Verfahren und System zur Bestimmung einer Fahrzeugklasse Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung einer Fahrzeugklasse eines sich auf einer Fahrbahn bewegenden Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie auf ein zugehöriges System zur Bestimmung einer Fahrzeugklasse nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 9.

Zur Verkehrsdatenerfassung des Straßenverkehrs werden an fahrbahnseitigen Messstellen Verkehrsdetektoren angeordnet, die von die Messstelle passierenden Fahrzeugen Messwerte unterschiedlicher Messgrößen aufnehmen. Verkehrsdetektoren, wie zum Beispiel Induktivschleifen, Radardetektoren, Infrarotsensoren, Magnetfeldsensoren oder Videodetektoren, sind ebenso vielfältig wie die zu ermittelnden verkehrstechnischen Messgrößen, etwa die Geschwindigkeit, die Länge, der zeitliche Abstand sowie die Klasse von Fahrzeugen. Die Messgrößen und daraus abgeleitete verkehrstechnische Größen geben Aufschluss über die Fahrzeugklassen sowie deren klassenspezifische Geschwindigkeiten oder aggregiert und interpretiert über die augenblickliche Verkehrssituation. Hierbei ist es wichtig, unterscheiden zu können, welche Fahrzeugklassen welchen An- teil am Verkehrsgeschehen haben.

Nach den „Technischen Lieferbedingungen für Streckenstationen (TLS)", herausgegeben 2002 von der Bundesanstalt für Straßenwesen, einem Standard für den Aufbau von Verkehrsbeeinflus- sungsanlagen an Bundesfernstraßen, werden die mittleren Geschwindigkeiten separat für die einzelnen Fahrzeugklassen gebildet. Fahrzeugklassen sind beispielsweise Krafträder, Personenkraftwagen, Personenkraftwagen mit Anhänger, Lieferwagen, Lastkraftwagen, Lastkraftwagen mit Anhänger, Sattelzüge, Busse und sonstige nicht klassifizierbare Kraftfahrzeuge. In Deutschland werden diese 8 plus 1 Fahrzeugklassen für statistische Zwecke erfasst, während für Steuerungszwecke nur zwei Fahrzeugklassen genutzt werden. Zur Beurteilung der Verkehrs- Situation sind in den meisten Fällen ebenfalls zwei Fahrzeugklassen ausreichend, während in internationalen Ausschreibungen häufig drei bis vier Fahrzeugklassen gefordert werden. Während Zählwerte und Geschwindigkeiten von Fahrzeugen anhand der bekannten Verkehrsdetektoren problemlos erfasst werden können, ist die Zuordnung eines erfassten Fahrzeugs zu einer Fahrzeugklasse mitunter schwierig und mit Ungenauigkeiten behaftet. Dies liegt daran, dass Fahrzeugklassen bislang immer indirekt über die Länge des Fahrzeugs oder über die Verteilung und Anzahl der Achsen ermittelt wird. Erschwerend kommt hinzu, dass zwischen Fahrzeugen mit Anhänger und langen Fahrzeugen unterschieden werden muss. Im Allgemeinen sind in der Fahrbahndecke verlegte Induktivschleifen, in deren Bereich ein magnetisches Wechselfeld entsteht, welches beim Durchfahren von Fahrzeugen beeinträchtigt wird und aufgrund dessen eine Aussage über den Fahrzeugtyp und die Geschwindigkeit getroffen werden kann, für die Klas- sifizierung von Fahrzeugen besser geeignet als Überkopfsenso- ren, die häufig nach dem Infrarot- oder dem Radarprinzip arbeiten. Allerdings sind ÜberkopfSensoren leichter zu installieren und zu warten und werden vom überrollenden Verkehr nicht in Mitleidenschaft gezogen.

Genauere Verfahren zur Fahrzeugklassifizierung beruhen auf der Erfassung der Höhe oder des Höhenprofils des Fahrzeugs. Hierzu ist aus der Offenlegungsschrift DE 195 17 029 Al ein Verfahren zur Bestimmung der Höhe eines Fahrzeugs mit Hilfe einer das Fahrzeug aufnehmenden Videokamera bekannt. Dabei wird die Dachvorderkante des Fahrzeugs in einer Anzahl von Videobildern verfolgt und für jedes Videobild die vertikale Position der Dachvorderkante auf dem Videoschirm und der Beobachtungszeitpunkt bestimmt. Ausgehend von diesen gemessenen Werten wird ein Parameter eines Bewegungsmodells für die vertikale Bewegung der Dachvorderkante auf dem Videoschirm bestimmt. Sodann wird die Fahrzeughöhe aus den ermittelten Parametern des Bewegungsmodells, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Höhe der Kamera über der Fahrbahn, dem Neigungswinkel der Kamera gegenüber der Fahrbahn und der Kamerabrennweite bestimmt. Über die bestimmte Höhe eines Fahrzeugs lässt sich eine sicherere Klassifikation zwischen Lastkraftwagen und Personenkraftwagen durchführen.

Desweiteren ist es bekannt, Höhenmessungen mittels Laserdetektoren durchzuführen. Diese sind aus Kostengründen nicht für den Masseneinsatz verfügbar. Außerdem erfolgt die Abtas- tung der Fahrzeughöhe in nur einer Ebene, so dass Krafträder oder Fahrzeuge, die versetzt zueinander verfahren, nicht oder nur teilweise erfasst werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zur Bestimmung einer Fahrzeugklasse bereitzustellen, welche schnell und genau Messwerte liefern, die eine sichere Zuordnung zu einer von mehreren Fahrzeugklassen zulassen . Der auf das Verfahren bezogene Teil der Aufgabe wird gelöst durch ein gattungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung einer Fahrzeugklasse mit dem im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmal. Indem die Messwerte ein dreidimensionales Höhenprofil des Fahrzeugs über der Fahrbahn repräsentieren, wird ein dreidimensionales Bild des zu klassifizierenden Fahrzeugs erzeugt. Anhand eines dreidimensionalen Bildes der Fahrbahn sowie der darauf fahrenden Fahrzeuge, kann eine schnelle und sichere Zuordnung eines jeden Fahrzeugs zu einer Fahrzeugklasse sichergestellt werden. Verde- ckungen oder Mehrdeutigkeiten werden auf ein Minimum reduziert. Im Gegensatz zu Induktivschleifen ergeben sich wesentlich genauere Höhenprofile, welche die Umrisse der Fahrzeuge und nicht die Verteilung der induktiven Masse beschreiben. Wird das Verfahren mit dem erfindungsgemäßen System umge- setzt, so kann auch auf den kostspieligen Einsatz von Laserdetektoren oder Laserscannern verzichtet werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das dreidimensionale Höhenprofil des Fahrzeugs als digitaler Bilddatensatz aus einer Videoaufnahme gewonnen. Liegt das dreidimensionale Höhenprofil als digitaler Bilddatensatz vor, so kann die Klassifikation rechnergestützt durch Bildauswertungsalgorithmen erfolgen. Hierdurch wird die Fahrzeugklassifikation schnell und mit geringen Fehlern abgewickelt . Ist das Höhenprofil eines Fahrzeugs aufgrund der Bildfrequenz der Videoaufnahme auf mehrere Videobilder verteilt, so wird es nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Überlagerung dieser Videobilder anhand markanter Fahrzeugstellen vervollständigt. Als markante Fahr- zeugstellen können die Fahrzeugvorder- bzw. -hinterkante sowie andere charakteristische Stellen oder Kanten des Fahrzeugs, etwa des Fahrzeugaufbaus, dienen. Sind markante Fahrzeugstellen eines Fahrzeugs auf unterschiedlichen Videobildern abgebildet, so können diese anhand dieser Fahrzeugstel- len zu einem vollständigen Fahrzeugbild überlagert werden. Damit steht für die Klassifizierung des Fahrzeugs stets ein vollständiges dreidimensionales Höhenprofil eines Fahrzeugs zur Verfügung. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Verfahrens wird das Höhenprofil mit vordefinierten, den Fahrzeugklassen zugeordneten Referenzprofilen verglichen. Für jede Fahrzeugklasse kann als Referenzprofil ein Standardprofil in einer Speichereinheit des Detektors abgelegt werden. In- nerhalb tolerierbarer Abweichungen kann dann ein aufgenommenes dreidimensionales Höhenprofil eines Fahrzeugs eindeutig und zügig einem gespeicherten Referenzprofil und damit einer Fahrzeugklasse zugeordnet werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus dem Höhenprofil eine größte Höhe des Fahrzeugs bestimmt. Die Höhe des Fahrzeugs kann als Plausibi- litätskriterium bei der Zuordnung des Fahrzeugs zu einer Fahrzeugklasse verwendet werden, da sich die Fahrzeuge verschiedener Fahrzeugklassen typischerweise in ihrer Höhe unterscheiden können. Denkbar ist auch die Verwendung der Fahrzeughöhe zu Durchsetzungszwecken der Straßenverkehrsordnung oder aber auch zu Steuerungs- oder Warnzwecken vor Tunneln oder Unterführungen, für die eine maximale Fahrzeughöhe freigegeben ist.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verfahrens wird aus der eingestellten Bildfrequenz der Videoaufnahme und der Erkennung markanter Fahrzeugstellen mit bekanntem Längsabstand eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt. Ist im einfachsten Fall die Länge eines Fahrzeugs oder eines Fahrzeugteils hinreichend genau bekannt, so kann aus der Bildfrequenz der Videoaufnahme und damit aus dem Längsvorschub einer markanten Stelle zwischen zwei Videobildern auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs geschlossen werden . Ist alternativ die Geschwindigkeit des Fahrzeugs aus einer separaten Ermittlung, etwa durch eine Induktivschleife oder einen Radardetektor, bekannt, so kann nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens aus der eingestellten Bildfrequenz der Videoaufnahme und der Geschwindigkeit eine Länge des Fahrzeugs bestimmt werden. Auch die Fahrzeuglänge kann für eine Plausibilitätsprüfung einer vorgenommenen Fahrzeugklassifizierung verwendet werden.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs- gemäßen Verfahrens werden zwei zeitlich kurz aufeinander folgende Fahrzeuge als ein Zugfahrzeug und ein von diesem gezogenen Anhänger interpretiert.

Die auf das System gerichtete Teilaufgabe wird gelöst durch ein gattungsgemäßes System zur Bestimmung einer Fahrzeugklasse mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 9 angegebenen Merkmalen. Indem der Detektor eine Videokamera zur Aufnahme von Videobildern des auf der Fahrbahn passierenden Fahrzeugs aufweist, und indem die Auswertungseinheit zur Gewinnung eines dreidimensionalen Höhenprofils des Fahrzeugs aus der Videoaufnahme ausgebildet ist, wird ein hinsichtlich Schnelligkeit und Fehlerfreiheit ausgezeichnetes System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt.

Vorzugsweise ist die Videokamera als Photomischdetektor (kurz PMD für engl. Photonic Mixer Device) ausgebildet, der einen Sensor mit Bildpixeln umfasst, wobei pixelweise der Abstand zwischen Sensor und Bildobjekt, also dem zu klassifizierenden Fahrzeug, erfassbar ist. Das dreidimensionale Höhenprofil wird also durch eine pixelweise Laufzeitmessung des von einem Sender ausgesandten, modulierten Lichts, welches das Objekt beleuchtet und nach Reflektion auf den PMD-Sensor trifft, er- zeugt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems weist der Detektor eine Übertragungseinheit auf, durch die er über ein Datennetzwerk an eine Datenzentrale angekop- pelt ist. Die fahrbahnseitig angeordneten Detektoren können hierdurch über ein IP-Netz die Klassifikations- und Geschwindigkeitsdaten an eine Datenzentrale übersenden, welche beispielsweise in einer Verkehrsrechner- oder Verkehrsmanagementzentrale angeordnet sein kann. Umgekehrt können von der Datenzentrale aus neue Referenzprofile für die Fahrzeugklassen an die straßenseitigen Detektoren gesandt werden, um dort in der Speichereinheit abgelegt zu werden.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus einem Ausführungsbeispiel, welches anhand der Zeichnung nachfolgend näher beschrieben wird, wobei die einzige Figur ein erfindungsgemäßes System zur Bestimmung einer Fahrzeugklasse schematisch veranschaulicht. Gemäß der einzigen Figur umfasst ein System zur Bestimmung einer Fahrzeugklasse k _x eines sich auf einer Fahrbahn B bewegenden Fahrzeugs F einen fahrbahnseitig angeordneten Verkehrsdetektor 10, der an einer Messstelle M über oder neben der Fahrbahn B aufgehängt ist. Der Detektor 10 weist eine an sich bekannte PMD-Kamera 11 (PMD steht für engl. Photonic Mixer Device, zu deutsch Photomischdetektor) ) auf, die erfindungsgemäß zur Aufnahme eines dreidimensionalen Höhenprofils H _F des Fahrzeugs F über der Fahrbahn B ausgebildet ist.

Die PMD-Kamera 11 weist einen Sensorchip auf, der die Entfernung zu einem Bildobjekt pixelweise bestimmt und somit ein dreidimensionales Abbild des Objekts erzeugt. Dabei wird von einem Sender ein modulierter Lichtimpuls generiert, der von dem dreidimensionalen Objekt reflektiert und dann vom Sensor empfangen wird. Jedes Pixel des Sensors ist hierbei in der Lage, individuell den Abstand durch Bestimmung der Laufzeit des Lichtimpulses zu messen. Die Auswertung der erfassten Bilder erfolgt in einer Auswerteeinheit 12 des Detektors 10 die auch die erforderlichen Nachbearbeitungen der Bilddaten - zum Beispiel eine Aggregierung - übernimmt. Eine Übertragungseinheit 14 des Detektors 10 überträgt die Daten dann über ein Netzwerk N, z.B. ein IP-Netzwerk, an eine übergeord- nete Datenzentrale 20. Über das Netzwerk N können auch die Parameter verändert oder neue Referenzprofile R(I _-1 ) in eine Speichereinheit 13 des Detektors 10 geladen werden.

Die PMD-Kamera 11 ist in der Lage, in durch die eingestellte Bildfrequenz definierten Abständen ein Videobild der Fahrbahn B sowie der sich darauf befindlichen Fahrzeuge F zu machen. Um sicherzustellen, dass auch jedes Fahrzeug F erfasst wird, muss die Bildfrequenz so hoch sein, dass auch schnelle Fahrzeuge F detektiert werden können.

Befindet sich das Fahrzeug F in seiner gesamten Länge 1 im Bildbereich, kann die Klassifizierung sofort erfolgen. Ist das Fahrzeug F im Bild jedoch nur teilweise erfasst, müssen zur Erfassung eines vollständigen Höhenprofils H _F langer Fahrzeuge F in Abständen Messungen der Höhe durchgeführt werden, die dann überlagert werden. Da die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F nicht bekannt ist, muss die Überlagerung der Bilder anhand von markanten Fahrzeugstellen fi,...f ₅ , die durch Kanten an den Enden oder am Aufbau des Fahrzeugs F gebildet werden, erfolgen.

Die Auswertung der dreidimensionalen Höhenprofile H _F zur Zu- Ordnung des Fahrzeugs in eine von mehreren Fahrzeugklassen k _x erfolgt nach unterschiedlichen Prinzipien. Zunächst wird das aktuell erfasste, dreidimensionale Höhenprofil H _F eines Fahrzeugs F mit in der Speichereinheit 13 gespeicherten Referenzprofilen R(I _-1 ) der einzelnen Fahrzeugklassen k _x verglichen. Durch eine Korrelationsrechnung kann der Grad der Übereinstimmung ermittelt werden. Hierbei gibt es unterschiedliche Referenzprofile R(k _x ) für die unterschiedlichen Möglichkeiten der Aufhängung geben. Jedes Fahrzeug F besitzt klassencharakteristische Größen, die zusätzlich ermittelt werden können. So ist beispielsweise die maximale Höhe h oder die Länge 1 ein Plausibilitätskriterium, welches die Zuordnungsmöglichkeiten zu Fahrzeugklassen k _x einschränkt .

Zwei Objekte, die im kurzen Abstand hintereinander mit der gleichen Geschwindigkeit v den Detektor 10 passieren, können als ein Zugfahrzeug F _z und ein von diesem gezogener Anhänger F _A identifiziert werden.

Aus der Differenz der Flanken der einzelnen Bilder, also der Bildfrequenz und dem Längsabstand, kann die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F ermittelt werden. Insgesamt ergeben sich im Vergleich zu Induktivschleifen wesentlich genauere Höhenprofile H _F , welche die Umrisse des Fahrzeugs F und nicht die Verteilung der induktiven Masse (Achsen) beschreiben.