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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogramm zum Schätzen einer Ampelphase einer Ampel einer Ampelanlage.
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Es gibt automatische Fahrfunktionen eines Kraftfahrzeugs, die u.a. Informationen von Ampelanlagen und von umgebenden Fahrzeugen verarbeiten, um entsprechend im Straßenverkehr zu reagieren.
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So beschreibt die
DE 10 2011 004 425 A1 ein Verfahren zum Schätzen des Status einer Ampelanlage. Dabei wird festgestellt, dass sich ein Fahrzeug an eine Ampelanlage annähert, d.h. dass eine Ampelanlage auf der Fahrtroute unmittelbar bevorsteht. Gemäß dem Verfahren wird geprüft, ob eine fahrerseitige Verzögerungsabsicht oder Verzögerungsbereitschaft vorliegt. In Abhängigkeit hiervon wird ein Status der Ampelanlage geschätzt. So kann beispielsweise dann, wenn eine fahrerseitige Verzögerungsabsicht oder-bereitschaft beim Herannahen an eine Ampel erkannt wurde, angenommen werden, dass die Ampel ein rotes Lichtsignal aussendet. Wenn ein kamerabasiertes System zur Umfelderkennung vorhanden ist, welches eine Ampelanlage erkennen kann, könnte auch die häufig für sich alleine genommen wenig verlässliche Information über die Signalfarbe der Ampelanlage bei der Schätzung des Ampelzustands mitberücksichtigt werden.
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Aus der
DE 10 2012 207 620 A1 ist ein System und ein Verfahren für die Lichtsignaldetektierung bekannt. Das Verfahren und das System können einen Ort eines Fahrzeugs bestimmen, unter Verwendung einer dem Fahrzeug zugeordneten Kamera ein Bild erheben, das Bild zusammen mit dem Ort des Fahrzeugs und/oder zuvor erhobenen Informationen über den Ort von Lichtsignalen oder anderen Objekten (z.B. Verkehrszeichen) analysieren und unter Verwendung dieser Analyse ein Bild eines Lichtsignals innerhalb des erhobenen Bilds ermitteln. Die Position des Signals kann bestimmt und zur späteren Verwendung gespeichert werden. Die Identifizierung des Signals kann verwendet werden, um eine Ausgabe wie etwa den Status des Signals (z.B. grünes Licht) bereitzustellen.
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Die
DE 10 2016 013 972 A1 beschreibt ein Fahrerassistenzsystem mit ersten Empfangsmitteln zum Empfangen von Ampelsignalphaseninformation von einer Ampel, die auf dem Weg eines das Fahrerassistenzsystem mitführenden Ego-Fahrzeugs vorausliegt, zweiten Empfangsmitteln zum Sammeln von Informationen über Fahrzeuge, die sich auf dem Weg zwischen dem Ego-Fahrzeug und der Ampel befinden, und Rechenmitteln zum Prognostizieren von Stauende und Auflösungszeitpunkt eines von diesen Fahrzeugen vor der Ampel gebildeten Rückstaus, zum Berechnen und Ausgeben einer empfohlenen Geschwindigkeit, mit der das Ego-Fahrzeug fahren kann, um das Stauende nach Auflösung des Rückstaus zu erreichen.
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Es liegt also die Herausforderung vor, dass nicht vom Fahrer, sondern mittels eines Verfahrens, einer Vorrichtung und/oder eines Computerprogramms erkannt wird, welche Informationen für eine automatische Fahrzeugfunktion relevant sind. Insbesondere bei einem Fahrzeug, das einen von einer Ampelanlage gesteuerten Fahrbahnabschnitt befährt und sich auf die Ampelanlage zubewegt, müssen die relevanten Ampelinformationen wie die vorliegende Ampelphase einer Ampel zuverlässig erfasst oder ermittelt werden. Eine Ampelphase ist ein Signal, die eine Ampel anzeigen kann. In der Regel kann eine Ampel die Ampelphasen „grün“, „gelb“, „rot“ und „gelb und rot“ anzeigen.
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Jedoch können fahrzeugseitige Kamerasysteme aufgrund ihrer begrenzten Öffnungswinkel der Kameraoptik eine Ampelphase einer Ampelanlage nicht erkennen, wenn sich das Fahrzeug zu nah an der Ampelanlage befindet. Aber gerade die vorliegende Ampelphase der Ampelanlage zum Zeitpunkt des Überfahrens/Haltens an der Ampelanlage ist besonders wichtig, für bspw. verschiedene Fahrzeugfunktionen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogramm bereitzustellen, die die oben genannte Herausforderung wenigstens teilweise bewältigen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Vorrichtung nach Anspruch 14 und ein Computerprogramm nach Anspruch 15 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
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Ein erster Aspekt der Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Ampelphase einer Ampel einer Ampelanlage. Die Ampel liegt hierbei auf einem Fahrweg eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- - Abrufen eines Event-Zeitpunkts, zu dem sich das Fahrzeug an der Ampel befindet;
- - Abrufen eines ersten Erfassungszeitpunkts, zu dem das Fahrzeug die Ampel erstmalig erfasst;
- - Abrufen eines letzten Erfassungszeitpunkts, zu dem das Fahrzeug die Ampel letztmalig erfasst;
- - Abrufen eines Phasenverlaufs der Ampel, der sich von dem ersten Erfassungszeitpunkt bis zum letzten Erfassungszeitpunkt erstreckt;
- - Bestimmen einer Ampelphase der Ampel zum Event-Zeitpunkt durch Vergleichen des abgerufenen Phasenverlaufs mit einem Referenzampelzyklus, wobei der Referenzampelzyklus eine vorbestimmte Umlaufzeit aufweist und Phasendauern des Referenzampelzyklus als Zufallsvariablen modelliert sind.
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Für das Fahrzeug ist in der Regel der Status (die vorliegende Ampelphase) der Ampel maßgeblich, die den Fahrweg des Fahrzeugs steuert. Bei einer mehrspurigen Straße ist die Fahrspur, auf der sich das Fahrzeug bewegt, der Fahrweg.
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Eine Ampel kann mehrere Ampelphasen signalisieren, insbesondere eine Grünphase, eine Gelbphase, eine Rotphase und eine Rot-Gelb-Phase. In der Regel schaltet die Ampel auch in der vorher genannten Phasenreihenfolge innerhalb einer vorbestimmten Zeit. So ein kompletter Phasenverlauf der Ampel wird auch Schaltzyklus genannt. Diese vorbestimmte Zeit wird als Umlaufzeit der Ampel bezeichnet. Mit anderen Worten, die Umlaufzeit gibt diejenige Zeit an, die ein kompletter Schaltzyklus der Ampel benötigt.
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Bei dem Event-Zeitpunkt handelt es sich um einen Zeitpunkt, bei dem sich das Fahrzeug an der Ampel befindet. Das Fahrzeug kann dabei an der Ampel halten oder diese Überfahren. „An der Ampel“ bedeutet insbesondere, dass sich das Fahrzeug auf seinem Fahrweg in Fahrtrichtung maximal bis zu 25m, vorzugsweise bis zu 15m, vor der Ampel befindet. Dabei wird die Ampelposition von einer fahrzeugseitigen Erfassungseinrichtung erfasst. Die Erfassungseinrichtung umfasst eine Kameraeinrichtung zur Erfassung von Bildinformationen und ein GPS-System (wie bspw. ein Navigationssystem) zur Erfassung von Positionsdaten des Fahrzeugs und der Ampel. Die Ampelposition wird dann bspw. an eine Datenbank übersendet und dort abgespeichert.
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Ferner werden der erste und der letzte Erfassungszeitpunkt abgerufen. Zu diesen Zeitpunkten wird die Ampel durch das Fahrzeug (anders ausgedrückt, durch die fahrzeugseitige Erfassungseinrichtung) erstmalig bzw. letztmalig erfasst. Wenn sich also das Fahrzeug auf die Ampel zubewegt, entspricht der erste Erfassungszeitpunkt (zeitlich gesehen) der erstmaligen Sichtung der Ampel durch das Fahrzeug. Entsprechend ist der letzte Erfassungszeitpunkt die letztmalige Sichtung der Ampel durch das Fahrzeug. Dabei liegt der letzte Erfassungszeitpunkt zeitlich gesehen in der Regel vor dem Event-Zeitpunkt, da aufgrund eines begrenzten Öffnungswinkels einer Kamera der Erfassungseinrichtung die Ampel zum Event-Zeitpunkt nicht mehr erfassbar/sichtbar sein kann. Jedoch gibt es auch Situationen, in denen sich die Ampel noch in dem Erfassungsbereich der Erfassungseinrichtung befindet und daher der Event-Zeitpunkt dem letzten Erfassungszeitpunkt entspricht.
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In einem Schritt wird die Ampelphase der Ampel zum Event-Zeitpunkt bestimmt. Dabei wird der abgerufene Phasenverlauf mit dem Referenzampelzyklus verglichen. Der Referenzampelzyklus ist ein modellierter kompletter Phasenverlauf eines Schaltzyklus mit einer vorbestimmten Umlaufzeit. Es wird ein Referenzampelzyklus verwendet, da das Fahrzeug in der Regel keine vollständigen Informationen über die Ampel erfassen kann, wie z.B. Umlaufzeit oder Phasendauern der Ampel.
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Um einen Referenzampelzyklus so allgemein wie möglich zu modellieren, werden die Phasendauern des Referenzampelzyklus als Zufallsvariablen modelliert. Diese Zufallsvariablen sind in entsprechenden Wertebereichen verteilt. Beispielsweise kann die Rotphasendauer des Referenzampelzyklus einen Wert aus dem Bereich [10s; 84s] annehmen. Es sind auch andere Wertebereiche möglich. So lassen sich mögliche Wertebereiche für Phasendauern des Referenzampelzyklus aus den Richtlinien für Lichtsignalanlagen (RiLSA) ableiten.
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Mittels des Referenzampelzyklus können also die unbekannten Phasendauern der von dem Fahrzeug erfassten Ampel berücksichtigt werden. Indem der abgerufene Phasenverlauf mit einem Referenzampelzyklus verglichen wird, kann eine Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen einer entsprechenden Ampelphase zum Event-Zeitpunkt bestimmt werden. Mit anderen Worten, es kann abgeschätzt werden, ob eine bestimmte Ampelphase beim Überfahren der Ampel bzw. beim Halten an der Ampel vorliegt, auch wenn die Erfassungseinrichtung die Ampel nicht erfassen kann.
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In einer Variante kann die vorbestimmte Umlaufzeit ebenfalls als eine Zufallsvariable modelliert sein. Dadurch kann der Referenzampelzyklus noch allgemeiner modelliert werden.
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Insbesondere kann die die vorbestimme Umlaufzeit repräsentierende Zufallsvariable einen Wert aus dem Bereich von [30s; 120] annehmen, wobei dieser Wertebereich für die Umlaufzeit aus der RiLSA entnommen ist. Es sind auch andere, insbesondere länderspezifische, Wertebereiche für die Zufallsvariable möglich.
Die Zufallsvariablen für die Umlaufzeit und die Phasendauern des Referenzampelzyklus können in ihren entsprechenden Wertebereichen gleich verteilt sein. Mit anderen Worten, jede Umlaufzeit bzw. Phasendauer aus den entsprechenden Wertebereichen hat die gleiche entsprechende Wahrscheinlichkeit. Alternativ können die Verteilungen anders ausgeprägt sein. Zudem ist es möglich, eine Wahrscheinlichkeit, dass eine Umlaufzeit bzw. eine Phasendauer einen bestimmten Wert aus dem entsprechenden Wertebereich annimmt, tages-, zeit- und/oder ortsabhängig zu gestalten.
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Ferner können die Phasendauern des Referenzampelzyklus abhängig von der vorbestimmten Umlaufzeit sein. Mit anderen Worten, die Phasendauern des Referenzampelzyklus lassen sich jeweils als Bruchteil der vorbestimmten Umlaufzeit angeben. In der Summe ergeben die Bruchteile einen Wert von 1.
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In einer Alternative kann der Referenzampelzyklus aus einer Rotphase und einer Grünphase bestehen. Damit kann die vergleichsweise kurze Gelbphase der Rotphase zugeordnet werden und die Rot-Gelbphase der Grünphase. Somit kann der Referenzampelzyklus lediglich aus einer Grünphase und einer Rotphase bestehen. Die Phasendauern des reduzierten Referenzampelzyklus, also in diesem Fall die Grünphasendauer und die Rotphasendauer, können jeweils als Zufallsvariable (in Abhängigkeit voneinander) modelliert werden. Somit wird der Referenzampelzyklus weniger komplex gestaltet. Hieraus ergibt sich dann, dass sich die Umlaufzeit des Referenzampelzyklus aus der Grünphasendauer und der Rotphasendauer des Referenzampelzyklus bestimmen lässt.
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In einer Variante kann das Bestimmen der Ampelphase ferner umfassen:
- - Ermitteln eines Phasenwechsel-Zeitpunkts, zu dem ein Phasenwechsel der Ampel vor dem letzten Erfassungszeitpunkt erfolgt; und
- - Ermitteln einer Wahrscheinlichkeit, dass die bestimmte Ampelphase zum Event-Zeitpunkt vorliegt, durch Vergleichen eines Zeitintervalls, das sich von dem Phasenwechsel-Zeitpunkt und zu dem Event-Zeitpunkt erstreckt, mit der Dauer einer entsprechenden Ampelphase des Referenzampelzyklus (unter der Berücksichtigung, dass die Dauer der entsprechenden Ampelphase als Zufallsvariable modelliert ist), wobei die entsprechende Ampelphase einer aufgrund des Phasenwechsels vorliegenden Ampelphase entspricht.
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Ein Phasenwechsel liegt vor, wenn sich die Ampelphase der Ampel (plausibel) ändert. Mögliche Phasenwechsel können von einer Grünphase auf eine Gelbphase, von einer Gelbphase auf eine Rotphase, von einer Rotphase auf Rot-Gelb-Phase oder von einer Rot-Gelb-Phase auf eine Grünphase sein. Hierbei handelt es sich um einen Phasenwechsel unmittelbar vor dem ersten Erfassungszeitpunkt oder dem letzten Erfassungszeitpunkt.
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In einem Schritt kann die Wahrscheinlichkeit, dass die oben bestimmte Ampelphase zum Event-Zeitpunkt vorliegt, bestimmt werden. Dabei wird das Zeitintervall (Zeitdauer), das (die) sich von dem Phasenwechsel-Zeitpunkt und dem Event-Zeitpunkt erstreckt, mit der Dauer der entsprechenden Ampelphase des Referenzampelzyklus verglichen. Die entsprechende Ampelphase entspricht einer aufgrund des auftretenden Phasenwechsels vorliegenden Ampelphase. Liegt z.B. nach einem Phasenwechsel eine rote Ampelphase an der erfassten Ampel vor, wird entsprechend die Dauer der roten Ampelphase des Referenzampelzyklus zum Vergleich herangezogen.
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Diese nach dem auftretenden Phasenwechsel vorliegende Ampelphase ist auch aus dem abgerufenen Phasenverlauf ermittelbar. Wenn beispielsweise der Phasenwechsel zwischen dem ersten Erfassungszeitpunkt und dem letzten Erfassungszeitpunkt erfolgt, kann aus dem abgerufenen Phasenverlauf die nach dem Phasenwechsel vorliegende Ampelphase sozusagen abgelesen werden. Falls der Phasenwechsel vor dem ersten Erfassungszeitpunkt erfolgt (und daher kein Phasenwechsel in dem abgerufenen Phasenverlauf vorhanden ist), kann abgeleitet werden, dass die in dem abgerufenen Phasenverlauf vorliegende (und auch einzige) Ampelphase aufgrund des Phasenwechsels vorliegt.
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Hierbei ist zu beachten, dass die Dauer der entsprechenden Ampelphase des Referenzampelzyklus eine Zufallsvariable ist. So tritt das Ergebnis, d.h. dass eine bestimmte Ampelphase zum Event-Zeitpunkt vorliegt, mit einer Wahrscheinlichkeit auf, die wiederum abhängig von den Wahrscheinlichkeiten ist, dass die Dauer der entsprechenden Ampelphase des Referenzampelzyklus entsprechende Werte aus dem entsprechenden Wertebereich für die Dauer annimmt.
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In einer Variante kann der Phasenwechsel-Zeitpunkt innerhalb des abgerufenen Phasenverlaufs liegen. Der Phasenwechsel und der Phasenwechselzeitpunkt können also durch die fahrzeugseitige Erfassungseinrichtung erfasst werden und sind somit bekannt. Daher kann das Zeitintervall, die zwischen dem Phasenwechsel-Zeitpunkt und dem Event-Zeitpunkt liegt, einfach ermittelt werden.
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In einer weiteren Variante kann der Phasenwechsel-Zeitpunkt vor dem ersten Erfassungszeitpunkt liegen und das Bestimmen der Ampelphase ferner umfassen:
- - Durchführen eines der folgenden Schritte in Abhängigkeit der Ampelphase des abgerufenen Phasenverlaufs:
- - Verwenden des letzten Erfassungszeitpunkts als Phasenwechsel-Zeitpunkt für das Ermitteln der Wahrscheinlichkeit, dass die bestimmte Ampelphase zum Event-Zeitpunkt vorliegt; oder
- - Modellieren eines Phasenwechsel-Zeitpunkts als Zufallsvariable, wobei der modellierte Phasenwechsel-Zeitpunkt vor dem ersten Erfassungszeitpunkt liegt.
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Der Phasenwechsel kann auch vor dem ersten Erfassungszeitpunkt erfolgen. Folglich kann der abgerufene Phasenverlauf keinen Phasenwechsel aufweisen, da der abgerufene Phasenverlauf nur für einen Zeitraum zwischen dem ersten und dem letzten Erfassungszeitpunkt abrufbar ist. Mangels eines Phasenwechsels innerhalb des abgerufenen Phasenverlaufs weist der abgerufene Phasenverlauf nur eine Ampelphase auf.
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Dann kann, je nach vorliegender Ampelphase des abgerufenen Phasenverlaufs, der letzte Erfassungszeitpunkt als Phasenwechsel-Zeitpunkt verwendet werden oder ein Phasenwechsel-Zeitpunkt als Zufallsvariable modelliert werden.
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Insbesondere wenn der abgerufene Phasenverlauf eine Ampelphase von gelb oder rot-gelb angibt, kann angenommen werden, dass der Phasenwechsel-Zeitpunkt dem letzten Erfassungszeitpunkt entspricht. Diese Annahme berücksichtigt, dass eine Gelbphase und eine Rot-Gelb-Phase vergleichsweise kurze Dauern haben. Denn nachdem eine Ampel auf eine dieser Phasen schaltet, folgt in der Regel innerhalb von wenigen Sekunden die nächste Ampelphase, also eine Rotphase auf die Gelbphase bzw. eine Grünphase auf die Rot-Gelb-Phase.
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Wenn der abgerufene Phasenverlauf eine Grün- oder eine Rotphase ist, kann der Phasenwechsel-Zeitpunkt als Zufallsvariable modelliert werden. Hierbei wird insbesondere angenommen, dass der modellierte Phasenwechsel-Zeitpunkt in einem vorbestimmten Zeitintervall liegt, das sich insbesondere von einem Zeitpunkt, der sich eine Umlaufzeit vor dem letzten Erfassungszeitpunkt befindet, bis zum ersten Erfassungszeitpunkt erstreckt. Hier ist ebenfalls zu beachten, dass das Ergebnis, d.h. dass eine bestimmte Ampelphase zum Event-Zeitpunkt vorliegt, mit einer Wahrscheinlichkeit auftritt, die nun zusätzlich von Wahrscheinlichkeiten abhängig ist, nämlich dass der Phasenwechsel-Zeitpunkt entsprechende Werte aus dem vorbestimmten Zeitintervall (Wertebereich) annimmt. Zusätzlich abhängig insofern, dass auch die oben erwähnten Wahrscheinlichkeiten, dass die entsprechenden Phasendauern des Referenzampelzyklus entsprechende Werte aus den entsprechenden Wertebereichen für die Dauern annehmen, berücksichtigt werden müssen.
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In einer Alternative kann das (oben beschriebene) Bestimmen der Ampelphase ferner folgendes umfassen, wenn der Phasenwechsel-Zeitpunkt vor dem ersten Erfassungszeitpunkt liegt:
- - Durchführen eines der folgenden Schritte in Abhängigkeit der Ampelphase des abgerufenen Phasenverlaufs:
- - Verwenden des letzten Erfassungszeitpunkts als Phasenwechsel-Zeitpunkt für das Ermitteln der Wahrscheinlichkeit, dass die bestimmte Ampelphase zum Event-Zeitpunkt vorliegt; oder
- - Modellieren eines Phasenwechsel-Zeitpunkts als Zufallsvariable, wobei der modellierte Phasenwechsel-Zeitpunkt vor dem ersten Erfassungszeitpunkt liegt.
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Andernfalls liegt Phasenwechsel-Zeitpunkt innerhalb des abgerufenen Phasenverlaufs und kann wie oben beschrieben ermittelt werden.
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In einer Alternative kann, wenn mindestens drei Phasenwechsel-Zeitpunkte in dem abgerufenen Phasenverlauf vorliegen, mindestens einer aus der Umlaufzeit der (erfassten) Ampel und Phasendauern der (erfassten) Ampel unter der Berücksichtigung der mindestens drei Phasenwechsel-Zeitpunkte ableitbar sein. Damit kann das Bestimmen der Ampelphase zum Event-Zeitpunkt präzisiert werden, indem die Umlaufzeit oder Phasendauern des Referenzampelzyklus an die tatsächliche Umlaufzeit bzw. Phasendauern der erfassten Ampel angeglichen wird bzw. werden. Insbesondere wird dabei wieder angenommen, dass eine Gelbphase und eine Rot-Gelb-Phase vergleichsweise kurze Dauern haben.
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Dies gilt vor allem für einen Schaltzyklus, der die bisher vier erwähnten Ampelphasen aufweist. Allgemein gilt, dass die Anzahl der vorliegenden Phasenwechsel-Zeitpunkte mindestens eins kleiner (d.h. eins weniger oder gleich bzw. höher) sein muss als die Anzahl von Ampelphasen eines beliebigen Schaltzyklus, um mindestens einer aus der Umlaufzeit der (erfassten) Ampel und Phasendauern der (erfassten) des beliebigen Schaltzyklus ableiten zu können.
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Ferner kann die Ampelphase zum Event-Zeitpunkt einer Grünphase der Ampel oder einer Rotphase der Ampel entsprechen. Diese Reduzierung auf die für das Fahrzeug relevanten Ergebnisse vereinfacht die Komplexität der Bestimmung (der Wahrscheinlichkeit) der Ampelphase zum Event-Zeitpunkt.
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In einer Alternative kann der Referenzampelzyklus eine Übergangszeit (ttrans) berücksichtigen, die auf einen Phasenwechsel auf die Rotphase folgt und in der die Rotphase als eine Grünphase betrachtet wird. Diese Übergangszeit berücksichtigt, dass manche Fahrer nach einem Phasenwechsel auf die Rotphase einer Ampel diese Ampel noch schnell überqueren möchten. Das entspricht dem Verhalten mancher Fahrer, noch schnell über die Kreuzung kommen zu wollen, obwohl die Rotphase der Ampel schon vorliegt.
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In einer Variante können der Event-Zeitpunkt, der erste Erfassungszeitpunkt, der letzte Erfassungszeitpunkt, der abgerufene Phasenverlauf und der Referenzampelzyklus in einer Datenbank abgelegt sein.
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Ferner können die Ampelinformationen und/oder der Event-Zeitpunkt von einer fahrzeugseitigen Erfassungseinrichtung erfasst werden. Damit kann das Fahrzeug die für sich relevanten Informationen der Ampel selber erfassen.
Ein zweiter Aspekt der Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Ampelphase einer Ampel einer Ampelanlage, wobei die Ampel auf einem Fahrweg eines Fahrzeugs liegt, wobei die Vorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, eines der oben beschriebenen Verfahren auszuführen.
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Ein dritter Aspekt der Offenbarung betrifft ein Computerprogramm zum Bestimmen zum Bestimmen einer Ampelphase einer Ampel einer Ampelanlage, wobei die Ampel auf einem Fahrweg eines Fahrzeugs liegt, wobei das Computerprogramm ausgebildet ist, bei seiner Ausführung eine Datenverarbeitungsvorrichtung zu veranlassen, eines der oben beschriebenen Verfahren auszuführen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
- 1 schematisch einen durch eine Ampelanlage gesteuerten Fahrbahnabschnitt;
- 2 schematisch ein Verfahren zum Aufbereiten von Daten über die Ampelanlage;
- 3 schematisch ein Ampelbild der in 1 gezeigten Ampelanlage;
- 4 schematisch ein beispielhaftes Ampelbild der in 1 gezeigten Ampelanlage;
- 5 schematisch ein Verfahren zur Gruppierung von Ampeln der in 1 gezeigten Ampelanlage;
- 6 schematisch ein Verfahren zum Bestimmen einer Ampelphase einer Ampel; und
- 7 schematisch und beispielhaft zwei Phasenverläufe.
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In 1 ist schematisch ein Fahrbahnabschnitt Fb dargestellt, der von einer Ampelanlage A gesteuert wird. Der Fahrbahnabschnitt Fb weist drei Fahrspuren F1, F2, F3 auf, die wiederum durch vier entsprechende Ampeln tp1 , tp2 , tp3 , tp4 , tp5 der Ampelanlage A gesteuert werden. Die Ampelanlage A kann durch ein den Fahrbahnabschnitt Fb befahrendes Fahrzeug 1 erfasst werden. Dabei werden insbesondere die einzelnen Ampeln tp1-tp5 der Ampelanlage A erfasst. Zur Erfassung weist das Fahrzeug 1 eine Erfassungseinrichtung 3 auf, das derart ausgebildet ist, einen Phasenverlauf und/oder Position jeder Ampel tp1-tp5 zu erfassen. Ferner kann die Erfassungseinrichtung 3 mindestens eines aus Position, Positionsverlauf und Ausrichtung des Fahrzeugs 1 erfassen. Die Erfassungseinrichtung 3 kann bspw. eine Kameraeinrichtung und eine GPS-Einrichtung umfassen. Das Fahrzeug 1 weist eine Funkschnittstelle 5 auf, um mit einem Server/einer Datenbank (nicht gezeigt) zu kommunizieren und Daten auszutauschen.
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Im Rahmen der Offenbarung bedeutet „Erfassen durch das Fahrzeug 1“ ebenfalls „Erfassen durch die fahrzeugseitige Erfassungseinrichtung 3“.
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Ein Phasenverlauf einer Ampel wird auch als Signalverlauf bezeichnet. Ein Phasenverlauf gibt Phasendauern sowie entsprechenden Ampelphasen an. Ein Phasenverlauf für eine Ampel ist als eine Vielzahl von Zeit-Ampelphase-Paaren darstellbar. Eine Ampelphase ist ein Signal, die eine Ampel anzeigen kann. In der Regel weist eine Ampel die (Ampel-)Phasen „grün“, „gelb“, „rot“ und „gelb und rot“ auf, wobei in der Regel die Ampelphasen auch in dieser Reihenfolge von der Ampel angezeigt werden. Andere Reihenfolgen sind auch möglich.
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Es versteht sich, dass das Fahrzeug 1 auch beispielhaft für eine Vielzahl von Fahrzeugen stehen kann, so dass die Ampelanlage A von einer Vielzahl von Fahrzeugen erfassbar ist. So ist für jede Überfahrt über die Ampelanlage A durch ein Fahrzeug 1 aus der Vielzahl von Fahrzeugen ein fahrzeugspezifischer, oder anders genannt überfahrtsspezifischer, Datensatz erstellbar. Dieser überfahrtspezifische Datensatz wird später beschrieben.
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Bei der vorliegenden Ampelanlage A steuern die Ampeln tp1 ,tp2 die Fahrspur F1 und die Ampeln tp3 ,tp4 die Fahrspuren F2, F3. Somit bilden die Ampeln tp1 ,tp2 eine erste Ampelgruppe und die Ampeln tp3 ,tp4 eine zweite Ampelgruppe. Die Ampeln tp1 , tp2 der ersten Ampelgruppe weisen also einen gleichen ersten Phasenverlauf auf und die Ampeln tp3 ,tp4 der zweiten Ampelgruppen einen gleichen zweiten Phasenverlauf. Mit anderen Worten, die jeweiligen Ampeln der Ampelgruppen weisen einen gleichen Phasenverlauf auf. Schließlich kann die Fahrspur F3 zusätzlich durch eine separate Rechtsabbiegerampel tp5 gesteuert sein.
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In der 2 ist ein Verfahren zur Erstellung eines Ampelbildes 7 dargestellt. Mit Ampelbild 7 ist ein Datensatz gemeint, der beispielsweise in einer Datenbank hinterlegt sein kann und Positionen von Ampeln einer Ampelanlage, bspw. der in 1 gezeigten Ampelanlage A mit den Ampeln tp1-tp5 umfassen. Mit anderen Worten, die Position einer Ampelanlage, und insbesondere deren Ampeln, kann mittels eines Ampelbilds dargestellt/repräsentiert werden.
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In einem Schritt S101 werden Ampelinformationen, sog. Ampelobjekte, nc abgerufen, z.B. aus einer bereits bestehenden Datenbank. Jedes Ampelobjekt nc ist repräsentativ für eine entsprechende Ampel der Ampeln tp1-tp5 und umfasst daher zumindest Positionsdaten der entsprechenden Ampel. Ferner umfassen die Ampelobjekte nc auch Informationen über die Ampelphasenverläufe der entsprechenden Ampeln.
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Jedes Ampelobjekt nc wird überfahrspezifisch erstellt. Hierbei bedeutet „Überfahrt“, dass das Fahrzeug 1 aus der Vielzahl von Fahrzeugen den Fahrbahnabschnitt Fb befährt, auf die Ampelanlage A zufährt und die Ampelanlage A dann überquert. Während so einer Überfahrt c erfasst das Fahrzeug 1 mittels der Erfassungseinrichtung 3, insbesondere kontinuierlich, die Positionen und die Phasenverläufe der einzelnen Ampeln tp1-tp5 .
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Jedes der Ampelobjekte nc , im Speziellen die dadurch repräsentierte Ampelposition der entsprechenden Ampeln tp1-tp5 , kann beispielswiese als Punkt (Ampelobjektpunkt) pn in einem globalen Koordinatensystem dargestellt werden. Die Gesamtheit aller Ampelobjekte nc ist also als eine Punktwolke {pn} mit n=1....N in einem globalen Koordinatensystem K darstellbar.
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Für das in 2 dargestellte Verfahren können die Begriffe „Ampelobjekte“ und „Ampelobjektpunkte“ austauschbar verwendet werden, da die Ampelobjektpunkte einer Darstellung der Ampelobjekte in dem globalen Koordinatensystem K entsprechen.
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Es ist möglich, die Ampelobjektpunkte in einem „semi-globalen“ Koordinatensystem darzustellen, das für einen vorbestimmten Bereich um einen gegebenen Referenzpunkt (Ursprung des „semi-globalen“ Koordinatensystems) gültig ist. Dabei kann sich der vorbestimmte Bereich auch mehrere hundert Meter von dem Referenzpunkt in alle möglichen Richtungen erstrecken, insbesondere in Richtung Osten, Norden und oben (von der Erdoberfläche weg).
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Die Ampelobjektpunkte pn können eine unerwünscht hohe Streuung in einer Längsrichtung entlang eines Verlaufs des Fahrbahnabschnitts Fb aufweisen. Daher können die Ampelobjektpunkte pn zur Erstellung des Ampelbilds vorgefiltert werden. Diese Vorfilterung wird im Folgenden beschrieben.
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In einem Schritt S102 wird ein Verlauf dtraj des Fahrbahnabschnitts Fb abgerufen. Das ist der Straßenverlauf, der auf die Ampelanlage A zuführt. Dazu können Bewegungshistoriendaten rtraj des Fahrzeugs 1 abgerufen werden, die mindestens eines aus der Position, dem Positionsverlauf und der Ausrichtung des Fahrzeugs 1 repräsentieren. Mit anderen Worten, der Verlauf dtraj des Fahrbahnschnitts Fb ist aus den Bewegungshistoriendaten rtraj ermittelbar. Hierbei kann der Verlauf dtraj des Fahrbahnschnitts Fb auch repräsentativ für eine Ausrichtung des Fahrzeugs 1 sein.
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Der Verlauf rtraj des Fahrbahnabschnitts Fb wird, wie die Ampelobjekte nc auch, in dem globalen Koordinatensystem K dargestellt.
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Es ist möglich, dass der Schritt S101 vor, nach oder gleichzeitig mit dem Schritt S102 erfolgt.
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In einem Schritt S103 werden die Ampelobjektpunkte pn auf eine Längsrichtung dtraj_intersec des Verlaufs dtraj des Fahrbahnabschnitts Fb projiziert, wobei die Längsrichtung dtraj_intersec den Verlauf dtraj des Fahrbahnabschnitts Fb auf der Ampellinie darstellt. Die Ampellinie ist diejenige Position entlang Verlaufs des Fahrbahnabschnitts Fb, an der sich die Ampelanlage A befindet. Dies kann bspw. diejenige Position entlang des Verlaufs dtraj des Fahrbahnabschnitts sein, an der (in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1) das Fahrzeug erstmals an einem Ampelobjekt nc bzw. Ampelpunkt pn vorbeifährt. Insbesondere kann also die Ampellinie also überfahrtsspezifisch (und somit auch fahrzeugspezifisch) ermittelt werden. Für das hier beschriebene Verfahren kann auch eine überfahrtsübergreifende Ampellinie gebildet werden, indem das Mittel über die Ampellinien aus jeder Überfahrt gebildet wird. In dem Schritt S103 wird also auch die Ampellinie ermittelt/abgerufen.
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Da die Ampelobjektpunkte p
n und der Verlauf d
traj des Fahrbahnabschnitts
Fb in dem Koordinatensystem K (als Vektoren) darstellbar sind, erfolgt die Projizierung für jedes Ampelobjekt p
n gemäß folgender Formel:
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In einem Schritt S104 werden diejenigen Ampelobjektpunkte p
n verworfen, die in der Längsrichtung d
traj_intersec weiter als zwei Standardabweichungen
von dem Medianwert über allen projizierten Ampelobjektpunkte {x'
p+
n } liegen Es werden also die projizierten Ampelobjektpunkte {x'
p n } verworfen, die folgende Bedingungen erfüllen:
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Mit anderen Worten, es werden Ampelobjektpunkte p
n unter Berücksichtigung einer Streuung (in Längsrichtung) aller Ampelobjektpunkte {p
n} aussortiert. Alternativ ist es auch möglich, einen vorbestimmten Grenzwert vorzusehen, der insbesondere nicht von der Standardabweichung
abhängig ist. Dieser vorbestimmte Grenzwert kann bspw. ein fester (absoluter) Wert sein.
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Die verworfenen Ampelobjektpunkte pn repräsentieren mit hoher Wahrscheinlichkeit Ampeln, die nicht auf der für den Fahrbahnabschnitt Fb gültigen Ampellinie der Ampelanlage A liegen, wie z.B. Fußgängerampeln, Ampeln für Fahrbahnabschnitte von anderen Richtungen)
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Die Schritte S102, S103 und S104 stellen das oben erwähnte Vorfiltern der Ampelobjektpunkte pn dar.
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Ferner werden die nach der Vorfilterung übrig gebliebenen Ampelobjekte pn mittels eines Clusteringverfahrens in Gruppen unterteilt. Hierbei ist unter einem Clusteringverfahren ein Verfahren zur Entdeckung von Ähnlichkeitsstrukturen in (großen) Datenbeständen, wie den hier vorliegenden Ampelobjekten pn, gemeint. Die durch das Clusteringverfahren gefundenen Gruppen von „ähnlichen“ Objekten werden Cluster genannt.
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In einem Schritt S105 werden die Ampelobjektpunkte pn auf eine Bildebene E projiziert, die senkrecht zum Verlauf dtraj des Fahrbahnabschnitts Fb auf Höhe der Ampellinie ist. Mit anderen Worten, die Bildebene E ist diejenige Ebene, die sich senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 und entlang des Verlaufs dtraj des Fahrbahnabschnitts Fb auf Höhe der Ampellinie befindet.
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Zur Projektion auf die Bildebene E wird jeder Ampelobjektpunkt auf eine Querrichtung
des Verlaufs d
traj des Fahrbahnabschnitts
Fb projiziert, wobei die Querrichtung
des Verlaufs d
traj des Fahrbahnabschnitts
Fb auf der Ampellinie darstellt und in einer Ebene des Fahrbahnabschnitts
Fb liegt. Höhen der Ampeln
tp1-tp5 werden ebenfalls durch die Ampelobjektpunkte p
n repräsentiert und können (ohne in eine Richtung projiziert zu werden) übernommen werden. Demnach lässt sich jedes auf die Bildebene E projiziertes Ampelobjekt p'
n wie folgt durch einen 2D-Vektor des Koordinatensystems K darstellen:
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Hier ist
der kanonische Basisvektor des Koordinatensystems K.
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In einem Schritt S106 wird ein (erstes) Clusteringverfahren auf die in Fahrtrichtung projizierten Ampelobjektpunkte p'n ausgeführt. So können die in Fahrtrichtung projizierten Ampelobjektpunkte p'n gruppiert werden, um Ampelgruppen zu erkennen/ermitteln. Die Ampelobjektpunkte p'n werden hinsichtlich ihrer Position(-daten) geclustert.
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Hierbei können verschiedene Clusterverfahren verwendet werden. In der Regel wird der bekannte Algorithmus „Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise“ (DBSCAN) verwendet. Dieser Algorithmus arbeitet dichtebasiert und kann mehrere Cluster erkennen. Rauschpunkte (noise) werden dabei ignoriert und separat zurückgeliefert.
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Der Algorithmus bildet Cluster von sogenannten „dichte-verbundenen“ Punkten, d.h. von Punkten die sich nicht weiter als eine vorgegebene Distanz (Nachbarschaftslänge) von einem „Kernpunkt“ im selben Cluster t befinden. Ein Kernpunkt ist ein Punkt, der näher als die Nachbarschaftslänge ε zu mindestens einer vorbestimmten Mindestanzahl minPts weiteren Kernpunkte im selben Cluster t liegt.
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Für das vorliegende Verfahren beträgt eine Nachbarschaftslänge ε1 zwei Meter und die vorbestimmte Mindestanzahl minPts = 3. Vorliegend ist eine vergleichsweise hohe Nachbarschaftslänge ε1 =2m gewählt, um der vergleichsweisen hohen Streuung in den Ampelobjekten p'n, insbesondere hinsichtlich ihrer Positionen (in dem Koordinatensystem), entgegenzuwirken.
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Es sind auch andere Werte möglich, um das Clusteringverfahren an verschiedene Umstände anzupassen.
Das Ergebnis des Clusteringverfahrens aus Schritt S106 sind Cluster t mit t=1... T aus den in Fahrtrichtung projizierten Ampelobjektpunkten p'n. Jedes dieser Cluster t stellt eine Ampelobjektgruppe dar, die repräsentativ für eine „physikalische“ Ampel tp1-tp5 ist.
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In einem Schritt S107 werden die einem Ampelcluster t, also einer Ampel t, zugehörigen Ampelobjekte mit dem entsprechenden Index t referenziert, so dass sich jeder projizierter Ampelobjektpunkt mit p'n c,t angeben lässt. Die projizierten Ampelobjektpunkt p'n c,t sind also entsprechenden Ampelcluster t und entsprechenden Überfahrten c zuordenbar.
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Es sei angemerkt, dass eine Ampelgruppe t mehr als ein Ampelobjekt (und somit eine Ampelposition) umfassen kann, das seinen Ursprung bzw. die ihren Ursprung in derselben Überfahrt c haben kann. Grund dafür ist, dass eine Doppelerkennung durch die Erfassungseinrichtung 3 möglich ist, wobei diese Ampelobjekte zumindest teilweise zeitüberlappend oder nicht zeitüberlappend vorliegen.
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In einem Schritt S108 werden die Ergebnisse des ersten Clusteringverfahrens nachgefiltert.
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Hierfür werden Ampelobjektpunkte p'n, die keiner Ampelgruppe t zuordenbar sind und somit ein Rauschen darstellen, verworfen.
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Alternativ oder ergänzend werden im Schritt S108 Ampelcluster t mit einer Anzahl an Ampelobjektpunkte p'n, die kleiner ist als eine vorbestimmte Mindestanzahl, bspw. ein Fünftel der Anzahl des zweitgrößten Ampelcluster, verworfen. Die Ampelobjektpunkte p'n der betreffenden Ampelcluster t werden ebenfalls verworfen. Dadurch wird sichergestellt, dass für das weitere Verfahren keine Ampelcluster t berücksichtigt werden, die aus verstreuten und keiner physikalischen Ampel t entsprechenden Ampelobjektpunkten p'n gebildet sind.
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Alternativ oder ergänzend wird im Schritt S108 eine Hauptkomponentenanalyse für jedes Ampelcluster t durchgeführt.
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Aufgrund der vergleichsweisen hohen ersten Nachbarschaftslänge ε1=2m kann es dazu kommen, dass zwei dicht nebeneinanderliegende Ampeln t, durch das Clusteringverfahren zu einem Cluster t zusammengefasst werden. Dadurch werden die zwei dicht nebeneinanderliegenden Ampeln t nicht als solche erkannt, sondern nur durch ein Ampelcluster t und somit nur als eine Ampel t dargestellt. So ein Ampelcluster t kann mittels der Hauptkomponentenanalyse ermittelt werden.
Die Hauptkomponentenanalyse ist ein Verfahren der multivariaten Statistik. Sie dient zur Strukturierung, Vereinfachung und Veranschaulichung umfangreicher Datensätze, indem eine Vielzahl statistischer Variablen durch eine geringere Zahl möglichst aussagekräftiger Linearkombinationen (Hauptkomponenten) genähert wird.
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Für die Hauptkomponentenanalyse eines Ampelcluster t werden alle dem entsprechenden Ampelcluster t zugehörigen Ampelobjektpunkte p'
n t ermittelt. Dafür kann folgende Formel verwendet werden:
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In der obigen Formel steht c für die entsprechende Überfahrt aus c=1...C.
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Von dieser Ampelobjektpunktwolke {p'n t } werden mittels der Hauptkomponentenanalyse die Hauptkomponenten (Hauptrichtungen) sowie die entsprechenden (maximalen) Eigenwerte λmax t ermittelt. Ein Eigenwert λmax t entspricht der Länge einer entsprechenden Hauptkomponente. Mittels der Hauptkomponentenanalyse wird also ermittelt, wie weit „auseinandergezogen“ ein Ampelcluster t ist.
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Dadurch können diejenigen Ampelcluster als „Doppelcluster“ identifiziert werden, deren Hauptkomponente länger ist als ein vorbestimmter Wert. Mit anderen Worten, Doppelcluster liegen vor, wenn Eigenwerte λmaxt des Doppelclusters einen vorbestimmten Eigenwert-Grenzwert überschreiten.
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Vorliegend kann der vorbestimmte Eigenwert-Grenzwert der zweifache Medianwert von allen Eigenwerten λ
maxt über alle Ampelcluster t sein. Zur Identifizierung der Doppelcluster kann also folgende Bedingung gelten:
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Es ist auch möglich, andere vorbestimmte Eigenwert-Grenzwerte zu verwenden. Beispielsweise kann der vorbestimmte Eigenwert-Grenzwert ein anderer Faktor des Medianwerts der Eigenwerte λmaxt über alle Ampelcluster sein als der obige zweifache Faktor.
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Auf die identifizierten Doppelcluster wird nochmal das Clusteringverfahren (zweites Clusteringverfahren) angewendet. Insbesondere wird hierbei wieder der DBSCAN-Algorithmus angewendet, jedoch mit einer Nachbarschaftslänge ε2, die der Hälfte der ersten Nachbarschaftslänge ε1 des ersten Clusteringverfahrens entspricht. Vorliegend beträgt die Nachbarschaftslänge ε2 =1m. Die Nachbarschaftslänge ε2 des zweiten Clusteringverfahrens kann auch einen anderen Wert aufweisen, solange dieser niedriger ist als die erste Nachbarschaftslänge ε1. Maßgeblich ist dabei, dass das zweite Clusteringverfahren innerhalb der Doppelcluster wiederum „Sub-Cluster“ erkennt.
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Die entstehenden „Sub-Cluster“ werden als Ampelcluster t behandelt. Aus dem DBSCAN-Algorithmus mit der Nachbarschaftslänge ε2 des zweiten Clusteringverfahrens entstehende Ampelobjektpunkte {p'n}, die keinem „Sub-Cluster“ zuordenbar sind, werden verworfen.
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In einem Schritt S109 werden alle überfahrtsspezifischen Datensätze, die nach den obigen Schritten weniger als eine vorbestimmte Mindestanzahl an Ampelobjekten aufweisen, verworfen. Es wird also geprüft, ob es nach den vorherigen Schritten dazu kommen kann, dass von einer Überfahrt c nur noch eine vorbestimmte Mindestanzahl an Ampelobjekten vorliegt.
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Hier beträgt diese vorbestimmte Mindestanzahl zwei. In anderen Ausführungen ist auch eine andere vorbestimmte Mindestanzahl an Ampelobjekten möglich. Maßgeblich ist, das diese Mindestanzahl derart gewählt wird, dass sichergestellt wird, dass eine zuverlässige Zuordnung der Ampelobjektpunkte p'n t zu den Ampelclustern t erfolgen kann.
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Falls ein Ampelcluster t durch den Schritt S109 keine Ampelobjekte mehr aufweist, werden diese „leeren“ Ampelcluster ebenfalls verworfen.
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In einem Schritt S110 wird das Ampelbild 7 erstellt. Dazu wird von jedem der übrigen Ampelcluster t ein räumlicher Mittelwert gebildet, der dann eine Position der physikalischen Ampel t darstellt, die durch das entsprechende Ampelcluster t repräsentiert wird. Die aus den bisherigen Schritten S101 bis 108 übrig gebliebenen Ampelobjektpunkte p'n t sind den physikalischen Ampeln tp1-tp5 zuordenbar.
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Beispielhaft ist ein Ergebnis des vorher beschriebenen Verfahrens in 3 dargestellt. Hier ist das Ampelbild 7 gezeigt, dass die Ampelanlage A aus 1 repräsentiert. Die Ampelobjekte nc,t aus allen Überfahrten c sind als (kreuzförmige) Punktwolke {p'n t } dargestellt. Es ist zu erkennen, dass in dem Ampelbild 7 die Ampelobjekte nc,t in vier Cluster t=1 bis t=4 (Cluster t1t4) gruppiert sind. Jedes der Cluster entspricht einer der Ampeln tp1 bis tp4. Die schraffierten Rauten stellen Mittelpunkte der Cluster t (räumliche Mittelwerte) dar, die jeweils eine räumliche Ampelposition der entsprechenden physikalischen Ampel repräsentieren.
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Die Ampelobjekte, die für die Ampel tp5 erfasst wurden, werden dem Cluster für Ampel tp4 zugeordnet. Dies liegt daran, dass die Ampel tp5 (als Rechtsabbiegerampel) sehr nah oder sogar angrenzend an der Ampel tp4 angeordnet ist. Die in 3 dargestellte horizontale Achse (x-Achse) stellt eine Richtung quer zum Fahrbahnabschnitt dar und die vertikale Achse (y-Achse) eine Richtung senkrecht zur Erdoberfläche gen Himmel dar. 3 entspricht sozusagen einem Blick aus dem Fahrzeug 1 auf die Ampelanlage A. Dabei sind die Achsenwerte in Metern angeben. Beispielsweise befindet sich das Ampelcluster t2 ca. 4m links und 7m über dem Fahrzeug 1.
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In der 4 ist beispielhaft und schematisch ein weiteres Ampelbild 7' der Ampelanlage A zur weiteren Erläuterung gezeigt. In dem Ampelbild 7' ist eine Vielzahl von Ampelobjekten nc,t dargestellt, die repräsentativ für die Ampeln tp1-tp5 der Ampelanlage A sind.
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Wie oben beschrieben, werden die Ampelobjekte nc,t überfahrspezifisch erfasst. In der Regel bedeutet „Überfahrt“, dass das Fahrzeug 1 aus der Vielzahl von Fahrzeugen den Fahrbahnabschnitt Fb befährt, auf die Ampelanlage A zufährt und sie dann überquert. Während einer Überfahrt c erfasst, insbesondere kontinuierlich, das Fahrzeug 1 die Positionen und die Phasenverläufe der einzelnen Ampeln tp1-tp5 . Mittels des in 2 dargestellten Verfahrens werden aus der Gesamtheit der in Ampelbild 7' umfassten Ampelobjekte nc,t Ampelcluster t1 , t2 , t3 , t4 gebildet, wobei die Ampelcluster t1-t4 den physikalischen Ampeln tp1-tp5 der Ampelanlage A entsprechen.
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So lässt sich aus dem Ampelbild 7' ermitteln, dass in diesem Beispiel die Ampelobjekte nc,t aus vier Überfahrten c=1...4 erstellt werden. Es sei erwähnt, dass diese vier Überfahrten c=1...4 nicht nur durch dasselbe Fahrzeug 1, sondern auch durch verschiedene Fahrzeuge aus der Vielzahl von Fahrzeugen durchgeführt worden sein können. In der 4 sind die Ampelobjekte nc,t in unterschiedlichen Formen dargestellt, wobei jede Form für eine entsprechende Überfahrt c steht. So ist zu erkennen, dass aus einer Überfahrt c=1 für die Ampel tp1 und die Ampel tp5 jeweils ein Ampelobjekt n1,1 bzw. n1,3 erfasst und den Ampelclustern t1 , t3 zugeordnet werden. Für dieselbe Überfahrt c=1 werden für die Ampel tp2 und die Ampel tp4 jeweils zwei Ampelobjekte n1,2 bzw. n1,4 erfasst und den Ampelcluster t2 , t4 zugeordnet.
Dass während einer Überfahrt für eine Ampel mehr als ein Ampelobjekt erzeugt wird, kann u.a. daran liegen, dass die Erfassungseinrichtung 3 des entsprechenden Fahrzeugs die entsprechende Ampel fehlerhaft erfasst und mehrere Ampelobjekte für diese Ampel erstellt und dieser zuordnet. Auch ist es möglich, dass während der Erfassung durch die Erfassungseinrichtung 3 eine Sichtlinie zwischen der Erfassungseinrichtung 3 und der entsprechenden Ampel durch ein Hindernis unterbrochen wird, sodass nach Wegfall des Hindernisses die entsprechende Ampel durch die Erfassungseinrichtung 3 wieder erfasst wird und daher ein neues Ampelobjekt dafür generiert und dieser Ampel zugeordnet wird.
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Es sei angemerkt, dass die in 4 gezeigten unterschiedlichen Formen der Ampelobjekte nc,t lediglich zur Verdeutlichung dienen und die Offenbarung nicht darauf beschränkt ist, dass die Ampelobjekte nc,t in einer besonderen Form in dem Ampelbild 7' dargestellt werden.
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In 5 ist ein Verfahren zur Gruppierung der Ampeln tp1-tp5 dargestellt. Dabei werden die Gruppen derart gebildet, dass jede Ampel innerhalb einer (Ampel-)Gruppe ein gleiches Phasenverhalten, oder einen ähnlichen Phasenverlauf, aufweist.
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In einem Schritt S201 wird das Ampelbild 7 bzw. die Ampelobjekte nc,t abgerufen, das bzw. die die Ampelanlage A repräsentiert. Wie oben beschrieben, weist das Ampelbild 7 die über mehrere Überfahrten c erfassten Ampelobjekte nc,t für jede Ampel tp1-tp5 der Ampelanlage A auf. Das in der 5 gezeigte Verfahren erfordert nicht spezifisch das Ampelbild 7 der Ampelanlage A (als Eingangsdatensatz). Auch andere Ampelanlagen repräsentierende Ampelbilder können verwendet werden.
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In einem Schritt S202 werden inkonsistente Ampeln identifiziert. Es wird darauf hingewiesen, dass die physikalischen Ampeln tp1-tp5 durch entsprechende Ampelcluster t1-t4 in dem Ampelbild 7 repräsentiert werden.
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Eine Ampel ist inkonsistent, wenn der Phasenverlauf einzelner Ampelobjekte, die derselben Ampel zugeordnet sind, zueinander inkonsistent erscheinen. Dies deutet in der Regel darauf hin, dass an der betroffenen Ampel eine (Rechts-oder Links-)Abbiegerampel steht, die nur gelegentlich leuchtet. Diese Abbiegerampeln hängen in der Regel so nah an der betroffenen Ampel, dass das in 2 gezeigte Verfahren fälschlicherweise die Abbiegerampel darstellende Ampelobjekt der betroffenen Ampel zuordnet. Diese Situation liegt bspw. bei der in der 1 gezeigten Ampelanlage A vor. Hier ist die Ampel tp5 nah an der Ampel tp4 angeordnet, so dass das in 2 gezeigte Verfahren keine zwei Ampelcluster für die Ampeln tp4 und tp5 erkennt, sondern nur das Ampelcluster t4 . Mit anderen Worten, die zwei Ampeln tp4 und tp5 werden durch das in 2 gezeigte Verfahren nicht auseinandergehalten.
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In dem beispielhaften Ampelbild 7' liegen das Ampelobjekt n2,4 und Ampelobjekt n2,5 der Ampeln tp4 bzw. tp5 derart nah beieinander, dass sie demselben Ampelcluster t4 zugeordnet werden. Daher befindet sich das in 4 dargestellte Ampelobjekt n2,5 (das für eine Überfahrt c=2 erstellte Ampelobjekt für die Ampel t5 ) in dem Ampelcluster t4 .
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Um diesem Umstand der inkonsistenten Ampeln bzw. Ampelcluster entgegenzuwirken, werden für jedes Ampelcluster
t1 bis
t4 für jede Überfahrt c alle möglichen Ampelobjektpaarkombination ermittelt und für jede der ermittelten Ampelobjektpaarkombinationen ein Korrelationsfaktor ρ
n c,t,n' c,t bestimmt. Die Korrelationsfaktoren ρ
nc,t, n'c,t (ρ
obj) werden wie folgt gebildet:
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Hierbei ist nc,t ein erstes Ampelobjekt des Ampelobjektpaars und n'c,t ein zweites Ampelobjekt des Ampelobjektpaars. Tmn c,t,n' c,t und Ttn c,t, n' c,t stehen für die Überlappungsdauer bzw. Übereinstimmungsdauer zwischen dem ersten Ampelobjekt nc,t und dem zweiten Ampelobjekt n'c,t des Ampelobjektpaars.
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Alle einer Überfahrt c zugeordneten Ampelobjekte werden unter Berücksichtigung der entsprechenden Korrelationsfaktoren ρnc,t, n'c,t geclustert. Vorliegend erfolgt das in der Regel mittels eines hierarchischen Clusteralgorithmus. Die resultierenden Cluster werden gezählt. Anschließend wird für jedes Ampelcluster t1 bis t4 der Mittelwert der Anzahl der resultierenden Cluster über alle Überfahrten c ermittelt. Wenn dieser ermittelte Mittelwert einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, wird das Ampelcluster als inkonsistent bewertet. Der vorbestimmte Grenzwert kann bspw. 1,2 sein.
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Im vorliegenden Beispiel des Ampelbilds 7 stellt das Ampelcluster t4 ein inkonsistentes Ampelcluster dar.
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In einem Schritt S203 werden die Phasenverläufe aller Ampelobjekte nc , insbesondere die der als konsistent bewerteten Ampelcluster, auf Plausibilität überprüft. Hierbei werden diejenigen Ampelobjekte nc für die folgenden Schritte des Verfahrens verworfen, deren Phasenverläufe folgende Reihenfolgen von Ampelphasen innerhalb ihres Phasenverlaufs aufweisen: Gelb-Phase auf Rot- Phase, Rot-Gelb-Phase auf Grün-Phase, Grün-Phase oder Rot-Gelb-Phase auf eine Gelb-Phase, Rot-Phase oder eine Gelb-Phase auf eine Rot-Gelb-Phase. Nicht-plausible Ampelobjekte nc werden verworfen
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In einem Schritt S204 werden aus den konsistenten Ampelclustern t1 , t2 , t3 alle Ampelpaarkombinationen gebildet. Es werden vorliegend also die Ampelpaarkombinationen t1/t2 , t1/t3 , t2/t3 gebildet.
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Anschließend werden im Schritt S205 überfahrtsübergreifend eine Überlappungsdauer Tt und eine Übereinstimmungsdauer Tm zwischen allen Ampelobjekten nc,t , die dem ersten Ampelcluster des Ampelpaars zuordnet sind, und allen Ampelobjekten nc,t , die dem zweiten Ampelcluster des Ampelpaars zugeordnet sind, aufsummiert und daraus ein Korrelationsfaktor ρAP zwischen der ersten und der zweiten Ampel des Ampelpaars ermitteln. Mit Bezug zu 7 werden die Begriffe „Überlappungsdauer“ und „Übereinstimmungsdauer“ später genauer beschrieben.
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Der Schritt S205 wird beispielhaft für das Ampelpaar
t1/t2 beschrieben. Für die Berechnung der überfahrtsübergreifenden Überlappungsdauer Tt
t 1, t 2 (Tt
AP) für das Ampelpaar aus Ampelcluster t
1 und Ampelcluster t
2 gilt folgende Formel:
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Hierbei steht c für die jeweilige Überfahrt aus c=1...C und nc,t 1 und nc,t 2 für das jeweilige Ampelobjekt des Ampelclusters t1 bzw. Ampelclusters t2, wobei Nc,t 1 und Nc,t 2 die Anzahl an Ampelobjekten nc,t darstellt, die aus einer Überfahrt c für die entsprechende Ampel tp1 oder Ampel tp2 erstellt/erfasst wurden.
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(Tt
n) steht für die überfahrtspezifische Überlappungsdauer zwischen einem dem Ampelcluster t
1 zugehörigen Ampelobjekt n
c,t 1 und einem dem Ampelcluster t
2 zugehörigen Ampelobjekt n
c,t 2 .
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Zum Beispiel ist aus dem beispielhaften Ampelbild 7' aus 4 ermittelbar, dass für die Überfahrt c=1 für die erste Ampel tp1 nur ein (kreisförmiges) Ampelobjekt n1,1 vorliegt und für die zweite Ampel tp2 zwei (kreisförmige) Ampelobjekte n1,2. Für die zweite Überfahrt c=2 liegen für die erste Ampel tp1 zwei (dreieckige) Ampelobjekte n2,1 vor, während für die zweite Ampel tp2 nur ein (dreieckiges) Ampelobjekt n2,2 vorliegt. Für die Überfahrt c=3 liegt für beide Ampeln t1 ,t2 jeweils ein (sternförmiges) Ampelobjekt n3,1, n3,2 vor.
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Für die Berechnung der Übereinstimmungsdauer Tm
t 1,t 2 (Tm
AP) für das Ampelpaar aus Ampelcluster
t1 und Ampelcluster
t2 gilt folgende Formel:
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(Tm
n) steht für die überfahrtspezifische Übereinstimmungsdauer zwischen einem dem Ampelcluster
t1 zugehörigen Ampelobjekt n
c,t 1 und einem dem Ampelcluster
t2 zugehörigen Ampelobjekt n
c,t 2 .
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Anschließend kann dann ein Korrelationsfaktor ρ
t 1,t 2 (allgemein ρ
AP) für das Ampelpaar
t1/t2 gemäß folgender ermittelt werden:
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Im Schritt S206 werden basierend auf den Korrelationsfaktoren aller Ampelpaarkombinationen alle konsistenten Ampelcluster gruppiert. Dabei werden die Ampeln derart gruppiert, dass alle innerhalb einer Gruppe befindlichen Ampeln einen gleichen Phasenverlauf aufweisen. Das Gruppieren erfolgt über entsprechende Clusteringverfahren, wie beispielsweise den hierarchischen Clusteralgorithmus. Die resultierenden Gruppen, sog. Ampelgruppen, werden mit einem Index g=1...G referenziert. Jedes konsistente Ampelcluster ist einer dieser Ampelgruppen zugeordnet.
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Im Schritt S207 werden die als inkonsistent erkannten Ampelcluster t* einer Ampelgruppe g zugeordnet. Dabei wird für jede Überfahrt c eine Überlappungsdauer Ttn c,t*,g und eine Übereinstimmungsdauer Tmn c,t*,g für ein Ampelobjekt nc,t* in einem inkonsistenten Ampelcluster t* hinsichtlich aller Ampelobjekte nc,t g in einer Ampelgruppe g ermittelt.
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Dabei wird die überfahrtspezifische Überlappungsdauer Tt
n c,t*,g zwischen dem Ampelobjekt n
c,t* und allen Ampelobjekten n
c,t g aus der Ampelgruppe g wie folgt ermittelt:
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Hierbei steht T
g für die Anzahl der Ampelcluster in der jeweiligen Ampelgruppe g. Ferner steht n
c,t g für das jeweilige dem Ampelcluster t
g zugeordnete Ampelobjekt, wobei N
c,t g die Anzahl an Ampelobjekten innerhalb einer Überfahrt c für das entsprechende Ampelcluster t
g darstellt.
steht für die überfahrtspezifische Überlappungsdauer zwischen einem der inkonsistenten Ampel t* zugehörigen Ampelobjekt n
c,t* und einem dem Ampelcluster t
g zugehörigen Ampelobjekt n
c,t g .
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Die überfahrtspezifische Überlappungsdauer Tm
n c,t*,g pro Überfahrt c wird wie folgt ermittelt:
steht für die überfahrtspezifische Übereinstimmungsdauer zwischen einem dem inkonsistenten Ampelcluster t* zugehörigen Ampelobjekt n
c,t* und allen der Ampelgruppe g zugehörigen Ampelobjekten n
c,t g .
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Anschließend wird für jede inkonsistente Ampel t* und für jede gebildete Ampelgruppe g ein überfahrtsübergreifender Satz Γ
g,t* mit allen Ampelobjekten n
c,t* der inkonsistenten Ampel t* gemäß der folgenden Formel gebildet:
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Man erkennt also, dass die dem Satz Γ
g,t* zugehörigen Ampelobjekte der inkonsistenten Ampel t* zu den Ampelobjekten n
c,g der Ampelgruppe g einen Mindestkorrelationsfaktor
von 0.99 aufweisen. Der Wert des Mindestkorrelationsfaktors ist hier beispielhaft und kann angepasst werden.
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Für die Ampelobjekte aus dem Satz Γ
g,t* werden jeweils überfahrts- und ampelobjektübergreifend eine Überlappungsdauer Tt
t*,g und eine Übereinstimmungsdauer Tm
t*,g gemäß folgender Formeln ermittelt.
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Bei den obigen zwei Formeln gilt zusätzlich nc,t* ∈ Γg,t*. So werden also nur Ampelobjekte nc,t* der inkonsistenten Ampel t* aufsummiert, die den oben erwähnten Mindestkorrelationsfaktor zur Ampelgruppe g aufweisen bzw. überschreiten.
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Für jede inkonsistente Ampel t* wird eine entsprechende Ampelgruppe
ermittelt, so dass die Anzahl der Ampelobjekte Γ
g,t* der inkonsistenten Ampel t* am höchsten ist, wobei die Ampelobjekte n
c,t* ∈ Γ
g,t* mit der Phase der entsprechenden Gruppe
einen hohen Korrelationsfaktor
aufweisen.
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Dazu wird folgende Formel verwendet:
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Die inkonsistente Ampel t* wird dieser Ampelgruppe
zugeordnet, wenn die Anzahl der korrelierten Ampelobjekte
aus den Ampelobjekten n
c,t* der inkonsistenten Ampel t* und Ampelobjekten
der entsprechenden Ampelgruppe
gleich der oder größer als ein vorbestimmter Bruchteil aller (korrelierten und nicht-korrelierten) Ampelobjekte n
c,t* der inkonsistenten Ampel t* ist. Dabei kann der vorbestimmte Bruchteil bspw. ein Drittel sein.
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Dabei werden nur die korrelierten Ampelobjekte n
c,t* ∈ Γ
g,t* der inkonsistenten Ampel t* der Ampelgruppe
zugeordnet. Die übrigen (nicht-korrelierten) Ampelobjekte n
c,t* ∉ Γ
g,t* entsprechen mit hoher Wahrscheinlichkeit (Phasen-)Sichtungen der Abbiegerampel t
5, die nicht weiter interpretierbar sind.
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In 6 ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Ampelphase einer Ampel bzw. einer Ampelgruppe einer Ampelanlage. Nachfolgend wird das Verfahren für eine Ampel aus den Ampeln tp1-tp5 oder eine Ampelgruppe aus den Ampelgruppen g durchgeführt.
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Für das Verfahren können bspw. die durch die Ampelobjekte repräsentierten Informationen verwendet werden. In Alternativen können die für das Verfahren erforderlichen Informationen auch in anderer Form als Ampelobjekte bereitgestellt/repräsentiert werden.
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Insbesondere wird das Verfahren durchgeführt, wenn das Fahrzeug 1 sich kurz vor oder an der Haltelinie der Ampelanlage A (entspricht Haltelinie an einer Kreuzung) befindet. Die Haltelinie kann bekannt sein, beispielsweise aus Karteninformation. Alternativ kann die Haltelinie als Medianwert über alle Positionen entlang des Verlaufs des Fahrbahnabschnitts (bzw. entlang der Trajektorie des Fahrzeugs 1) ermittelt werden, an denen das Fahrzeug 1 an den Ampelobjekten vorbeifährt.
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In jedem Fall befindet sich das Fahrzeug 1 also in einer Position, in der die fahrzeugseitige Erfassungseinrichtung 3 die Ampelanlage A und die Ampeln nicht mehr erfassen kann. Dies liegt vor allem an einem begrenzten Öffnungswinkel einer Kameraeinrichtung der Erfassungseinrichtung 3. Jedoch ist gerade der Zeitpunkt beim Überfahren bzw. Halten an der Haltelinie relevant für eine Ampelspurzuordnung.
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In einem Schritt S301 wird ein Zeitpunkt Tevent abgerufen, zu dem das Fahrzeug 1 entweder die Haltelinie überfährt oder an dieser steht. Dies lässt sich aus dem fahrzeugseitigen Erfassungssystem 3 ableiten und insbesondere in Kombination mit Informationen aus den Ampelobjekten nc,t .
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Wenn das Fahrzeug 1 diese Haltelinie mit einer Geschwindigkeit größer als einer vorbestimmten Geschwindigkeit, bspw. 3km/h passiert, wird das als das Überfahren der Haltelinie interpretiert. Wenn das Fahrzeug 1 an der Haltelinie eine Geschwindigkeit von 1 km/h erstmalig unterschreitet, wird das als ein Halten an der Haltelinie interpretiert. Dabei umfasst „an der Haltelinie“ einen vorbestimmten Abstand des Fahrzeugs 1 (in Fahrtrichtung) zur Haltelinie von bis zu mindestens 25m, vorzugsweise 15m. Hierbei kann der Abstand von einem Vorderende des Fahrzeugs 1 bis zur Haltelinie gemeint sein. Auch andere vorbestimmte Abstände sind denkbar, sofern sie geeignet sind, ein Halten des Fahrzeugs an der Haltelinie zu indizieren.
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In einem Schritt S302 wird ein erster Erfassungszeitpunkt Ti abgerufen, zu dem das Fahrzeug 1 eine Ampel erstmalig erfasst.
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Ein Zeitintervall ΔTi zwischen dem Zeitpunkt Ti der ersten Sichtung der Ampel und dem Event-Zeitpunkt Tevent kann ermittelt werden.
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In einem Schritt S303 wird ein letzter Erfassungszeitpunkt Te abgerufen, zu dem das Fahrzeug die Ampel letztmalig erfasst.
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Ein Zeitintervall ΔTe zwischen dem Zeitpunkt Te der letzten Sichtung der Ampel und dem Event-Zeitpunkt Tevent kann ermittelt werden. Das Zeitintervall ΔTe wird auf 0 gesetzt, wenn zum Event-Zeitpunkt Tevent die Ampel noch sichtbar ist.
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In einem Schritt S304 ein Phasenverlauf der Ampel abgerufen, der sich von dem ersten Erfassungszeitpunkt Ti bis zum letzten Erfassungszeitpunkt Te erstreckt. Aus dem abgerufenen Phasenverlauf lässt sich eine Ampelphase Cg der Ampel ermitteln, die zum Zeitpunkt Ti vorliegt. In der Regel kann die Ampelphase Cg zumindest folgende Werte aufweisen: grün, gelb, rot sowie rot und gelb. Es können also folgende Ampelphasen Cg auftreten: Rotphase, Gelbphase, Rotphase, Grünphase sowie Rot-Gelb-Phase
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Für den Fall, dass eine Ampelphase Cg einer Ampelgruppe abgerufen wird, kann es vorkommen, dass Ampeln dieser Ampelgruppe widersprüchliche Ampelphasen anstatt einer gemeinsamen Ampelphase annehmen/wiedergeben. Dann wird die Ampelphase Cg für diese Ampelgruppe auf „ungültig“ gesetzt.
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In einem Schritt S305 wird ein Phasenwechsel-Zeitpunkt Tswitch ermittelt oder abgerufen, zu dem ein Phasenwechsel der Ampel erfolgt bzw. erfasst wurde. Mit anderen Worten, zum Zeitpunkt Tswitch verändert sich die Ampelphase Cg der Ampel. Der Phasenwechsel-Zeitpunkt Tswitch liegt vor dem letzten Erfassungszeitpunkt Te.
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Ein Zeitintervall ΔTswitch zwischen dem Zeitpunkt Tswitch des Phasenwechsels der Ampel und dem Event-Zeitpunkt Tevent kann ermittelt werden.
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Falls es keinen Phasenwechsel gibt oder falls es Widersprüche zwischen zwei oder mehr Ampeln einer Ampelgruppe vorliegen, wird der Zeitpunkt Tswitch und somit auch das Zeitintervall Δtswitch auf „ungültig“ gesetzt. Wenn kein Phasenwechsel in dem abgerufenen Phasenverlauf vorliegt, kann der Phasenwechsel-Zeitpunkt (wie später beschrieben) ermittelt werden.
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In einem Schritt S306 wird eine Ampelphase CΔ- vor dem Phasenwechsel-Zeitpunkt Tswitch der Ampel und eine Ampelphase CΔ+ nach dem Zeitpunkt Tswitch des Phasenwechsels der Ampel ermittelt. Die Ampelphasen CΔ- und CΔ+ geben also diejenigen Ampelphasen an, die vor bzw. nach dem Zeitpunkt Tswitch vorliegen. Die Ampelphasen CΔ- und CΔ+ können die in Schritt S304 beschriebenen Ampelphasen annehmen.
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In einem Schritt S307 wird bestimmt, welche Ampelphase C
g zum Event-Zeitpunkt T
event vorliegt. Im Speziellen wird eine Wahrscheinlichkeit P(C
g=rot) ermittelt, dass die Ampel zum Zeitpunkt T
event eine Ampelphase von „rot“ aufweist. Mit anderen Worten, es wird ermittelt, mit welcher Wahrscheinlichkeit die Ampel rot ist (bzw. eine rote Ampelphase anzeigt), wenn das Fahrzeug
1 an der Ampel hält oder an dieser vorbeifährt. Für die Wahrscheinlichkeit P(C
g=rot) gilt:
Die Wahrscheinlichkeit P(C
g=rot) ist also eine bedingte Wahrscheinlichkeit, die die Größen ΔT
e, ΔT
i, C
g, ΔT
switch, C
Δ- und C
Δ+ berücksichtigt.
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Für die Wahrscheinlichkeit P(C
g=grün), dass die Ampel zum Zeitpunkt T
event eine Ampelphase C
g von „grün“ aufweist, gilt:
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Die Wahrscheinlichkeit P(Cg=grün) ist ebenfalls eine bedingte Wahrscheinlichkeit, die die Größen ΔTi, ΔTe, Cg, ΔTswitch, CΔ- und CΔ+ berücksichtigt.
Zur Berechnung der Wahrscheinlichkeiten P(Cg=rot) bzw. P(Cg=grün) kann es zu drei Fällen I, II, III kommen. Diese Fälle hängen von den Zeitintervallen ΔTe und/oder ΔTswitch ab.
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Im Fall I ist ΔT
e=0s. Die Erfassungseinrichtung
3 hat die Ampel zum Zeitpunkt T
event noch gesehen. Entsprechend ist die Ampelphase C
g der Ampel bekannt, so dass für die Wahrscheinlichkeit P(C
g=rot) gilt:
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Die Wahrscheinlichkeit P(Cg=rot) von 0,8 für die Ampelphase c=gelb erlaubt, dass eine gelbe Ampel als grün oder rot interpretierbar ist, wobei dieser Wert von 0,8 fahrerabhängig ist. Entsprechendes gilt für die Wahrscheinlichkeit P(Cg=rot) von 0,7 für c=gelb+rot. Die Wahrscheinlichkeiten für c=gelb und c=gelb+rot sind hier beispielhaft. In Alternativen können diese Werte fahrerspezifisch ermittelt werden. Mit anderen Worten, die Wahrscheinlichkeiten für c=gelb und c=gelb+rot können in Abhängigkeit eines Fahrverhaltens eines Fahrers bestimmt/ermittelt werden.
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Im Fall II ist das Zeitintervall ΔTe größer als 0s und das Zeitintervall ΔTswitch weist einen gültigen Wert (und somit einen Wert größer als 0s) auf. Somit kann die Ampelphase Cg zum Zeitpunkt Tevent aus dem zuletzt erfassten Phasenwechsel zum Zeitpunkt Tswitch abgeleitet werden.
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Dazu werden Phasendauern der Ampelphasen, die in der Regel unbekannt sind, berücksichtigt, indem die Phasendauern als Zufallsvariablen modelliert werden. Es wird also ein Referenzampelzyklus modelliert. In dem Modell steht Tcycle für eine Umlaufzeit des Referenzampelzyklus. Eine Umlaufzeit entspricht der Dauer, die eine Ampel benötigt, um einen kompletten Schaltvorgang zu durchlaufen. Bspw. kann ein kompletter Schaltvorgang ein Ampelphasenverlauf mit den Ampelphasen in der Reihenfolge „grün“, „gelb“, „rot“ und „gelb und rot“ sein.
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Für die Umlaufzeit T
cycle gilt:
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Hierbei ist tcycle_min eine minimale Umlaufzeit und tcycle_max die maximale Umlaufzeit.
Für den Referenzampelzyklus wird also angenommen, dass eine Gleichverteilung der Umlaufzeit in dem obigen Wertebereicht [tcycle_min; tcycle_max] vorliegt.
Beispielhaft kann tcycle_min 30s betragen und tcycle_max 120s. Diese Werte stammen aus der Richtlinie für Lichtsignalanlagen, die ein für Deutschland gültiges Regelwerk ist. Für andere Länder können entsprechend andere Werte vorgegeben sein.
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Für eine Phasendauer X
rot, in der der Referenzampelzyklus rot anzeigt, gilt folgendes:
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Auch hier wird für den Referenzampelzyklus angenommen, dass die Phasendauer Xrot in dem Wertebereich [rotmin; rotmax] gleichverteilt ist. In der Regel geben rotmin und rotmax den minimalen bzw. maximalen Bruchteil von der Umlaufzeit Tcycle an, zu der der Referenzampelzyklus „rot“ anzeigt. Beispielsweise kann rotmin=0,3 und rotmax=0,7 sein. Alternativ kann der Wertebereich für die Phasendauer Xrot auch durch absolute Mindest- und Maximalzeiten in Sekunden angeben sein.
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Für den Fall II gilt für die Wahrscheinlichkeit P(C
g=rot):
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Hierbei ist
das zykluskorrigierte Zeitintervall, das seit dem letzten Phasenwechsel verlaufen ist. Für
gilt:
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Insbesondere wird das zykluskorrigierte Zeitintervall
verwendet, um den Fall abzufangen, dass mehr als eine komplette Umlaufzeit der Ampel nach dem Zeitpunkt T
e verstrichen ist. Es ist auch möglich, lediglich das (nicht korrigierte) Zeitintervall Δt
switch in für den Fall II zu verwenden.
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Ferner ist hierbei ttrans ein vorbestimmter, insbesondere fester, Paramater, der einer Übergangszeit nach dem Wechsel der Ampel auf „rot“ entspricht. In dieser Übergangszeit ttrans verhält sich ein Fahrer des Fahrzeugs 1 so, als wäre die Ampel noch „grün“. Während dieser Übergangszeit ttrans gibt es eine Wahrscheinlichkeit ungleich 0, dass die aktuelle Phase der Ampel als grün „interpretiert“ wird. Die Übergangszeit ttrans weist in der Regel einen Wert von wenigen Sekunden auf. So kann die Übergangszeit ttrans beispielsweise einen Wert zwischen 0s und 5s annehmen und insbesondere 3s. Ferner kann eine weitere Übergangszeit nach einem Phasenwechsel auf „gelb“ berücksichtigt werden. Die weitere Übergangszeit ist in der Regel länger als die Übergangszeit ttrans und die Wahrscheinlichkeit, dass ein Fahrer in der weiteren Übergangszeit die Ampel überquert, ist höher.
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Im Folgenden wird die Fallunterscheidungen aus dem Fall II erklärt.
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Wenn die nach dem Phasenwechsel vorliegende Ampelphase C
Δ+ eine rote oder gelbe Ampelphase ist, wird das Zeitintervall ΔT
switch (bzw. das zykluskorrigierte Zeitintervall
) mit der roten Phasendauer X
rot des Referenzampelzyklus verglichen. Hier wird die rote Phasendauer X
rot des Referenzampelzyklus als Bruchteil X
rot von der Umlaufzeit t
cycle angegeben.
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Ist das Zeitintervall ΔT
switch kleiner (kürzer) als die rote Phasendauer X
rot des Referenzampelzyklus, so wird angenommen, dass die rote Ampelphase mit einer Wahrscheinlichkeit P(C
g=rot) vorliegt, wobei die Wahrscheinlichkeit P(C
g=rot) den kleineren Wert von
annimmt. Es wird also angenommen, dass die Ampel nach dem letzten Erfassungszeitpunkt T
e nicht auf die nächste Ampelphase weitergeschalten hat, so dass eine rote Ampelphase zum Event-Zeitpunkt T
event vorliegt.
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Ist jedoch das Zeitintervall ΔTswitch größer (länger) oder gleich der roten Ampelphase Xrot des Referenzampelzyklus, so wird angenommen, dass die Ampel zwischen dem letzten Erfassungszeitpunkt Te und dem Event-Zeitpunkt Tevent auf die nächste (also grüne) Ampelphase geschalten hat, so dass eine grüne Ampelphase zum Event-Zeitpunkt Tevent vorliegt. Die Wahrscheinlichkeit P(Cg=rot) liegt entsprechend dann bei 0.
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Für die weiteren Fallunterscheidungen des Falls II gilt entsprechendes.
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Es ist angemerkt, dass der Referenzampelzyklus die Übergangszeit t
trans nicht berücksichtigen muss. So kann die Übergangszeit t
trans ignoriert werden, so dass sich für die erste und vierte Fallunterscheidung aus Fall II immer eine Wahrscheinlichkeit von 1 ergibt. Es gilt dann Folgendes:
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Die für den Fall II angegebene Wahrscheinlichkeit für P(C
g=rot) kann für alle möglichen Umlaufzeiten T
cycle und alle möglichen Phasendauern X
rot berechnet werden. Somit lässt sich dann eine Gesamtwahrscheinlichkeit P(C
g=rot) über alle Umlaufzeiten T
cycle und Phasendauern X
rot wie folgt ermitteln:
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Der Term P(Cg = rot | ΔTswitch = Δtswitch, CΔ+ = CΔ+, Tcycle = tcycle,Xrot = Xrot) ist wie oben angegeben bestimmbar.
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P(Xrot = xrot) ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Phasendauer Xrot einen bestimmten Wert Xrot aus dem oben erwähnten Wertebereich [rotmin; rotmax] für die Phasendauer annimmt. P(Tcycle = tcycle) ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Umlaufzeit Tcycle einen bestimmten Wert tcycle aus dem oben erwähnten Wertebereich [tcycle_min; tcycle_max] für die Umlaufzeit annimmt. Im Falle einer wie hier vorliegenden Gleichverteilung der als Zufallsvariablen modellierten Umlaufzeiten und Phasendauern, ist die Wahrscheinlichkeit für jeden Wert aus den Wertebereichen gleich groß.
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Um die Gesamtwahrscheinlichkeit zu berechnen, können die Integrale bspw. durch Summen angenähert werden. Auch andere Approximationsverfahren sind möglich.
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Im Fall III trifft keiner der beiden vorherigen Fälle I und II zu. Das bedeutet, dass im Fall III nur die zuletzt gesehene/erfasste Ampelphase der Ampel bekannt ist. Entsprechend ist unbekannt, wie lange diese Ampelphase schon vorliegt.
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Daher wird die Wahrscheinlichkeit P(Cg=rot) unter Berücksichtigung einer relativen Dauer der Grün- und Rotphasen und der vergangenen Zeit zwischen Zeitpunkt Ti und Zeitpunkt Te in Abhängigkeit der zuletzt gesehenen Phase ermittelt. Somit ergeben sich vier Unterfälle III.a, III.b, III.c und III.d. Die obigen Erklärungen für den Fall II gelten entsprechend.
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Für den Fall III.a, bei dem die zuletzt gesehen Phase C
g=rot ist, gilt dann für die Wahrscheinlichkeit P(C
g=rot) Folgendes:
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Ferner gilt:
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Der Phasenwechsel-Zeitpunkt T
switch und entsprechend das Zeitintervall ΔT
switch sind unbekannt und werden daher modelliert. Dazu wird angenommen, dass der Phasenwechsel-Zeitpunkt T
switch zwischen einer Umlaufzeit T
cycle vor dem ersten Erfassungszeitpunkt T
i und dem letzten Erfassungszeitpunkt T
e erfolgen musste. Daher gilt für die Wahrscheinlichkeit, dass der Phasenwechsel-Zeitpunkt T
switch zu einem bestimmten Zeitpunkt t
switch erfolgt bzw. dass das Zeitintervall ΔT
switch einen bestimmten Wer Δt
switch aufweist, Folgendes:
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In dem Fall III.b ist die zuletzt gesehene Phase C
g=grün. Dieser entspricht dem Fall III.a, nur dass die Grünphase die Rotphase im Fall III.a ersetzt. Somit gilt:
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Für die Wahrscheinlichkeit, dass zum Event-Zeitpunkt T
event die rote Ampelphase vorliegt, wenn zuletzt die grüne Ampelphase gesehen wurde, gilt:
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Für die Wahrscheinlichkeit, dass der Phasenwechsel-Zeitpunkt T
switch zu einem bestimmten Zeitpunkt t
switch erfolgt bzw. dass das Zeitintervall ΔT
switch einen bestimmten Wer Δt
switch aufweist, gilt analog zum Fall III.a folgendes:
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Es liegt die gleiche Wahrscheinlichkeit P(ΔT
switch = Δt
switch | ...) für Fall III.a und III.b vor, da sich die Umlaufzeit T
cycle des Referenzampelzyklus nicht verändert.
In dem Fall Ill.c ist die zuletzt gesehene Ampelphase gelb. Hier wird angenommen, dass der Zeitpunkt Te dem Zeitpunkt T
switch entspricht, also T
e=T
switch. Entsprechend gilt auch für die Zeitintervalle Δt
e=Δt
switch. In diesem Fall gilt für die Wahrscheinlichkeit P(C
g=rot):
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In dem Fall Ill.d ist die zuletzt gesehene Ampelphase „rot+gelb“. Auch hier wird angenommen, dass der Zeitpunkt T
e dem Zeitpunkt T
switch entspricht, also T
e=T
switch. Entsprechend gilt auch für die Zeitintervalle Δt
e=Δt
switch Somit folgt:
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Die Wahrscheinlichkeiten P(C
g=rot) für die Fälle III.a bis III.d können für alle möglichen Umlaufzeiten T
cycle und alle möglichen Phasendauen X
rot berechnet werden, ähnlich wie bei Fall II. So gilt für die Gesamtwahrscheinlichkeit Folgendes:
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Auch hier können die Integrale bspw. durch Summen angenähert werden, um die Gesamtwahrscheinlichkeit zu berechnen. Auch andere Approximationsverfahren sind möglich.
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In 7 sind schematisch und beispielhaft zwei Phasenverläufe 9, 9' von zwei Ampelobjekten dargestellt. Die Phasenverläufe 9, 9' zeigen die grüne Ampelphase G, die rote Ampelphase R, die gelbe Ampelphase Y und die rot-gelbe Ampelphase R+Y.
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Die Kombination der durchgezogenen Linien ergibt die Übereinstimmungsdauer Tm der zwei Phasenverläufe 9, 9', in der sie die gleiche Ampelphase (gleichzeitig) aufweisen. Die Kombinationen der durchgezogenen Linien mit der gestrichelten Linie ergibt die Überlappungsdauer Tt der zwei Phasenverläufe 9, 9', in der sich die Phasenverläufe 9, 9' (unabhängig von ihren Ampelphasen) zeitlich überlappen.
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Die Überlappungsdauer Tt gibt also diejenige Zeitdauer an, zu welcher die beiden Phasenverläufe 9, 9' gleichzeitig vorliegen, d.h. zeitlich überlappen. Die Übereinstimmungsdauer Tm gibt diejenige Zeitdauer (innerhalb der Überlappungsdauer Tt) an, zu welcher die Phasenverläufe 9, 9' die gleiche Ampelphase aufweisen.
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Ferner sind in 7 entsprechende erste Erfassungszeitpunkte Ti, letzte Erfassungszeitpunkte Te und Phasenwechsel-Zeitpunkte Tswitch der Phasenverläufe 9, 9' dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Ampelanlage (A)
- F1-F3
- Fahrspuren
- Fb
- Fahrbahnabschnitt
- G
- grüne Ampelphase
- tp1-tp5
- Ampel
- nc
- Ampelobjekte
- nc,t
- einem Cluster t zugeordnetes Ampelobjekt
- R
- rote Ampelphase
- R+Y
- rot-gelbe Ampelphase
- t1-t5
- (Ampel-/Ampelobjekt-)Cluster
- tp1-tp5
- physikalische Ampel
- Y
- gelbe Ampelphase
- 1
- Fahrzeug
- 3
- Erfassungseinrichtung
- 5
- Funkschnittstelle
- 7
- Ampelbild
- 7'
- Ampelbild
- 9
- Phasenverlauf
- 9'
- Phasenverlauf
- S...
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011004425 A1 [0003]
- DE 102012207620 A1 [0004]
- DE 102016013972 A1 [0005]