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Die
Erfindung betrifft ein Assistenzsystem zur Erhöhung einer Verkehrssicherheit,
insbesondere zur Erhöhung
der Verkehrssicherheit in einem Verkehrstunnel.
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Zur
Erhöhung
der Verkehrssicherheit von Fahrzeugen auf einem Straßenabschnitt
sind bereits umfangreiche Maßnahmen
bekannt.
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Diese
Maßnahmen
umfassen insbesondere Einrichtungen zur Verkehrsflusskontrolle und
zur Steuerung der Verkehrsdichte, bei denen eine Anzahl passierender
Fahrzeuge erfasst wird. Eine Erfassung der Anzahl passierender Fahrzeuge
und eine Bestimmung der Geschwindigkeit erfolgt beispielsweise unter
Verwendung von Induktionsschleifen in der Fahrbahn oder auch durch
Ultraschallsensoren.
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Anhand
der erfassten Anzahl von Fahrzeugen und der Geschwindigkeit einzelner
Fahrzeuge wird die zulässige
Geschwindigkeit auf einem Straßenabschnitt
in einer Weise reguliert, so dass idealerweise Gefahrensituationen
vermieden werden können.
Die Geschwindigkeitsregulierung erfolgt durch elektronische Verkehrsleitsysteme,
welche eine zulässige
Geschwindigkeit oder weitere Verkehrsbeschränkungen anzeigen.
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Ein
besonderes Augenmerk in Hinblick auf die Verkehrssicherheit wird
derzeit auf die Ausstattung von Verkehrstunneln gelegt. Bei solchen
Verkehrstunneln sind erweiterte Maßnahmen bekannt, die eine Beurteilung
eines gefährdenden
Fahrverhaltens durch einzelne Fahrzeuge gestatten.
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Die
derzeit bekannten und eingesetzten Maßnahmen zur Erhöhung der
Verkehrssicherheit auf einem gefährlichen
Straßenabschnitt,
insbesondere im Bereich von Verkehrstunneln, aber auch in einem
Baustellenbereich, umfassen eine Überwachung des Verkehrs mit
Hilfe von Kameras, die auf einzelne Ab schnitte des Straßenabschnitts
gerichtet und von diesem Straßenabschnitt
und den darauf passierenden Fahrzeugen eine optische Information in
Form von Bewegtbildern liefern. Diese Bewegtbilder werden üblicherweise
an eine Verkehrsleitwarte übermittelt
und an dortigen Anzeigesystemen dargestellt. Einem Bedienpersonal
dieser Verkehrsleitwarte ist es sodann möglich, anhand der Bewegtbilder ein
gefährdendes
Fahrverhalten einzelner Fahrzeuge zu identifizieren und geeignete
Maßnahmen
einzuleiten.
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Unter
einem gefährdenden
Fahrverhalten im obigen Sinne wird insbesondere ein Fahren mit überhöhter Geschwindigkeit,
aber auch ein Fahren mit deutlich niedrigerer Geschwindigkeit, dichtes
Auffahren eines Fahrzeugs auf ein anderes Fahrzeug, ein deutlich
bemerkbares Schwanken innerhalb der Fahrspur bzw. Fahren in Schlangenlinien
sowie unsicheres Fahren verstanden.
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Die
Einleitung geeigneter Maßnahmen
im obigen Sinne umfasst beispielsweise eine dynamische Geschwindigkeitsbegrenzung
durch elektronische Verkehrsleitsysteme, Sperrung der Fahrbahn, Sperrung
der Gegenfahrbahn, Sperrung eines Verkehrstunnels, Alarmierung von
Behörden
und Krankenversorgung usw.
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Infolge
einer zunehmend steigenden Anforderung, gefährdete Straßenabschnitte mit den oben genannten
Maßnahmen
auszustatten, steigen die Kosten aufgrund des zur Beurteilung von
Gefährdungssituationen
notwendigen Personaleinsatzes in den Verkehrsleitwarten. Zudem können aufgrund
einer extremen Verkehrsdichte Situationen eintreten, die in vielen
Fällen
schwer beherrschbar sind und zu menschlichen Fehleinschätzungen
seitens des Personals führen.
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Hinzu
kommt, dass in der Regel nicht alle zur Erfassung einer Verkehrssituation
notwendigen Informationen, insbesondere Umgebungsinformationen, vorliegen,
oder dass die zur Erfassung einer Verkehrssituation notwendigen
Information zu komplex sind, um eine schnelle und adäquate Einschätzung der
Verkehrssituation zu gewährleisten.
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Die
derzeit bekannten und eingesetzten Maßnahmen zur Erhöhung der
Verkehrssicherheit auf einem gefährlichen
Straßenabschnitt
sind aufgrund der notwendigen menschlichen Beurteilung in einer
Leitwarte nur bedingt für
einen rationellen und zuverlässigen
Betrieb geeignet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, Maßnahmen bereitzustellen,
welche eine automatisierte und zugleich zuverlässige Analyse der Verkehrssituation auf
einem Straßenabschnitt
gewährleisten
und welche bei Bedarf einen Eingriff in den Straßenverkehr ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Assistenzsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Die
Erfindung schafft ein Assistenzsystem zur Erhöhung einer Verkehrssicherheit
von Fahrzeugen auf einem Straßenabschnitt,
insbesondere zur Erhöhung
der Verkehrssicherheit in einem Verkehrstunnel, das eine Szenarioeinheit,
eine Modellierungseinheit, einer Auswertungseinheit und eine Steuereinheit
aufweist. Die genannten Einheiten liegen entweder als einzelne Module
innerhalb des erfindungsgemäßen Assistenzsystems
vor, oder, als logische Funktionseinheiten in einem ansonsten monolithischen
Assistenzsystem.
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Die
Szenarioeinheit dient einer Erfassung von individuellen Bewegungsmustern
der im Straßenabschnitt
befindlichen Fahrzeuge. Zum Ausführen
dieser Funktion bezieht die Szenarioeinheit Daten von geeigneten
Sensoren. Statt eines unidirektionalen Bezugs kann wahlweise auch
eine bidirektionale Kommunikation mit besagten Sensoren vorgesehen
sein. Die Szenarioeinheit bezieht beispielsweise Bewegtbilder von
einer Kamera, wobei die mit der Kamera erfassten Bewegtbilder der
den Stralenabschnitt passierenden Fahrzeuge in einer Mustererkennungseinheit
logischen Objekten zugeordnet werden, deren Be wegungsmuster nunmehr
analysierbar sind. Weiterhin kann durch die Szenarioeinheit zusätzlich eine
Erfassung von Umgebungsbedingungen vorgesehen sein. Zum Ausführen dieser Funktion
bezieht die Szenarioeinheit Daten von geeigneten Sensoren, wie z.
B. Sensoren zur Aufnahme von lokalen Wetterbedingungen, z. B. Niederschlagsmenge,
Lichtverhältnisse
usw.
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Die
Modellierungseinheit dient einem Abgleich mindestens eines individuellen
Bewegungsmusters mit mindestens einem zuvor definierten Datenmodell
eines gefährdenden
Fahrverhaltens.
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Die
Auswertungseinheit ist zur Auswertung des Abgleichs durch die Modellierungseinheit
und zur Klassifizierung mindestens eines Bewegungsmusters in ein
gefährdendes
Fahrverhalten vorgesehen.
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Weiterhin
ist eine Steuereinheit vorgesehen, die bei Klassifizierung mindestes
eines gefährdenden
Fahrverhaltens mindestens eine zum jeweiligen gefährdenden
Fahrverhalten zugehörige
Maßnahme steuert.
Diese Steuereinheit kann als elektronisches Verkehrsleitsystem zur
Anzeige einer zulässigen
Geschwindigkeit oder weitere Verkehrsbeschränkungen ausgebildet oder eine
Schnittstelle zu diesem bilden. Weiterhin kann durch die Steuereinheit
die Steuerung weiterer Maßnahme
vorgesehen sein, wie z. B. eine Beeinflussung der Beleuchtung im
Straßenabschnitt,
eine Steuerung von Schranken zum Sperren des Straßenabschnitts,
eine Synthetisierung von Verkehrsdurchsagen, die mittels Lautsprecher
oder durch ein im Bereich des Straßenabschnitts ausgestrahlten
Radiofrequenz an die Verkehrsteilnehmer, z. B. mittels »Tunnelradio« übermittelt
werden.
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Als
besonderer Vorteil der Erfindung ist hervorzuheben, dass diese Mittel
bereitstellt, die eine Beurteilung einer Gefährdungssituation von einer menschlichen
Einschätzung
enthebt, welche unweigerlich fehlerbehaftet und aufgrund einer lebhaften Verkehrssituation üblicherweise
nicht vollständig
jederzeit erfassbar ist. Diese Beurteilung wird mit den Mitteln der
Erfindung von einem technischen System ausgeführt, welches eine raschere
und zuverlässigere
Reaktion auf gefährdendes
Fahrverhalten eines Fahrzeugs im Straßenabschnitt gestattet.
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Das
erfindungsgemäße Assistenzsystem bietet
ferner den Vorteil, dass die Modellierung komplexer Situationen
insbesondere für
einen Entwickler von Softwareapplikationen beherrschbar bleibt.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Assistenzsystems ist ein Einsatz
einer Mehrzahl von Bildgebungssystemen vorgesehen. Eine solche Mehrzahl
bietet sich nicht nur bei einer kurvenreichen Strecke an, die nicht durch
ein einziges Bilderfassungssystem erfassbar ist. Vorteilhaft ist
insbesondere der Einsatz einer Mehrzahl von Bildgebungssystemen
mit unterschiedlicher Erfassungstechnik, Beispielsweise, neben Kameras
für das
sichtbare Spektrum auch zusätzliche Infrarot-
bzw. Wärmekameras,
Ultraschall- und/oder Radarerfassungssysteme.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Assistenzsystems sind neben
Bilderfassungssysteme auch weitere Sensoren vorgesehen – z. B.
akustischen Sensoren, Näherungssensoren,
Bewegungssensoren, Berührungssensoren,
mikroklimatischen Sensoren – die
eine Erfassung der individuellen Bewegungsmuster oder eine Erfassung
von Umgebungsbedingungen unterstützen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Assistenzsystems wird zur Klassifizierung
des Bewegungsmusters in ein gefährdendes
Fahrverhalten eine Gewichtung unter Verwendung von Wahrscheinlichkeiten
vorgenommen. Durch eine Verwendung von Wahrscheinlichkeiten, optional
oder kumulativ sowohl im definierten Datenmodell eines gefährdenden
Fahrver haltens als auch in der Auswertung des Bewegungsmusters,
gestattet eine Berücksichtigung
individuell ausgeprägter
Fahrweisen, welche noch innerhalb eines Toleranzbereichs einem nicht-gefährdenden
Fahrverhaltens zugeordnet werden. Weiterhin gestattet eine solche Maßnahme auch,
Ungenauigkeiten in der Umgebungserfassung auszugleichen. Kurzum
erhöht
eine Gewichtung unter Verwendung von Wahrscheinlichkeiten in vorteilhafter
Weise eine robuste Arbeitsweise des Assistenzsystems.
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Bei
einer möglichen
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Assistenzsystems
wird das gespeicherte Datenmodell eines gefährdenden Fahrverhaltens durch
ein spezifisches Datenmodell gebildet, wobei es sich in der Regel
um ein monolithisch modelliertes Datenmodell handelt, beispielsweise
ein Baye'sches Netz,
ein Hidden-Markov Modell, ein neuronales Netz oder ein regelbasiertes
Modell.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Assistenzsystems
wird das gespeicherte Datenmodell eines gefährdenden Fahrverhaltens jedoch
auf Basis einer formalen Sprache zur Beschreibung von Ontologien,
also z. B. OWL-DL (Web Ontology Language – Description Logic) definiert.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Assistenzsystems
sind weitere mögliche
formale Sprachen zur Beschreibung von Ontologien einsetzbar, wie
z. B. RDF-Schema, DAML + OIL, F-Logic, Web Service Modeling Language
(WSML), Knowledge Interchange Format (KIF) sowie Topic Maps.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Assistenzsystems
ist die Szenarioeinheit an Sensoren angeschlossen, welche die Umgebungsinformationen
an das Assistenzsystems liefern.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Assistenzsystemsist
die Steuereinheit an Aktoren angeschlossen, welche die Steuereinheit
zur Durchführung
der jeweiligen Maßnahme
ansteuert.
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Ein
Ausführungsbeispiel
mit weiteren Vorteilen und Ausgestaltungen der Erfindung wird im
Folgenden anhand der Zeichnung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
einen Überblick
von an einem Straßenabschnitt
angeordneten Fahrzeugen und Funktionseinheiten;
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2:
ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Assistenzsystems.
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1 zeigt
eine Prinzipdarstellung einer Straße STR mit drei Fahrzeugen
V1, V2, V3, welche sich auf unterschiedlichen Verkehrsspuren und
somit unterschiedlichen Fahrtrichtungen auf der Straße STR bewegen.
Auf einem Abschnitt der Straße
STR ist ein Straßenabschnitt
SEC definiert, entlang dessen eine Mehrzahl von Sensoren S1, S2,
S3 angeordnet sind. Die Sensoren S1, S2, S3 kommunizieren mit einem
Assistenzsystem ASS.
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Der
gezeigte Straßenabschnitt
SEC befindet sich beispielsweise entlang einer bekannten Gefahrenstelle
wie z. B. einem Verkehrstunnel oder innerhalb eines Baustellenbereichs.
Einer der Sensoren S1, S2, S3 ist beispielsweise als Kamera ausgebildet,
wobei die mit der Kamera erfassten Bewegtbilder der den Straßenabschnitt
passierenden Fahrzeuge V1, V2, V3 in einer Mustererkennungseinheit
des Assistenzsystems ASS logischen Objekten zugeordnet werden, deren
Bewegungsmuster nunmehr analysierbar sind. Weiterhin kann durch
das Assistenzsystem ASS mit entsprechend ausgestalteten Sensoren S1,
S2, S3 zusätzlich
eine Erfassung von Umgebungsbedingungen vorgesehen sein, wie z.
B. unter Einsatz von Sensoren S1, S2, S3 zur Aufnahme von lokalen
Wetterbedingungen, z. B. Niederschlagsmenge, Lichtverhältnisse
usw.
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2 zeigt
das bereits aus 1 bekannte Assistenzsystem ASS
in seinen Einzelkomponenten. Eine Szenarioeinheit SCE kommuniziert
mit den aus 1 bekannten Sensoren S1, S2,
S3.
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Die
Szenarioeinheit SCE enthält
eine – nicht dargestellte – Mustererkennungseinheit,
durch welche aus den mittels der Sensoren S1, S2, S3 erfassten und
in der Szenarioeinheit SCE berechneten Bewegungsmustern der im Straßenabschnitt
SEC befindlichen Fahrzeuge V1, V2, V3 eine Zuordnung in logische
Objekte vorgenommen wird. Die Bewegungsmuster dieser logischen Objekte
stehen nunmehr einer Erfassung durch eine Modellierungseinheit MOD
des Assistenzsystems ASS zur Verfügung.
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In
der Modellierungseinheit MOD wird zur Laufzeit ein Abgleich der
Bewegungsmuster der logischen Objekte mit einem Datenmodell vorgenommen,
welches ein gefährdendes
Fahrverhalten charakterisiert.
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Ein
solches Datenmodell eines gefährdenden
Fahrverhaltens wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in
einer Informationsquellenontologie definiert. Das Datenmodell enthält vorzugsweise
eine Vielzahl verschiedener Definitionen eines gefährdenden
Fahrverhaltens, welche modular innerhalb des Datenmodells vorgehalten
werden. Mit anderen Worten wird für eine Vielzahl gefährdender
Fahrverhalten, welche vom System erkannt werden sollen, ein jeweiliges
individuelles Fahrverhaltensontologiemodul innerhalb des Datenmodells
erstellt.
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Eine
solche Modularität
gestattet auch eine Definition generischer Konzepte (Core-Ontologie), welche
in allen Verhaltensmodellen benötigt
bzw. verwendet werden und welche von jedem Verhaltensmodell importiert
werden.
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Die
Fahrverhaltensontologiemodule innerhalb des gespeicherten Datenmodells
werden mittels einer formalen Sprache zur Beschreibung von Ontologien,
vorzugsweise mittels OWL-DL defi niert. Die ermittelten Informationen
aus verschiedenen Quellen, z. B. Sensoren S1, S2, S3, können mit
Hilfe der Informationsquellenontologie vereinheitlicht dargestellt
werden.
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Um
eine Bewertung robuster zu gestalten, wird in den Fahrverhaltensontologiemodulen
eine Gewichtung unter Verwendung von Wahrscheinlichkeiten vorgenommen.
Diese Gewichtung unter Verwendung von Wahrscheinlichkeiten wird
optional auch in den logischen Objekten, mit anderen Worten: der
Informationsquellenontologie eingesetzt.
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Für die Informationsquellenontologie
werden Wahrscheinlichkeiten eingesetzt, um Ungenauigkeiten in der
Umgebungserfassung zu reflektieren. In Fahrverhaltensontologiemodulen
werden Wahrscheinlichkeiten eingesetzt, um individuelle Ausprägungen eines
speziellen Fahrverhaltens zu reflektieren.
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Die
Auswertung des Abgleichs durch die Modellierungseinheit MOD erfolgt
in der Auswertungseinheit ANL. In dieser Auswertungseinheit ANL
wird als Ergebnis eine Klassifizierung mindestens eines Bewegungsmusters
in ein gefährdendes
Fahrverhalten vorgenommen.
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Zur
Auswertung eines einzelnen Bewegungsmusters wird ebenfalls eine
Gewichtung unter Verwendung von Wahrscheinlichkeiten vorgenommen.
Dies gestattet eine Berücksichtigung
individuell ausgeprägter
Fahrweisen, welche noch innerhalb eines Toleranzbereichs einem nicht-gefährdenden Fahrverhalten
zugeordnet werden können.
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Die
so aufbereiteten Informationen eines Bewegungsmusters werden verwendet,
um Konzepte der Informationsquellenontologie zur Laufzeit zu instanziieren.
Basierend auf diesen Instanzen wird mit Hilfe einer DL-Realisierung
(Description Logic) unter Anwendung von Verfahren aus der logischen
Programmierung eine Klassifizierung in ein gefährdendes bzw. nichtgefährdendes
Fahrverhalten vorgenommen.
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Diese
Klassifizierung wird nun mit Hilfe eines Schwellenwerts gewichtet,
oberhalb dessen eine für ein
jeweiliges gefährdendes
Fahrverhalten zugehörige
Maßnahme
erforderlich ist. Ist eine solche Maßnahme erforderlich, wird durch
eine Steuereinheit CRT mindestens eine zum jeweiligen gefährdenden Fahrverhalten
zugehörige
Maßnahme
ausgelöst.
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Die
Steuereinheit CRT ist für
eine Steuerung eines elektronischen Verkehrsleitsystems vorgesehen.
Alternativ übernimmt
die Steuereinheit CRT selbst die Funktion eines elektronischen Verkehrsleitsystems
oder, bildet eine Schnittstelle zu einem Verkehrsleitsystems gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung.
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Die
Erfindung basiert auf einer Formalisierung menschlichen Fahrverhaltens
und einem Vergleich des formalisierten Fahrverhaltens mit einer Umgebungsinformation.
Dabei wird eine explizite Modellierung von Umgebungsinformationen
und Fahrverhaltensmustern durchgeführt. Eine Einschätzung des
Gefährdungspotenzials
erfolgt mittels einer Laufzeitauswertung unter Nutzung von formalisierten Wahrscheinlichkeiten
in den Fahrverhaltensmodellen.
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Die
Erfindung weist dabei den Vorteil auf, neuartige Überwachungs-
und Assistenzsysteme zur Unterstützung
für Leitwartenpersonal
zu schaffen, durch welche eine automatische Erkennung und Bewertung
von individuellen menschlichen Fahrverhalten realisiert werden kann.