DE19823135A1 - Traffic data acquisition for respective control of light signal system - Google Patents

Abstract

The method involves using frequency-modulated radar for acquiring traffic data for a corresponding control of light signals, whereby frequency-modulated radar waves (6) are emitted against a drive direction of vehicles (1, 2) to be detected, and reflected waves of objects located in the radar radiation beam are received, and are analyzed with respect to run-time and frequency spectrum. A classification of the vehicles is preferably performed through temporal analysis of the frequency spectrum at passage of the vehicles through the radiation beam. An Independent claim is provided for a corresponding data acquisition arrangement.

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verkehrsdatenerfassung für die verkehrsabhängige Steuerung von Lichtsignalanlagen und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method forTraffic data acquisition for traffic-dependent controlof traffic signal systems and an arrangement for implementationthis procedure.

Um für die verkehrsabhängige Steuerung von Lichtsignalanlagen die notwendigen Verkehrsdaten, wie Anwesenheit eines Fahrzeugs vor der Haltelinie zur Anforderung der Grünphase, zeitlicher Abstand zwischen bewegten Fahrzeugen (Nettozeitlücke) zur Zeitlückensteuerung, das heißt, zum Beispiel Abbruch der grünen Welle bei Überschreiten eines Schwellwertes für die Zeitlücke, Bestimmung der Geschwindigkeit der Fahrzeuge sowie Klassifizierung der Fahrzeuge - das heißt, Unterscheidung zwischen PKW, LKW, Kleintransporter, jeweils mit und ohne Anhänger, Motorrad, Fahrrad -, zu ermitteln, werden bisher eine Vielzahl von Detektoren eingesetzt.In order for the traffic-dependent control ofTraffic signal systems the necessary traffic data, such asPresence of a vehicle in front of the stop lineRequest the green phase, time interval betweenmoving vehicles (net time gap) forTime gap control, that is, for example, termination of thegreen wave when a threshold value for theTime gap, determining the speed of the vehiclesas well as classification of vehicles - that is,Differentiation between cars, trucks, vans, eachwith and without a trailer, motorcycle, bicycle - to determineA large number of detectors have been used to date. 

Hierbei handelt es sich beispielsweise um Induktionsschleifen-Detektoren, welche an sich in der Lage sind, alle beschriebenen Parameter zu ermitteln. Als Nachteil erweist sich hier allerdings die Einbringung der Induktionsschleife in die Straße und die damit verbundene Verschleißmöglichkeit durch mechanische Beanspruchung.This is, for exampleInduction loop detectors, which are capable in themselvesare to determine all the parameters described. AsThe disadvantage here is the introduction ofInduction loop in the street and the associatedPossibility of wear due to mechanical stress.

Weiterhin sind hierfür Infrarotdetektoren bekannt, welche zwar stehende und bewegte Fahrzeuge erkennen können, eine Klassifizierung und eine Geschwindigkeitsbestimmung jedoch nicht ermöglichen.Infrared detectors are also known for this purposewhile recognizing stationary and moving vehicles, oneClassification and a speed determination howevernot allow.

Ferner sind schon Ultraschall-Detektoren benutzt worden, welche aber die Parameter mit geringen Fehlern nur bei senkrechter Montage ermitteln können.Ultrasonic detectors have also been usedbut which only the parameters with minor errorsvertical installation can determine.

Schließlich kommen Doppler-Radar-Geräte zum Einsatz (Verkehrs-Radar), deren Sender eine kontinuierliche elektromagnetische Welle aussendet, deren Detektoren jedoch aufgrund der Messung der Frequenzverschiebung (Doppler-Effekt) von bewegten Fahrzeugen nicht in der Lage sind, stehende Fahrzeuge zu detektieren.Finally, Doppler radar devices are used(Traffic radar) whose transmitters are continuousemits electromagnetic waves, but their detectorsbased on measuring the frequency shift(Doppler effect) of moving vehicles unableare to detect stationary vehicles.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der genannten Nachteile ein Verfahren und eine Anordnung für eine sichere und umfassende Detektion, der für die verkehrsabhängigen Steuerung von Lichtsignalanlagen notwendigen Verkehrsgrößen anzugeben.The present invention is therefore based on the objecta process and avoiding the disadvantages mentionedan arrangement for reliable and comprehensive detection,the for the traffic-dependent control ofTraffic signal systems to indicate necessary traffic quantities.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß frequenzmoduliertes Radar angewendet wird.This object is achieved in thatfrequency modulated radar is applied.

Das hat den Vorteil, daß sämtliche für die Steuerung von Lichtsignalanlagen benötigten Verkehrsdaten auf einfache Weise gewonnen werden können.This has the advantage that all for the control ofTraffic lights need traffic data on simpleWay can be won. 

Besonders vorteilhaft ist, wenn frequenzmodulierte Radarwellen entgegen der Fahrtrichtung der zu erfassenden Fahrzeuge ausgesendet werden und daß die von in der Radar-Strahlungskeule befindlichen Gegenständen reflektierten Wellen empfangen und hinsichtlich Laufzeit und Frequenzspektrum analysiert werden.It is particularly advantageous if frequency-modulatedRadar waves against the direction of travel of those to be detectedVehicles are sent out and that of in theObjects located on the radar beamreceived reflected waves and in terms of transit time andFrequency spectrum to be analyzed.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß außerdem eine Klassifizierung der Fahrzeuge durch zeitliche Analyse des Frequenzspektrums bei Durchfahrt der Fahrzeuge durch die Strahlungskeule durchgeführt wird. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Radarwellen gepulst sind und daß die Frequenz während der Pulse variable ist.Another advantageous embodiment of the inventionin the fact that a classification of vehicles bytemporal analysis of the frequency spectrum when driving through theVehicles is carried through the beam of radiation. Aadvantageous development of the invention provides that theRadar waves are pulsed and that the frequency during thePulse is variable.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung zur Verkehrsdatenerfassung für die verkehrsabhängige Steuerung von Lichtsignalanlagen besteht darin, daß ein Sender für frequenzmodulierte Radarwellen vorgesehen ist, daß der Ausgang des Senders über eine Sende-Empfangs-Weiche mit der Antenne verbunden ist, daß ein Radar-Empfänger mit seinem Eingang über die Sende-Empfangs-Weiche mit der Antenne verbunden ist, daß der Ausgang des Radar-Empfängers an eine Einrichtung zur schnellen Fourier-Transformation angeschlossen ist und daß ein Ausgang der Einrichtung zur schnellen Fourier-Transformation mit dem Eingang eines Klassifizierers verbunden ist.A particularly advantageous arrangement forTraffic data acquisition for traffic-dependent controlof traffic light systems is that a transmitter forfrequency-modulated radar waves is provided that theOutput of the transmitter via a send-receive switch with theIs connected to a radar receiver with its antennaInput via the send-receive switch with the antennais connected that the output of the radar receiver to aFast Fourier transform deviceis connected and that an output of the device forfast Fourier transform with the input of aClassifier is connected.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die mit ihrer Strahlrichtung entgegen der Fahrtrichtung der zu erfassenden Fahrzeuge ausgerichtete Antenne oberhalb der Lichtsignalanlage befestigt ist.In an advantageous embodiment it is provided thatwhich with their beam direction against the direction of travelto be detected vehicles aligned antenna above theTraffic light system is attached.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:An embodiment of the invention is in the drawingrepresented with several figures and in the followingDescription explained in more detail. It shows: 

Fig. 1 ein mögliches Straßenverkehrs-Szenario,Fig. 1 a possible traffic scenario,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Radaranlage undFig. 2 is a block diagram of a radar system and

Fig. 3 einige Verläufe von inFig. 2 vorkommenden Signalen.Fig. 3 shows some curves of signals occurring inFig. 2.

Fig. 1 zeigt eine mögliche Straßenverkehrssituation, wobei zwei PKW1 und2 vor einer Lichtsignalanlage3 dargestellt sind. Über die Lichtsignalanlage3 ist ein Radargerät4 installiert. Dieses Gerät4 kann beispielsweise auf einem in der Nähe befindlichen Lichtmast oder an einer Hauswand in einem Bereich oberhalb der Lichtsignalanlage3 vorgesehen sein.Fig. 1 shows a possible road traffic conditions, in which two cars1 and2 are shown in front of a light signal system3. A radar device4 is installed via the traffic light system3 . This device4 can be provided, for example, on a nearby light pole or on a house wall in an area above the light signal system3 .

Das Radargerät4 sendet über eine Antenne5 eine gepulste frequenzmodulierte Radarwelle6 entgegen der Fahrtrichtung der Fahrzeuge1 und2 aus, an denen sie unter anderem reflektiert wird. Bekanntlich kann nun aus der Laufzeit, das heißt aus der Zeitdifferenz zwischen Aussenden der Signale und Empfang der Echos, die Position bzw. Entfernung der Fahrzeuge bestimmt werden, wobei mehrere Fahrzeuge in gleicher Richtung einzeln erkannt werden können. Damit sind sowohl die sogenannte Bruttozeitlücke BZL als auch die sogenannte Nettozeitlücke NZL der hintereinander befindlichen Fahrzeuge1 und2 bestimmbar, welche sich mit einer Geschwindigkeit von v1 bzw. v2 in Richtung auf die Lichtsignalanlage3 bewegen. Ferner läßt sich über die Charakteristik des Frequenzspektrums des frequenzmodulierten Signals auf die Größe des reflektierenden Gegenstandes schließen. Man kann dann beispielsweise ein Fahrzeug von einem Vogel oder einem Kanaldeckel unterscheiden.The radar device4 transmits a pulsed frequency-modulated radar wave6 against the direction of travel of the vehicles1 and2 , via which it is reflected, among other things, via an antenna5 . As is known, the position or distance of the vehicles can now be determined from the transit time, that is to say from the time difference between the transmission of the signals and the reception of the echoes, it being possible for several vehicles to be identified individually in the same direction. Both the so-called gross time gap BZL and the so-called net time gap NZL of the vehicles1 and2 located behind one another can be determined, which move at a speed of v1 or v2 in the direction of the traffic light system3 . Furthermore, the size of the reflecting object can be inferred from the characteristic of the frequency spectrum of the frequency-modulated signal. A vehicle can then be distinguished from a bird or a manhole cover, for example.

InFig. 2 ist ein Blockschaltbild einer Radaranlage dargestellt, welche im wesentlichen aus einem Sender11, einem Empfänger12 und der Antenne5 besteht. Der Sender11 umfaßt hierbei einen Generator13 zur Erzeugung des Modulationssignals, einen Hochfrequenzgenerator14 zur Erzeugung der Trägerwelle, welche vom Signal des Generators13 moduliert wird, einen nachfolgenden Verstärker15 zur Verstärkung des geträgerten Signals und die über eine Sende-Empfangs-Weiche16 angeschlossene Antenne5 zur Aussendung der Radarwelle6.FIG. 2 shows a block diagram of a radar system which essentially consists of a transmitter11 , a receiver12 and the antenna5 . The transmitter11 in this case comprises a generator13 for generating the modulation signal, a high-frequency generator14 for generating the carrier wave which is modulated by the signal of the generator13 , a subsequent amplifier15 for amplifying the carried signal and the16 connected via a transceiver Antenna5 for transmitting the radar wave6 .

Die von der gleichen Antenne5 aufgenommenen reflektierten Wellen oder Echos werden über die Weiche16 dem Empfänger12 zugeführt, der während der Sendezeit (Pulsdauer) gesperrt ist. Der Empfänger12 besteht hierbei aus einem Eingangsverstärker17, einem Demodulator18, einer Einrichtung19 zur schnellen Fourier-Transformation (FFT) und einem Klassifizierer20, an dessen Ausgang21 ein Steuersignal für ein Lichtsignalanlagen-Steuergerät abnehmbar ist.The reflected waves or echoes picked up by the same antenna5 are fed via the switch16 to the receiver12 , which is blocked during the transmission time (pulse duration). The receiver12 here consists of an input amplifier17 , a demodulator18 , a device19 for fast Fourier transformation (FFT) and a classifier20 , at the output21 of which a control signal for a light signal system control unit can be removed.

Bei einer Radarmessung wird das mit dem Generator13 erzeugte Signal a (Fig. 3) nach dem Trägern und Aussenden über die Antenne5 nach der Reflektion an Hindernissen als Echo-Signal b (Fig. 3) wieder empfangen und im Empfänger12 nach entsprechender Demodulation im Demodulator18 bei19 fourier-transformiert. Das entstehende Frequenzspektrum c wird einem Klassifizierer20 zugeführt. Dort werden einzelne Eigenschaften des Frequenzspektrums c, beispielsweise durch Vergleich mit in einer Tabelle gespeicherten Daten, in Klassen eingeteilt. Dadurch kann eine Unterscheidung zwischen Fahrzeugen d und anderen Dingen oder Gegenständen, wie zum Beispiel Vögel e, Kanaldeckel g usw. vorgenommen werden. Außerdem kann festgestellt werden, um welchen Typ von Fahrzeug es sich jeweils handelt, wobei zum Beispiel nicht nur unterschieden werden kann zwischen PKW und LKW, sondern auch zwischen PKW und Motorrad bzw. Fahrrad. Der Klassifizierer20 gibt sodann ein entsprechendes, für das Lichtsignalanlagen-Steuergerät bestimmtes Steuersignal an seinem Ausgang21 ab.In the case of a radar measurement, the signal a (FIG. 3) generated by the generator13 is received again as an echo signal b (FIG. 3) after being transmitted and transmitted via the antenna5 after reflection from obstacles and in the receiver12 after corresponding demodulation Fourier-transformed in demodulator18 at19 . The resulting frequency spectrum c is fed to a classifier20 . There, individual properties of the frequency spectrum c are divided into classes, for example by comparison with data stored in a table. This allows a distinction to be made between vehicles d and other things or objects, such as birds e, manhole covers g, etc. In addition, it can be determined what type of vehicle it is, for example, not only a distinction can be made between a car and a truck, but also between a car and a motorcycle or bicycle. The classifier20 then outputs a corresponding control signal intended for the traffic signal control unit at its output21 .

Außerdem kann durch die Frequenzlage des empfangenen Signals, beispielsweise des Spektrums e, die Laufzeit t_D zwischen dem Signal a (zum Beispiel zur Zeit t_s) und dem Echo b (zur Zeit t_m) und damit die Entfernung der Gegenstände bestimmt werden.In addition, the transit time t_D between the signal a (for example at the time t_s ) and the echo b (at the time t_m ) and thus the distance of the objects can be determined by the frequency position of the received signal, for example the spectrum e.

Claims (6)

Translated fromGerman

1. Verfahren zur Verkehrsdatenerfassung für die verkehrsabhängige Steuerung von Lichtsignalanlagen,gekennzeichnet durch die Anwendung von frequenzmoduliertem Radar.1. Process for data acquisition for the traffic-dependent control of traffic signal systems,characterized by the use of frequency-modulated radar.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß frequenzmodulierte Radarwellen (6) entgegen der Fahrtrichtung der zu erfassenden Fahrzeuge (1,2) ausgesendet werden und daß die von in der Radar-Strahlungskeule befindlichen Gegenständen reflektierten Wellen empfangen und hinsichtlich Laufzeit und Frequenzspektrum analysiert werden.2. The method according to claim 1, characterized in that frequency-modulated radar waves (6 ) are emitted counter to the direction of travel of the vehicles to be detected (1 ,2 ) and that the waves reflected by objects in the radar beam beam are received and analyzed with regard to transit time and frequency spectrum will.3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine Klassifizierung der Fahrzeuge durch zeitliche Analyse des Frequenzspektrums (c) bei Durchfahrt der Fahrzeuge durch die Strahlungskeule durchgeführt wird.3. The method according to claim 2, characterized in thatalso a classification of the vehicles by timeAnalysis of the frequency spectrum (c) when driving through theVehicles is carried through the beam of radiation.4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Radarwellen gepulst sind und daß die Frequenz während der Pulse variable ist.4. The method according to claim 2, characterized in thatthe radar waves are pulsed and that the frequency duringthe pulse is variable. 5. Anordnung zur Verkehrsdatenerfassung für die verkehrsabhängige Steuerung von Lichtsignalanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sender (11) für frequenzmodulierte Radarwellen vorgesehen ist, daß der Ausgang des Senders (11) über eine Sende-Empfangs-Weiche (16) mit der Antenne (5) verbunden ist, daß ein Radar-Empfänger (12) mit seinem Eingang über die Sende-Empfangs-Weiche (16) mit der Antenne (5) verbunden ist, daß der Ausgang (21) des Radar-Empfängers (12) an eine Einrichtung (19) zur schnellen Fourier-Transformation angeschlossen ist und daß ein Ausgang der Einrichtung (19) zur schnellen Fourier-Transformation mit dem Eingang eines Klassifizierers (20) verbunden ist.5. Arrangement for traffic data acquisition for the traffic-dependent control of light signal systems, characterized in that a transmitter (11 ) for frequency-modulated radar waves is provided that the output of the transmitter (11 ) via a transceiver switch (16 ) with the antenna (5 ) is connected that a radar receiver (12 ) with its input via the transceiver switch (16 ) is connected to the antenna (5 ), that the output (21 ) of the radar receiver (12 ) to a device (19 ) for fast Fourier transformation is connected and that an output of the device (19 ) for fast Fourier transformation is connected to the input of a classifier (20 ).6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit ihrer Strahlrichtung entgegen der Fahrtrichtung der zu erfassenden Fahrzeuge (1,2) ausgerichtete Antenne (5) oberhalb der Lichtsignalanlage (3) befestigt ist.6. Arrangement according to claim 5, characterized in that with its beam direction against the direction of travel of the vehicles to be detected (1 ,2 ) aligned antenna (5 ) above the light signal system (3 ) is attached.