[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur großflächigen
Verkehrslageüberwachung eines von Fahrzeugen befahrbaren Verkehrswegenetzes. Hierbei
kann es sich insbesondere um ein Straßenverkehrsnetz handeln, möglich ist aber auch
die Verkehrslageüberwachung eines Schienennetzes oder eines Schiffahrtswegenetzes.
[0002] In der Offenlegungsschrift WO 96/13733 ist ein Verfahren zur Schiffsverkehrsüberwachung
auf See mit Erkennung von Ölverschmutzungen und Eisbergen sowie möglichen Kollisionsgefahren
zwischen Schiffen bzw. zwischen einem Schiff und Eisbergen beschrieben. Bei diesem
Verfahren werden Ölverschmutzungen und Eisberge auf der Meeresoberfläche mittels satellitengestützter
SAR (Synthetic Aperture Radar) -Mikrowellensensoren beobachtet und erkannt. Gleichzeitig
ist auf jedem Schiff eine Positionsbestimmungseinrichtung angebracht, welche die aktuelle
Position des betreffenden Schiffes ermittelt und die entsprechende Positionsinformation
zu demjenigen Satelliten sendet, der zum gegebenen Zeitpunkt im Sichtbarkeitsbereich
dieser Positionsbestimmungseinrichtung liegt. Die Satelliten übertragen dann die Daten
der Position und Größe einer erkannten Ölverschmutzung und von detektierten Eisbergen
sowie die von den Schiffen empfangenen aktuellen Schiffspositionsdaten an eine erdfeste
Auswertezentrale. Die Auswertezentrale wertet diese Daten zur Identifizierung des
Verursachers von Ölverschmutzungen und zur Ermittlung potentieller Kollisionsgefahren
zwischen Schiffen oder zwischen einem Schiff und Eisbergen aus und gibt ggf. eine
entsprechende Warnmeldung über die Satelliten an die betroffenen Schiffe ab.
[0003] Zur Positionsbestimmung von Fahrzeugen ist es bekannt, diese unter Ausnutzen eines
satellitengestützten Navigationssystems, z.B. des GPS (Global Positioning System),
vorzunehmen und hierzu einen geeigneten Empfänger im Fahrzeug zu installieren, der
die von Satelliten ausgesandten Positionsbestimmungssignale empfängt und zur Fahrzeugpositionsbestimmung
auswertet, siehe z.B. die Offenlegungsschrift DE 196 21 917 A1.
[0004] Zur Verkehrslageüberwachung speziell im Straßenverkehr werden heutzutage häufig infrastrukturgestützte
Systeme eingesetzt, bei denen Verkehrslagedaten mit streckenseitig angeordneten Meßgeräten,
wie Induktionsschleifen etc., erhoben und an eine Zentrale weitergeleitet werden,
wo sie mittels spezieller Algorithmen auf Störfälle untersucht werden. Dies erfordert
einen beträchtlichen Aufwand für die Infrastruktur längs des Verkehrswegenetzes, da
die Meßgeräte in einem für die gewünschte Genauigkeit der Verkehrslageüberwachung
ausreichend geringen Abstand entlang jedes Verkehrsweges angebracht sein müssen. Zudem
ist diese Vorgehensweise bezüglich Veränderungen des Verkehrswegenetzes sehr unflexibel.
[0005] Bei einer in der Offenlegungsschrift DE 41 28 312 A1 offenbarten, infrastrukturgestützten
Verkehrsüberwachungsanlage sind Videokameras zur Verkehrsbeobachtung an Verkehrsknotenpunkten
oder an anderen neuralgischen Stellen des Verkehrsnetzes positioniert. Die damit aufgenommenen
Bilder werden von einem zugehörigen Bildverarbeitungssystem unter Verwendung eines
geeigneten Mustererkennungsverfahrens fahrzeugtypspezifisch auf das Vorhandensein
von Bewegungen hin analysiert, um die Anzahl von Fahrzeugen pro Fahrzeugtyp ermitteln
zu können, die den Aufstellungsort der jeweiligen Videokamera passieren.
[0006] Bei einer weiteren derzeit praktizierten Methode werden die Verkehrslagedaten manuell
erhoben, indem beispielsweise Überwachungspersonal mit Fahrzeugen auf dem Verkehrswegenetz
unterwegs ist oder mit Hubschraubern als störungsanfällig bekannte Teile des Verkehrswegenetzes
überfliegt und Verkehrsstörungen über Funk oder dergleichen an eine Zentrale meldet.
Diese Methode macht eine Bestätigung von Störungsmeldungen nötig, wonach erst die
Störungsmeldung z.B. im Rundfunk durchgesagt wird. Die relativ hohe Verzögerungszeit
führt bei diesem Verfahren dazu, daß oftmals eine durchgesagte Störung nicht mehr
vorhanden oder eine bereits entstandene Störung noch nicht an die Verkehrsteilsnehmer
durchgesagt worden ist.
[0007] In jüngerer Zeit wurde als weiteres Verfahren zur Verkehrslageüberwachung des Straßenverkehrs
der Einsatz von speziell ausgerüsteten, sich im Verkehr bewegenden Testfahrzeugen
vorgeschlagen, die zur Ermittlung des vom betreffenden Testfahrzeug angetroffenen
lokalen Verkehrsflusses und zur Weitermeldung entsprechender Verkehrsflußdaten eingerichtet
sind. Durch Verwenden einer entsprechend großen Zahl dieser Testfahrzeuge, auch "floating
cars" genannt, soll dann aus den einzelnen lokalen Verkehrsflußdaten ein realistisches
Bild der großflächigen Verkehrslage des Straßennetzes geliefert werden. Diese Art
der Stichprobenhaften Verkehrslageüberwachung vermag jedoch prinzipbedingt nicht zu
garantieren, daß die Verkehrslage an jedem Ort und zu jedem Zeitpunkt des Verkehrswegenetzes
genau erfaßt wird und erfordert zudem einen entsprechenden Aufwand für die spezielle
Ausrüstung der Vielzahl von Testfahrzeugen.
[0008] Der Erfindung liegt daher als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens
und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, mit denen mit vergleichsweise
geringem Aufwand eine zuverlässige großflächige Verkehrslageüberwachung bewirkt werden
kann.
[0009] Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
7.
[0010] Beim Verfahren nach Anspruch 1 werden Bilder vom zu überwachenden Gebiet, in welchem
sich das Verkehrswegenetz befindet, aus der Ferne durch Flugkörper, insbesondere Satelliten
oder Flugzeuge, aufgenommen. Die aufgenommenen Bilder werden einer automatisierten
Bildverarbeitung zur Lokalisierung der Verkehrswege des Wegenetzes im jeweiligen Bild
und zur Erkennung von Fahrzeugen auf den lokalisierten Verkehrswegen unterzogen. Anhand
der erkannten Fahrzeug wird dann auf die jeweilige momentane Verkehrslage geschlossen.
[0011] Vorteilhafterweise wird für dieses Verfahren keinerlei streckenseitige Infrastruktur
und keinerlei spezielle Ausrüstung in den Fahrzeugen benötigt. Außerdem sind Satelliten
und Flugzeuge, mit denen in der hier geforderten Weise Fernbildaufnahmen von der Erdoberfläche
gemacht werden können, bereits bekannt. Auch automatisierte Bildverarbeitungstechniken
zur Auswertung solcher Bilder sind bereits gängig. Die Bildverarbeitung braucht daher
lediglich hinsichtlich Lokalisierung der interessierenden Verkehrswege und Erkennung
der darauf befindlichen Fahrzeuge ausgelegt zu werden, was für den Fachmann ohne großen
Zusatzaufwand auf der Basis eines herkömmlichen Bildverarbeitungssystems möglich ist.
Das Verfahren laßt sich daher relativ kostengünstig realisieren. Von Vorteil ist des
weiteren die Schnelligkeit, mit der durch dieses Verfahren die Verkehrslage flächendeckend,
d.h. an allen Punkten des Verkehrswegenetzes, und zu jedem Zeitpunkt zuverlässig bestimmt
werden kann. Das Verfahren kann rasch und einfach auf neu hinzukommende Gebiete des
Verkehrswegenetzes erweitert werden.
[0012] In einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Verfahren wird die Lokalisierung der Verkehrswege
in den aufgenommenen Bildern unter Zuhilfenahme eines herkömmlichen Map-Matching-Verfahrens
mit überlagerten Vektorkarten bewerkstelligt, wodurch sich die interessierenden Verkehrswege
zuverlässig feststellen lassen.
[0013] Bei einem nach Anspruch 3 weitergebildeten Verfahren werden vom zu überwachenden
Gebiet Bilder mittels verschiedener bildgebender Strahlungen aufgenommen. Je nach
den Witterungsverhältnissen können mit der einen Strahlungsart eventuell zeitweise
bessere Bilder als mit einer anderen Strahlungsart gewonnen werden. Von den Bildern
können dann jeweils die geeignetsten zur weiteren Auswertung ausgewählt werden, wodurch
die Verkehrslageüberwachung weitestgehend unabhängig von den Witterungsverhältnissen
mit gleichbleibender Zuverlässigkeit möglich ist.
[0014] Bei einem nach Anspruch 4 weitergebildeten Verfahren beinhaltet die Verkehrslageüberwachung
eine verkehrslageabhängige Schätzung der Reisezeiten zwischen einem vorgebbaren Startort
und einem vorgebbaren Zielort, indem die Schätzung auf der Grundlage der verfahrensgemäß
erkannten, auf dem Verkehrswegenetz befindlichen Fahrzeuge vorgenommen wird.
[0015] Bei einem nach Anspruch 5 weitergebildeten Verfahren werden vom zu überwachenden
Gebiet wiederholt in vorgebbaren Zeitabständen Bilder aufgenommen. Anhand der in den
aufeinanderfolgend aufgenommenen Bildern erkannten Fahrzeuge wird dann die Entstehung
bzw. Bewegung einer jeweiligen Verkehrsstörung festgestellt, d.h. es kann die Dynamik
einer jeweiligen Verkehrsstörung überwacht werden.
[0016] Bei einem nach Anspruch 6 weitergebildeten Verfahren wird über die reine Erkennung
des Ortes, an dem sich jeweils ein Fahrzeug auf dem Verkehrswegenetz befindet, hinaus
die räumliche Lage des erkannten Fahrzeugs ermittelt. Aus anormalen Fahrzeuglagen,
z.B. aus dem Vorhandensein eines oder mehrerer querstehender oder umgekippter Fahrzeuge,
wird dann auf eine Verkehrsstörung z.B. in Form eines Verkehrsunfalls geschlossen.
[0017] Die Vorrichtung nach Anspruch 7 eignet sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, wozu sie einen oder mehrere Flugkörper mit einem Bildaufnahmesystem zum
Aufnehmen von Bildern der Erdoberfläche und zum Senden entsprechender Bilddaten und
eine, vorzugsweise erdfeste, Auswertezentrale aufweist. Die Auswertezentrale beinhaltet
ein geeignet ausgelegtes Bildverarbeitungssystem für die Lokalisierung der Verkehrswege
des Wegenetzes und zur Erkennung der darauf befindlichen Fahrzeuge. Außerdem besitzt
die Auswertezentrale die nötigen herkömmlichen Mittel, um anhand der erkannten, auf
dem Verkehrswegenetz befindlichen Fahrzeuge auf die Verkehrslage zu schließen. Hingegen
benötigt die Vorrichtung keinerlei streckenseitige und fahrzeugseitige Mittel für
die Verkehrslageüberwachung.
[0018] Eine nach Anspruch 8 weitergebildete Vorrichtung beinhaltet eine Reisezeit-Schätzeinrichtung
derart, daß sie sich speziell zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4 eignet.
[0019] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird nachfolgend beschrieben.
[0020] Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur großflächigen
Verkehrslageüberwachung eines von Fahrzeugen befahrenen Verkehrswegenetzes.
[0021] In der Figur ist ausschnittweise und stark schematisiert ein Teil eines Verkehrswegenetzes
in Form eines Straßenverkehrsnetzes 1 dargestellt, das von Fahrzeugen 2 befahren wird,
wobei die Verkehrslage großflächig überwacht wird. Hierzu werden Fernbildaufnahmen
desjenigen Erdoberflächengebietes, in welchem sich das zu überwachende Verkehrswegenetz
1 befindet, von einem oder vorzugsweise mehreren Satelliten 3 aus gemacht. Dazu ist
jeder Satellit 3 mit einem entsprechenden Bildaufnahmesystem ausgerüstet. Die Bilder
können beispielsweise mittels Radar- oder Infrarotstrahlung oder einer anderen geeigneten
magnetischen Strahlung aufgenommen werden. Alternativ zu Satelliten können die Bilder
auch von Flugzeugen, insbesondere Luftschiffen, oder anderen Flugkörpern aus aufgenommen
werden. Die Satelliten 3 sind so ausgewählt, daß das gesamte Gebiet, in welchem sich
Verkehrswege des zu überwachenden Verkehrswegenetzes (1) befinden, flächendeckend
aufgenommen wird.
[0022] Über Datenübertragungsstrecken 5 herkömmlichen Typs stehen die Satelliten 3 mit einer
erdfesten Auswertezentrale 6 in Datenaustauschverbindung. Über diese Datenübertragungsstrecken
5 senden die Satelliten 3 die Daten der aufgenommenen Bilder an die Auswertezentrale
6. Die Auswertezentrale 6 weist ein automatisiertes Bildverarbeitungssystem 7 auf,
das so ausgelegt ist, daß es in den übertragenden Fernbildaufnahmen die Verkehrswege
des überwachten Wegenetzes zu lokalisieren und die auf den lokalisierten Verkehrswegen
befindlichen Fahrzeuge zu erkennen vermag. Derartige Bildverarbeitungssysteme, mit
denen aus Fernbildaufnahmen von Satelliten oder Flugzeugen aus eine solche Wegelokalisierung
und hochaufgelöste Erkennung von vergleichsweise kleinen Objekten auf der Erdoberfläche,
wie Fahrzeugen, möglich ist, sind an sich bekannt und bedürfen daher vorliegend keiner
näheren Erläuterung. Insbesondere kann zur Lokalisierung der Verkehrswege des Wegenetzes
in den Fernbildaufnahmen ein herkömmliches sogenanntes "Map-Matching-Verfahren" mit
überlagerten Vektorkarten angewendet werden.
[0023] Die Auswertezentrale 6 verfügt somit zum jeweiligen Übervachungszeitpunkt über die
Kenntnis hinsichtlich der Position praktisch aller sich momentan auf dem überwachten
Verkehrswegenetz befindlichen Fahrzeuge, wodurch sie in der Lage ist, daraus in herkömmlicher
Weise zuverlässig auf die momentane Verkehrslage zu schließen. Die Auswertezentrale
6 sendet dann entsprechende Verkehrslageinformationen z.B. über Rundfunk oder ein
Funknetz aus, die von den mit entsprechenden Empfängern ausgerüsteten Fahrzeugen 2
in üblicher Weise empfangen und dem Fahrer angezeigt oder anderweitig verwertet werden
können. Beispielsweise können die übermittelten Verkehrslageinformationen eine fahrzeugseitig
vorhandene Navigationshilfseinrichtung bei der Routenplanung bzw. Routenfindung unterstützen.
[0024] Um die Verkehrslageüberwachung auch bei unterschiedlichsten Witterungsbedingungen
zu gewährleisten, werden vorzugsweise wenigstens zwei Sätze von Fernbildaufnahmen
gemacht, von denen jeder Satz das gesamte Überwachungsgebiet erfaßt und die auf jeweils
verschiedenen bildgebenden Strahlungstypen beruhen, wie Radarstrahlung, Infrarotstrahlung
etc. Die Auswertezentrale 6 kann dann die Fernbildaufnahmen desjenigen Strahlungstyps,
der bei den momentanen Witterungsbedingungen die beste Bildqualität liefert, zur weiteren
Answertung auswählen.
[0025] Vorzugsweise wird von der Auswertezentrale 6 durch die Bildverarbeitung der Fernbildaufnahmen
nicht nur die Position eines jeden, auf dem Verkehrswegenetz befindlichen Fahrzeugs,
sondern auch dessen räumliche Lage am betreffenden Ort ermittelt, d.h. die Auswertezentrale
6 erkennt durch ihr Bildverarbeitungssystem 7, ob sich das Fahrzeug in seiner normalen
Lage längs zur Fahrbahn befindet oder aber quer zur Fahrbahn steht oder gekippt ist.
Aus solchen anormalen Fahrzeuglagen schließt die Auswertezentrale 6 auf eine dortige,
den Verkehr blockierende Verkehrsstörung, wie z.B. einen Verkehrsunfall. In der Figur
ist eine solche Situation schematisiert anhand eines auf einem bestimmten Verkehrswegeabschnitt
1a querliegenden Fahrzeugs 2a symbolisiert, hinter dem sich ein nur symbolisiert schematisch
wiedergegebener Stau aus einer Vielzahl von Fahrzeugen 2b gebildet hat.
[0026] Zweckmäßigerweise wird das Aufnehmen der Fernbilder vom überwachten großflächigen
Gebiet des Verkehrswegenetzes 1 in vorgebbaren Zeitabständen wiederholt. Eine die
weitere Auswertung der vom Bildverarbeitungssystem 7 gewonnenen Informationen über
die Position und Lage der Fahrzeuge 2 auf dem Verkehrswegenetz 1 durchführende Rechnereinheit
der Auswertezentrale 6 ist dann dazu passend so ausgelegt, daß sie anhand der Positionen
und Lagen der einzelnen, in den aufeinanderfolgend aufgenommenen Bildern erkannten
Fahrzeugen nicht nur die Entstehung, sondern auch die Bewegung, d.h. die Dynamik einer
jeweiligen Verkehrsstörung erkennt. Dies ermöglicht z.B. Prognosen über die Entwicklung
erkannter Verkehrsstaus.
[0027] Des weiteren kann die auswertende Rechnereinheit der Auswertezentrale 6 eine in Hardware
oder Software realisierte Reisezeit-Schätzeinrichtung beinhalten, mit der Reisezeiten
von einem Startort, z.B. einem in der Figur gezeigten Ort A, zu einem vorgebbaren
Zielort, z.B. einem in der Figur gezeigten Ort B, unter Zugrundelegung der ermittelten
momentanen Verkehrslage geschätzt werden können. So kann beispielsweise in der Schätzung
der Reisezeit vom gezeigten Startort A zum gezeigten Zielort B der auf der kürzesten
Verkehrswegeverbindung zwischen diesen beiden Orten A, B liegende Verkehrsstau, symbolisiert
durch das querstehende Fahrzeug 2a und die dahinter stehenden Fahrzeuge 2b, berücksichtigt
werden. Geeignete, die Verkehrslage zwischen Startort und Zielort berücksichtigende
Reisezeitschätzalgorithmen sind an sich bekannt, so daß hierauf vorliegend nicht weiter
eingegangen zu werden braucht.
[0028] Wie aus der obigen Beschreibung eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels deutlich
wird, leisten das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine flächendeckende Verkehrslageüberwachung für ein großflächiges Gebiet eines Verkehrswegenetzes
mit rascher und zuverlässiger Erkennung von Verkehrsstörungen und allen weiterführenden
Anwendungsmöglichkeiten, wie Reisezeitprognosen und Navigationshilfeverfahren. Außer
der speziellen Auslegung des Bildverarbeitungssystems hinsichtlich Lokalisierung der
Verkehrswege und Erkennung der darauf befindlichen Fahrzeuge wird von gängigen Komponenten
und Verfahren Gebrauch gemacht, so daß das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung relativ einfach in die Praxis umgesetzt werden können. Selbst im Fall
eines sehr großen zu überwachenden Gebietes genügt eine einzige, geeignet ausgerüstete
Auswertezentrale, die mit den bildaufnehmenden Satelliten bzw. Flugzeugen in Datenaustauschverbindung
steht. Weitere neben- oder untergeordnete Auswertezentralen sind nicht unbedingt erforderlich.
1. Verfahren zur großflächigen Verkehrslageüberwachung eines von Fahrzeugen (2) befahrbaren
Verkehrswegenetzes (1),
dadurch gekennzeichnet, daß
- Fernbildaufnahmen vom zu überwachenden Gebiet von Flugkörpern aus gemacht werden,
- die aufgenommenen Bilder einem Bildverarbeitungsvorgang zur Lokalisierung der Verkehrswege
des Wegenetzes (1) und zur Erkennung von darauf befindlichen Fahrzeugen (2) unterzogen
werden und
- anhand der erkannten Fahrzeuge auf die jeweilige Verkehrslage geschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
für die Lokalisierung der Verkehrswege ein Map-Matching-Verfahren mit überlagerten
Vektorkarten verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
vom zu überwachenden Gebiet Bilder mittels verschiedener bildgebender Strahlungen,
insbesondere mittels Radar- und mittels Infrarotstrahlung, aufgenommen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
anhand der erkannten Fahrzeuge (2) Reisezeiten zwischen einem vorgebbaren Startort
(A) und einem vorgebbaren Zielort (B) geschätzt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
- wiederholt Bilder vom zu überwachenden Gebiet in vorgebbaren Zeitabständen aufgenommen
werden und
- anhand der in den aufeinanderfolgend aufgenommenen Bildern erkannten Fahrzeuge (2)
die Entstehung bzw. Bewegung einer jeweiligen Verkehrsstörung erkannt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
die Lage der erkannten Fahrzeuge auf den Verkehrswegen durch den Bildverarbeitungsvorgang
ermittelt und aus anormalen Fahrzeuglagen auf eine Verkehrsstörung, insbesondere einen
Verkehrsunfall, geschlossen wird.
7. Vorrichtung zur großflächigen Verkehrslageüberwachung eines von Fahrzeugen befahrbaren
Verkehrswegenetzes, mit
- einem oder mehreren Flugkörpern (3), die mit einem Bildaufnahmesystem (4) zum Aufnehmen
von Bildern des Teils der Erdoberfläche, in welchem sich das Verkehrswegenetz (1)
befindet, ausgerüstet sind, und
- einer Auswertezentrale (6), welche bildbezogene Daten von dem oder den Flugkörpern
(3) empfängt und die diese zur Beurteilung der Verkehrslage heranzieht,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Auswertezentrale (6) ein Bildverarbeitungssystem (7) beinhaltet, dem von dem
oder den Flugkörpern (3) die Bilddaten der aufgenommenen Bilder übermittelt werden
und das in den aufgenommenen Bildern die Verkehrswege des Wegenetzes (1) lokalisiert
und die darauf befindlichen Fahrzeuge (2) erkennt, und anhand der vom Bildverarbeitungssystem
erkannten Fahrzeuge auf die Verkehrslage schließt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
die Auswertezentrale (6) eine Reisezeit-Schätzeinrichtung beinhaltet, welche Reisezeiten
zwischen einem vorgebbaren Startort (A) und einem vorgebbaren Zielort (B) anhand der
erkannten Fahrzeuge (2) auf den Verkehrswegen des Wegenetzes (1) schätzt.