WO2000004524A2 - Verfahren zur erfassung eines verkehrszustandes von fahrzeugen und anordnung zur erfassung des verkehrszustandes - Google Patents

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WO2000004524A2
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Armin Anders
Matthias Stein
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/01—Detecting movement of traffic to be counted or controlled
    • G08G1/04—Detecting movement of traffic to be counted or controlled using optical or ultrasonic detectors

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a traffic condition of vehicles and a device for detecting such a traffic condition.
  • the detection of the actual traffic condition which is important for optimizing the flow of traffic, has hitherto been carried out using measuring devices on the infrastructure, for example in road traffic using measuring loops in the roadway or by very personnel-intensive traffic counts.
  • these measures are very local and do not allow an overall view.
  • measuring devices on the infrastructure are localized and involve significant costs in both installation and maintenance. For these reasons, these measurement methods are usually limited to a few places.
  • the invention has for its object to provide a method for large-scale detection of a traffic condition of vehicles.
  • An earth satellite orbiting the earth is preferably used as the body (claim 2). Because of its large distance from the earth's surface of the order of 100 km, such a satellite has the advantage that particularly large areas of, for example, 50 by 100 km area, in any case an area which has a diameter of the order of ten kilometers 3), can be monitored.
  • rail-bound land vehicles for example any type of passenger and / or truck
  • rail-bound vehicles for example any type of railroad train for passenger or freight transport
  • watercraft for example any type of passenger and cargo ships both at sea and on inland waterways
  • aircraft for example all types of passenger and cargo aircraft, in previously unknown and impossible ways
  • vehicles can advantageously both separately their type and / or type and regardless of the type and / or type of vehicles are monitored in particular simultaneously.
  • a geostationary earth satellite can also be used as the body, which advantageously enables constant monitoring of traffic in an area of almost the size of an entire hemisphere, for example shipping traffic in the Atlantic or Pacific.
  • Images from the large areas with a sufficiently high resolution can be optically generated from an earth satellite, but this type of recording is dependent on the time of day and weather. If, on the other hand, radar radiation is used to record the images, the images can advantageously be recorded at any time of day and in any weather. However, radar radiation and a radar system must be used that enable images with a sufficiently small grid size that corresponds to a sufficiently large resolution.
  • the lower limit of the grid dimension, at least in relation to road traffic, is a dimension of 2 m, in order to be able to differentiate between lane positions.
  • densities of the road vehicles can be clearly identified and assigned since the vehicles have different degrees of reflection than the travel routes and there are corresponding brightness differences in the images taken.
  • a body in the form of an aircraft can be used in the method according to the invention (claim 5), the aircraft being primarily an aircraft, but also, for example, a balloon and the like.
  • the aircraft being primarily an aircraft, but also, for example, a balloon and the like.
  • the method according to the invention is particularly advantageous for large-scale detection of a state of road traffic and monitoring and guiding road traffic in large cities, but also in smaller cities and / or rural areas, but not limited to this, but, as already mentioned, can in principle also be used for monitoring the movement of railway trains, ships and / or aircraft, especially in port and airport areas.
  • An advantage of the method according to the invention can be seen in its suitability for using the means of georeferencing, which allows a quick and precise assignment between a point of the area and the corresponding point on the image recorded by this area.
  • a local association between a density of vehicles recognized in an image of the area and a traffic route of the area is established by means of georeferencing (claim 10), in particular in the case of artificial earth satellites Allows the recorded images a local assignment of vehicle densities to the respective traffic routes.
  • Monitoring changes in the traffic situation can advantageously be achieved if, after taking an image of the area, at least one further image of the same area is taken and also evaluated with regard to vehicle densities in the area, and if at least two taken images are compared with one another ).
  • a direct optimization of the control algorithms of traffic control systems and traffic light phases can be realized by a comparison before and after the optimization measure.
  • changes made by road construction measures can advantageously be checked and existing simulation programs can be precisely coordinated.
  • At least one sequence of two images (3) of the area (10) is produced by individual snapshots consecutive within one hour. (Claim 12).
  • Such a sequence of images can advantageously be used to record the traffic state and its change in time in real time or at a later point in time, for example in relation to road traffic, for generating current traffic situations for traffic information, for direct control of traffic control systems and for coordination of traffic flow simulations, in addition to which a direct optimization of the control algorithms of traffic control systems and traffic light phases can be implemented by means of a before-after comparison.
  • the evaluations of the recordings can be done manually or at short notice and with less personnel, if there is a system for recognizing the density of motor vehicles on the images and for locally assigning the vehicle densities to the respective traffic routes.
  • the actual evaluation of the recordings can already take place on the body, for example on board the satellite or aircraft.
  • An advantageous arrangement for recording a traffic condition suitable for this purpose has the features specified in claim 13, in which the body located at a distance above the surface of the earth is in particular an earth satellite orbiting the earth, a geostatial earth satellite or an aircraft .
  • the evaluation device converts a certain information content of a recorded image into coded data signals.
  • the evaluation device advantageously generates georeferenced coded data signals (claim 15), with the aid of which a reference to maps for traffic routes to be examined and thus a local association of vehicle densities with respective traffic routes is advantageously established.
  • Information about a traffic condition in the area concerned can be obtained from the coded data signals, preferably with a processing device for processing the data signals in order to obtain information about a traffic condition in the area (claim 16).
  • the processing device is preferably and in particular stationary on the surface of the earth.
  • Information obtained about a traffic condition in the area is used for further use, preferably in the form of data that is only relevant for this use and preferably in a use device provided for this use (claim 17).
  • a use device provided for this use (claim 17).
  • different use devices can be used, which are preferably and in particular stationary on the earth's surface. The invention is explained in more detail in the following description using the figures as an example. Show it:
  • FIG. 1 shows a perspective view of a body located at a distance from the earth's surface, from which at least one image of an area of the earth's surface is taken,
  • FIG. 2 shows an image section from an image of the region of the earth's surface, which is photographed from an artificial satellite orbiting the earth
  • FIG. 3 shows an image section from an image of the region of the earth's surface, which is recorded by means of radar radiation from an artificial satellite orbiting the earth,
  • FIG. 4 shows an image section from an image of the region of the earth's surface, which is photographed from a flying aircraft
  • FIG. 5 shows an image section from an image of the region of the earth's surface, which is recorded by means of radar from a flying aircraft, and
  • Figure 6 shows an exemplary arrangement for detecting a traffic condition.
  • a body 2 is located at a distance a above the earth's surface 1, from which an image of an area 10 is recorded which is located below the body 2 on or in the air space above the earth's surface 1.
  • the body 2 can be an earth satellite or an aircraft.
  • U.N- ter Earth surface 1 is to be understood not only the surface of the mainland but also the water surface of the earth.
  • the body 2 is an artificial satellite orbiting the earth at a distance a of the order of 100 km, which is usual for such satellites.
  • the image is to be recorded with radiation 5, which ensures that a grid dimension in the image is so small that densities of at least one specific type located in area 10
  • Vehicles can be recognized up to a predetermined maximum density.
  • FIG. 2 shows an image section 11 'from an image 3 of the region 10 taken from the satellite 2, it being assumed that this image 3 of the region 10 is photographic, i. is generated with an optical radiation 5 and the image section 11 'corresponds to the relatively small section 11 of the area 10 in FIG.
  • the optical radiation 5 can be ultraviolet, visible and / or infrared light.
  • area 10 is a part of the earth's surface 1 covered with a network of country roads and highways and a section 110 of area 10 leads to a freeway 110 which is used by vehicles.
  • Other recognizable structures of the landscape in section 11 of area 10, such as trees and bushes, houses, other roads, rivers, bridges, etc., are shown in section 11 'of the figure 2 omitted for simplicity.
  • the freeway 110 consists, for example, of two lanes 112 and 113 separated by a green strip 111, each of which has, for example, two lanes 112 ⁇ _, 1122 and 113] _, 1132 separated by a dividing line II23 and II33.
  • the roadway 112 is intended for the direction of travel 114 from bottom to top, the roadway 113 for the direction of travel 115 from top to bottom.
  • Vehicles located on roadways 112 and 113 usually consist of passenger cars, buses and lorries with and without trailers.
  • FIG. 2 for example, there is a single truck or omnibus that is in the lane 113] _ and is designated by 4 ', all other vehicles on the freeway 110 are assumed to be passenger cars, each of which is already known by its own smaller length e visibly differs from the length e 'of the truck or bus. Some copies of passenger cars are designated as 4 for the rest. There are a total of thirteen passenger cars on the section of the highway 110 in the image section 11 '.
  • the density of vehicles in a lane is determined by the distance d between vehicles following one another in the direction of travel (or also opposite to the direction of travel). The greater the distance d between successive vehicles, the smaller the density of the vehicles.
  • the absolute maximum density of vehicles in a lane is given when the vehicles collide without gaps, i.e. if d is zero.
  • the absolute maximum density does not occur in road traffic, apart from singular cases, because the drivers always strive to maintain a minimum distance d greater than zero.
  • the grid dimension r generally determines a maximum density of the vehicles, above which densities of the vehicles, which are determined by distances 0 ⁇ d ⁇ r, do not differ from one another and therefore cannot be recognized because the
  • Vehicles can no longer be kept apart.
  • the photographic recording optics used have such a high resolving power that the grid dimension r is approximately 0.1 m and thus the predetermined maximum density of the vehicles is essentially equivalent to the absolute maximum density, because in relation to the size of vehicles 0.1 m is negligible.
  • the image section 11 'does not come from a photographically recorded image of the area 10, but from an image 3 of the area 10 recorded by means of radar radiation 5.
  • the image section 11 'according to FIG. 3 shows, like the image section 11' according to FIG. 2, only the freeway 110 and the vehicles located thereon, but for the sake of simplicity no further details of the landscape.
  • the image recorded with the radar radiation 5 and thus the image section 11 'according to FIG. 3 have an incomparably larger grid dimension r> 0.5 m in comparison to the photographic image section 11' according to FIG. 2 and thus an incomparably weaker geometric resolution.
  • the grid dimension r is indicated in FIG. 3. Due to this comparatively coarse grid dimension r, in contrast to the image detail 11 'according to FIG. 2, the roadways 112 and 113 as well as the vehicles 4' and 4 on the roadways 112 and 113 each appear blurred in the image detail 11 'according to FIG.
  • the dividing lines II23 and II33 are also no longer visible.
  • the primary cause of the coarse grid dimension r lies in the wavelength of the radar radiation 5 which is larger than the optical wavelength.
  • each vehicle on a carriageway 112 and / or 113 appears as a diffuse spot which advantageously stands out clearly against the background given by this carriageway.
  • the reason for this lies in the favorable circumstance that a roadway or generally the ground has a significantly different reflectivity for the radar radiation 5 than a vehicle thereon.
  • a grid dimension r which is essentially equal to 2 meters, is advantageously sufficient.
  • viscous traffic or traffic jam can be recognized in that the Most of the vehicles in Figure 3 are no longer separated from each other, but rather can essentially be recognized as a continuous queue, because the distances between successive vehicles are close to 2 m.
  • a queue with a length of one or more kilometers certainly indicates a traffic jam if, when comparing two or more images 3, which were taken at different times, there is no movement of at least one end and viscous traffic, if such a comparison is Movement of the snake shows.
  • the lengths of passenger cars differ from each other by significantly less than 2 m and can be recognized as such at a distance d of more than 2 m in the method described here.
  • the lengths of trucks and buses of the same weight class also differ from each other by significantly less than 2 m, but in many cases by more than 2 m from passenger cars. In these cases, in the method described here, trucks and buses of the same weight class can be recognized as such at least in the case of fluid traffic and at a distance d of more than 2 m and can be distinguished from passenger cars. Different types and / or types of vehicles can thus be kept apart and their densities can also be determined individually with the radar radiation, which generates a grid dimension r of 2 m.
  • the body 2 according to FIG. 1 is an aircraft flying at a distance a of 8 to 10 km from the earth's surface 1, from which an image of, for example, a strip-shaped region 10 of the earth's surface 1 is recorded, the region 10 having a length 1 of approximately 9 km and a width b of approximately 5 to 7 km.
  • FIG. 4 shows an image section 11 'from the picture 3 of the area 10 taken from the aircraft 2, it being assumed that this picture 3 is produced photographically and the picture section 11' of the relatively small section 11 of the area 10 in FIG. 1 corresponds.
  • area 10 is now the road traffic network of a city, of which section 11 of area 10 shows a road junction 120 that is used by vehicles.
  • each street 121 and 122 has for example two by a dividing line 1223 I2I3 or separate roadways 121 ⁇ , 1212, 122] _, 1222 au f
  • the roadway 121 ⁇ is provided for a direction of travel 12I4 and the roadway 1212 for the direction of travel I2I5 opposite to a direction of travel I2I4.
  • the lane 122] _ for a driving direction of the road 1224 and 1222 f provided ÜR the 2UR a traveling direction 1224 opposite the direction of travel 1225th
  • intersection 120 there is a traffic light system, not shown, which at the time of the image acquisition was switched, for example, so that the street 122 is red and, for example, consisted of 4 cars without exception on both lanes 122 ⁇ _ and 1222 of this street 122 in front of the Intersection 120 must wait, while the vehicles, which also consist, for example, of passenger cars 4, have green on both lanes 121 ⁇ _ and 1212 of road 121 and are allowed to cross the intersection 120.
  • Ne group 42 for example, five passenger car 4 from a plurality of - Accordingly, for example, four cars 4 and on the roadway 1222 e ⁇ jams on the road 122 before the crossing 120 on the roadway 122_ a group 41 of a plurality.
  • the image section 11 does not come from a photographically recorded image 3 of the area 10, but from an image 3 of the area 10 recorded by means of radar radiation 5.
  • the image section 11 'according to FIG. 5 shows, like the image section ii ' according to FIG. 4, only the intersection 120 with the streets 121 and 122 and the vehicles located thereon, but for the sake of simplicity no further details of the urban landscape.
  • the image 3 taken with the radar radiation 5 and thus the image section 11 'according to FIG. 5 have, compared to the photographically taken picture 3 and thus the image section 11' according to FIG on.
  • each vehicle 4 appears on roads 121 and 122 as a diffuse spot which advantageously stands out clearly against the background given by these roads.
  • each of these groups 41 and 42 appears like a continuous line of vehicles, while the vehicles 4 on the road 121 can be recognized individually.
  • the streets 121 and 122 according to FIGS. 4 and 5 are each a street with oncoming traffic, ie a street with a lane which is intended for one direction of travel and a lane which is intended for the opposite direction of travel, these two lanes only through a dividing line are separated from one another or at least run next to each other at a very short distance.
  • a grid dimension r of 2 m is advantageously sufficient for a clear and reliable assignment of the vehicles to the correct lane and thus the correct direction of travel.
  • the relatively coarse grid dimension r of 2 m has the advantage that it can be easily realized with the advantageous radar radiation 5.
  • the invention is not limited to this coarse grid size, but smaller but also larger grid dimensions can be used, depending on which one is currently favorable according to the circumstances of the individual case. For example, a smaller grid size should be used if it is important to recognize details that are smaller than 2 m.
  • an image of an area 10 is recorded with the radar radiation 5 from a satellite 2 or an aircraft 2, it is expedient to take at least one further image of the area 10 after such an image of the area 10 and also to evaluate the at least one density of the at least one specific type of vehicle 4 located in the area 10 and to compare at least two images recorded in this way.
  • a sequence of at least two images of the region 10 is preferably produced by chronologically successive individual snapshots.
  • an image recording device 20 In the arrangement for detecting a traffic condition shown in FIG. 6, there is an image recording device 20 present, which is attached to a body 2 located at a distance a above the earth's surface 1. This image recording device 20 is used to record an image 3 of an area 10 which is located below the body 2 on and / or above the earth's surface 1 and has a lateral diameter of at least one kilometer.
  • the image is recorded with a pitch r that is so small that densities of at least one specific type of vehicle located in area 10, for example passenger cars 4 or buses or lorries 4 'in FIGS. 2 and 3, can be recognized up to the maximum density determined by pitch r are.
  • an evaluation device 21 for evaluating the recorded image 3 with respect to at least one
  • Density of at least one type of vehicle is present, which can be present in the body 2.
  • the grid dimension r should be so small that on the image of the area 10 there is a local association between at least one density of at least one type of vehicle, for example vehicles 4 or 4 'and at least one traffic route 110 available for this type of vehicle 4 121, 122 of area 10 can be seen.
  • a grid dimension r of 2 m is sufficient for this.
  • the evaluation device 21 is designed, for example, in such a way that it converts a certain information content of a recorded image 3 into coded data signals 22.
  • the image recording device 20 and evaluation device 21 can be realized by the fully geocoded interferometric radar with synthetic aperture developed for field recordings for purposes other than the detection of a traffic condition, which is known from the TRANS catalog of MST Aerospace GmbH, Cologne, Federal Republic of Germany. who has no suggestions or references in relation to the present Invention there.
  • this system is particularly suitable for large-scale detection of a state of road traffic, be it via an earth satellite or via an aircraft.
  • the coded data signals 22 generated by the evaluation device 21 are transmitted to a processing device 30, which processes the data signals 22 to obtain information about a traffic condition in the area 10, for example with the aid of a computer.
  • the processing device 30 is preferably accommodated in a ground station on the earth's surface 1.
  • the transmission of the coded data signals 22 are preferably transmitted in the form of electromagnetic waves from the body 2 through the free space to the ground station.
  • the information about a traffic condition in the area 10 obtained in the processing device 30 from the data signals 22 can be fed via various transmission paths or information channels to one or more different usage devices for using such information.
  • a usage device can be, for example, a radio transmitter 40, by means of which the road users can be informed about the traffic situation in the area 10 via radio, a device 50, which, for example, makes predictions about the traffic development in the area 10 by means of before and after comparisons and much more.
  • the device 50 can forward its forecasts to a traffic control center 60, which can use them to control the flow of traffic on the roads, for example via variable display devices 70 which display target speeds to the road users.
  • Images 3 of one and the same area 10 can also be evaluated and / or compared with one another, from different bodies 2, for example from a satellite and have been recorded from an aircraft, in particular also if these images have different grid dimensions.

Abstract

Von einem in einem Abstand über der Erdoberfläche sich befindenden Körper (2) aus wird ein Bild (3) von einem Gebiet (10) aufgenommen, das sich unterhalb des Körpers auf oder über der Erdoberfläche (1) befindet und einen Durchmesser (b, l) von mindestens einem Kilometer aufweist. Das aufgenommene Bild ist vollgeokodiert und weist ein so kleines Rastermass (r) auf, dass im Gebiet befindliche Fahrzeugdichten erkannt werden können. Das aufgenommene Bild wird hinsichtlich dieser Fahrzeugdichten und deren örtlicher Zuordnung zu den zugehörigen Verkehrswegen ausgewertet. Anwendung: Weiträumige Erfassung des Strassenverkehrszustandes.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Erfassung eines Verkehrszustandes von Fahrzeugen und Anordnung zur Erfassung des Verkehrszustandes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung eines Verkehrszustandes von Fahrzeugen und eine Einrichtung zur Erfassung eines solchen Verkehrszustandes.
Für den zielführenden Einsatz von Verkehrsleitsystemen, eine sinnvolle Abstimmung der Schaltphasen von Lichtsignalanlagen als auch für die verkehrsgerechte Bestimmung von Verkehrswegebaumaßnahmen ist eine möglichst umfassende rechnergestützte Simulation und Prognostik von Verkehrsströmen notwen- dig. Zur Abstimmung der dazu verwendeten Programme mit den realen Verhältnissen müssen allerdings umfassende Kenntnisse über die tatsächliche Verkehrslage in den zu betrachtenden Gebieten vorhanden sein. Hierbei ist es insbesondere in Ballungsgebieten nicht ausreichend, nur einzelne Verkehrswege bezüglich der Verkehrsströme zu erfassen, sondern es wird ein möglichst vollständiges Verkehrslagebild einschließlich eventueller Alternativrouten, Ausweichstrecken usw. benötigt.
Die zur Optimierung des Verkehrsflusses wichtige Erfassung des Ist-Verkehrszustandes wird bislang über Meßvorrichtungen an der Infrastruktur, beispielsweise im Straßenverkehr über Meßschleifen in der Fahrbahn oder durch sehr personalintensive Verkehrszählungen, durchgeführt. Diese Maßnahmen sind allerdings sehr stark lokal beschränkt und ermöglichen keinen Gesamtüberblick. Des weiteren haben sie, je nach richtiger oder falscher Wahl des Meßortes, möglicherweise nur geringe Aussagekraft. Zudem sind Meßvorrichtungen an der Infrastruktur ortsgebunden und mit deutlichen Kosten sowohl bei der Installation als auch beim Unterhalt verbunden. Aus diesen Gründen sind diese Meßmethoden in der Regel auf wenige Stellen beschränkt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur großräumigen Erfassung eines Verkehrszustandes von Fahrzeugen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.
Gemäß dieser Lösung wird von einem in einem Abstand über der Erdoberfläche sich befindenden Körper aus ein Bild von einem Gebiet, das sich unterhalb des Körpers auf und/oder über der Erdoberfläche befindet und einen lateralen Durchmesser von mindestens einem Kilometer aufweist, mit einem so kleinen Rastermaß aufgenommen, daß Dichten zumindest einer bestimmten im Gebiet befindlichen Art Fahrzeuge bis zu einer vorbestimm- ten maximalen Dichte zu erkennen sind, und das aufgenommene Bild wird hinsichtlich wenigstens einer Dichte zumindest der einen Art Fahrzeuge ausgewertet.
Als Körper wird vorzugsweise ein die Erde umkreisender Erdsa- tellit verwendet (Anspruch 2). Ein solcher Satellit hat wegen seines großen Abstandes von der Erdoberfläche in der Größenordnung von 100 km den Vorteil, daß besonders große Gebiete von beispielsweise 50 mal 100 km Fläche, jedenfalls ein Gebiet, das einen Durchmesser in der Größenordnung von zehn Ki- lometern aufweist (Anspruch 3), überwacht werden können.
Damit kann vorteilhafterweise ein Verkehr jeder Gattung und/oder Art Fahrzeuge, darunter schienenungebundene Landfahrzeuge, beispielsweise jede Art Personen- und/oder Last- kraftwagen, schienengebundene Fahrzeuge, beispielsweise jede Art Eisenbahnzüge für den Personen- oder Güterverkehr, Wasserfahrzeuge, beispielsweise jede Art Passagier- und Frachtschiffe sowohl auf See als auch auf Binnenwasserstraßen sowie Luftfahrzeuge, beispielsweise jede Art Passagier- und Fracht- flugzeug, in bislang nicht bekannter und nicht möglicher
Großräumigkeit schnell und sicher überwacht werden. Insbesondere können vorteilhafterweise Fahrzeuge sowohl getrennt nach deren Gattung und/oder Art als auch ungeachtet der Gattung und/oder Art der Fahrzeuge insbesondere gleichzeitig überwacht werden.
Mit einem einzigen die Erde umkreisenden Satelliten können alle zwei bis vier Tage Einzelbilder und zeitliche Folgen von Bildern vom selben Gebiet angefertigt werden.
Als Korper kann auch ein geostationarer Erdsatellit verwendet werden (Anspruch 4), der vorteilhafterweise eine standige Überwachung eines Verkehrs in einem Gebiet von beinahe der Große einer ganzen Hemisphäre, beispielsweise des Schiffsverkehrs im Atlantik oder Pazifik ermöglicht.
Von einem Erdsatelliten aus können Bilder der großen Gebiete mit ausreichend großer Auflosung optisch erzeugt werden, jedoch ist diese Aufnahmeart tageszeit- und wetterabhangig. Wird dagegen zur Aufnahme der Bilder eine Radarstrahlung verwendet, können die Bilder vorteilhafterweise zu jeder Tages- zeit und bei πedem Wetter aufgenommen werden. Allerdings müssen eine Radarstrahlung und ein Radarsystem verwendet werden, die Bilder mit einem ausreichend kleinen Rastermaß, das einer ausreichend großen Auflosung entspricht, ermöglichen. Als untere Grenze des Rastermaßes wird zumindest in bezug auf den Straßenverkehr ein Maß von 2 m angesehen, um Spurlagen differenzieren zu können. Dabei können Dichten der Straßenfahrzeuge eindeutig erkannt und zugeordnet werden, da die Fahrzeuge andere Reflexionsgrade als die Fahrwege besitzen und damit entsprechende Helligkeitsunterschiede in den aufgenom- menen Bildern bestehen.
Anstelle eines Korpers in Form eines Satelliten kann bei dem erfmdungsgemaßen Verfahren ein Korper in Form eines Luftfahrzeugs verwendet werden (Anspruch 5), wobei als Luftfahr- zeug in erster Linie ein Flugzeug, aber auch beispielsweise ein Ballon und ahnliches m Frage kommen. Vom Flugzeug aus sind beispielsweise Bilder von Gebieten einer Breite von fünf bis sieben Kilometern realisierbar, jedenfalls Gebiete die einen Durchmesser in der Größenordnung von einem Kilometer aufweisen (Anspruch 6) .
Um auch in diesem Fall unabhängig von der Tageszeit und dem Wetter zu sein empfiehlt es sich wiederum, die Bilder nicht optisch sondern mittels Radar, vorteilhafterweise SAR, aufzunehmen. Auch hier wird zumindest in bezug auf den Straßenverkehr 2 m als untere Grenze des Rastermaßes angesehen.
In jedem Fall ist es somit vorteilhaft, ein Bild mittels einer Radarstrahlung aufzunehmen (Anspruch 7).
Wenn die Bilder mit Hilfe der Interferometrie (Anspruch 8) und/oder des Dopplereffekts aufgenommen (Anspruch 9) werden, ist es vorteilhafterweise möglich, neben den Fahrzeugdichten auch Geschwindigkeiten der Fahrzeuge zu erfassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft zum großräumigen Erfassen eines Zustandes des Straßenverkehrs und Überwachen und Leiten des Straßenverkehrs in Großstädten, aber auch in kleineren Städten und/oder ländlichen Gebieten geeignet, aber nicht darauf beschränkt, sondern kann, wie schon erwähnt, prinzipiell auch zur Überwachung der Bewegung von Eisenbahnzügen, Schiffen und /oder Flugzeugen, besonders in Hafengebieten und Flughafengebieten eingesetzt werden.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in seiner Eignung zum Einsatz des Mittels der Georeferenzierung zu se- hen, das eine schnelle und genaue Zuordnung zwischen einem Punkt des Gebiets und dem entsprechenden Punkt auf dem von diesem Gebiet aufgenommenen Bild erlaubt. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine örtliche Zuordnung zwischen einer auf einem Bild des Ge- biets erkannten Dichte von Fahrzeugen und einem Verkehrsweg des Gebiets mittels Georeferenzierung hergestellt (Anspruch 10), die insbesondere bei von künstlichen Erdsatelliten aus aufgenommenen Bildern eine örtliche Zuordnung von Fahrzeugdichten zu den jeweiligen Verkehrswegen erlaubt.
Eine Überwachung von Veränderungen der Verkehrslage kann vor- teilhafterweise erreicht werden, wenn nach Aufnahme eines Bildes des Gebiets zumindest ein weiteres Bild des gleichen Gebiets aufgenommen und ebenfalls hinsichtlich im Gebiet befindlicher Fahrzeugdichten ausgewertet wird, und wenn zumindest zwei aufgenommene Bilder miteinander verglichen werden (Anspruch 11). Dadurch ist vorteilhafterweise z.B. in bezug auf den Straßenverkehr, eine direkte Optimierung der Regelungsalgorithmen von Verkehrsleitsystemen und Ampelphasen durch einen Vergleich vor und nach der Optimierungsmaßnahme realisierbar. Zudem können vorteilhafterweise durch Straßen- baumaßnahmen erzielte Veränderungen überprüft und vorhandene Simulationsprogramme exakt abgestimmt werden.
Besonders vorteilhaft ist es in diesem Fall, wenn wenigstens eine Folge von zwei Bildern (3) des Gebiets (10) durch zeit- lieh innerhalb einer Stunde aufeinanderfolgende einzelne Momentaufnahmen hergestellt wird. (Anspruch 12) . Eine solche Folge von Bildern kann vorteilhaft zur Erfassung des Verkehrszustandes und dessen zeitlicher Änderung in Realzeit oder auch zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden, bei- spielsweise in bezug auf den Straßenverkehr zur Erzeugung von aktuellen Verkehrslagen für Verkehrsinformationen, die direkte Ansteuerung von Verkehrsleitsystemen und zur Abstimmung von Verkehrsflußsimulationen , wobei zusätzlich eine direkte Optimierung der Regelungsalgorithmen von Verkehrsleitsystemen und Ampelphasen durch einen Vorher-Nachher-Vergleich realisierbar ist. Die Auswertung der Aufnahmen kann manuell oder aber kurzfristiger und mit geringerem Personaleinsatz maschinell erfolgen, wenn ein System zur Erkennung der Dichte von Kraftfahrzeugen auf den Bildern und zur örtlichen Zuordnung der Fahrzeugdichten zu den jeweiligen Verkehrswegen vorhanden ist . Die eigentliche Auswertung der Aufnahmen kann schon beim Körper, beispielsweise an Bord des Satelliten oder Luftfahrzeugs erfolgen. Eine für diesen Zweck geeignete vorteilhafte Anordnung zur Erfassung eines Verkehrszustandes weist die im An- spruch 13 angegeben Merkmale auf, bei welcher der in einem Abstand über der Erdoberfläche sich befindende Körper insbesondere ein die Erde umkreisender Erdsatellit, ein geostatio- närer Erdsatellit oder ein Luftfahrzeug ist.
Gemäß einer in Anspruch 14 angegebenen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung wandelt die Auswerteeinrichtung einen bestimmten Informatiosgehalt eines aufgenommenen Bildes in kodierte Datensignale um.
Die Auswerteeinrichtung erzeugt vorteilhafterweise georefe- renzierte kodierte Datensignale (Anspruch 15) , mit deren Hilfe vorteilhafterweise ein Bezug zu Landkarten für zu untersuchende Verkehrswege und damit eine örtliche Zuordnung von Fahrzeugdichten zu jeweiligen Verkehrswegen hergestellt wird.
Aus den kodierten Datensignalen kann eine Information über einen Verkehrszustand im betreffenden Gebiet gewonnen werden, vorzugsweise mit einer Verarbeitungseinrichtung zu einer Ver- arbeitung der Datensignale zur Gewinnung einer Information über einen Verkehrszustand im Gebiet (Anspruch 16) . Die Verarbeitungseinrichtung befindet sich vorzugsweise und insbesondere stationär auf der Erdoberfläche.
Eine über einen Verkehrszustand gewonnene Information im Gebiet wird einer weiteren Nutzung zugeführt, vorzugsweise in Form von Daten, die nur für diese Nutzung relevant sind und vorzugsweise in einer für diese Nutzung vorgesehenen Nutzungseinrichtung (Anspruch 17). Für verschiedenartige Nutzun- gen der über einen Verkehrszustand können verschiedene Nutzungseinrichtungen verwendet werden die sich vorzugsweise und insbesondere stationär auf der Erdoberfläche befinden. Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in perspektivischer Darstellung einen in einem Abstand von der Erdoberfläche befindlichen Körper, von dem zumindest ein Bild eines Gebiets der Erdoberfläche aufgenommen wird,
Figur 2 einen Bildausschnitt aus einem Bild des Gebiets der Erdoberfläche, das von einem die Erde umkreisenden künstlichen Satelliten aus photographisch aufgenommen ist,
Figur 3 einen Bildausschnitt aus einem Bild des Gebiets der Erdoberfläche, das von einem die Erde umkreisenden künstlichen Satelliten aus mittels Radarstrahlung aufgenommen ist,
Figur 4 einen Bildausschnitt aus einem Bild des Gebiets der Erdoberfläche, das von einem fliegenden Flugzeug aus photographisch aufgenommen ist,
Figur 5 einen Bildausschnitt aus einem Bild des Gebiets der Erdoberfläche, das von einem fliegenden Flugzeug aus mittels Radar aufgenommen ist, und
Figur 6 eine beispielhafte Anordnung zur Erfassung eines Verkehrszustandes .
Die Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Nach Figur 1 befindet sich in einem Abstand a über der Erdoberfläche 1 ein Körper 2, von dem aus ein Bild von einem Ge- biet 10 aufgenommen wird, das sich unterhalb des Körpers 2 auf oder im Luftraum über der Erdoberfläche 1 befindet. Der Körper 2 kann ein Erdsatellit oder ein Luftfahrzeug sein. Un- ter Erdoberfläche 1 ist nicht nur die Oberfläche des Festlandes sondern auch die Wasseroberfläche der Erde zu verstehen.
Es sei angenommen, daß der Körper 2 ein künstlicher Satellit ist, der die Erde in einem für solche Satelliten üblichen Abstand a umkreist, der in der Größenordnung von 100 km liegt.
Von diesem Satelliten 2 aus wird ein Bild eines beispielsweise streifenförmigen Gebiets 10 einer Länge 1 von etwa 100 km und einer Breite b von etwa 50 km aufgenommen. In der Figur 1 ist die Krümmung der Erdoberfläche 1 vernachlässigt.
Das Bild ist mit einer Strahlung 5 aufzunehmen, die gewährleistet, daß im Bild ein Rastermaß so klein ist, daß Dichten zumindest einer bestimmten im Gebiet 10 befindlichen Art
Fahrzeuge bis zu einer vorbestimmten maximalen Dichte zu erkennen sind.
In der Figur 2 ist ein Bildausschnitt 11' aus einem vom Sa- telliten 2 aus aufgenommen Bild 3 des Gebiets 10 dargestellt, wobei angenommen sei, daß dieses Bild 3 des Gebiets 10 photographisch, d.h. mit einer optischen Strahlung 5 erzeugt ist und der Bildausschnitt 11' dem relativ kleinen Ausschnitt 11 des Gebiets 10 in Figur 1 entspricht. Die optische Strahlung 5 kann ultraviolettes, sichtbares und/oder infrarotes Licht sein.
In diesem photographisch aufgenommenen Bild 3 des Gebiets 10 und damit auch im Bildausschnitt 11' liegt ein Rastermaß vor, das durch die Wellenlänge der verwendeten optischen Strahlung 5 und das Auflösungsvermögen einer Aufnahmeoptik bestimmt ist. Es sind in diesem Fall Rastermaße weit unter 0,5 m möglich, so daß Gegenstände wie einzelne Fahrzeuge einigermaßen scharf umrissen abgebildet werden.
Beispielsweise sei das Gebiet 10 ein mit einem Netz aus Landstraßen und Autobahnen überzogener Teil der Erdoberfläche 1 und durch den Ausschnitt 11 des Gebiets 10 führe eine von Fahrzeugen befahrene Autobahn 110. Sonstige erkennbaren Strukturen der Landschaft im Ausschnitt 11 des Gebiets 10 wie beispielsweise Bäume und Sträucher, Häuser, weitere Straßen, Flüsse, Brücken usw. sind im Bildausschnitt 11' nach Figur 2 der Einfachheit halber fortgelassen.
Die Autobahn 110 besteht beispielsweise aus zwei durch einen Grünstreifen 111 voneinander getrennten Fahrbahnen 112 und 113, deren jede beispielsweise zwei durch eine Trennlinie II23 bzw. II33 voneinander getrennte Fahrspuren 112ι_, 1122 bzw. 113]_, 1132 aufweist.
Die Fahrbahn 112 sei für die Fahrtrichtung 114 von unten nach oben, die Fahrbahn 113 für die Fahrtrichtung 115 von oben nach unten vorgesehen.
Auf den Fahrbahnen 112 und 113 befindliche Fahrzeuge bestehen üblicherweise aus Personenkraftwagen, Omnibussen und Last- kraftwagen mit und ohne Hänger. In der Figur 2 sind beispielsweise ein einziger Lastkraftwagen oder Omnibus vorhanden, der sich auf der Fahrspur 113]_ befindet und mit 4' bezeichnet ist, alle übrigen Fahrzeuge auf der Autobahn 110 sind als Personenkraftwagen angenommen, deren jeder sich al- lein schon durch seine kleinere Länge e im Vergleich zur Länge e' des Lastkraftwagens oder Omnibusses sichtbar unterscheidet. Einige Exemplare Personenkraftwagen sind stellvertretend für die übrigen mit 4 bezeichnet. Insgesamt befinden sich dreizehn Personenkraftwagen auf dem Abschnitt der Auto- bahn 110 im Bildausschnitt 11' .
Unter der Annahme von Rechtsverkehr sind beispielsweise auf der rechten Fahrspur 113]_ der Fahrbahn 113 hinter dem Lastkraftwagen oder Omnibus 4' z.B. drei Personenkraftwagen 4 dicht aufeinandergefahren, da beispielsweise der Lastkraftwagen oder Omnibus mit 4' gerade von schneller fahrenden Personenkraftwagen 4 auf der linken Fahrspur 1132 überholt wird und die drei Personenkraftwagen 4 hinter dem Lastkraftwagen oder Omnibus mit 4' warten müssen, bis die linke Fahrspur 1132 wieder frei ist.
Die Dichte von Fahrzeugen auf einer Fahrspur ist durch den Abstand d zwischen in Fahrtrichtung (oder auch entgegengesetzt zur Fahrtrichtung) aufeinanderfolgenden Fahrzeugen bestimmt. Je größer der Abstand d zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen ist, desto kleiner ist die Dichte der Fahrzeuge.
Beim Beispiel nach Figur 2 liegt in der aus dem Lastkraftwagen oder Omnibus 4' und den drei dahinter dicht aufgefahrenen Personenkraftwagen 4 bestehenden Fahrzeuggruppe 40 eine maximale Dichte der Fahrzeuge vor, da in dieser Gruppe 40 der Ab- stand dO zwischen den aufeinanderfolgenden Fahrzeugen 4' und 4 im Vergleich zu den Abständen d, die zwischen den nicht zur Gruppe 40 gehörenden aufeinanderfolgenden Fahrzeugen 4 vorhanden sind, ersichtlich minimal ist.
Die absolut maximale Dichte von Fahrzeugen auf einer Fahrspur ist gegeben, wenn die Fahrzeuge lückenlos aneinanderstoßen, d.h. wenn d gleich null ist. Im Straßenverkehr kommt die absolut maximale Dichte, abgesehen von singulären Fällen, nicht vor, da die Fahrzeuglenker bestrebt sind immer einen minima- len Abstand d größer null einzuhalten.
Das Rastermaß r bestimmt generell eine maximale Dichte der Fahrzeuge, oberhalb welcher Dichten der Fahrzeuge, die durch Abstände 0 < d < r bestimmt sind nicht voneinander unter- schieden und damit nicht erkannt werden können, weil die
Fahrzeuge nicht mehr auseinandergehalten werden können. Dagegen können Fahrzeuge mit Abständen d > r auseinandergehalten werden und Dichten dieser Fahrzeuge, die durch Abstände d, welche ein ganzzahliges Vielfaches des Rastermaßes r bestimmt sind, voneinander unterschieden und damit erkannt werden. Liegt die maximale Dichte d =r der Fahrzeuge vor, läßt sich mit Hilfe des Rastermaßes r eine untere Grenze für die in der kontinuierlich erscheinenden Schlange aus nicht unterscheidbaren Fahrzeugen enthaltenen Zahl Fahrzeuge angeben.
Bezüglich der Figur 2 ist beispielsweise angenommen, daß die verwendete photographische Aufnahmeoptik ein so großes Auflösungsvermögen aufweist, daß das Rastermaß r etwa 0,1 m beträgt und somit die vorbestimmte maximale Dichte der Fahr- zeuge im wesentlichen gleichbedeutend mit der absoluten maximalen Dichte ist, weil in bezug auf die Größe von Fahrzeugen 0,1 m vernachlässigbar gering ist.
Bezüglich der Figur 3 ist angenommen, daß der Bildausschnitt 11' nicht aus einem photographisch aufgenommenen Bild des Gebiets 10, sondern aus einem mittels einer Radarstrahlung 5 aufgenommenen Bild 3 des Gebiets 10 stammt.
Der Bildausschnitt 11' nach Figur 3 zeigt wie der Bildaus- schnitt 11' nach Figur 2 nur die Autobahn 110 und die darauf befindlichen Fahrzeuge, aber der Einfachheit halber keine weiteren Details der Landschaft.
Es sei weiter angenommen, daß das mit der Radarstrahlung 5 aufgenommene Bild 3 zum gleichen Zeitpunkt wie das photographische Bild 3 vom Satelliten 2 aus aufgenommenen worden ist, so daß sich im Bildausschnitt 11' nach Figur 3 die Fahrzeuge 4' und 4 im gleichen Verkehrszustand wie im Bildausschnitt 11' nach Figur 2 auf der Autobahn 110 befinden.
Das mit der Radarstrahlung 5 aufgenommene Bild und damit der Bildausschnitt 11' nach Figur 3 weisen im Vergleich zum photographischen Bildausschnitt 11' nach Figur 2 ein ungleich größeres Rastermaß r > 0,5 m und damit eine ungleich schwä- chere geometrische Auflösung auf. Das Rastermaß r ist in der Figur 3 angedeutet. Aufgrund dieses vergleichsweise groben Rastermaßes r erscheinen im Bildausschnitt 11' nach Figur 3 im Unterschied zum Bildausschnitt 11' nach Figur 2 die Fahrbahnen 112 und 113 sowie die Fahrzeuge 4' und 4 auf den Fahrbahnen 112 und 113 jeweils unscharf begrenzt. Auch sind die Trennlinien II23 und II33 sind nicht mehr zu erkennen. Die primäre Ursache für das grobe Rastermaß r liegt in der zur optischen Wellenlänge ungleich größeren Wellenlänge der Radarstrahlung 5.
Überdies erscheint jedes Fahrzeug auf einer Fahrbahn 112 und/oder 113 als ein diffuser Fleck, der sich gegen den durch diese Fahrbahn gegebenen Hintergrund vorteilhafterweise deutlich abhebt. Die Ursache dafür liegt in dem günstigen Umstand, daß eine Fahrbahn oder generell der Erdboden gegenüber einem darauf befindlichen Fahrzeug für die Radarstrahlung 5 ein deutlich anderes Reflexionsvermögen aufweist.
In dem durch die Radarstrahlung 5 aufgenommenen Bild und damit im Bildausschnitt 11' können Objekte und Abstände, die kleiner als das Rastermaß r sind, nicht mehr wahrgenommen werden .
Bei dem hier beschriebenen Verfahren reicht vorteilhafterweise ein Rastermaß r aus, das im wesentlichen gleich 2 Meter ist.
Bei diesem Rastermaß r = 2 m können kleine über mittlere bis starke Dichten von Fahrzeugen, die einem mäßigen, mittleren und starken Verkehr entsprechen, auf dem Bild 3 des Gebiets 10 insofern erkannt und voneinander unterschieden werden, als die Fahrzeuge und Abstände zwischen den aufeinanderfolgenden Fahrzeugen im wesentlichen einzeln erkennbar sind und sich diese Abstände im Durchschnitt bei mäßigem, mittleren und starken Verkehr jeweils deutlich voneinander unterscheiden.
Andererseits kann bei diesem Rastermaß r = 2 m zähflüssiger Verkehr oder Verkehrstau dadurch erkannt werden, daß die Fahrzeuge auf dem Bild 3 größtenteils nicht mehr voneinander getrennt, sondern vielmehr im wesentlichen als eine kontinuierliche Schlange zu erkennen sind, weil die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen nahe bei 2 m liegen. Insbesondere zeigt eine solche Schlange bei einer Länge von einem oder mehreren Kilometern sicher einen Stau an, wenn bei einem Vergleich zweier oder mehrerer Bilder 3, die zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommen worden sind, keine Bewegung zumindest eines Endes und zähflüssigen Verkehr, wenn ein solcher Vergleich eine Bewegung der Schlange erkennen läßt.
Bei den Figuren 2 und 3 ist beispielhaft und allerdings etwas unrealistisch angenommen, daß der Abstand dO zwischen den aufeinanderfolgenden vier Fahrzeugen 4' und 4 der Fahrzeug- gruppe 40 jeweils nahe bei oder gleich 2 m ist. Demnach erscheint diese Gruppe 40 wie eine kontinuierliche Fahrzeugschlange .
Die Längen von Personenkraftwagen unterscheiden sich um deut- lieh weniger als 2 m voneinander und können bei einem Abstand d von mehr als 2 m bei dem hier beschriebenen Verfahren als solche erkannt werden. Auch die Längen von Lastkraftwagen und Omnibussen der gleichen Gewichtsklasse unterscheiden sich um deutlich weniger als 2 m voneinander aber in vielen Fällen um mehr als 2 m von Personenkraftwagen. In diesen Fällen können bei dem hier beschriebenen Verfahren Lastkraftwagen und Omnibusse der gleichen Gewichtsklasse zumindest bei flüssigem Verkehr und bei einem Abstand d von mehr als 2 m als solche erkannt und von Personenkraftwagen unterschieden werden. Es können somit verschiedene Gattungen und/oder Arten von Fahrzeugen auseinandergehalten und deren Dichten auch mit der Radarstrahlung individuell festgestellt werden, die ein Rastermaß r von 2 m erzeugt.
In bezug auf die Figuren 4 und 5 ist angenommen, daß der Körper 2 nach Figur 1 ein in einem Abstand a von 8 bis 10 km von der Erdoberfläche 1 fliegendes Flugzeug ist, von welchem aus ein Bild eines beispielsweise streifenförmigen Gebiets 10 der Erdoberfläche 1 aufgenommen wird, wobei das Gebiet 10 eine Länge 1 von etwa 9 km und eine Breite b von etwa 5 bis 7 km aufweist.
In der Figur 4 ist ein Bildausschnitt 11' aus dem vom Flugzeug 2 aus aufgenommen Bild 3 des Gebiets 10 dargestellt, wobei angenommen ist, daß dieses Bild 3 photographisch erzeugt ist und der Bildausschnitt 11' dem relativ kleinen Ausschnitt 11 des Gebiets 10 in Figur 1 entspricht.
Beispielsweise sei jetzt das Gebiet 10 das Straßenverkehrsnetz einer Stadt, von welchem der Ausschnitt 11 des Gebiets 10 eine von Fahrzeugen befahrene Straßenkreuzung 120 zeigt. Sonstige erkennbaren Strukturen der Stadtlandschaft im Ausschnitt 11 des Gebiets 10 wie beispielsweise Bäume und Sträucher, Häuser, weitere Straßen, Flüsse, Brücken usw. sind im Bildausschnitt 11' nach Figur 4 der Einfachheit halber fortgelassen.
In der Kreuzung 120 kreuzen sich beispielsweise zwei Straßen 121 und 122. Jede Straße 121 und 122 weist beispielsweise zwei durch eine Trennlinie I2I3 bzw. 1223 voneinander getrennte Fahrbahnen 121χ, 1212 bzw. 122]_, 1222 auf-
Bei der Straße 121 ist die Fahrbahn 121χ für eine Fahrrichtung 12I4 und die Fahrbahn 1212 für die zur einen Fahrrichtung I2I4 entgegengesetzte Fahrrichtung I2I5 vorgesehen. Bei der Straße 122 ist die Fahrbahn 122 ]_ für eine Fahrrichtung 1224 und die Fahrbahn 1222 für die 2ur einen Fahrrichtung 1224 entgegengesetzte Fahrrichtung 1225 vorgesehen.
An der Kreuzung 120 ist eine nicht dargestellte Ampelanlage vorhanden, die im Moment der Bildaufnahme beispielsweise so geschaltet war, daß die Straße 122 rot hat und die z.B. ausnahmslos aus Personenkraftwagen 4 bestehenden Fahrzeuge auf beiden Fahrbahnen 122ι_ und 1222 dieser Straße 122 vor der Kreuzung 120 warten müssen, während die beispielsweise ebenfalls ausnahmslos aus Personenkraftwagen 4 bestehenden Fahrzeuge auf beiden Fahrbahnen 121ι_ und 1212 der Straße 121 grün haben und die Kreuzung 120 überqueren dürfen.
Demgemäß staut sich auf der Straße 122 vor der Kreuzung 120 auf der Fahrbahn 122_ eine Gruppe 41 aus mehreren, beispielsweise vier Personenkraftwagen 4 und auf der Fahrbahn 1222 e^-~ ne Gruppe 42 aus mehreren, beispielsweise fünf Personen- kraftwagen 4.
Bezüglich der Figur 5 ist angenommen, daß der Bildausschnitt 11- nicht aus einem photographisch aufgenommenen Bild 3 des Gebiets 10, sondern aus einem mittels einer Radarstrahlung 5 aufgenommenen Bild 3 des Gebiets 10 stammt.
Der Bildausschnitt 11' nach Figur 5 zeigt wie der Bildausschnitt ii' nach Figur 4 nur die Kreuzung 120 mit den Straßen 121 und 122 und die darauf befindlichen Fahrzeuge, aber der Einfachheit halber keine weiteren Details der Stadtlandschaft .
Das mit der Radarstrahlung 5 aufgenommene Bild 3 und damit der Bildausschnitt 11' nach Figur 5 weisen im Vergleich zum photographisch aufgenommenen Bild 3 und damit dem Bildausschnitt 11' nach Figur 4 das ungleich größere Rastermaß r von beispielsweise 2 m und damit eine ungleich schwächere geometrische Auflösung auf.
Es sei auch hier angenommen, daß das mit der Radarstrahlung 5 aufgenommene Bild 3 zum gleichen Zeitpunkt wie das photographische Bild 3 vom Flugzeug 2 aus aufgenommenen worden ist, so daß sich im Bildausschnitt 11' nach Figur 5 die Fahrzeuge 4 im gleichen Verkehrszustand wie im Bildausschnitt 11' nach Figur 4 auf den sich kreuzenden Straßen 121 und 122 befinden. Aufgrund dieses vergleichsweise groben Rastermaßes r erscheinen auch im Bildausschnitt 11' nach Figur 5 im Unterschied zum Bildausschnitt 11' nach Figur 4 die Straßen 121 und 122 sowie die Fahrzeuge 4 auf den Straßen 121 und 122 jeweils un- scharf begrenzt. Auch sind die Trennlinien I2I3 bzw. 1223 nicht mehr zu erkennen.
Auch in diesem Fall erscheint jedes Fahrzeug 4 auf den Straßen 121 und 122 als ein diffuser Fleck, der sich gegen den durch diese Straßen gegebenen Hintergrund vorteilhafterweise deutlich abhebt. Die Ursache dafür liegt wiederum in dem günstigen Umstand, daß eine Fahrbahn oder generell der Erdboden gegenüber einem darauf befindlichen Fahrzeug für die Radarstrahlung 5 ein deutlich anderes Reflexionsvermögen aufweist.
Es sei angenommen, daß in jeder Gruppe 41 und 42 aus Fahrzeugen 4 auf der Straße 122 jeder Abstand dO zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen 4 kleiner als das Rastermaß r ist, während auf jeder Fahrbahn 121]_ und 1212 und der Straße 121 jeder Abstand d zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen 4 größer als das Rastermaß r ist. Demnach erscheint jede dieser Gruppen 41 und 42 wie eine kontinuierliche Fahrzeugschlange, während die Fahrzeuge 4 auf der Straße 121 einzeln zu erkennen sind.
Die Straßen 121 und 122 nach den Figuren 4 und 5 sind jeweils eine Straße mit Gegenverkehr, d.h. eine Straße mit einer Fahrbahn, die für eine Fahrtrichtung bestimmt ist, und einer Fahrbahn, die für die entgegengesetzte Fahrtrichtung bestimmt ist, wobei diese beiden Fahrbahnen nur durch eine Trennlinie voneinander getrennt sind oder zumindest in sehr geringem Abstand nebeneinander verlaufen. Bei einer solchen Straße ist es wichtig, auf einem Bild 3 des Gebiets 10 die Fahrzeuge den einzelnen Fahrbahnen und damit Fahrrichtungen zuordnen zu können. Dies gilt insbesondere bei zähflüssigem Verkehr oder Verkehrsstau. In diesem Fall ist es besonders wichtig, eine einen solchen Verkehrszustand anzeigende Fahrzeugschlange auf dem Bild 3 der richtigen Fahrrichtung zuzuordnen, denn es wäre fatal, den Verkehrsteilnehmern beispielsweise einen Stau in der falschen Richtung zu melden. Vorteilhafterweise reicht für eine eindeutige und sichere Zuordnung der Fahrzeuge zur richtigen Fahrbahn und damit richtigen Fahrrichtung ein Rastermaß r von 2 m aus.
Überdies ist es bei diesem Rastermaß r = 2 m vorteilhafterweise auch möglich eine Parksituation an Straßen und Plätzen, insbesondere in Städten, zu erkennen, d.h. festzustellen, inwieweit Straßen und Plätze mit parkenden Fahrzeugen belegt sind.
Das relativ grobe Rastermaß r von 2 m hat neben den vorste- hend dargelegten Vorzügen den Vorteil, daß es sich mit der vorteilhaften Radarstrahlung 5 einfach realisieren läßt. Die Erfindung ist aber nicht auf dieses grobe Rastermaß beschränkt, sondern es können kleinere aber auch größere Rastermaße verwendet werden, je nachdem welches nach den Um- ständen des Einzelfalles gerade günstig ist. Beispielsweise ist ein kleineres Rastermaß zu verwenden, wenn die Erkennung von Details von Bedeutung ist, die kleiner als 2 m sind.
Unabhängig davon, ob von einem Satelliten 2 oder einem Luft- fahrzeug 2 aus ein Bild eines Gebiets 10 mit der Radarstrah- lung 5 aufgenommen wird, ist es zweckmäßig nach einer solchen Aufnahme eines solchen Bildes des Gebiets 10 zumindest ein weiteres Bild des Gebiets 10 aufzunehmen und ebenfalls hinsichtlich der wenigstens einen Dichte der zumindest einen be- stimmten im Gebiet 10 befindlichen Art Fahrzeuge 4 auszuwerten und dabei zumindest zwei so aufgenommene Bilder miteinander zu vergleichen. Vorzugsweise wird eine Folge von wenigstens zwei Bildern des Gebiets 10 durch zeitlich aufeinanderfolgende einzelne Momentaufnahmen hergestellt.
Bei der in der Figur 6 dargestellten Anordnung zur Erfassung eines Verkehrszustandes ist eine Bildaufnahmeeinrichtung 20 vorhanden, die an einem in einem Abstand a über der Erdoberfläche 1 sich befindenden Körper 2 angebracht ist. Diese Bildaufnahmeeinrichtung 20 dient zu einer Aufnahme eines Bildes 3 von einem Gebiet 10, das sich unterhalb des Körpers 2 auf und/oder über der Erdoberfläche 1 befindet und einen lateralen Durchmesser von mindestens einem Kilometer aufweist.
Das Bild wird mit einem so kleinen Rastermaß r aufgenommen, daß Dichten zumindest einer bestimmten im Gebiet 10 befindli- chen Art Fahrzeuge, beispielsweise Personenkraftwagen 4 oder Omnibusse oder Lastkraftwagen 4' in Figur 2 und 3 bis zu der vom Rastermaß r bestimmten maximalen Dichte zu erkennen sind.
Überdies ist eine Auswerteeinrichtung 21 zu einer Auswertung des aufgenommenen Bildes 3 hinsichtlich wenigstens einer
Dichte zumindest der einen Art Fahrzeuge vorhanden, die beim Körper 2 vorhanden sein kann.
Das Rastermaß r sollte, wie schon erwähnt, so klein sein, daß auf dem Bild des Gebiets 10 eine örtliche Zuordnung zwischen wenigstens einer Dichte zumindest einer Art Fahrzeuge, beispielsweise der Fahrzeuge 4 oder 4' und wenigstens einem für diese Art Fahrzeuge 4 vorhandenen Verkehrsweg 110 121, 122 des Gebiets 10 zu erkennen ist. Ein Rastermaß r von 2 m ist dafür ausreichend.
Die Auswerteeinrichtung 21 ist beispielsweise so ausgebildet, daß sie einen bestimmten Informationsgehalt eines aufgenommenen Bildes 3 in kodierte Datensignale 22 umwandelt.
Die Bildaufnahmeeinrichtung 20 und Auswerteeinrichtung 21 können durch das für Geländeaufnahmen zu anderen Zwecken als die Erfassung eines Verkehrszustandes entwickelte vollgeoko- dierte interferometrische Radar mit synthetischer Apertur realisiert sein, das aus dem TRANS-Katalog von MST Aerospace GmbH, Köln, Bundesrepublik Deutschland, bekannt ist, der keinerlei Anregungen oder Hinweise in bezug auf die vorliegende Erfindung gibt. In rückschauender Betrachtung aus der Sicht der fertigen Erfindung ist dieses System insbesondere zur großflächigen Erfassung eines Zustandes des Straßenverkehrs, sei es via Erdsatellit oder via Luftfahrzeug, besonders ge- eignet.
Die von der Auswerteeinrichtung 21 erzeugten kodierten Datensignale 22 werden zu einer Verarbeitungseinrichtung 30 übertragen, welche die Datensignale 22 zur Gewinnung einer Infor- mation über einen Verkehrszustand im Gebiet 10 verarbeitet, beispielsweise rechnergestützt. Die Verarbeitungseinrichtung 30 ist vorzugsweise in einer Bodenstation auf der Erdoberfläche 1 untergebracht. Die Übertragung der kodierten Datensignale 22 werden vorzugsweise in Form elektromagnetischer Wel- len vom Körper 2 durch den freien Raum zur Bodenstation übertragen .
Die in der Verarbeitungseinrichtung 30 aus den Datensignalen 22 gewonnene Information über einen Verkehrszustand im Gebiet 10 kann über verschiedene Übertragungswege oder Informationskanäle einer oder mehreren verschiedenen Nutzungseinrichtungen zur Nutzung einer solchen Information zugeführt werden. Eine Nutzungseinrichtung kann beispielsweise ein Rundfunksender 40, durch den die Verkehrsteilnehmer über Radio über die Verkehrslage im Gebiet 10 informiert werden können, eine Einrichtung 50, die durch Vorher-Nachher-Vergleiche beispielsweise Prognostiken über die Verkehrsentwicklung im Gebiet 10 erstellt und vieles andere mehr sei. Beispielsweise kann die Einrichtung 50 ihre Prognostiken an eine Verkehrsleitzentrale 60 weiterleiten, die mit deren Hilfe den Verkehrsfluß auf den Straßen steuern kann, beispielsweise über variable Anzeigeeinrichtungen 70, die den Verkehrsteilnehmern Sollgeschwindigkeiten anzeigen.
Es können auch Bilder 3 ein und des gleichen Gebiets 10 Ausgewertet und/oder miteinander verglichen werden, die von verschiedenen Körpern 2, beispielsweise von einem Satelliten und einem Flugzeug aus aufgenommen worden sind, insbesondere auch dann, wenn diese Bilder voneinander verschiedenen Rastermaße aufweisen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erfassung eines Verkehrszustandes von Fahrzeugen, bei dem - von einem in einem Abstand (a) über der Erdoberfläche (1) sich befindenden Körper (2) aus ein Bild (3) von einem Gebiet (10), das sich unterhalb des Körpers (2) auf und/oder über der Erdoberfläche (1) befindet und einen lateralen Durchmesser von mindestens einem Kilometer aufweist, mit einem so kleinen Rastermaß (r) aufgenommen wird, daß Dichten (d) zumindest einer bestimmten im Gebiet (10) befindlichen Art Fahrzeuge (4, 4') bis zu einer vorbestimmten maximalen Dichte (d = r) zu erkennen sind, und bei dem - das aufgenommene Bild (3) hinsichtlich wenigstens einer Dichte (d) zumindest der einen Art Fahrzeuge (4, 4') ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein die Erde umkreisender Erdsatellit als Körper (2) verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein Bild (3) von einem Gebiet (10) mit einem Durchmesser (b, 1) in der Größenordnung von wenigstens zehn Kilometern aufgenommen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein geostationärer Erdsatellit als Körper (2) verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Luftfahrzeug als Körper (2) verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Bild (3) von einem Gebiet (10) mit einem Durchmesser (b, 1) in der Größenordnung von einem Kilometer aufgenommen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Bild (3) mittels einer Radarstrahlung (5) aufgenommen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 7 wobei ein Bild (3) unter Anwendung von In- terferometrie aufgenommen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 7, wobei ein Bild (3) unter Anwendung des Dopplereffekts aufgenommen wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine örtliche Zuordnung zwischen einer auf einem Bild (3) des Gebiets (10) erkannten Dichte (d) von Fahrzeugen (4, 4') und einem Verkehrsweg (110, 121 122) des Gebiets (10) mittels Ge- oreferenzierung hergestellt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Aufnahme eines Bildes (3) des Gebiets (10) zumindest ein weiteres Bild des Gebiets (10) aufgenommen und ebenfalls hinsichtlich der wenigstens einen Dichte (d) der zumindest einen bestimmten im Gebiet (10) befindlichen Art Fahrzeuge (4, 4') ausgewertet wird, und wobei zumindest zwei so aufgenommene Bilder (3) miteinander verglichen werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei wenigstens eine Folge von zwei Bildern (3) des Gebiets (10) durch zeitlich innerhalb einer Stunde aufeinanderfolgende einzelne Momentaufnahmen hergestellt wird.
13. Anordnung zur Erfassung eines Verkehrszustandes, mit - einer Bildaufnahmeeinrichtung (20) , die an einem in einem Abstand (a) über der Erdoberfläche (1) sich befindenden Körper (2) angebracht ist und zu einer Aufnahme eines Bildes (3) von einem Gebiet (10), das sich unterhalb des Körpers (2) auf und/oder über der Erdoberfläche (1) befindet und einen late- ralen Durchmesser von mindestens einem Kilometer aufweist, mit einem so kleinen Rastermaß (r) dient, daß Dichten (d) zu- mindest einer bestimmten im Gebiet (10) befindlichen Art Fahrzeuge (4,4') bis zu einer bestimmten maximalen Dichte (d = r) zu erkennen sind, und
- einer Auswerteeinrichtung (21) zu einer Auswertung des auf- genommenen Bildes (3) hinsichtlich wenigstens einer Dichte (d) zumindest der einen Art Fahrzeuge (4, 4').
14. Anordnung nach Anspruch 13, wobei die Auswerteeinrichtung (20) einen bestimmten Informatiosgehalt eines aufgenommenen Bildes (3) in kodierte Datensignale (22) umwandelt.
15. Anordnung nach Anspruch 14, wobei die Auswerteeinrichtung (20) georeferenzierte kodierte Datensignale (22) erzeugt.
16. Anordnung nach Anspruch 15, wobei eine Verarbeitungseinrichtung (30) zu einer Verarbeitung der Datensignale (22) zur Gewinnung einer Information über einen Verkehrszustand im Gebiet (10) vorhanden ist.
17. Anordnung nach Anspruch 16, wobei eine Nutzungseinrichtung (40, 50) zur Nutzung einer gewonnenen Information über einen Verkehrszustand im Gebiet (10) vorhanden ist.
PCT/DE1999/002214 1998-07-17 1999-07-16 Verfahren zur erfassung eines verkehrszustandes von fahrzeugen und anordnung zur erfassung des verkehrszustandes WO2000004524A2 (de)

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DE19981341T DE19981341D2 (de) 1998-07-17 1999-07-16 Verfahren zur Erfassung eines Verkehrszustandes von Fahrzeugen und Anordnung zur Erfassung des Verkehrszustandes
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