Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Klassifizieren von mit Rädern ausgestatteten Fahrzeugen

Abstract

 Die Erfindung stellt ein automatisch durchführbares Verfahren zur Klassifizierung von von mit Rädern (R1,R2,R3) ausgestatteten Fahrzeugen (1), insbesondere Lastkraftwagen zur Verfügung, das mit einer hohen Sicherheit zu verlässlichen Ergebnissen führt. Dies wird dadurch erreicht, dass eine die einer Fahrzeugseite zugeordneten Räder (R1,R2,R3) abbildenden Ansicht (A) des jeweils zu klassifizierenden Fahrzeugs (1) erfasst wird, dass mindestens eines charakteristischen Merkmals der Räder (R1,R2,R3) durch Auswerten der Ansicht (1) ermittelt wird und dass das ermittelte charakteristische Merkmal (m1,m2,D_R,D_F) der Räder (R1,R2,R3) zu einer Fahrzeugklasse (LK) zugeordnet wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Klassifizieren von mit Rädern ausgestatteten Fahrzeugen.

[0002] Die immer stärker werdende Belastung des Staßennetzes durch Lastkraftwagen und die damit verbundenen Kosten der Instandhaltung insbesondere von Autobahnen und Schnellstraßen haben dazu geführt, dass die Benutzung der betreffenden Straßen mit einer Maut belegt wird. Üblicherweise wird diese Maut beim Einfahren in die betreffende Straße an einer im Bereich der Einmündung angeordneten Mautstelle entrichtet. Dazu muss das jeweilige Fahrzeug anhalten oder zumindest so langsam fahren, dass die Bezahlung der Maut einwandfrei abgewickelt und der Zugang zu der mautpflichtigen Straße freigegeben werden kann.

[0003] Auf die bekannte Weise lässt sich zwar eine exakte Kontrolle der Entrichtung der Maut und des Zugangs zu dem mautpflichtigen Wegenetz bewerkstelligen. Allerdings führen der Zahlvorgang und die erst bei erfolgter Zahlung erfolgende Freigabe des Zugangs zu einer deutlichen Verzögerung des Verkehrsflusses. So kann es insbesondere bei hohem Verkehrsaufkommen zur Bildung größerer Fahrzeugstaus vor den Mautstellen kommen.

[0004] Es besteht daher aus verkehrsplanerischer Sicht die Anforderung, die Entrichtung der Maut so durchzuführen, dass der Verkehrsfluss weitestgehend ungestört bleibt. Diese Anforderung kann dadurch erfüllt werden, dass den Fahrzeugführern bzw. -haltern die Gelegenheit einer vorab erfolgenden pauschalen Entrichtung einer Straßenbenutzungsgebühr eingeräumt wird. Ebenso ist es denkbar, die Benutzung einer Fahrtstrecke nachträglich in Rechnung zu stellen.

[0005] Unabhängig davon, ob die Entrichtung der Benutzungsgebühr im Voraus erfolgt oder nachträglich abgerechnet wird, ist eine wirkungsvolle Kontrolle der Straßenbenutzung erforderlich. Erschwert wird diese Kontrolle einerseits durch die Vielfalt der Fahrzeugtypen. Andererseits wird die Kontrolle der Fahrzeuge dadurch besonders komplex, dass die zu entrichtende Maut in der Regel nicht nur von der zurückgelegten Strecke, sondern auch von der Belastung abhängig gemacht werden soll, die durch die Benutzung des Fahrwegs durch das jeweilige Fahrzeug verursacht wird. So sollen beispielsweise schwere Lastkraftfahrzeuge höhere Gebühren entrichten als leichte, da die schwereren Lastkraftwagen beispielsweise einen höheren Verschleiß der Fahrbahnen verursachen als leichtere Fahrzeuge. Daher sind die zu entrichtenden Straßengebühren in Abhängigkeit vom jeweiligen Gewicht des Fahrzeugs in Lastklassen klassifiziert worden.

[0006] Es ist vorgeschlagen worden, eine automatische Erkennung der jeweiligen Lastklasse eines Fahrzeugs durch eine automatisierte Erfassung seiner geometrischen Maße, wie Gesamtbreite, Gesamthöhe, Gesamtlänge etc., durchzuführen. Nachteilig an diesem Vorgehen ist jedoch, dass die Ergebnisse einer automatisch erfolgenden Bildauswertung stark durch die von dem Fahrzeug jeweils transportierten Lasten oder andere Aufbauten beeinflusst werden, die zwar nicht zu einer nennenswerten Änderung des Gewichts des jeweiligen Fahrzeugs selbst führen, sein Erscheinungsbild gegenüber dem Standardtyp des jeweiligen Fahrzeugs jedoch deutlich verändern. Aufgrund dieser Einflüsse lässt sich eine zuverlässig automatisierte Erkennung von durch ihre äußere Erscheinung gekennzeichneten Fahrzeugen nicht mit der erforderlichen Sicherheit bewerkstelligen.

[0007] Es ist versucht worden, die bei einer bildgestützten Erfassung und Klassifizierung von Fahrzeugen bestehenden Probleme dadurch zu umgehen, dass anstelle geometrischer Kenngrößen magnetische Charakteristika der Fahrzeuge erfasst werden. Dazu werden Magnetfeldsensoren in der Straßendecke angeordnet, welche die in Abhängigkeit von der Masse an magnetisierbarem Material des Fahrzeugs eintretende Änderung eines elektromagnetischen Feldes erfassen und einer bestimmten Gewichtsklasse zuordnen. Auf diese Weise lässt sich zwar die Treffsicherheit bei der gewichtsabhängigen Klassifizierung des jeweils erfassten Fahrzeugs erhöhen. Nachteilig ist jedoch, dass die bekannten Magnetfeldsensoren fest in der Straßendecke angeordnet sein müssen und dazu umfangreiche bauliche Maßnahmen an der jeweils überwachten Straße erforderlich sind, die zu einer Behinderung des laufenden Verkehrs und erheblichen Kosten führen.

[0008] Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, ein automatisch durchführbares Verfahren zur Klassifizierung von Fahrzeugen, insbesondere Lastkraftwagen, zu schaffen, das mit einer hohen Sicherheit zu verlässlichen Ergebnissen führt. Ebenso sollte eine Vorrichtung geschaffen werden, mit der sich dieses Verfahren in besonders einfacher Weise durchführen lässt.

[0009] Diese Aufgabe wird zuerst durch ein Verfahren zum automatischen Klassifizieren von mit Rädern ausgestatteten Fahrzeugen gelöst, bei dem eine die einer Fahrzeugseite zugeordneten Räder abbildende Ansicht des jeweils zu klassifizierenden Fahrzeugs erfasst wird, bei dem mindestens ein charakteristisches Merkmal der Räder des Fahrzeugs durch Auswerten der Seitenansicht ermittelt wird und bei dem dann anhand des charakteristischen Merkmals der Räder die jeweilige Fahrzeugklasse zugeordnet wird.

[0010] Bei der erfassten Ansicht kann es sich um jede Art Abbildung handeln, die zum eindeutigen Bestimmen der Lage und Größe der Räder des jeweils detektierten Fahrzeugs geeignet sind. So kann es sich bei der Aufnahme um eine durch eine quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtete Kamera erfasste Abbildung einer Längsseite des Fahrzeugs handeln. Ebenso ist es möglich, bei Verwendung entsprechend ausgebildeter Auswertesysteme, Abbildungen zu verwenden, die unter einem bestimmten Winkel erfaßt werden. Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, stereoskopische Aufnahmen der betreffenden Seitenfläche zu verwenden. Wesentlich ist jeweils lediglich, dass die Lage und Größe der Räder aus der erfassten Ansicht mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden kann.

[0011] Bei der jeweils ermittelten charakteristischen Größe der Räder kann es sich beispielsweise um einen Durchmesser, beispielsweise den Außendurchmesser, mindestens eines Reifens, den Durchmesser mindestens einer Felge, die Differenz des Außendurchmessers von Reifen und Felge mindestens eines der Räder oder die sich aus der Zahl und Verteilung der jeder Fahrzeugseite zugeordneten, auf der Ansicht sichtbaren Räder ergebenden Anzahl der Achsen des Fahrzeugs handeln. Dabei kann die Zuverlässigkeit der Erkennung dadurch gesteigert werden, dass nicht nur jeweils eine geometrische Kenngröße der Räder ermittelt wird, sondern dass zwei und mehr solcher Charakteristika festgestellt und bei der Zuordnung der jeweiligen Lastklasse berücksichtigt werden. Besonders zuverlässige Ergebnisse ergeben sich dabei dann, wenn die Anzahl der Achsen jedes Fahrzeugs mit einer die Reifen- oder Felgengröße der Räder charakterisierenden Kenngröße kombiniert werden.

[0012] Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass die Reifenund Felgengröße zusammen mit der -Achszahl als charakteristische Kenngrößen herangezogen werden können, die für das jeweils zulässige Gesamtgewicht stehen. So lässt sich insbesondere bei Lastkraftwagen die jeweilige Lastklasse anhand von einfach erkennbaren geometrischen Größen des jeweils zu klassifizierenden Fahrzeugs mit hoher Zuverlässigkeit zuordnen. Die klar definierte, insbesondere in der Ansicht unverwechselbare Form von Fahrzeugrädern erlaubt dabei auch bei einer automatisch erfolgenden Bilderfassung und -auswertung eine eindeutige, unverwechselbare Feststellung der die zugeordnete Klassifizierung ergebenden Merkmale.

[0013] Versuche haben gezeigt, dass durch die Einbindung der Erfassung von Reifen- und Felgengröße die Zahl der jeweils richtig klassifizierten Lastkraftwagen deutlich erhöht werden konnte. Während die bekannten Verfahren jeweils nur Erkennungsquoten im Bereich von 70 % lieferten, stellen Fehlerkennungen und -klassifizierungen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Ausnahme dar. Daher eignet sich die erfindungsgemäße Vorgehensweise beispielsweise zur zuverlässigen automatischen Unterscheidung von mautpflichtigen und mautfreien Fahrzeugen bei der Einfahrt in Straßen, die für Fahrzeuge mit einem ein bestimmtes Gewicht überschreitenden zulässigen Gesamtgewicht mautpflichtig sind.

[0014] Dabei kann es günstig sein, die gemäß der Erfindung durchgeführte Erkennung von charakteristischen Merkmalen der Räder selbst bzw. ihrer geometrischen Anordnung am Fahrzeug mit einer konventionellen Erfassung der die gesamte Form des Fahrzeugs kennzeichnenden Merkmalen, wie Gesamtbreite, -höhe etc., zu kombinieren, um die Genauigkeit der Klassifizierung weiter zu steigern.

[0015] Eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung ist mit einer Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen der Ansicht des Fahrzeugs und mit einer Auswerteinrichtung ausgestattet, die das jeweilige charakteristische Merkmal mindestens eines der Räder des Fahrzeugs durch Auswerten des von der Bilderfassungseinrichtung jeweils erfassten, an die Auswerteinrichtung gelieferten Bildes ermittelt und des ermittelten charakteristischen Merkmals eine Fahrzeugklasse zuordnet. Eine solche Vorrichtung lässt sich problemlos mit konventionellen Bilderfassungseinrichtungen, wie einem handelsüblichen portablen digitalem Videosystem, betreiben, die kostengünstig erhältlich sind und einfach aufgebaut und transportiert werden können.

[0016] Dabei lässt sich der Grad der Automatisierung des Klassifizierungsvorgangs dadurch weiter steigern, dass die Bilderfassungseinrichtung eine Einrichtung zum automatischen Erkennen des Herannahens eines in Bewegung befindlichen Fahrzeugs umfasst.

[0017] Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel schematisch darstellenden Zeichnung näher erläutert.

[0018] Die einzige Figur zeigt einen Lastkraftwagen 1, der in eine für Lastkraftwagen ab einem bestimmten zulässigen Gesamtgewicht mautpflichtigen Straße 2 einfährt. Im Bereich der Einfahrt ist eine Vorrichtung 3 zum automatischen Feststellen der Gewichtsklasse der in die Straße 2 einbiegenden Lastkraftwagen angeordnet.

[0019] Die Vorrichtung 3 umfasst eine Bilderfassungseinrichtung 4, die durch ein konventionelles digital arbeitendes, portables Videosystem gebildet ist, dass auf einem hier nicht gezeigten Stativ am Straßenrand aufgestellt ist. Zusätzlich ist die Bilderfassungseinrichtung 4 mit einer Einrichtung 4a zum Erkennen des Herannahens eines Kraftfahrzeugs ausgestattet.

[0020] Die Bilderfassungseinrichtung 4 ist über eine Datenleitung 4b mit einer durch eine konventionelle Datenverarbeitungseinrichtung gebildeten Auswerteinrichtung 5 verbunden. Die Auswerteinrichtung 5 ist in einem ebenfalls transportablen Gehäuse 5a angeordnet.

[0021] Soll eine Kontrolle vor Ort durchgeführt werden, so kann in dem Gehäuse 5a darüber hinaus eine an die Auswerteinrichtung 5 angeschlossene Anzeigeeinrichtung 6 in Form eines konventionellen Bildschirms untergebracht sein.

[0022] Die Auswerteinrichtung 5 ist mit einer Speichereinrichtung ausgestattet, in der das Ergebnis der von der Auswerteinrichtung 5 durchgeführten Auswertung abgespeichert wird. Dabei können die jeweils ausgewerteten erfassten Ansichten A zur Beweissicherung ebenfalls abgespeichert werden. Ebenso kann die Auswerteinrichtung 5 über eine geeignete, hier nicht dargestellte Datenfernübertragungseinrichtung mit einer ebenfalls nicht gezeigten zentralen Überwachungsstelle, beispielsweise einer zentralen Datenerfassungseinrichtung oder einer Verkehrsleitstelle, verbunden sein. Jede dieser Ausgestaltungen ermöglicht einen vollautomatischen Klassifizierungsbetrieb, für den kein Eingriff durch eine Bedienungsperson erforderlich ist.

[0023] Die Vorrichtung 3 kann ebenso Teil eines Überwachungssystems sein, das nicht nur die Klassifizierung des jeweiligen Fahrzeuges nach der Lastklasse, sondern auch weitere zur Erkennung des Fahrzeugs erforderliche Maßnahmen durchführen, wie eine automatische Erkennung des Fahrzeugkennzeichens, eine automatische Erkennung von von dem Fahrzeug mitgeführten Identifikationsmitteln etc.

[0024] Zudem kann die Vorrichtung mit einer Signaleinrichtung verbunden sein, die bei Erfassung eines hinsichtlich einer nicht ordnungsgemäßen Entrichtung von Gebühren verdächtigen Fahrzeugs ein Signal zum Ausleiten dieses Fahrzeugs aus dem laufenden Straßenverkehr abgibt.

[0025] Der Lastkraftwagen 1 weist drei Achsen A1,A2,A3 für jeweils ein Räderpaar auf, wobei die erste Achse A1 im Bereich des Führerhauses 1a und die beiden anderen Achsen A2,A3 als Zwillingsachsen eng benachbart im Bereich des Hecks 1b des Lastkraftwagens 1 angeordnet sind. Dementsprechend sind auf der in Fahrtrichtung F rechten, in der Figur sichtbaren Seite des Lastkraftwagens 1 drei Räder R1,R2,R3 zu erkennen.

[0026] Stellt die Einrichtung 4a das Herannahen des Lastkraftwagens 1 fest, so macht die Bilderfassungseinrichtung 4 eine Aufnahme A der in Fahrtrichtung F für sie sichtbaren Seitenansicht des Lastkraftwagens 1. Diese Abbildung A der Seitenansicht des Lastkraftwagens 1 wird als digitaler Datensatz über die Datenleitung 4b an die Auswerteinrichtung 5 geliefert.

[0027] Die Auswerteinrichtung 5 stellt durch Anwendung eines geeigneten Auswertalgorithmus zunächst die Lage der Räder R1,R2,R3 in der Abbildung A fest. Anschließend werden die den Abständen der Achsen A1,A2 und A1,A3 entsprechenden Abstände m1,m2 der Mittelpunkte der Räder R1 und R2 bzw. R1 und R3 ermittelt, um eine eindeutige Aussage über die Anzahl der Achsen des Lastkraftwagens 1 zu treffen. Zusätzlich werden für das Rad R1 der Außendurchmesser D_R des Reifens und der Außendurchmesser D_F der Felge festgestellt.

[0028] Die Anzahl der Achsen A1/A2,A3 sowie die Durchmesser D_R,D_F des Reifens R1 werden als die Räder R1,R2,R3 charakterisierende geometrische Merkmale dann von der Auswerteinrichtung 5 mit Datensätzen verglichen, die in einem Speicher der Auswerteinrichtung 5 abgelegt sind und angeben, welchen mit typischen Reifen- und Felgendurchmessern kombinierten Achszahlen welche Lastklasse zugeordnet ist. Dieser Vergleich ergibt die Lastklasse LK, die dem Lastkraftwagen zugeordnet ist.

[0029] Diese Lastklasse LK wird von der Anzeigeeinrichtung 6 angezeigt, um beispielsweise einer Überwachungsperson anzuzeigen, dass es sich bei dem Lastkraftwagen 1 um ein mautpflichtiges Fahrzeug handelt.

[0030] Zusätzlich kann das von der Auswerteinrichtung 5 gelieferte Ergebnis beispielsweise einen automatischen Zahlungs- oder Verbuchungsvorgang auslösen, durch den ein Konto des Fahrzeughalters oder -führers mit der fälligen Maut belastet wird.

[0031] Die von der Vorrichtung 3 automatisch vorgenommene Klassifizierung des Lastkraftwagens 1 kann durch weitere Erkennungsverfahren ergänzt werden, mit denen sich nicht nur die Lastklasse einstufen, sondern auch eine exakte Feststellung der Identität des jeweiligen Fahrzeugs durchführen lässt. Der Vorteil der Funktionsweise der Vorrichtung 3 besteht dabei darin, dass sie bei erfindungsgemäßer Betriebsweise eine sichere Selektion der an ihr vorbei fahrenden Fahrzeuge nach ihrem zulässigen Gesamtgewicht in Echtzeit ermöglicht, so dass die gegebenenfalls ergänzend durchgeführten Erkennungs- oder Zahlungsverfahren sich auf die der Mautpflicht tatsächlich unterliegenden Fahrzeuge. konzentrieren können.

BEZUGSZEICHEN

[0032] 

1

Lastkraftwagen

1a

Führerhaus des Lastkraftwagens 1

1b

Heck des Lastkraftwagens 1

2

mautpflichtige Straße

3

Vorrichtung zum automatischen Feststellen der Gewichtsklasse der in die Straße 2 einbiegenden Lastkraftwagen

4

Bilderfassungseinrichtung

4a

Einrichtung zum Erkennen des Herannahens eines Kraftfahrzeugs

4b

Datenleitung

5

Auswerteinrichtung

5a

transportables Gehäuse der Auswerteinrichtung 5

6

Anzeigeeinrichtung

A

Aufnahme der sichtbaren Seitenansicht des Lastkraftwagens 1

A1,A2,A3

Achsen des Lastkraftwagens 1

D_R

Außendurchmesser des Reifens des Rades R1

D_F

Außendurchmesser der Felge des Rades R1

F

Fahrtrichtung

LK

Lastklasse

m1,m2

Abstände der Achsen der Räder R1,R2 bzw. R1,R3

R1,R2,R3

Räder des Lastkraftwagens 1

Ansprüche

1. Verfahren zum automatischen Klassifizieren von mit Rädern (R1,R2,R3) ausgestatteten Fahrzeugen (1) umfassend folgende Schritte:

- Erfassen einer die einer Fahrzeugseite zugeordneten Räder (R1,R2,R3) abbildenden Ansicht (A) des jeweils zu klassifizierenden Fahrzeugs (1),

- Ermitteln mindestens eines charakteristischen Merkmals der Räder (R1,R2,R3) durch Auswerten der Ansicht (1), und

- Zuordnen des ermittelten charakteristischen Merkmals (m1,m2,D_R,D_F) der Räder (R1,R2,R3) zu einer Fahrzeugklasse (LK).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als charakteristisches Merkmal der Räder (R1,R2,R3) ein Durchmesser (D_R) des Reifens mindestens eines der Räder (R1) ermittelt wird.

3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als charakteristisches Merkmal der Räder (R1,R2,R3) der Durchmesser (D_F) der Felge mindestens eines der Räder (R ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als charakteristisches Merkmal der Räder (R1,R2,R3) die Differenz des Außendurchmessers (D_R,D_F) von Reifen und Felge mindestens eines der Räder (R1) ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als charakteristisches Merkmal der Räder (R1,R2,R3) die Anzahl der Achsen (A1,A2,A3) des Fahrzeugs ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansicht (A) mittels einer digitalen Bilderfassungseinrichtung (4) erfasst wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinrichtung mindestens zwei Kameras umfasst.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsschritt der Erfassung der Ansicht (A) das selbsttätige Erkennen des Herannahens eines Fahrzeugs (1) umfasst.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Fahrzeugen um Lastkraftwagen (1) handelt.

10. Vorrichtung zur Durchführung des gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildeten Verfahrens zum Klassifizieren von Kraftfahrzeugen (1)

- mit einer Bilderfassungseinrichtung (4) zum Erfassen eines Bildes (A) der Ansicht des Fahrzeugs (1),

- mit einer Auswerteinrichtung (5) zum Ermitteln des charakteristischen Merkmals mindestens eines der Räder (R1,R2,R3) des Fahrzeugs (1) durch Auswerten des von der Bilderfassungseinrichtung (4) jeweils erfassten, an die Auswerteinrichtung (5) gelieferten Bildes (A) und zum Zuordnen des ermittelten charakteristischen Merkmals zu einer Fahrzeugklasse (LK).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinrichtung (4) eine Einrichtung (4a) zum automatischen Erkennen des Herannahens eines in Bewegung befindlichen Fahrzeugs (1) umfasst.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anzeigeeinrichtung (6) zum Ausgeben der dem jeweils erfassten Fahrzeug (1) zugeordneten Fahrzeugklasse (LK) umfasst.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie tragbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinrichtung (4) mindestens zwei Kameras umfasst.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinrichtung (5) und die Bilderfassungseinrichtung (4) eine Baueinheit bilden.

Zeichnung