
- 1. Start recording a magnetic signature by a trigger, e.g. B. exceeding a threshold value in the magnetic field.
- 2. Measurement of a magnetic signature m (1, j ) and m (2, j ) by at least two line sensors spaced apart from one another in the expected direction of travel. The measurement is complete when the measured magnetic field falls back to a previously determined and undisturbed basic state, or after a certain time has elapsed.
- 3. Determination of the spatial and temporal displacement of the magnetic signatures between the line sensors z. B. using a 2D cross-correlation and subsequent calculation of a vectorial velocity profile
v ( t ). In addition, a consistency check can take place by checking the similarity of the signatures m (1, j ) and m (2 ,j ) , expressed e.g. e.g. by the normalized Pearson correlation coefficient. If the coefficient is below a threshold value (< 0.7), an error message is issued. - 4. Identification of variable areas in the difference signal dm (1-2) by threshold detection and calculation of a binary matrix B.
- 5. Identification of the vehicle wheels in the binary matrix B.
- 6. Determination of the yaw angle α based on the vehicle transverse axes or the vehicle longitudinal axes, which run through the centers of the identified wheels (see
figures 2 and 5). - 7. Correction of the magnetic field measurements and the binary difference matrix B for the yaw angle a, for example by using a suitable rotation matrix.
- 8. Conversion of the magnetic field measurements signature m (1, j ) and m (2, j ) into magnetic fingerprints F (1, j ) and F (2, j ) using the velocity profile
v ( t ) unand interpolation algorithms. Subsequent averaging F = ( F (1) + F (2) )/2. Conversion of the binary matrix B into B̃ by interpolation. - 9. Transmission of the final magnetic fingerprint F and the binary matrix B̃ to an identification server. If there is no communication connection, the fingerprint, including the pre-processing that is still required, is compared with an internal database.
- 10. Masking inappropriate segments marked in the binary difference matrix B̃ .
- 11. Comparison of the matrices F ' and
- 12. Transmission of the results to the relevant actors, e.g. B. barriers or traffic lights.
Claims (15)
Normieren einer Signalstärke der Magnetometerdaten,
sodass ein skalierter Magnetfelddatensatz erhalten wird,
normalizing a signal strength of the magnetometer data,
so that a scaled magnetic field data set is obtained,
Senden eines Signals, das die Gesamtmasse kodiert, an eine Überwachungsvorrichtung.
Sending a signal encoding total mass to a monitoring device.
Erfassen der Magnetometerdaten und
Identifizieren eines Fahrzeugs oder Fahrzeugtyps anhand der Magnetometerdaten,
dadurch gekennzeichnet, dass
Acquiring the magnetometer data and
Identifying a vehicle or vehicle type based on the magnetometer data,
characterized in that
dadurch gekennzeichnet, dass
characterized in that
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP21214156.8A EP4195176A1 (en) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | Method for identifying vehicles and vehicle identification device |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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EP21214156.8A EP4195176A1 (en) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | Method for identifying vehicles and vehicle identification device |
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EP4195176A1 true EP4195176A1 (en) | 2023-06-14 |
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ID=79230676
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EP (1) | EP4195176A1 (en) |
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- 2021-12-13 EP EP21214156.8A patent/EP4195176A1/en active Pending
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