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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verkehrssituationsermittlung
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine zugehörige Vorrichtung.
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Zur
Beschreibung des Verkehrs z.B. in einem Verkehrsnetz ist es bekannt,
typische quantitative Kenngrößen wie
den Verkehrsfluss, die mittlere Geschwindigkeit und die Verkehrsdichte
zu ermitteln. Selbst in einem kleinen lokalen Umfeld ist es aber
nur in einem sehr begrenzten Rahmen möglich, aus der Bewegung eines
einzelnen Fahrzeugs auf den Verkehr zu schließen. Es können meist nur extreme Situationen,
wie beispielsweise Stau, grob qualitativ erkannt werden. Hierbei
sind auch Fehlinterpretationen möglich,
etwa wenn ein Fahrzeug eine Panne hat. Zur Erhebung der Verkehrslage
werden alternativ oder zusätzlich
zu ortsfesten Sensoren, die alle Fahrzeuge an einem Messort erfassen,
sogenannte „Floating
Car Data" (FCD)-Verfahren
verwendet, bei denen einzelne Fahrzeuge als Stichprobenfahrzeuge ihre
Bewegung im Verkehr an eine Zentrale melden, die aus einer Vielzahl
eingehender Einzelmeldungen der Stichprobenfahrzeuge die Verkehrslage
rekonstruiert.
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Infrastrukturgestützte Messungen
mit ortsfesten Sensoren sind für
eine flächendeckende
Erfassung des Verkehrs in der Installation und Wartung relativ aufwendig.
Beim alternativen Ansatz mit Stichprobenfahrzeugen erfasst die Sensorik
in diesen Fahrzeugen herkömmlicherweise
vor allem den Zustand des eigenen Fahrzeugs, wie hinsichtlich Geschwindigkeit,
Position, Drehzahl, Giergeschwindigkeit etc., der an die Zentrale
weitergemeldet wird.
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Aus
der
EP 0 913 754 A1 ist
eine Sensorik zur Steuerung eines autonomen Fahrzeugs bekannt, die
Objekte und/oder Hindernisse im Fahrzeugumfeld erfassen kann. Mit
der beschriebenen Sensorik, die Radarsensoren, Infrarotsensoren
und/oder Laserscanner-Sensoren umfasst, können Fahrzeuge vor, hinter
und neben dem Fahrzeug erfasst werden und ihr Abstand und ihre Geschwindigkeit
bestimmt werden. Zur Fahrspurerkennung sind außerdem im vorderen und im seitlichen
Bereich des Fahrzeugdaches Videokameras angeordnet. Dadurch kann
der Verkehr auf den Nachbarfahrspuren und auf der eigenen Fahrspur
getrennt erfasst werden. Mit einer speziellen Reflexlichtschranke,
die über
einen Lasersensor Licht emittiert, welches von einem sich im Lichtstrahl
befindenden Objekt reflektiert wird, können mehrere Fahrzeuge auf
einem Fahrstreifen zugleich erfasst werden.
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Aus
der
DE 197 00 353
A1 sind Bewegungssensoren bekannt, die eine Anzahl von
passierenden bzw. passierten oder mitlaufenden Fahrzeugen erfassen.
Zudem werden verschiedene Sensoren beschrieben, beispielsweise ein
Wettersensor, der den Helligkeitsgrad der Umgebung ermittelt, ein
Temperatursensor, der eine aktuelle Außentemperatur ermittelt, ein
Feuchtigkeitssensor, der eine Beschaffenheit des Straßenbelages
ermittelt, und ein Sichtweitesensor, der eine Sichtweite in Fahrtvorausrichtung ermittelt.
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Die
WO 97/29471 offenbart ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung
zur Erfassung von Daten über die
Verkehrslage in einem Verkehrsnetz mit einer Mehrzahl von Stichprobenfahrzeugen,
die am Straßenverkehr
teilnehmen und mit einer Sensorik jeweils verkehrsrelevante Daten,
sogenannte Floating Car Data (FCD), erfassen, aus denen die aktuelle
Verkehrssituation in einer Umgebung des Stichprobenfahrzeugs ermittelt wird
und die in zeitlichen Abständen
drahtlos an eine Zentrale übertragen
werden. Hierbei werden nur Informationen über den Zustand des einzelnen
Fahrzeugs gesammelt, so dass Daten vieler Fahrzeuge benötigt werden,
um die allgemeine Verkehrssituation zu erfassen.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Verkehrssituationsermittlung und
eine zugehörige
Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens anzugeben.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch Bereitstellung eines Verfahrens zur Verkehrssituationsermittlung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine zugehörige Vorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung beruht auf der Idee, dass Stichprobenfahrzeuge mit einer
geeigneten Sensorik nicht nur verkehrsrelevante Daten, wie Geschwindigkeitsdaten
und Abstandsdaten, über
Fahrzeuge auf der eigenen Fahrspur, sondern auch über andere Fahrzeuge
auf anderen Fahrspuren erfassen und auswerten. Bei der Auswertung
der verkehrsrelevanten Daten werden verkehrssituationsindikative
Daten, wie z.B. eine mittlere Geschwindigkeit und/oder eine Verkehrsdichte
und/oder ein Verkehrsfluss, für jede
Fahrspur getrennt berechnet. Somit ist es zumindest in einem lokalen
Umfeld möglich,
eine quantitative Aussage über
den Verkehr zu machen.
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Zusätzlich können mit
der Sensorik Umfeldinformationen erfasst werden, die bei der Ermittlung der
aktuellen Verkehrssituation berücksichtigt
werden und beispielsweise eine Sichtweite und/oder einen Straßenzustand
und/oder Witterungsbedingungen umfassen.
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Mit
dem neuen Ansatz kann der Informationsgehalt von Floating Car Data
(FCD), die in einem einzelnen Fahrzeug generiert werden, stark gesteigert
werden. So können
in einem einzelnen Fahrzeug nicht nur Aussagen über den Zustand des eigenen Fahrzeugs,
sondern auch über
den umgebenden Verkehr gewonnen werden.
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Die
Berechnung der verkehrssituationsindikativen Daten getrennt für die verschiedenen
Fahrspuren kann im jeweiligen Stichprobenfahrzeug und/oder nach
einer drahtlosen Übertragung
der verkehrsrelevanten Daten in einer Zentrale durchgeführt werden.
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Die
Ermittlung der aktuellen lokalen Verkehrssituation in der Umgebung
des Stichprobenfahrzeugs kann ebenfalls im jeweiligen Stichprobenfahrzeug
und/oder nach einer drahtlosen Übertragung
der verkehrssituationsindikativen Daten in der Zentrale erfolgen.
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Bei
der Ermittlung der aktuellen lokalen Verkehrssituation in der Umgebung
des Stichprobenfahrzeugs in der Zentrale können auch die Umfeldinformationen
drahtlos an die Zentrale übertragen
werden.
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Durch
eine Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation ist es beispielsweise möglich, dass
bei der Berechnung der verkehrssituationsindikativen Daten und/oder
bei der Ermittlung der aktuel len Verkehrssituation in der Umgebung
des Stichprobenfahrzeugs durch das jeweilige Stichprobenfahrzeug
auch die Daten von anderen Stichprobenfahrzeugen berücksichtigt
werden. Dadurch können
die im eigenen Stichprobenfahrzeug ermittelten Daten mit den Daten
von anderen Stichprobenfahrzeugen verglichen und bei Bedarf, beispielsweise
durch eine Mittelung, angepasst werden. Somit ist eine genauere
Aussage über
die aktuelle lokale Verkehrssituation möglich.
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Werden
die von vielen Stichprobenfahrzeugen gemeldeten Daten in der Zentrale
gesammelt, so sind zur Ermittlung der Verkehrssituation in einem Verkehrsnetz
eine geringere Anzahl von Stichprobenfahrzeugen und eine geringere
Anzahl von Meldungen notwendig, wodurch die Kosten, insbesondere
die Kommunikationskosten, verringert werden können. Anders ausgedrückt kann
mit einer gegebenen Anzahl von Stichprobenfahrzeugen die Verkehrssituation
durch die Zentrale vergleichsweise genau und zuverlässig ermittelt
werden.
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Bei
der Ermittlung der Verkehrssituation kann insbesondere zwischen
Stau und/oder freier Verkehr und/oder witterungsbedingtem Geschwindigkeitseinbruch
unterschieden werden.
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Die
Sensorik kann beispielsweise die Sensoren von im Stichprobenfahrzeug
vorhandenen Assistenzsystemen für
die Erfassung von verkehrsrelevanten Daten in der Umgebung des Stichprobenfahrzeugs
verwenden, insbesondere von Systemen zur Erkennung von Objekten
im Fahrzeugumfeld, die bisher zur Vermeidung von Kollisionen mit
diesen Objekten eingesetzt werden, wie beispielsweise einen Abstandsregeltempomat
(Adaptive Cruise Control ACC), eine Spurhaltehilfe und/oder einen
automatischen Spurwechselassistent (ASA).
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Zusätzlich oder
alternativ können
zur Erfassung von verkehrsrelevanten Daten über andere Fahrzeuge spezielle
Sensoren, wie beispielsweise eine Reflexlichtschranke, verwendet
werden.
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Durch
die beschriebene Erfassung von verkehrsrelevanten Daten über andere
Fahrzeuge und das eigene Fahrzeug ist es dem einzelnen Stichprobenfahrzeug
möglich,
autonom Aussagen über
den Verkehr in einem lokalen Bereich zu machen, die sonst nur durch
infrastrukturgestützte
Messungen oder durch Daten von mehreren Stichprobenfahrzeugen gewonnen
werden könnten.
Dies sind vor allem Aussagen über
die Verkehrsdichte, den Verkehrsfluss und/oder die mittlere Geschwindigkeit
auf der eigenen und benachbarten Fahrspuren, aber auch Aussagen über Geschwindigkeitsschwankungen
und deren Ursachen. Zusammen mit Informationen über das Umfeld, wie Sichtweite,
Witterungsbedingungen und Reibwert der Fahrbahn, kann eine umfassende Aussage über die
Verkehrssituation in der Umgebung des einzelnen Stichprobenfahrzeugs
gemacht werden. So können
beispielsweise ein langsames Fahrzeug und/oder Witterungseinflüsse wie
Regen, Schnee, Nebel, Glatteis, usw. erkannt werden, welche die
Geschwindigkeitsschwankungen hervorrufen.
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Eine
vorteilhafte, nachfolgend beschriebene Ausführungsform der Erfindung ist
in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 eine schematische Blockdarstellung eines
Stichprobenfahrzeugs zur Verkehrssituationsermittlung; und
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2a, 2b, 3a, 3b jeweils eine schematische Darstellung
von Erfassungsbereichen einer Sensorik des Stichprobenfahrzeugs
aus 1.
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1 zeigt beispielhaft ein
Stichprobenfahrzeug 1 aus einer Mehrzahl von Stichprobenfahrzeugen,
die am Verkehr teilnehmen und verkehrsrelevante Daten erfassen.
Das Stichprobenfahrzeug 1 umfasst eine Sensorik 2 zum
Erfassen der verkehrsrelevanten Daten, eine Auswerteeinheit 4,
die aus einer Aggregation der verkehrsrelevanten Daten verkehrssituationsindikative
Daten berechnet, aus denen eine aktuelle lokale Verkehrssituation
in einer Umgebung des Stichprobenfahrzeugs 1 ermittelt wird,
und ein Kommunikationssystem 3 zur drahtlosen Übertragung
von Daten an eine Zentrale 5 und/oder an andere Fahrzeuge,
insbesondere Stichprobenfahrzeuge 1.
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Die
Sensorik 2, die beispielsweise Sensoren von im Fahrzeug 1 vorhandenen
Assistenzsystemen 2.1 und/oder Umfeldsensoren 2.2 und/oder
spezielle Sensoren 2.3 zur Erfassung von verkehrsrelevanten Daten über andere
Fahrzeuge 7 umfasst, erfasst eigene Geschwindigkeitsdaten
und eigene Abstandsdaten sowie Geschwindigkeitsdaten und Abstandsdaten
von Fahrzeugen 7.1 auf der eigenen Fahrspur und von Fahrzeugen 7.2 auf
anderen Fahrspuren. Als Assistenzsysteme 2.1 sind je nach
Fahrzeugtyp z.B. ein Abstandsregeltempomat (Adaptive Cruise Control
ACC), eine Spurhaltehilfe und/oder ein automatischer Spurwechselassistent
(ASA) verfügbar.
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Die
Auswerteeinheit 4 berechnet aus einer Aggregation der erfassten
Daten über
einen längeren Zeitraum,
beispielsweise zwischen zwei Übertragungsvorgängen, die
verkehrssituationsindikativen Daten, wie beispielsweise eine mittlere
Geschwindigkeit und/oder eine Verkehrsdichte und/oder einen Verkehrsfluss,
getrennt für
die verschiedenen Fahrspuren und ermittelt aus den verkehrssituationsindikativen
Daten die aktuelle lokale Verkehrssituation in der Umgebung des
Fahrzeugs 1.
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Die
ermittelte aktuelle Verkehrssituation kann dann in zeitlichen Abständen beispielsweise
an die Zentrale 5 oder durch eine nicht dargestellte Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation
an andere Fahrzeuge bzw. Stichprobenfahrzeuge übertragen werden. Die Zentrale 5 ermittelt
dann z.B. unter Verwendung der von der Mehrzahl der Stichprobenfahrzeuge übermittelten
aktuellen lokalen Verkehrssituationen in der Umgebung des jeweiligen
Stichprobenfahrzeugs eine aktuelle Verkehrssituation in einem Verkehrsnetz,
ggf. unter Nutzung weiterer Daten z.B. von ortsfesten Sensoren.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
sammelt die Auswerteeinheit 4 in den Stichprobenfahrzeugen 1 nur
die verkehrsrelevanten Daten und überträgt sie periodisch über das
Kommunikationssystem 3 an die Zentrale 5. In der
Zentrale 5 berechnet eine Auswerteeinheit 5.1 aus
den verkehrsrelevanten Daten die verkehrssituationsindikativen Daten
und ermittelt die aktuelle lokale Verkehrssituation in der Umgebung
des Stichprobenfahrzeugs 1.
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Bei
einer weiteren alternativen Ausführungsform
berechnet die Auswerteeinheit 4 in den Stichprobenfahrzeugen 1 aus
den verkehrsrelevanten Daten die verkehrssituationsindikativen Daten
und überträgt diese
an die Zentrale 5, in der mit der Auswerteeinheit 5.1 aus
diesen übertragenen
Daten die aktuelle lokale Verkehrssituation in der Umgebung des Stichprobenfahrzeugs 1 ermittelt
wird.
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Die
in den alternativen Ausführungsformen beschriebene
Datenübertragung
kann alternativ oder zusätzlich
auch über
eine Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation zwischen den Stichprobenfahrzeugen 1 durchgeführt werden.
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Bei
der Ermittlung der Verkehrssituation werden insbesondere die Verkehrszustände Stau,
optimal auch synchronisierter Verkehr, und/oder freier Verkehr und/oder
witterungsbedingter Geschwindigkeitseinbruch unterschieden.
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Durch
die Sensoren der Assistenzsysteme 2.1, wie Radarsensoren,
Infrarotsensoren und/oder Videokameras, kann die Position und die
Geschwindigkeit anderer Objekte, insbesondere anderer Fahrzeuge
bzw. Verkehrsteilnehmer, vor, hinter und neben dem Stichprobenfahrzeug
erfasst werden, wobei aus den ermittelten Fahrzeugpositionen der
Abstand zwischen den Fahrzeugen ermittelt werden kann. Zusätzlich können durch
die Umfeldsensoren 2.2, wie Sichtweitesensoren, Reibwertsensoren
und Regensensoren, die nicht den Verkehr an sich beobachten, sondern
das Umfeld sensieren, Daten über
einen Straßenzustand
und/oder Witterungsbedingungen und/oder Sichtverhältnisse
erfasst werden. Die Kombination und gemeinsame Auswertung dieser
Daten liefern ein Bild über
die Verkehrssituation in der unmittelbaren Umgebung des Stichprobenfahrzeugs 1.
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Die 2a, 2b, 3a und 3b zeigen Erfassungsbereiche
verschiedener Sensoren der Sensorik 2. 2a zeigt Erfassungsbereiche 6.1, 6.2 eines Abstandsregeltempomats,
wobei sich der Erfassungsbereich 6.1 bei der Verwendung
einer Videokamera und der Erfassungsbereich 6.2 bei der
Verwendung eines Radarsensors ergibt. 2b zeigt
den Erfassungsbereich 6.3 eines automatischen Spurwechselassistenten.
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Beim
Abstandsregeltempomat werden vorausfahrende Fahrzeuge mit Radarsensoren
oder Videokameras beobachtet. Mit dem Radarsensor kann sowohl die
Relativgeschwindigkeit als auch der Abstand direkt gemessen werden.
Für den
Spurwechselassistent werden meist verschiedene Sensortypen mit unterschiedlicher
Reichweite und Genauigkeit kombiniert. Hierbei erfassen die Systeme
ebenfalls den Abstand und die Relativgeschwindigkeit zum nächsten Fahrzeug
hinter oder auf den Nachbarspuren neben dem eigenen Fahrzeug. Die
beschriebenen Sensoren können
auch genutzt werden, um mehrere Objekte bzw. Fahrzeuge auf verschiedenen
Fahrspuren gleichzeitig zu erfassen.
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Zusätzlich oder
alternativ können
spezielle Sensoren 2.3 zur Erfassung der Objekte bzw. Fahrzeuge 7.2 auf
den Nachbarspuren und zur Messung ihrer Relativgeschwindigkeit verwendet
werden. Die Erfassungsbereiche 6.4 und 6.5 solcher
Sensoren sind beispielhaft in den 3a und 3b dargestellt. Die Sensoren
sind beispielsweise als Reflexlichtschranken realisiert.
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Aus
den von der Sensorik 2 erfassten verkehrsrelevanten Daten
in der Umgebung des Stichprobenfahrzeugs 1 werden von der
Auswerteeinheit 4, die auch in der Sensorik 2 integriert
sein kann, die makroskopischen, verkehrssituationsindikativen Größen, wie
insbesondere mittlere Geschwindigkeit und Dichte, getrennt nach
Fahrspuren berechnet. Die verkehrsrelevanten Daten umfassen beispielsweise die
Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs 1, den Abstand zu
einem vorausfahrenden Fahrzeug 7.1 und/oder zu einem nachfolgenden
Fahrzeug, die Position von Fahrzeugen 7.2 auf der Nachbarspur
im jeweiligen Erfassungsbereich 6.1 und 6.3 bis 6.5 und die
Geschwindigkeit des erkannten Fahrzeugs 7.2 auf der Nachbarspur.
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Zusätzlich können noch
verschiedene empirische Zusammenhänge berücksichtigt werden. Diese empirischen
Zusammenhänge
müssen
gegebenenfalls Besonderheiten der Straße, wie zum Beispiel Geschwindigkeitsbegrenzungen,
berücksichtigen.
Es können
beispielsweise eine Geschwindigkeit auf einer Fahrspur in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit auf der Nachbarspur, die Geschwindigkeit
auf einer Fahrspur in Abhängigkeit
von der Dichte auf der jeweiligen Fahrspur, eine Dichte auf einer Fahrspur
in Abhängigkeit
von einer Geschwindigkeit auf einer anderen Fahrspur und/oder eine
Verteilung der Dichte auf die Fahrspuren in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
der Richtungsfahrbahn berücksichtigt
werden.
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Die
gewonnene Information über
die mittlere Geschwindigkeit kann bei verschiedenen Applikationen
hilfreich sein, beispielsweise als Eingangsinformation für verkehrsadaptive
Assistenzsysteme in einem bordautonomen System, als höherwertige
Informationen in einem FCD-Konzept zur Verkehrslagerekonstruktion
und/oder zur lokalen Bestimmung der Verkehrslage mit Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation.
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Zusätzlich können bei
der Ermittlung der aktuellen Verkehrssituation noch Informationen
aus einer digitalen Karte benutzt werden.
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Durch
die Erfindung können
aussagekräftige FCD über das
Verkehrsgeschehen der direkten Umgebung um das Stichprobenfahrzeug
erzeugt werden, die Geschwindigkeiten, Abstände und die Spur des eigenen
Fahrzeugs sowie anderer Verkehrsteilnehmer bzw. Fahrzeuge in der
Umgebung umfassen. In vorteilhafter Weise können Daten von im Fahrzeug für andere
Zwecke ohnehin vorhandenen Sensoren verwendet werden. Zudem ist
es möglich,
den Verkehr auf den Nachbarspuren durch einfache spezielle Sensoren,
beispielsweise durch eine oder mehrere Reflexlichtschranken, zu
erfassen.
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Die
so gewonnenen Informationen können verschiedenartig
verwendet werden. Sie können
entweder an eine Zentrale weitergegeben werden, welche die Daten
vieler Autos sammelt und daraus flächendeckend die Verkehrslage
rekonstruiert, oder sie werden über
Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation mit anderen Ver kehrsteilnehmern
der weiteren Umgebung ausgetauscht, so dass in den Fahrzeugen ein
umfassenderes Bild des umgebenden Verkehrs vorliegt. Aber auch in
einem fahrzeugautonomen System kann die aggregierte Information über den umgebenden
Verkehr verwendet werden.
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Zum
Beispiel können
auf Straßen
mit baulicher Trennung der Richtungsfahrbahnen Fahrzeuge der eigenen
Fahrtrichtung erfasst und berücksichtigt werden.
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Der
entgegenkommende Verkehr kann zum Beispiel auf Straßen ohne
bauliche Trennung der Richtungsfahrbahnen auf der entgegenkommenden Nachbarspur
erfasst werden. Dies kann durch entsprechende Sensoren geschehen.
Der entgegenkommende Verkehr ist im Sinne der Erfindung Teil des
umgebenden Verkehrs.