DE69416831T2 - Verbesserungen in automatischen fahrzeugstandortsbestimmungsanlagen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft automatische Fahrzeugortungssysteme der Art, wie sie z. B. zur Überwachung der Position jeder einzelnen einer Mehrzahl von Mobileinheiten, wie z. B. einer Fahrzeugflotte, verwendet werden kann.
• Für die automatische Fahrzeugortung gibt es ein breites Spektrum verschiedener grundlegender Methoden. Dazu zählen beispielsweise das Omega-System sowie Systeme, die lokale Funkfeuer benutzen. Eine in einem dieser Systeme betriebene Mobileinheit überwacht Phasendifferenzen in von verschiedenen Satelliten empfangenen Signalen und benutzt diese zum Ableiten der aktuellen Position der Mobileinheit. Für eine einzelne Positionsableitung kann im typischen Fall eine Positionsgenauigkeit von ungefähr 100 m erzielt werden.
• In einem System, das eine zentrale Kontrolleinheit und eine Flotte von Mobileinheiten umfaßt, werden die Positionsinformationen für jede Einheit an der Kontrolleinheit benötigt, damit Entscheidungen bezüglich einer Mobileinheit getroffen werden können, z. B. Arbeitszuteilung für Taxis. In bestehenden Systemen werden die Informationen der Kontrolleinheit durch regelmäßiges Abfragen jeder Mobileinheit im System nach ihrer Position übertragen. In derzeitigen Systemen ist das häufigste mögliche Abfrageintervall im allgemeinen festgesetzt und erfolgt oftmals nur einmal alle 50 Sekunden, d. h. jede Mobileinheit leitet ihre Position ab und überträgt diese Information alle 50 Sekunden an ihre Kontrolleinheit.
• Die Verwendung eines derartigen Abfragesystems führt einen Fehler in die an der Kontrolleinheit verfügbaren Daten ein, und dieser Fehler variiert relativ zu der seit dem letzten Abfragen einer Mobileinheit zur Aktualisierung ihrer Positionsdaten verstrichenen Zeit. Zum Beispiel legt ein mit einer Dauergeschwindigkeit von 120 Kilometern pro Stunde fahrendes Fahrzeug in 50 Sekunden 1666 Meter zurück. Der durchschnittliche positionelle Fehler an der Kontrolleinheit beträgt daher knapp über 800 Meter. Selbst wenn ein Fahrzeug verkehrsbedingt nur mit 25 Kilometern pro Stunde fahren kann, legt es in 50 Sekunden 347 Meter zurück, so daß es über die Dauer der 50 Sekunden einen durchschnittlichen positionellen Fehler von 173,5 Metern hat. Dieser Fehler kommt natürlich zu dem Fehler in der ursprünglich abgeleiteten Position des Fahrzeugs hinzu. Systeme mit Fehlern in dieser Größenordnung sind nicht in der Lage, Mobileinheiten optimal zu nutzen, wenn sie bestimmten Aufgaben zugewiesen werden.
• Ein weiterer Nachteil von Systemen, die Mobileinheiten regelmäßig nach ihrer jeweiligen Position abfragen, ist der Umfang des erzeugten Funk-Datenübertragungsverkehrs. Dieser Verkehr kann leicht den Großteil der Übertragungszeit auf einem einzelnen Funkkanal ausmachen und daher wird, wenn eine wesentliche Anzahl von Fahrzeugen Daten von der Kontrolleinheit erhalten soll, mehr als ein Funkkanal benötigt. Bei der Anwendung derzeitiger Technik könnte ein einzelner Mobilfunkkanal ohne Betrieb eines Fahrzeugortungssystems normalerweise rund 100 Fahrzeuge unterstützen. Es ist sehr gut möglich, daß weitere zwei Funkkanäle benötigt würden, um die positionellen Aktualisierungsinformationen von einem in jeder Mobileinheit bereitgestellten Fahrzeugortungssystem zu tragen, wenn regelmäßige Aktualisierungen alle 50 Sekunden einmal produziert werden sollten.
• Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sehen ein System für die automatische Fahrzeugortung vor, das die Genauigkeit von verfügbaren Positionsinformationen stark vergrößert, indem es die Fehler der Positionsinformationen, die einem konventionellen zyklisch abgefragten Fahrzeugortungssystem eigen sind, wesentlich verringert. Gleichzeitig wird der Umfang des Funk-Datenübertragungsverkehrs wesentlich reduziert.
• Dies wird dadurch erzielt, daß sowohl an der Kontrolleinheit als auch an jeder Mobileinheit ein prädiktiver Codierer bereitgestellt wird, der auf ein am Fahrzeug abgeleitetes Positionssignal und auf die Fahrzeuggeschwindigkeit (Schnelligkeit und Richtung) zu dem Zeitpunkt, an dem das Positionssignal abgeleitet wurde, anspricht, um eine vorhergesagte Position für die Mobileinheit abzuleiten. Somit steht der Kontrolleinheit und jeder Mobileinheit ein vorhergesagtes aktuelles Positionssignal zur Verfügung.
• An jeder Mobileinheit wird das vom prädiktiven Codierer abgeleitete vorhergesagte Positionssignal mit einem von der Fahrzeugortungseinheit abgeleiteten Ist-Positionssignal verglichen. Wenn die Differenz zwischen dem Ist-Positionssignal und dem vorhergesagten Positionssignal einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt, dann werden jüngstes Ist-Positionssignal und Ist-Geschwindigkeit zur Kontrolleinheit übertragen und als eine neue Startparametereingabe für den prädiktiven Codierer verwendet. Gleichzeitig werden dieses jüngste Ist-Positionssignal und Ist-Geschwindigkeit auch als eine neue Startparametereingabe für den prädiktiven Codierer an der Mobileinheit benutzt.
• Die Erfindung wird in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 11 allgemeiner beansprucht. EP-A-0 509 776 beschreibt ein Abfragesystem, wie zu Beginn erwähnt, aber mit zusätzlicher Nutzung der Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit wird jedoch nicht für die Übertragung verwendet.
• Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzelne Figur, die ein Blockdiagramm der an der Kontrolleinheit und an einer Mobileinheit bereitgestellten Schaltkreistechnik darstellt, eine Ausgestaltung der Erfindung beispielhaft ausführlich erläutert.
• In der Figur ist eine Kontrolleinheit 2 dargestellt, die einen mit einer Antenne 6 verbundenen Sender/Empfänger 4 aufweist. Der Sender/Empfänger ist mit einem Mikroprozessor 8 verbunden. Signale für Mobileinheiten werden vom Mikroprozessor 8 erzeugt und vom Sender/Empfänger 4 und der Antenne 6 zu den Einheiten gesendet. Signale von den Mobileinheiten werden von der Antenne 6 und dem Sender/Empfänger 4 empfangen und dann an den Mikroprozessor 8 geleitet.
• Der Mikroprozessor 8 ist außerdem mit einem prädiktiven Codierer 10 verbunden. Dieser empfängt ein Positions- und ein Geschwindigkeitssignal vom Mikroprozessor, und liefert unter Verwendung dieser und eines linearen Vorhersageverfahrens wiederholt aktualisierte vorhergesagte Positionssignale an den Mikroprozessor, die auf den ursprünglich gelieferten Positions- und Geschwindigkeitssignalen und der verstrichenen Zeit, seit der sich eine Mobileinheit bekanntermaßen zuletzt an einer bestimmten Position befand, basieren.
• Eine Mobileinheit 12 beinhaltet eine Antenne 14, die mit einem Sender-Empfänger 16 verbunden ist, der wiederum mit einem Mikroprozessor 18 verbunden ist. Über den Sender-Empfänger 16 und die Antenne 14 werden Daten zu der Kontrolleinheit 2 gesendet und von ihr empfangen.
• Die Mobileinheit weist auch ein Ortungssystem auf, das auf Signale von lokalen Funkfeuern oder von Satelliten oder von irgendeiner anderen Form von Ortungssystem anspricht, um die Position der Mobileinheit abzuleiten. Diese wird im typischen Fall bis auf eine Genauigkeit in der Größenordnung von 30 bis 300 Metern abgeleitet. Das Ortungssystem 20 kalkuliert die Position der Mobileinheit wiederholt und liefert sie den Mikroprozessoren 18. Das Ortungssystem 20 aktualisiert das Positionssignal schnell genug für den Mikroprozessor, um die Position effektiv kontinuierlich zu überwachen.
• Dem Mikroprozessor 18 wird auch ein aus der Schnelligkeit und Richtung der Mobileinheit abgeleitetes Geschwindigkeitssignal geliefert.
• Mit dem Mikroprozessor 18 ist ein zweiter prädiktiver Codierer 22 verbunden, und dieser entspricht dem prädiktiven Codierer 10 an der Kontrolleinheit. Der prädiktive Codierer 22 kann somit, wenn ein Positions- und ein Geschwindigkeitssignal in ihn eingespeist werden, auf der Grundlage einer seit dem Erzeugen des Positionssignals verstrichenen Zeit eine vorhergesagte Position für die Mobileinheit ableiten.
• Im Einsatz leitet die Mobileinheit 12 ihre Position anfänglich mit Hilfe des Ortungssystems 20 ab. Diese wird an den Mikroprozessor geleitet, der sie und das Geschwindigkeitssignal der Mobileinheit über den Sender-Empfänger 16 und die Antenne 14 zur Kontrolleinheit 2 überträgt. An der Kontrollstation werden das Positionssignal und das Geschwindigkeitssignal in den prädiktiven Codierer 10 eingespeist. Gleichzeitig werden das Geschwindigkeitssignal und das Positionssignal in den prädiktiven Codierer 22 in der Mobileinheit eingespeist. Die prädiktiven Codierer 10 und 22 liefern ihren jeweiligen Mikroprozessoren 8 beziehungsweise 18 dann vorhergesagte Positionssignale für die Mobileinheit, die auf der seit dem Erzeugen von Positions- und Geschwindigkeitssignal verstrichenen Zeit basieren. An der Kontrolleinheit sind somit Positionsdaten verfügbar, die auf der zuletzt bekannten Position und der bekannten Geschwindigkeit einer Mobileinheit basieren.
• An der Mobileinheit überwacht der Mikroprozessor 18 das von dem prädiktiven Codierer abgeleitete vorhergesagte Positionssignal kontinuierlich und vergleicht es mit dem aktuellen Positionssignal, das vom Ortungssystem 20 abgeleitet wurde. Vorausgesetzt, daß sich das Fahrzeug weiterhin mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit nahe an der anfänglich in den prädiktiven Codierer eingespeisten bewegt, ist die Differenz zwischen dem vorhergesagten Positionssignal und dem Ist- Positionssignal gering. Wenn sich jedoch die Geschwindigkeit der Mobileinheit ändert und sie von dem vom prädiktiven Codierer abgeleiteten Weg abweicht, -divergieren die Ist-Position und die vorhergesagte Position rasch. Wenn die Differenz zwischen der vorhergesagten Position und der Ist-Position einen vorbestimmten Wert überschreitet, bewirkt der Mikroprozessor 18 die Übertragung eines neuen Ist-Positionssignals und Geschwindigkeitssignals zur Kontrolleinheit 2, so daß sie als neue Startparameter für den prädiktiven Codierer 10 dienen. Diese aktualisierte Position und Geschwindigkeit werden auch als neue Startparameter in den prädiktiven Codierer 22 an der Mobileinheit eingespeist. Der gleiche Vorgang wird dann mit der Übertragung des aktualisierten Positions- und Geschwindigkeitssignals zur Kontrollstation in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs zwischen dem aktuellen Positionssignal und dem vorhergesagten Positionssignal fortgesetzt.
• Bei der Verwendung eines derartigen Systems werden Positionsaktualisierungen nur dann von einer Mobileinheit zur Kontrolleinheit gesendet, wenn die Mobileinheit um mehr als einen vorbestimmten Wert vom vorhergesagten Weg abweicht. Unter allen anderen Umständen muß keine Positionsaktualisierung zur Kontrolleinheit übertragen werden, der natürlich eine vorhergesagte Position zur Verfügung steht, auf die sie Entscheidungen bezüglich dieser Mobileinheit basieren kann.
• Die von der Mobileinheit 12 zur Kontrolleinheit gesendete aktualisierte Nachricht ist im typischen Fall in ein Datenpaket von z. B. 24 Teilnehmerzeichen codiert. Mobildatenübertragungssysteme sind so ausgelegt, daß die Nachrichtendauer für kurze Nachrichten von irreduziblen Kopfteilen beherrscht wird, und daher wird nur geringfügig mehr Funknutzungszeit benötigt, um eine Nachricht aus 24 Teilnehmerzeichen zu senden, als zum Senden einer Nachricht, die ausschließlich Ortungsdaten enthält, benötigt wird. Aus diesem Grund können in dem Datenpaket Daten bezüglich der Position, der Geschwindigkeit, der Zeit, auf die sich die Positionsdaten beziehen, und, falls gewünscht, Daten bezüglich der Geschwindigkeits- oder Richtungsänderungsraten gesendet werden. Mit Hilfe dieser zusätzlichen Daten können komplexere prädiktive Codierungsalgorithmen zum genaueren Ableiten der vorhergesagten Position einer Mobileinheit verwendet werden.
• Da Datennachrichten nur dann von Mobileinheiten zur Kontrolleinheit 2 gesendet werden, wenn die Differenz zwischen vorhergesagter und Ist-Position einen vorbestimmten Wert überschreitet, ist der Umfang des Funkverkehrs zwischen Mobileinheiten und der Konstrollstation beträchtlich geringer. Beispielsweise sendet ein geparktes Fahrzeug keine Aktualisierung zur Kontrollstation, da seine Ist-Position und seine vorhergesagte Position gleich bleiben. Ein auf einer Autobahn mit Dauergeschwindigkeit fahrendes Fahrzeug weicht nur gelegentlich um einen Wert von seiner vorhergesagten Position ab, der den vorbestimmten Schwellenwert (zulässiger Kommunikationsfehler) überschreitet, weshalb nur gelegentlich aktualisierte Positionsinformationen an die Kontrolleinheit gesendet werden müssen.
• Durch entsprechendes Programmieren des Mikroprozessors 18 in einer Mobileinheit kann die Einheit den zulässigen Kommunikationsfehler in Abhängigkeit von dem Ort, an dem sich die Mobileinheit tatsächlich befindet, anpassen. Zum Beispiel wird ein geringerer Schwellenwert benötigt, z. B. 50 bis 100 Meter, wenn sich die Mobileinheit in einem dichten Stadtzentrum befindet. In weniger dichten Bereichen, z. B. ländlichen Gegenden, ist eine so genaue Schätzung der Position einer Mobileinheit nicht nötig, und ein Schwellenwert von z. B. 300 bis 500 Metern wäre angebracht.
• Es ist deshalb ersichtlich, daß ein Fahrzeugortungssystem, in dem das oben beschriebene System angewendet wird, im Vergleich zu einem System, das Mobileinheiten nach ihrem jeweiligen Standort abfragt, mit einem verringerten Umfang von Funkverkehr betrieben werden kann und daß darüber hinaus für die Kontrollstation eine genauere Schätzung des Standorts einer Mobileinheit erhältlich ist als mit konventionellen Abfragesystemen.

Claims (11)

1. Automatisches Fahrzeugortungssystem, umfassend eine Kontrollstation und eine Mehrzahl von Mobileinheiten, wobei jede Mobileinheit eine Einrichtung zum Ableiten eines aktuellen Positionssignals von externen Funksignalen, eine Vorhersageeinrichtung, die auf ein zuvor abgeleitetes aktuelles Positionssignal und auf die vorhergesagte Bewegung der Mobileinheit anspricht, um ein vorhergesagtes Positionssignal abzuleiten, eine Einrichtung zum Vergleichen des aktuellen Positionssignals mit dem vorhergesagten Positionssignal und eine Einrichtung zum Übertragen oder Nichtübertragen einer positionellen Aktualisierung und eines Geschwindigkeitssignals zur Kontrollstation in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs umfaßt, wobei die Kontrollstation eine Vorhersageeinrichtung umfaßt, die der Vorhersageeinrichtung in jeder Mobileinheit entspricht und auf eine empfangene positionelle Aktualisierung und ein empfangenes Geschwindigkeitssignal für eine Mobileinheit anspricht, um ein vorhergesagtes Positionssignal für diese Mobileinheit abzuleiten.

2. Automatisches Fahrzeugortungssystem nach Anspruch 1, bei dem jede Vorhersageeinrichtung die vorhergesagte Bewegung für eine Mobileinheit aus dem Geschwindigkeitssignal und aus der seit dem Ableiten der zuletzt zur Kontrollstation gesendeten positionellen Aktualisierung verstrichenen Zeit ableitet.

3. Automatisches Fahrzeugortungssystem nach Anspruch 2, bei dem jede Vorhersageeinrichtung auch auf eine Geschwindigkeitssignal- Veränderungsrate anspricht.

4. Automatisches Fahrzeugortungssystem nach Anspruch 2 oder 3, bei dem jede Vorhersageeinrichtung auch auf eine Richtungssignal- Veränderungsrate anspricht.

5. Automatisches Fahrzeugortungssystem nach Anspruch 2 oder 3, bei dem eine neue positionelle Aktualisierung von einer Mobileinheit zur Kontrollstation übertragen wird, wenn der Vergleich ergibt, daß die Differenz zwischen aktuellem und vorhergesagtem Signal eine vorbestimmte Schwelle übersteigt.

6. Automatisches Fahrzeugortungssystem nach Anspruch 5 mit einer Einrichtung zum Verändern der Schwelle.

7. Automatisches Fahrzeugortungssystem nach Anspruch 6, bei dem die Schwellenveränderungseinrichtung zum automatischen Verändern der Schwelle auf die positionelle Aktualisierung anspricht.

8. Automatisches Fahrzeugortungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kontrollstation- Vorhersageeinrichtung zum Ableiten eines vorhergesagten Positionssignals für jede Mobileinheit auf aktuelle Positionssignale von und auf die vorhergesagte Bewegung jeder der Mehrzahl von Mobileinheiten anspricht.

9. Automatisches Fahrzeugortungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Übertragungseinrichtung an einer Mobileinheit ein neues aktuelles Positionssignal als Teil eines Datensatzpakets zur Kontrollstation überträgt.

10. Automatisches Fahrzeugortungssystem nach Anspruch 9, bei dem das Datenpaket ein 24-Zeichen-Paket ist.

11. Mobileinheit zur Verwendung in einem automatischen Fahrzeugortungssystem, umfassend eine Einrichtung zum Ableiten eines aktuellen Positionssignals, eine Vorhersageeinrichtung, die auf ein zuvor abgeleitetes aktuelles Positionssignal und auf die vorhergesagte Bewegung der Mobileinheit anspricht, um ein vorhergesagtes Positionssignal für die Mobileinheit abzuleiten, eine Einrichtung zum Vergleichen des aktuellen Positionssignals mit dem vorhergesagten Positionssignal und eine Einrichtung zum Übertragen oder Nichtübertragen einer positionellen Aktualisierung und eines Geschwindigkeitssignals zu einer Kontrollstation in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs.