DE19640938A1 - Anordnung und Verfahren zur Überwachung von Verkehrsflächen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zur Überwachung von Verkehrsflächen sowie einem Verfahren zur Überwachung von Verkehrsflächen nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.

Aus der DE 41 28 312 ist ein Verfahren zum Erkennen von Fahrzeugbewegungen und Verkehrsdichten in Verkehrsüberwachungsanlagen bekannt. Für die Erfassung der Verkehrsdaten werden in diesem bekannten Verfahren Videokameras eingesetzt. Die für die Verkehrserfassung von Fahrzeugen benutzten Informationen beruhen auf Grauwertänderungen in aufeinanderfolgenden Videobildern. Es werden die Informationen einer einzelnen Videokamera oder auch einer Gruppe von Kameras, aber unabhängig voneinander, ausgewertet. Dieses bekannte Verfahren weist Nachteile bei der sicheren Detektion von Objekten auf. Problematisch ist die Tatsache, daß auch nicht verkehrsrelevante Grauwertänderungen in Bildern vorkommen, wie z. B. Fahrzeugschatten, bewegte Baumschatten, Spiegelungen auf regennasser Fahrbahn, Wolkenschatten usw. Diese Effekte verursachen zum Teil sehr große Meßfehler, so daß die derzeit existierenden videobasierten Verkehrserfassungsgeräte nicht der Meßgüte für die "Technischen Lieferbedingungen für Streckenstationen" (TLS) der Bundesanstalt für Straßenwesen genügen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß für die Auswertung des Bildinhalts die parallel aufgenommenen Videobilder zweier Kameras zur Verfügung stehen, die in einem festen Abstand voneinander an der Verkehrsfläche installiert sind. Durch die Auswertung der Bildinformation von überlappenden Bildausschnitten zweier Kameras ist eine wesentlich robustere Verkehrsmessung möglich. Insbesondere lassen sich Grauwertänderungen des beobachteten Querschnitts oder beobachteten Meßfläche durch Anwendung stereoskopischer Bildauswerteverfahren auf deren physikalische Ursache hin zurückführen. Es kann bei der Verwendung zweier Kameras mit überlappenden Bildausschnitten unterschieden werden, ob Grauwertänderungen auf einer Fläche in der beobachteten dreidimensionalen Szene auf Objekte oberhalb der Fläche oder auf virtuelle Objekte in der Fläche wie Schatten oder virtuelle Objekte unter der Fläche wie Spiegelungen zurückzuführen sind.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung der in unabhängigen Anspruch angegeben Anordnung möglich.

Vorteilhafterweise werden die beiden notwendigen Kameras oberhalb der zu beobachtenden Verkehrsfläche installiert. In einer weiteren vorteilhaften Anordnung ist es auch möglich, die Kameras seitlich von der Verkehrsfläche zu positionieren. Für die Überwachung von größeren Verkehrsflächen sind jeweils Paare von Videokameras notwendig, die jeweils einen Ausschnitt überwachen.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil, daß Fahrzeuge wesentlich sicherer detektiert werden können und von Störeffekten wie Spiegelungen und Schatten besser zu trennen sind, wenn in einer Recheneinheit die Bildinhalte zweier Kameras, die denselben Bildausschnitt beobachten, ausgewertet werden.

Bei entsprechender Rechenleistung kann die Recheneinheit auch die Bildinformationen mehrerer Kamerapaare auswerten.

Vorteilhafterweise werden die Ergebnisse an eine zentrale Leitstelle weitergegeben, die aktiv in das Verkehrsgeschehen eingreifen kann.

Durch die mit größerer Genauigkeit erfaßten Verkehrsdaten ist über die Leitstelle eine Beeinflussung des Verkehrs über Linienbeeinflussungsanlagen, über Lichtanlagen oder Warnhinweise möglich.

Vorteilhafterweise werden die Daten als Basis für Verkehrsinformationen die direkt über Funk an die Verkehrsteilnehmer herausgegeben werden, verwendet.

Es ist auch möglich, die Daten zu kurz- oder langfristigen Verkehrsanalysen zu verwenden.

Die gewonnenen Daten können auch vorteilhaft zur Detektion von Verkehrsverstößen und deren Dokumentation eingesetzt werden.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung hier erläutert. Es zeigt Fig. 1 das Blockbild eines videobasierten Verkehrserfassungsgeräts, Abb. 2 den Einsatz über einer Verkehrsfläche und Abb. 3 die Verkehrsfläche mit den überlappenden Bildausschnitten.

Beschreibung der Erfindung

Abb. 1 zeigt eine Anordnung zur videobasierten Verkehrserfassung. Die Anordnung besteht aus zwei Videokameras 1 einer Einheit 3 zur Bilddigitalisierung und Zwischenspeicherung, sowie einem Auswerterechner 4 für die Bildauswertung. Die Bildaufnehmer 1 müssen zur Anwendung stereoskopischer Verfahren synchronisiert werden. Dies erfolgt über die Leitung 2 zwischen den beiden Kameras 1. Bei Bedarf kann an der Recheneinheit 4 eine Kommunikationsschnittstelle 5 zur Verbindung mit einer zentralen Recheneinheit 11 vorgesehen werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung wird nach Fig. 2 oberhalb der Verkehrsfläche montiert. In Fig. 2 wird eine zweispurige Fahrbahn 8 überwacht. Die beiden Kameras sind an einer Brücke 6 montiert und überdecken mit ihrem Erfassungsbereich eine gemeinsame Fläche, in der eine Verkehrsauswertung, in Form einer Erfassung von Fahrzeugen, durchgeführt werden kann. Ziel ist die Erkennung und Vermessung von Fahrzeugen 9, die sich auf der Verkehrsfläche 8 bewegen. Der Auswerterechner 7 mit der Einheit zur Bilddigitalisierung und Zwischenspeicherung wird in der Nähe der Kamera 1 untergebracht. In Fig. 3 wird noch mal der überlappende Bildausschnitt 10 der beiden Kameras 1 dargestellt. Nur innerhalb des Bildausschnitts 10 können Objekte erfaßt werden. Szenenbereiche, die nur von einer Kamera erfaßt werden, lassen sich nicht auswerten. Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens müssen die beiden Videokameras die Bilder zeitgleich aufnehmen. Solche zeitgleich und überlappend aufgenommenen Bilder bilden die Grundlage für die stereoskopische Erfassung des Verkehrsgeschehens. Der erste Verarbeitungsschritt nach der analogen Bildaufnahme besteht in der Digitalisierung der beiden zeitgleichen Bilder. Soweit nicht spezielle, elektronische Kameras mit eigener Digitalisierung verwendet werden, wird diese Aufgabe von einer Digitalisierungseinheit vorgenommen. Dem Digitalisierungsschritt können sich weitere Bildverarbeitungsaufgaben wie Filterung und Unterabtastung zur Datenreduktion anschließen. Die eigentliche Bildauswertung erfolgt in einer Recheneinheit 7. Dort werden durch Anwendung von Algorithmen, wie sie z. B. aus "Three-Dimension Computer vision-A Geometric Viewpoint", Olivier Faugeras, MIT-Press, Cambridge, bekannt sind, ausgewertet. Durch die Anwendung dieser stereoskopischer Algorithmen werden Objekte, die über der Fahrbahnebene liegen, im allgemeinen Fahrzeuge, von Effekten in der Ebene wie Schatten oder von virtuellen Objekten unter der Fahrbahnebene wie Spiegelungen getrennt. Nach der Trennung können die verbliebenen Objekte über der Fahrbahnebene einer weiteren Bildverarbeitung unterzogen werden. Dazu gehören die räumliche Objektvermessung aus einem Einzelbild, sowie die dynamische Objektvermessung durch Verfolgen von Objektteilen über mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Bilder. So lassen sich Objektparameter, die Länge, Breite und Höhe des Objekts und dessen Position in der Szene, sowie die Objektgeschwindigkeit bestimmen. Als Resultat erhält man von jedem Objekt, das die Meßzone überfährt, individuelle Verkehrsparameter in Form einer Objektvermessung und einer Geschwindigkeitsbestimmung.

Durch die mit hoher Genauigkeit bestimmten Objektzahlen ist auch eine weitere Verarbeitung der zugrundeliegende Daten sinnvoll.

Zur Berechnung kollektiver Verkehrsparameter können die individuellen Parameter der einzeln detektierten Fahrzeuge dienen. Über die Längenhöhen- und Breitenmessung eines Objekts ist eine Klassifikation des Fahrzeugs in Fahrzeugklassen wie PKW oder LKW usw. möglich. Die Anzahl der Klassen hängt dabei lediglich von der Genauigkeit der Objektvermessung ab. Über die Positionsmessung der Objekte läßt sich auch eine Fahrspurzuordnung vornehmen. Mit Hilfe der Objektgeschwindigkeit lassen sich dann kollektive Verkehrsparameter wie mittlere Geschwindigkeit pro Fahrspur und Fahrzeugklasse oder Belegungswerte der Fahrspuren ermitteln.

Darüber hinaus können weitere Aufgaben durch den Rechner erfolgen. Anhand kollektiver und individueller Verkehrsparameter lassen sich bestimmte Verkehrszustände erkennen. So ist beispielsweise die Detektion eines Staus oder das Erkennen von unbewegten Objekten, z. B. liegengebliebenen Fahrzeugen, auf der Fahrbahn möglich. Im Falle eines zu detektierenden Ereignisses, wie z. B. einem stehenden Fahrzeug, kann ein dokumentiertes Bild oder eine zeitliche Bildsequenz, die das Entstehen des Ereignisses dokumentiert, im Erfassungsgerät abgespeichert werden. Dazu ist sinnvollerweise ein geeignetes Bilddatenkompressionsverfahren einzusetzen. Besteht eine geeignete Datenverbindung vom Verkehrserfassungssystem zum Zentralrechner, so kann dieser aufgrund der ermittelten Verkehrsparameter kritische Verkehrszustände erkennen und daraufhin Warnungen ausgebend. Die Warnung kann begleitet sein von mehreren Bildübertragungen, damit der Bediener in der Zentrale sich einen visuellen Eindruck des Zwischenfalls machen kann. Nebenbei kann sich die Zentrale über die Datenverbindung jederzeit Einzelbilder oder Bildsequenzen der beobachteten Verkehrsfläche beschaffen. Auch hier sind sinnvollerweise Bildkompressionsverfahren einzusetzen. Als Datenverbindung eignet sich eine serielle Schnittstelle, eine ISDN-Telefonverbindung, eine GSM-Verbindung oder eine Funkverbindung. Die Reaktion des zentralen Rechnersystems kann über eine kollektive Verkehrsleitung erfolgen. So ist es möglich, Linienbeeinflussungsanlagen über die Videokamerasensoren zu steuern. Ebenfalls kann es zu Stauwarnungen kommen. Auch eine Steuerung von Lichtsignalanlagen ist über das erfindungsgemäße Verfahren möglich. Da die Sensoren einfach zu installieren sind, ist es auch denkbar, das Sensorenpaar mobil einzusetzen. Es ist auf diese Weise möglich z. B. kurzfristig auf eine neu eingerichtete Baustelle zu reagieren und den dortigen Verkehrsbereich mit den Stereokameras zu überwachen. Weiterhin ist auch ein Einsatz denkbar, der Verkehrsflächen überwacht, die sicherheitsrelevant sind. So kann das System zur Detektion von Fahrzeugen z. B. auf einem Bahnübergang oder in einem anderen Gefahrenbereich eingesetzt werden.

Der Einsatz des Verfahrens ist auch für eine Ahndung von Verkehrsverstößen denkbar. So können Überschreitungen der zulässigen Höchstgeschwindigkeit, unberechtigte Benutzung von Fahrspuren und Überholverbote, z. B. für Lastkraftwagen detektiert werden. Dazu ist eine Klassifikation der Fahrzeuge in mehrere Klassen möglich, z. B. Zweirad, Pkw, Pkw mit Anhänger, Lkw, Lkw mit Anhänger, Sattelschlepper. Da der Verstoß über ein bildbasiertes System ermittelt wird, besitzt man bereits geeignete Daten, um der Fahrzeugidentifikation und Beweispflicht nachzukommen, soweit die Kameras ausreichende Bildauflösung besitzen und derart angeordnet sind, daß die im jeweiligen Einsatzland geltenden gesetzlichen Bestimmungen erfüllt sind. In Deutschland ist z. B. das Erkennen von Fahrzeugkennzeichen und Fahrer in einer Aufnahmen vorgeschrieben. Zwei Möglichkeiten der Bild- und Meßdatenarchivierung stehen zur Verfügung, nämlich zum einem die lokale Zwischenspeicherung im Verkehrserfassungssystem oder die sofortige Weitergabe an eine Verkehrszentrale über die Kommunikationsschnittstelle, so daß die Archivierung in der Zentrale erfolgt.

Auch bei nicht geeigneter Kameraposition bzw. Bildauflösung ist eine Ahndung von Verkehrsverstößen möglich. So kann bei detektiertem Verstoß das Verkehrserfassungssystem über seine Kommunikationsschnittstelle einen Triggerimpuls an ein weiteres Gerät geben. Dies könnte beispielsweise eine konventionelle Verkehrskamera mit Blitzlicht sein, die zur Aufnahmen eines Beweisfoto in einer günstigeren Aufnahmeposition steht.

Claims (14)

1. Anordnung zur Überwachung von Verkehrsflächen mit Hilfe von Videobildtechnik, wobei die Videobilder über eine Recheneinheit (7) ausgewertet werden und die Auswertung eine Aussage über das Vorhandensein von Objekten (9) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Videokameras (1) in einem festen Abstand voneinander an der Verkehrsfläche (8) installiert und die Videokameras auf das gleiche, sich überlappende Beobachtungsfeld (10) ausgerichtet sind.

2. Anordnung zur Überwachung von Verkehrsflächen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Videokameras (1) zur Überwachung des Beobachtungsfeldes (10) an einer Brücke (6) über der Verkehrsfläche (8) installiert sind.

3. Anordnung zur Überwachung von Verkehrsflächen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Videokameras (1) zur Überwachung des Beobachtungsfeldes (10) an einer Befestigung auf einer Seite der Verkehrsfläche (8) installiert sind.

4. Anordnung zur Überwachung von Verkehrsflächen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Paare von Videokameras zur Überwachung einer ausgedehnten Verkehrsfläche (8) installiert werden, wobei jeweils ein Paar auf dasselbe Beobachtungsfeld (10) ausgerichtet ist.

5. Anordnung zur Überwachung von Verkehrsflächen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung mobil einsetzbar ist.

6. Verfahren zur Überwachung von Verkehrsflächen über Videobilder, dadurch gekennzeichnet, daß die Videobilder von jeweils zwei Kameras (1) mit überlappenden Beobachtungsfeldern (10) zeitgleich aufgenommen, anschließend in der Recheneinheit (7) ausgewertet werden und das Ergebnis der Auswertung an eine zentrale Leitstelle (11) weitergegeben wird, die über kollektive und/oder individuelle Verkehrsleitsysteme Maßnahmen zur Beeinflussung des Verkehrsgeschehen trifft.

7. Verfahren zur Überwachung von Verkehrsflächen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Leitstelle (11) aufgrund der Auswertung der Daten der Videokameras (1) auf den Verkehr über Linienbeeinflussungsanlagen einwirkt.

8. Verfahren zur Überwachung von Verkehrsflächen nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Leitstelle (11) aufgrund der Auswertung der Daten der Videokameras (1) auf den Verkehr mit Lichtanlagen einwirkt.

9. Verfahren zur Überwachung von Verkehrsflächen nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Leitstelle (11) aufgrund der Auswertung der Daten der Videokameras auf den Verkehr durch Warnhinweise einwirkt.

10. Verfahren zur Überwachung von Verkehrsflächen nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Leitstelle (11) aufgrund der Auswertung der Daten der Videokameras direkte Verkehrsinformationen über Funk an die Verkehrsteilnehmer herausgibt.

11. Verfahren zur Überwachung von Verkehrsflächen nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erhobenen Daten für kurz- und/oder langfristige Verkehrsanalysen eingesetzt werden.

12. Verfahren zur Überwachung von Verkehrsflächen nach Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erhobenen Daten zur Detektion von Verkehrsverstößen herangezogen werden, wobei eine Dokumentation direkt über die Kameraanordnung (1) oder nach der Erfassung durch eine fotografische Dokumentation erfolgt.

13. Verfahren zur Überwachung von Verkehrsflächen nach Anspruch 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die fotografische Dokumentation durch einem Impuls der Recheneinheit bei Vorliegen eines Verstoßes ausgelöst wird.

14. Verfahren zur Überwachung von Verkehrsflächen nach Anspruch 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Daten der Kameraanordnung (1) eine Fahrzeugklassifikation erfolgt.