Positionsbestimmungsverfahren für ein Verkehrsgebühren-Erhebungssystem

Abstract

 Bei einem Positionsbestimmungsverfahren, insbesondere für ein Verkehrsgebühren-Erhebungssystem, bei dem mittels einer Erfassungseinheit die Position bestimmt und mit definierten Referenzpunkten (R, R', R") auf einer Strecke (M) verglichen wird, wobei die Referenzpunkte (R, R', R") Toleranzbereiche (T, T', T") aufweisen, weisen die Toleranzbereiche (T, T', T") für die Positionsbestimmung unterschiedliche Abmessungen auf.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft Positionsbestimmungsverfahren, insbesondere für ein Verkehrsgebühren-Erhebungssystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

[0002] Aus der DE 43 10 099 A1 ist ein Positionsbestimmungsverfahren dieser Art bekannt, bei welchem mittels eines Satelliten-Navigationssystems (GPS) die Position eines Fahrzeuges bestimmt wird. Auf einer verkehrsgebührenpflichtigen Strecke, in diesem Fall einer Autobahn, sind Referenzpunkte mit einer vorgegebenen Genauigkeit angeordnet, und zwar zwischen zwei Ein-/Ausfahrten mindestens ein Referenzpunkt. Passiert das Fahrzeug den Referenzpunkt, befindet es sich auf dem entsprechenden Autobahnabschnitt. Dieses Positionsbestimmungsverfahren eignet sich nur für einfache Streckenführungen und eine nicht eingeschränkte Satelliten-Positionsgenauigkeit.

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit und Eindeutigkeit eines Positionsbestimmungsverfahrens der eingangs genannten Art zu erhöhen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Positionsbestimmungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen bzw. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0004] Dadurch, dass die Toleranzbereiche für die Positionsbestimmung unterschiedliche Abmessungen aufweisen, können die Referenzpunkte besser an die lokalen Begebenheiten angepasst werden. Bei benachbarten Referenzpunkten im Bereich von Verzweigungen oder dergleichen, kann mit einem größeren Toleranzbereich eine Abweichung zur Kalibrierung bestimmt und mit einem kleineren Toleranzbereich eine Entscheidung getroffen werden. Unterstützend können die Fahrthistorie einschließlich Kurvenformen zur genaueren Differenzierung eingesetzt werden.

[0005] Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels mit verschiedenen Varianten näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1

eine schematische Darstellung eines einzelnen Referenzpunktes,

Fig. 2

eine entsprechende Darstellung mehrerer Referenzpunkte im Bereich einer Verzweigung nach dem Prinzip der Fokussierung und

Fig. 3

eine entsprechende Darstellung eines Referenzpunktes im Bereich einer Verzweigung nach dem Prinzip der Kurvenformdifferenzierung.

[0006] Im Ausführungsbeispiel beruht ein Verkehrsgebühren-Erhebungssystem darauf, dass in einem Fahrzeug eine Empfangs- und Speichereinheit (Erfassungseinheit), im folgenden als OBU bezeichnet, vorzugsweise mit einer Chipkarte als Berechnungs- und Buchungseinheit vorgesehen ist. Die OBU bestimmt mittels eines Satelliten-Navigationssystems (GPS) oder eines Langwellen-Navigationssystems (Loran-C) oder einer Kombination davon die Position des Fahrzeuges, beispielsweise jede Sekunde einmal. Dabei führt die OBU ein nachfolgend genauer beschriebenes Positionsbestimmungsverfahren durch, um die Genauigkeit vorzugsweise laufend zu verbessern, wobei ein in der OBU enthaltenes Rechnermittel die notwendigen Entscheidungen trifft. Befindet sich das Fahrzeug auf einer verkehrgebührenpflichtigen Strecke, im folgenden als eine Mautstrecke M bezeichnet, beispielsweise auf einer Autobahn, so werden in Abhängigkeit von der gefahrenen Strecke in der Berechnungs- und Buchungseinheit Umbuchungen von Verkehrsgebühren vorgenommen.

[0007] Auf der Mautstrecke M sind hierzu ein oder mehrere exakt vermessene, aber frei wählbare Referenzpunkte R angeordnet, und zwar mindestens ein Referenzpunkt R zwischen zwei Einfahrten, Ausfahrten, Autobahnkreuzen oder dergleichen sowie vor und nach einem Tunnel. Jeder Referenzpunkt R weist einen Toleranzbereich T auf, der die Messgenauigkeit der OBU einschließlich der künstlich beeinflussten Empfangsempfindlichkeit in Bezug auf die Satelliten berücksichtigt und in Abhängigkeit der lokalen Begebenheiten, wie geographische Besonderheiten, Abschattungen durch Berge und Bäume, lokaler elektromagnetischer Störfelder oder der Nachbarschaft nichtverkehrsgebührenpflichtiger Landstrassen n, wählbar ist, beispielsweise als Ellipse mit unterschiedlicher Ausdehnung in geographischer Länge und geographischer Breite, wobei die Ausdehnung beispielsweise etwa 100 m beträgt. Dieser Toleranzbereich T erhöht die Eindeutigkeit der Positionsbestimmung.

[0008] Gelangt das Fahrzeug mit der OBU in den Toleranzbereich T des Referenzpunktes R, so wird es behandelt, als ob es den Referenzpunkt R exakt passieren würde. Es wird beispielsweise die Verkehrsgebühr für den aktuellen Streckenabschnitt zwischen einer Einfahrt und einer Ausfahrt umgebucht. Passiert das Fahrzeug mit der OBU hingegen den Referenzpunkt R außerhalb des Toleranzbereichs T, beispielsweise auf einer nichtverkehrsgebührenpflichtigen Landstrasse n, so erfolgt keine Umbuchung. Mit dieser Technik ist die Position auf etwa 96 % aller verkehrsgebührenpflichtigen Strecken eindeutig bestimmbar.

[0009] Die Aneinanderreihung der durch die OBU gemessenen Positionen als Polygonzug ergibt die gemessene Fahrtroute, welche in Regel von der wirklichen Fahrtroute abweicht. In der Regel erfolgen innerhalb des Toleranzbereichs T mehrere Positionsmessungen durch die OBU. Für Korrekturen kann nun die Abweichung δ der gemessenen Fahrtroute zum Referenzpunkt R bestimmt werden, beispielsweise durch den kleinsten Abstand der gemessenen Fahrtroute zum Referenzpunkt oder durch den Abstand der gemessenen Fahrtrichtung zum Referenzpunkt in der Richtung quer zur Fahrtrichtung.

[0010] Diese Abweichung δ, welche sich aufgrund wandernder Satelliten und lokaler Besonderheiten ändert, kann für eine noch exaktere Positionsbestimmung in Bereichen mit mehreren, eventuell aufgabelnden Mautsrecken M und parallel laufenden, nichtverkehrsgebührenpflichtigen Landstrassen n verwendet werden. An dem Referenzpunkt R in Fahrtrichtung vor diesem Bereich (oder nach diesem Bereich), welcher einen als Fangkreis bezeichneten Toleranzbereich T (mit etwa 100 m Durchmesser) aufweist, wird die Abweichung δ bestimmt. Die nächsten Referenzpunkte R' und R", welche beispielsweise auf unterschiedlichen Zweigen einer Verzweigung liegen, haben als Fokussierungspunkte sehr viel kleinere Toleranzbereiche T' bzw. T", beispielsweise etwa 10 m, um nebeneinander verlaufende Trassen eindeutig unterscheiden zu können. Die Toleranzbereiche T' und T" sind mit der aktuellen Abweichung δ korrigiert, d.h. verschoben. Passiert das Fahrzeug mit der OBU den Referenzpunkt R' oder R", so wird ein Eindringen in die verschobenen Toleranzbereiche T' bzw. T" überprüft, um eine Entscheidung zu treffen, welcher Referenzpunkt R' bzw. R" passiert wurde. Gegebenenfalls befinden sich mehrere dieser Fokussierungspunkte hintereinander auf den unterschiedlichen Trassen.

[0011] Bei sehr langsamer Fahrt, Stop-and-Go oder Stau kann die (grundsätzlich zeitabhängige) Abweichung δ zum nächsten Referenzpunkt R dazu verwendet werden, die Veränderungen der Messumgebung, beispielsweise durch die Satellitenwanderungen, auszugleichen. Vorzugsweise werden die jeweiligen Abweichung δ zusammen mit den vorgenommenen Umbuchung der Verkehrsgebühren an die zentrale Stelle des Verkehrsgebühren-Erhebungssystems (Clearing-House) weiter gemeldet. Aus einer Statistik aller Abweichungen aller Teilnehmer des Systems unter Berücksichtigung jahreszeitlicher Schwankungen kann ein Maß dafür erhalten werden, ob der Referenzpunkt aufgrund lokaler Störungen verschoben werden sollte, beispielsweise in Längsrichtung der Mautstrecke M oder quer dazu. Das Verkehrsgebühren-Erhebungssystem ist dadurch lernfähig.

[0012] Je nach Streckenverlauf, beispielsweise bei lange nebeneinander verlaufenden und einander kreuzungsfrei kreuzenden Strecken (Über- oder Unterführung), kann es für eine eindeutige Positionsbestimmung zusätzlich notwendig sein, die Historie der Fahrtroute bezüglich Einfahrten und Ausfahrten und dergleichen zu verwenden, um nach dem Passieren von Abzweigemöglichkeiten zu entscheiden, welche Strecke gewählt wurde, d.h. das Fahrzeug sich vorher oder nachher auf der gleichen Strasse befindet oder gewechselt hat, und ob es sich jeweils um eine Mautstrecke M handelt oder nicht.

[0013] Ein Spezialfall hierzu ist die Berücksichtigung der Form der gemessenen Fahrtroute, d.h. eine Kurvenformdifferenzierung. Im Bereich von Einfahrten und Ausfahrten sind beispielsweise drei Kurvenformen typisch, nämlich enge oder scharfe Kurven für Kreuzungen und Rechtsabbieger, mittlere Kurven für Einfahrten und Ausfahrten und gerade oder flache Kurven für Autobahn- oder Schnellstrassenabschnitte. Wird in der Darstellung in Fig. 3 innerhalb des Toleranzbereichs T des Referenzpunktes R eine flache Kurve gemessen, ist das Fahrzeug auf der Mautstrecke M verblieben, d.h. von A nach E gefahren. Im Falle einer mittleren Rechtskurve und einer scharfen Linkskurve wäre es auf die parallele Landstrasse n gewechselt.

[0014] Es ist sinnvoll, weitere Eigenschaften zu berücksichtigen, beispielsweise dass Autobahnparkplätze oder -raststätten in der Regel nur über die Autobahn zu erreichen sind. Es kann auch die vom GPS-Empfänger ermittelte "Delusion of Precision" (DOP) ausgewertet werden, um einen lokal unterscheidlichen Einfluss einer Brücke oder eine Baumreihe zwischen der Mautstrecke M und der Landstrasse n für die Eindeutigkeit der Positionsbestimmung auszunutzen. In diesem Zusammenhang stellen Tunnels eine große Beeinträchtigung der DOP dar. Am Eingang und an den Ausgängen werden virtuelle Referenzpunkte gesetzt. Spätestens beim Verlassen des Tunnels kann die Position neu bestimmt werden (nach maximal ca. 1 Sekunde), wobei bei längeren Tunnels der GPS-Empfänger vor seinem automatischen Übergang in den Standby-Betrieb (nach ca. 5 Minuten) mit den gespeicherten Daten des Ausgangs des Tunnels versorgt wird.

[0015] Zusätzlich (oder alternativ) kann in der OBU eine Einheit für eine Dedicated-Short-Range-Communication (DSRC) vorgesehen sein, welche das Passieren eines entsprechenden DSRC-Referenzpunktes (Bake) mit einem kleineren Toleranzbereich feststellt. Durch eine Korrelation der Daten von wenigstens zwei Navigationssystemen aus der Gruppe GPS, Loran-C und DSRC wird eine höhere Genauigkeit erreicht, mit der beispielsweise die Abweichung δ korrigiert oder eine schlechtere DOP ausgeglichen werden kann.

Ansprüche

1. Positionsbestimmungsverfahren, insbesondere für ein Verkehrsgebühren-Erhebungssystem, bei dem mittels einer Erfassungseinheit die Position bestimmt und mit definierten Referenzpunkten (R, R', R") auf einer Strecke (M) verglichen wird, wobei die Referenzpunkte (R, R', R") Toleranzbereiche (T, T', T") aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass für die Positionsbestimmung die Toleranzbereiche (T, T', T") unterschiedliche Abmessungen aufweisen.

2. Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Toleranzbereich (T, T', T") in verschiedene Richtungen unterschiedliche Abmessungen aufweist.

3. Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranzbereiche (T, T', T") verschiedener Referenzpunkte (R, R', R") unterschiedliche Abmessungen aufweisen.

4. Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranzbereiche (T, T', T") benachbarter Referenzpunkte (R, R', R") unterschiedliche Abmessungen aufweisen.

5. Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Entscheidungsmöglichkeit über eine Weiterbenutzung der Strecke (M) ein Referenzpunkt (R) mit einem größeren Toleranzbereich (T) und nach der Entscheidungsmöglichkeit wenigstens ein Referenzpunkt (R', R") mit einem kleineren Toleranzbereich (T', T") vorgesehen ist.

6. Positionsbestimmungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Passieren des Referenzpunktes (R) innerhalb des Toleranzbereichs (T) eine Abweichung (δ) bestimmt wird.

7. Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Passieren des Referenzpunktes (R', R") mit dem kleineren Toleranzbereich (T', T") mit der gemessenen Abweichung (δ) die Position des Toleranzbereichs (T', T") korrigiert wird.

8. Positionsbestimmungsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Referenzpunkt (R) die gemessenen Abweichungen (δ) aller Teilnehmer des Verkehrsgebühren-Erhebungssystems, die den Referenzpunkt (R) passieren, erfasst und für eine Entscheidung über eine Verlegung des Referenzpunktes (R) verwendet werden.

9. Positionsbestimmungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Entscheidungsmöglichkeit über eine Weiterbenutzung der Strecke (M) die Historie der Fahrtroute berücksichtigt wird.

10. Positionsbestimmungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Entscheidungsmöglichkeit über eine Weiterbenutzung der Strecke (M) ein Referenzpunkt (R) vorgesehen ist, wobei innerhalb dessen Toleranzbereichs (T) aus der gemessenen Fahrtroute eine Kurvenform ermittelt und zur Differenzierung eingesetzt wird.

11. Positionsbestimmungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit GPS- und/oder Loran-C- und/oder DSRCbasiert ist.

12. Positionsbestimmungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer GPS-basierten Erfassungseinheit eine Auswertung der "Delusion of Precision" und/oder eine Korrelation mit den Daten von Loran-C und/oder DSRC zur Verbesserung der Eindeutigkeit der Positionsbestimmung verwendet wird.

13. Vorrichtung zur Positionsbestimmung mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.

14. Verkehrsgebühren-Erhebungssystem mit einer Positionsbestimmung mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.

Zeichnung