DE4434042C2 - Anordnung zum berührungslosen Erfassen verkehrsbezogener Daten von Objekten auf einer Fahrbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum berührungslosen Erfassen von verkehrsbezogenen Daten.

Das Erfassen von verkehrsbezogenen Daten ist für Anwendungen der automatischen Gebührenerhebung, für die kollektive und individuelle Verkehrsleittechnik und für Innenstadtanwendungen (Rotlichtüberwachung für Ampeln, Zufahrtskontrolle für Parkflächen und innerstädtische Parkzonen etc.), wichtig. Zu den Verkehrsdaten, die festgestellt werden können, gehören das Vorhandensein von Fahrzeugen, die Fahrtrichtung der Fahrzeuge, die Geschwindigkeit und die Klassenzugehörigkeit von Fahrzeugen.

Der Einsatz von Lasern in der Verkehrsleittechnik ist bekannt. In der US 49 47 353 wird eine Anordnung beschrieben, mit der Fahrzeuge automatisch detektiert werden können, beispielsweise an einem Gebührenerfassungssystem. Dabei ist ein Laserscanner vorgesehen, der auf einer Seite der Fahrbahn positioniert ist, und ein vertikaler fotoelektrischer Detektor auf der anderen Seite der Fahrbahn. Mit dem angegebenen Laserscanner kann die Höhe eines Fahrzeugs festgestellt werden.

Aus der DE 38 04 750 C1 ist ein System zur Fernerfassung von Überschreitungen der Höchstgeschwindigkeit und des Verkehrsflusses im Straßenverkehr bekannt. Dabei wird von einer zentral gelegenen Meßanlage ausgegangen, die Sichtverbindung zu mehreren zu überwachenden Straßenabschnitten hat, mit einem Lasergerät die Fahrzeuggeschwindigkeit gemessen. Zur Beweissicherung werden die einzelnen Straßenabschnitte von Kameras überwacht. Bei Feststellung einer Höchstgeschwindigkeitsüberschreitung wird das entsprechende Beweisbild abgerufen.

Aus der DE 42 34 880 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung von auf einer Fahrbahn befindlichen Kraftfahrzeugen, mit zwei Abstandssensoren mit kleinem Meßabstand bekannt. Mit Hilfe der Abstandssensoren werden Fahrtrichtung, Geschwindigkeit und die Fahrzeuglänge der Kraftfahrzeuge gemessen. Die Abstandssensoren arbeiten mit optischer Pulslaufzeit-Messung. Vorzugsweise wird ein Gehäuse mit den Abstandssensoren oberhalb der Fahrbahn angebracht.

Aus der DE 38 21 892 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Containerumsetzfahrzeugen bekannt. Dabei wird die mit Reflektoren ausgerüstete Umgebung des Fahrzeuges als Bezug zur Messung vom Fahrzeug aus benutzt. Während der Fahrt und insbesondere im Stand wird kontinuierlich mit einem rotierenden Laserentfernungsmesser die Umgebung vom Fahrzeug aus vermessen. Der verwendete Laserscanner spannt dabei eine Ebene auf. Wollte man einen solchen Laserscanner zur Überwachung von Fahrzeugen einsetzen, so läge die Scanebene quer zur Fahrtrichtung und nur das Querprofil hindurchfahrender Fahrzeuge könnte ermittelt werden. Zur Bestimmung der Länge und Geschwindigkeit des Fahrzeugs müßte dann durch einen zweiten Laserscanner eine zweite Ebene aufgespannt werden. Hohe Kosten und erhöhte Ausfallwahrscheinlichkeit sind die Folge. Zudem ist keine Messung möglich, während der Laserstrahl den nach oben gerichteten Teil der Ebene durchläuft. Um eine hohe Scanrate zu erreichen, sind zur Strahlablenkung entweder sehr schnell rotierende Spiegel oder aufwendige und massereiche Polygonspiegel notwendig. Zudem ist mit hohem Aufwand dafür zu sorgen, daß die Abtaststrahlen synchron laufen, damit sich keine ständig ändernde Meßungenauigkeit der Geschwindigkeitsmessung ergibt.

In der DE 33 10 875 A1 ist ein Strahlablenksystem vorgeschlagen, mit dem die Abtastung eines bestimmten Bereichs, einer Fläche oder eines Raumes mittels elektromagnetischer Wellen z. B. Lichtstrahlen, möglich ist. Das Strahlablenksystem weist zwei sich unter einem Taumelwinkel drehende Spiegel auf. Licht von einem Sender trifft zuerst auf den einen und dann auf den anderen Spiegel, wodurch ein Offset entsteht, der sich bei Entfernungsmessungen störend auswirkt. Der Offset kann mit einem Linsensystem beseitigt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zum berührungslosen Erfassen von verkehrsbezogenen Daten anzugeben, die zuverlässig arbeitet und die für die Anwendung in der Verkehrsleittechnik notwendigen Anforderungen erfüllt.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen nach dem Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, daß der Laserstrahl nicht wie herkömmlich in einer Ebene abgelenkt wird, sondern in der Art, daß der Laserstrahl sich auf einem Kegelmantel bewegt. Das Meßprinzip beruht auf einer optischen Laufzeitmessung mit einem umlaufenden Laserstrahl und einer Winkelcodierung. Die Auftreffpunkte des Strahls beschreiben also je nach Neigung der Auftreffebene einen Kreis oder eine Ellipse. Aus den gemessenen Auftreffpunkten des Strahls auf ein Objekt können Längs- und Querprofil des Objektes sowie dessen Bewegungsrichtung bestimmt werden. Aus der Zeit, die ein Objekt zum Durchdringen der räumlichen Meßgeometrie benötigt, ist eine Geschwindigkeitsbestimmung auf einfache Weise mit nur einem einzigen Sensor möglich. Die gesamte Umlaufzeit des Meßstrahles kann genutzt werden.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Laserstrahl, der derart abgelenkt wird, daß er einen Kegelmantel beschreibt, wobei die Symmetrieachse des Kegels senkrecht zur Überwachungsebene steht,

Fig. 2 einen gescannten Laserstrahl, der ebenfalls einen Kegelmantel beschreibt, wobei jedoch die Symmetrieachse des Kegelmantels geneigt zur Überwachungsebene steht,

Fig. 3 einen Laserstrahl mit ausgeblendeten Abschnitten auf seiner Umlaufbewegung,

Fig. 4a) eine Seitenansicht,

Fig. 4b) eine Aufsicht auf einen LKW, der sich im Abtastfeld des Lasers bewegt,

Fig. 5 eine Anordnungsmöglichkeit von Laser und Scan- Einrichtung in Bezug zu einer Fahrbahn, und

Fig. 6 eine Anordnung von Laser, Lichtempfangs-, Auswerte- und Scan-Einrichtung.

In einem Gehäuse 7 sind ein Laser 1 und eine Scan- Einrichtung 2 untergebracht. Dieses Gehäuse ist in den Figuren jeweils dargestellt. In Fig. 1 sind mehrere Abtaststrahlen A_t und A_{t+ Δ t} zu unterschiedlichen Zeiten der Umlaufsbewegung dargestellt, die jeweils auf eine Überwachungsoberfläche 4 treffen. Der Kreis 8 bildet die Schnittebene von dem durch die Abtaststrahlen aufgespannten Strahlkegel und der Überwachungsoberfläche 4.

Auch Fig. 2 zeigt ein Gehäuse 7 mit einem Laser und einer Scan-Einrichtung. Auch hier beschreibt der vom Laser ausgesandte Strahl umlaufend die Oberfläche eines Kegels. Die Symmetrieachse dieses Kegels ist jedoch gegen die Überwachungsoberfläche 4 geneigt. Somit ist die Schnittfläche des aufgespannten Strahlkegels mit der Beobachtungsfläche eine Ellipse 8′. Der Vorteil dieser Variante ist, daß man den Sensor seitlich neben der Beobachtungsoberfläche aufstellen kann. Die Signalverarbeitung und die Trennung zwischen sich hintereinander und nebeneinander bewegenden Objekten wird dadurch jedoch schwieriger. Bei senkrechter Aufhängung des Sensors besteht die Möglichkeit, seitliche Segmente des aufgespannten Strahlkegels (z. B. mechanisch) auszublenden. Dies ist in Fig. 3 dargestellt.

Die Fig. 4a und 4b zeigen ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung. Ein Lastkraftwagen L bewegt sich auf einer Straße S. Die Anordnung ist senkrecht über der Straße befestigt. Laser und Scan-Einrichtung befinden sich in einem Gehäuse 7. Die Abtastpunkte A sind durch dicke schwarze Punkte auf den Figuren dargestellt. In der Aufsicht ist leicht zu sehen, daß im Bereich B die Abtastpunkte keine weitere Information bringen und ausgeblendet werden können. Über die beiden verbleibenden Zonen können folgende Informationen ermittelt werden:

• - Eintritts- und Austrittszeitpunkte/-Ort,
• - Geschwindigkeit eines Fahrzeugs,
• - seitliche Position, multilanefähig,
• - Höhen- und Querprofil (auch dreidimensional) eines Fahrzeuges zur Klassifikation,
• - Richtung eines Fahrzeugs,
• - Fahrzeugabstände.

Dadurch, daß auch die seitliche Position der Fahrzeug ermittelt werden kann, ist es möglich, auch bei mehreren benachbarten Fahrspuren zwischen den einzelnen Fahrzeugen zu unterscheiden. Damit ist auch das System multilanefähig. Eine Reihe von Möglichkeiten sind bei einem solchen System frei wählbar, nämlich die Höhe des Sensors, der Winkel des Laserstrahls und damit der Radius auf der Straße und der auszublendende Bereich.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung, die neben einer Straße mit zwei Fahrspuren F1 und F2 und einer Standspur S aufgebaut ist. Das Gehäuse 7 mit dem Laser und der Scan-Einrichtung ist auf einem Mast 10 seitlich neben der Straße angeordnet. Es könnte auch an einer Brücke 9 befestigt sein. An der Brücke 9 oder an dem Mast 10 können auch weitere Sensoren oder beispielsweise Kameras 11 bis 13 befestigt sein.

Eine schematische Darstellung des Aufbaus im Gehäuse 7 ist in Fig. 6 dargestellt. Der Laser 1 trifft auf einen Strahlteiler ST, der den Strahl in einen transmittierten Anteil und einen reflektierten Anteil aufteilt. Der reflektierte Anteil trifft auf einen Empfänger EM. Der transmittierte Anteil trifft auf eine verspiegelte geneigte Stirnfläche 6 eines rotierenden Zylinders 5, der von einem Antriebsmotor AM gedreht wird. Der Abtaststrahl A tritt durch ein Austrittsfenster AF, das sich an dem Gehäuse 7 befindet, aus diesem aus. Es ist auch eine Realisierung der Scan-Einrichtung denkbar, bei der statt des rotierenden Zylinderspiegels die Strahlablenkung durch verspiegelte Piezoschwinger erfolgt. Die Auswerteeinrichtung 3 kann sich ebenfalls im Gehäuse 7 befinden.

Claims (6)

1. Anordnung zum berührungslosen Erfassen verkehrsbezogener Daten von räumlich ausgedehnten Objekten, die sich auf einer Fahrbahn, Straße oder Fahrspur als Überwachungsoberfläche bewegen, mit einem Laser (1), einer Lichtempfangs- und einer Auswerteeinrichtung (3), die eine Entfernungsbestimmung mittels optischer Laufzeitmessung durchführen, sowie mit einer Scan-Einrichtung (2), die den Laserstrahl so ablenkt, daß dieser in einer Umlaufbewegung den Mantels eines Kegels beschreibt, dessen Symmetrieachse orthogonal oder geneigt zur Überwachungsoberfläche (4) verläuft.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl auf bestimmten Abschnitten seiner Umlaufsbewegung, auf denen mit der Antastung eines Objekts nicht zu rechnen ist, zur Datenreduktion ausgeblendet wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scan-Einrichtung (2) einen rotierenden Zylinder (5) mit einer verspiegelten Stirnfläche (6) aufweist, die zur Ablenkung des Laserstrahls dient und gegen die Achse des vom Laser (1) auf sie einfallenden Laserstrahls geneigt ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scan-Einrichtung (2) von einem Motor mit Winkelcodierung angetrieben wird, um die Position des Laserstrahls zu ermitteln.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (1) und die Scan-Einrichtung (2) an einer Brücke (9) über der Überwachungsoberfläche (4) oder an einem Mast (10) neben der Überwachungsoberfläche (4) angebracht sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlich der Fahrbahn, Fahrspur oder Straße abtastenden Abschnitte der Umlaufbewegung des Laserstrahls ausgeblendet werden.