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Dokumentenidentifikation DE3720653C2 06.08.1992
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen
Anmelder Dehl, Arnold, 5303 Bornheim, DE
Erfinder Dehl, Arnold, 5303 Bornheim, DE
Vertreter Schwarz, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 5300 Bonn
DE-Anmeldedatum 23.06.1987
DE-Aktenzeichen 3720653
Offenlegungstag 14.07.1988
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.08.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.08.1992
IPC-Hauptklasse G01P 3/64
IPC-Nebenklasse G01P 3/50   E01F 11/00   G08G 1/015   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und bezieht sich ferner auf eine Meßvorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Derartige Meßvorrichtungen zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen auf einer Meßstrecke von bekannter Länge mit einer von einem Startimpulsgeber am Anfang der Meßstrecke in Tätigkeit gesetzten und von einem Stoppimpulsgeber am Ende der Meßstrecke angehaltenen Zeitmeßeinrichtung sind aus der DE-AS 16 73 386 und der DE-OS 30 25 774 bekannt. Allerdings sind diese Meßvorrichtungen nicht ausreichend sicher gegen Fehlmessungen. Bei der Meßvorrichtung nach der DE-AS 16 73 386 sind die als Impulsgeber dienenden Detektorkabel mit Hilfe von Schellen und Nägeln fest mit der Fahrbahn verbunden, während bei der Meßvorrichtung nach der DE-OS 30 25 774 die Detektorkabel und Schaltungselemente unter der Fahrbahnoberfläche verlegt sind. In beiden Fällen sprechen die mit dem Piezo- Effekt arbeitenden Detektorkabel auf den Räderdruck der Fahrzeuge an, wobei der exakte Start- und Stoppimpuls stark von der Empfindlichkeit des einzelnen Detektorkabels abhängt und somit je nach Witterungszustand, Ausgangsempfindlichkeit und Alter der Kabel mehr oder weniger stark variiert. Die so erhaltenen Spannungsimpulse werden mit Impulsverstärker und elektronischem Hauptgatter bzw. Impedanzwandlungs- und Verstärkereinheit weiterverarbeitet. Die Detektorkabel unterliegen außerdem durch das ständige Überfahren einem hohen Verschleiß, der auch zu Kabelbrüchen führen kann.

Aus der US-PS 39 11 390 ist eine Verkehrsdatenmeßvorrichtung mit piezoelektrischen Detektorkabeln bekannt, deren Spannungsimpulse differenziert werden. Hierbei ist das Detektorkabel derart aufgebaut, daß ein passierendes Fahrzeug keinen maximalen Spannungsimpuls erzeugt, sondern einen über ein bestimmtes Zeitintervall konstanten Spannungsimpuls. Beim Differenzieren dieses Spannungsimpulses erhält man dementsprechend einen über ein bestimmtes Zeitintervall andauernden Nulldurchgang, so daß ein exaktes Bestimmen des Start- bzw. Stoppsignals und somit eine exakte Geschwindigkeitsmessung nicht möglich ist.

Aus der Zeitschrift "Frequenz 29 (1975), 11, S. 326-333" sind Induktionsschleifen zur Verkehrsdatenerfassung bekannt. Mit ihnen ist es möglich, die Fahrzeugart (Lkw, Pkw), die Geschwindigkeit und den Zeitpunkt der Durchfahrt eines Fahrzeugs zu bestimmen. Die Geschwindigkeit kann nur grob ermittelt werden, da bei diesem Verfahren die Fahrzeuglänge bekannt sein muß. Die Induktionsschleife ist also zur exakten Geschwindigkeitsmessung nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Meßfehler und Meßungenauigkeiten der bekannten Meßvorrichtungen zu vermeiden und ein Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, das praktisch fehlerfrei arbeitet und einen genauen Vergleich der empfangenen Meßdaten zur Identifizierung der die Meßvorrichtung passierenden Fahrzeuge an Hand der festgehaltenen Druckimpulse, die von den einzelnen Achsen der Fahrzeuge stammen, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst, während in den Ansprüchen 2 bis 5 besonders vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Meßverfahrens gekennzeichnet sind und sich die Ansprüche 6 bis 9 auf eine besonders vorteilhafte Meßvorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen beziehen.

Ein nach der Erfindung arbeitendes Verfahren hat den Vorteil, daß durch das Differenzieren und Digitalisieren des Spannungsimpulses eine computerunterstützte Weiterverarbeitung und Auswertung der Signale möglich wird. Das Differenzieren des Spannungsimpulses bewirkt, daß das Signal im Moment des maximalen Spannungsimpulses, das heißt im Moment des größten Druckes auf das Detektorkabel, also wenn sich die Fahrzeugachse genau über dem Detektorkabel befindet, den Wert Null annimmt. Der Nulldurchgang des differenzierten und digitalisierten Spannungsimpulses wird vom Rechner exakt bestimmt und als Start- (erstes Kabel) bzw. Stoppsignal (zweites Kabel) für die Zeitmessung interpretiert. Das zwischen dem Start- und dem Stoppsignal liegende Zeitintervall ist proportional der Geschwindigkeit des Fahrzeuges.

Das erfindungsgemäße Verfahren schafft die Voraussetzung für eine besonders einfache und betriebssichere Ausgestaltung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Meßvorrichtungen, was sich einerseits auf die Meßgenauigkeit und andererseits auf die vielfältigen Möglichkeiten zur Auswertung der erhaltenen Meßsignale besonders vorteilhaft auswirkt.

Eine lange Lebensdauer der Meßvorrichtung erzielt man durch Verlegen der Detektorkabel und der Induktionsschleife unter die Fahrbahnoberfläche. So wird ein direkter Kontakt des Fahrzeugs mit den Kabeln vermieden. Die Fahrbahndecke dämpft durch ihre Elastizität den Druck der passierenden Fahrzeuge ab und verhindert ein Zerstören der Kabel durch Schneeräumfahrzeuge und bremsende Lkw.

Die Meßstrecke hat eine Länge von vorzugsweise sechs Metern. Eine solche Streckenlänge ist groß genug, um Einflüsse elastischer Verformungen der Fahrbahnoberfläche in der Umgebung eines Kabels auf das andere auszuschließen. Die gewählte Streckenlänge gewährleistet darüber hinaus eine hohe Genauigkeit der Geschwindigkeitsbestimmung, und sie ist klein genug, um die Anforderungen an den Fahrbahnverlauf und den Aufwand bei der praktischen Installation der Meßvorrichtung in wirtschaftlich vertretbaren Grenzen zu halten.

Zur Überbestimmung erfolgt die Zeitmessung zweimal, jeweils zwischen den beiden Überfahrten der ersten und der zweiten Fahrzeugachse. Zwischen den beiden deformationsempfindlichen Kabeln wird eine Induktionsschleife in der Fahrspur verlegt, die zur Registrierung der Anwesenheit eines Fahrzeuges in der Meßstrecke dient. Die Induktionsschleife befindet sich nahe dem ersten Kabel. Dadurch wird zum einen die Sicherheit erhöht, um nicht Fehlsignale auszuwerten, die nicht auf eine tatsächliche Fahrzeugüberfahrt zurückzuführen sind, und zum anderen eine Möglichkeit gewonnen, das Fahrzeugende zu erkennen, so daß bei Fahrzeugen mit mehr als zwei Achsen keine mehrfache Geschwindigkeitsbestimmung erfolgt.

Um den Einfluß von Störimpulsen zu eliminieren, werden durch das Programm der Meßvorrichtung logische Zusammenhänge untersucht. So muß innerhalb eines gewissen Zeitraumes nach Überfahren des ersten Kabels durch die Induktionsschleife eine Belegung registriert werden, die noch eine bestimmte Mindestzeit nach Überfahrt der zweiten Fahrzeugachse ununterbrochen bestehen bleibt. Ist auch nur eine dieser Bedingungen nicht erfüllt, so wird die Messung ignoriert.

Die Zeitmessung erfolgt jeweils für die Überfahrten der ersten und der zweiten Fahrzeugachse getrennt. Dies bedeutet, daß zwei bis auf die Zeitdifferenz unabhängige Messungen erfolgen. Die beiden Meßzeiten müßten unter der Voraussetzung völlig fehlerfreier Messung und gleichförmiger Geschwindigkeit des Fahrzeuges über die gesamte Meßstrecke gleich groß sein.

Da jedoch konstante und zufällige Meßfehler auftreten können und auch eine Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeuges auf der Meßstrecke nicht ausgeschlossen werden darf, wird die Messung als gültig angesehen, sofern die Differenz der beiden Messungen nicht mehr als 1/64 oder 1,56% der ersten Messung beträgt. Der 64. Teil als Toleranzwert wurde gewählt, da dies durch den Mikroprozessor ohne arithmetischen Aufwand schnell verglichen werden kann. Die Geschwindigkeit wird dann aus dem arithmetischen Mittelwert der beiden Meßzeiten errechnet, sofern ihre Differenz den zulässigen Toleranzwert für Geschwindigkeitsmessungen nicht überschreitet. Alle genannten Maßnahmen bewirken somit, daß Fehlmessungen praktisch ausgeschlossen werden.

Die Meßvorrichtung ist dafür ausgelegt, zwei verschiedene Grenzwertüberschreitungen der Geschwindigkeit zu registrieren. Dabei kann zwischen einem Grenzwert für Personenkraftwagen und einem zweiten für Lastkraftwagen unterschieden werden.

Hierzu ist es erforderlich, während oder nach einer Fahrzeugüberfahrt den jeweiligen Typ zu erkennen. Man bedient sich dazu dreier Kriterien, die in folgender Reihenfolge zur Typerkennung herangezogen werden.

Das erste Kriterium ist der Achsabstand, der aufgrund des Meßprinzips aus der Geschwindigkeit und der Zeit zwischen beiden Achsüberfahrten errechnet werden kann. Beträgt der Achsabstand mehr als 6 m, gilt das Fahrzeug als Lastkraftwagen.

Bei geringerem Achsabstand, wie er zum Beispiel bei Zugmaschinen von Sattelschleppern vorliegen kann, dient als zweites Kriterium der Belegungszustand der Induktionsschleife nach der Überfahrt der zweiten Achse auf dem zweiten Kabel. Wird bis zu diesem Zeitpunkt eine ununterbrochene Belegung registriert, so hat das Fahrzeug eine Länge von mindestens 4 m hinter der zweiten Achse, muß somit mehr als zweiachsig sein und gilt deshalb als Lastkraftwagen.

Wenn auch diese Bedingung nicht erfüllt ist, so kann noch nicht auf einen Personenkraftwagen geschlossen werden, da es sich auch um einen Kleinlastwagen oder um eine einzelne Zugmaschine handeln kann. Um hier zu unterscheiden, wird das dritte Kriterium herangezogen.

Dabei handelt es sich um die Intensitätserkennung des Signals der Induktionsschleife, die auf einer Grenzwertüberschreitung aus praktischer Erfahrung beruht. So weisen Personenkraftwagen eine höhere Signalamplitude auf als Lastkraftwagen, da sie eine geringere Bodenfreiheit haben, und die während der Überfahrt zeitlich integrierte ferromagnetische Masse der Induktionsschleife näher gelegen ist. Bei Überschreitung der eingestellten Intensitätsschwelle gilt das Fahrzeug als Personenkraftwagen, sonst als Lastkraftwagen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Meßvorrichtung hervor, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Es zeigt

Fig. 1 die Verlegung der für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen druckempfindlichen Detektorkabel und einer Induktionsschleife unter der Fahrbahnoberfläche,

Fig. 2 eine Gegenüberstellung von unterschiedlichen Spannungsimpulsen, die an den Detektorkabeln der Meßvorrichtungen auftreten können,

Fig. 3 eine besonders vorteilhafte Form der Auswertung der an den Detektorkabeln der Meßvorrichtungen erhaltenen Spannungsimpulse durch Differenzierung mittels einer elektronischen Schaltung, die einen Nulldurchgang des Meßsignals im Moment der Messung darstellt,

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Meßvorrichtung zur Geschwindigkeitsmessung und

Fig. 5 eine Prinzipschaltung der Signalaufbereitung bei einer derartigen Meßvorrichtung zur Geschwindigkeitsmessung.

Die Geschwindigkeit ist eine abgeleitete physikalische Größe und kann daher nicht unmittelbar gemessen werden. Es gibt deshalb nur die Verfahren der Wegmessung bei konstanter Zeit bzw. der Zeitmessung bei konstantem Weg.

Aus Zweckmäßigkeitsgründen wird hier das Verfahren der Zeitmessung bei konstantem Weg angewendet.

Dazu bedient man sich einer Meßstrecke 1 auf der Fahrbahn mit einer Gesamtlänge, die größer ist als der übliche Achsabstand von Personenkraftwagen und etwa 3 bis 6 m beträgt.

Hierbei werden zwei druck- bzw. deformationsempfindliche Detektorkabel 2, 3 auf der gesamten Fahrspurbreite 5 senkrecht zur Fahrtrichtung 6 in die Fahrbahnoberfläche unter Einhaltung eines bestimmten Abstandes parallel zueinander eingebracht.

Die Detektorkabel 2, 3 werden aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften zur indirekten Registrierung der Überfahrtzeitpunkte eines Kraftfahrzeuges herangezogen, indem sie als Sensoren für den Deformationsgrad der elastischen Fahrbahnoberfläche aufgrund der Gewichtskrafteinwirkung des Fahrzeugs dienen.

Für die Zeitpunktregistrierung der Überfahrten und die Zeitmessung zwischen ihnen gelangt ein Rechner auf Mikroprozessorbasis zum Einsatz.

Die genannten Streckenlängen wurden gewählt, um zur Vermeidung von Fehlmessungen die Geschwindigkeit der Vorderachse und der Hinterachse eines überfahrenden Fahrzeuges auf der Gesamtstrecke 1 von vorzugsweise 6 m jeweils unabhängig voneinander zu bestimmen und nach Vergleich miteinander und mit einem bestimmten Differenz-Grenzwert einer Aufzeichnungseinrichtung zuzuführen, wobei die Streckenlängen groß genug sind, um die gewünschte Genauigkeit zu erzielen, und klein genug, um die Anforderungen an den Fahrbahnverlauf und den Aufwand bei der praktischen Installation der Meßvorrichtung in wirtschaftlich vertretbaren Grenzen zu halten.

Die Gesamtstrecke 1 von 6 m ermöglicht es, den Rechenaufwand beim Vergleich der beiden Geschwindigkeitsresultate und somit den Zeitbedarf auf ein Minimum zu reduzieren, da alle Werte, deren Größen sich genau um Zweierpotenzen unterscheiden, von einem Mikroprozessor leicht verglichen werden können.

Zwischen den beiden Detektorkabeln 2 und 3 ist zusätzlich eine Induktionsschleife 8 in der Fahrspur verlegt (Fig. 1), die auch vor dem ersten Detektorkabel 2 angeordnet sein kann und zur Registrierung der Überfahrtdauer eines Fahrzeuges dient. Dadurch wird zum einen die Sicherheit erhöht, um nicht Fehlsignale auszuwerten, die nicht auf eine tatsächliche Fahrzeugüberfahrt zurückzuführen sind, und zum anderen eine Möglichkeit gewonnen, unabhängig von der Anzahl und Folge der Fahrzeugachsen eine Längenbestimmung und somit Klassifizierung der überfahrenden Fahrzeuge durchzuführen.

Als Geber zur Registrierung einer Fahrzeugüberfahrt werden, wie bereits oben erwähnt, deformationsempfindliche Detektorkabel 2, 3 verwendet. Wegen des zugrundeliegenden Piezoeffektes erzeugt der ideale Geber während der Überfahrt einen positiven Spannungsimpuls (Spannungsimpulskurven 9a, 9b in Fig. 2). Dabei hat das Spannungsmaximum eine Verweilzeit, die von der effektiven Breite des Gebers abhängig ist.

Die absolute Größe des Spannungsmaximums sowie die Gesamtdauer des Impulses und die Gestalt der Anstiegs- und Abstiegsflanken hängen von verschiedenen Faktoren ab. Die Faktoren mit dem wichtigsten Einfluß sind hierbei die deformierende Gewichtskraft, der Elastizitätsmodul der Fahrbahnoberfläche und die Einbautiefe des Detektorkabels in der Fahrbahn.

In Fig. 2 ist die Situation beim Überfahren von zwei unterschiedlich empfindlichen Detektorkabeln 2, 3 bei der Meßvorrichtung von Fig. 1 dargestellt. Das linke Detektorkabel 2 ist einbaubedingt empfindlicher als das rechte Detektorkabel 3, so daß beim Überfahren der Kabel 2, 3 unterschiedlich große Spannungsimpulse 9a, 9b entstehen. Beim größeren Spannungsimpuls 9a am linken Detektorkabel 2 ist auch die Impulsbreite 10a entsprechend größer als die Impulsbreite 10b am rechten Detektorkabel 3. Nimmt man die Impulsbreite 10a im Bereich der Schwellspannung 11 zur Auslösung des Start- bzw. Stopimpulses als Start- und Stopsignal für die Zeitmessung, so ergeben sich, wie in Fig. 2 zu erkennen ist, bei unterschiedlichen Impulsgrößen unterschiedliche Meßzeiten 12, die die tatsächlich gefahrene Geschwindigkeit des Fahrzeuges verfälschen.

Da somit an den Einbauorten der Detektorkabel 2, 3 die Auswirkung keiner der oben genannten drei Größen, nämlich die deformierende Gewichtskraft, der Elastizitätsmodul der Fahrbahnoberfläche und die Einbautiefe der Geber- oder Detektorkabel 2, 3 als gleich oder auch nur hinreichend ähnlich vorausgesetzt werden darf, scheidet eine Zeitpunktnahme bei Überschreitung der Schwellspannung 11 entsprechend Fig. 2 aus.

Aus diesem Grunde wird der Spannungsimpuls gemäß Fig. 3 durch eine elektronische Schaltung zunächst differenziert, verstärkt und dann einem schnellen Analog/Digitalwandler zugeführt, der die Auswertung der erhaltenen Signale durch Rechner ermöglicht, wobei die von den Detektorkabeln kommenden Analogsignale zur Vermeidung hochfrequenter Störeinflüsse gefiltert sind. Hiernach steht der Impuls in digitaler Form der Weiterverarbeitung und Auswertung durch ein Mikroprozessorprogramm zur Verfügung.

Im Rechner erfolgt eine digitale Impulserkennung durch numerische Integration des Signalanstiegs der empfangenen Spannungsimpulse, wobei eine digitale Unterdrückung von hochfrequenten Störimpulsen vorgesehen ist.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, wird der genaue Überfahrtzeitpunkt für jedes Detektorkabel dadurch ermittelt, daß nach Überschreiten des Höchstwertes des empfangenen Spannungsimpulses 9 der Nulldurchgang 9c durch den Rechner erkannt und als Meßpunkt für die Zeitmessung zur Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit festgelegt wird. Dabei erfolgt eine digitale Kompensation der praktisch vernachlässigbar geringen Nullpunkt-Drift 10c der gesamten elektronischen Meßschaltung durch Langzeitintegration im Rechner.

Zur Sicherstellung einer eindeutigen Fahrzeugerkennung bei der Messung der Geschwindigkeit werden außerdem die von der vor oder zwischen den Detektorkabeln 2, 3 angeordneten Induktionsschleife 8 kommenden Signale mit den von den Detektorkabeln kommenden Spannungsimpulsen derart verknüpft, daß aus den empfangenen Signalen und Spannungsimpulsen eine Impulskombination entsteht, die im Rechner ausgewertet werden kann, um zu verhindern, daß Fehlmessungen durch mehrere Fahrzeugachsen erfolgen.

Ein Blockschaltbild für die Geschwindigkeitsmessung ist in Fig. 4 gezeigt, während Fig. 5 eine Prinzipschaltung für die Signalaufbereitung zeigt.

In dem Blockschaltbild für die Geschwindigkeitsmessung gemäß Fig. 4 sind die druckempfindlichen Detektorkabel 2, 3, die in der Fahrbahn verlegt sind, mit zwei Impulsverstärkern 20, 21 zur Signalaufbereitung verbunden, die an einen Analog/Digitalwandler 23 zur Digitalisierung der empfangenen Signale angeschlossen sind. Der Analog/Digitalwandler 23 kann als Signal-Multiplexer mit 8 Bit ausgebildet werden und ist mit einem Datenbus 24 an einen Rechner 26 der Spezifikation CPU mit kompletter Peripherie (RAM, ROM, I/Os) angeschlossen.

Mit dem Rechner 26 ist auch die in der Fahrbahn verlegte Induktionsschleife 8 über einen Induktionsschleifendetektor 27 mit digitalem Ausgang verbunden.

An den Rechner 26 sind ferner eine digitale Anzeigeeinheit 28 und zwei Vorwahlschalter 29, 30 angeschlossen, die zur Geschwindigkeitsschwellen-Einstellung für PKW (Vorwahlschalter 29) bzw. zur Geschwindigkeitsschwellen-Einstellung für LKW (Vorwahlschalter 30) dienen.

Die Prinzipschaltung der Signalaufbereitung gemäß Fig. 5 zeigt ein in der Fahrbahn verlegtes druckempfindliches Detektorkabel 2, 3 und einen Widerstand 31 von etwa 47 kOHM. Diese beiden Komponenten ergeben die Differenzierung der von den Detektorkabeln 2, 3 kommenden Signale. Es folgt ein Kondensator 32, der zusammen mit einem Kondensator 37 die Festlegung der unteren Grenzfrequenz ergibt. Ein Widerstand 33, ein Widerstand 33a und ein Kondensator 34 bilden einen Hochfrequenz-Störfilter zur Unterdrückung von Störimpulsen.

Operationsverstärker 38 und 39 dienen zur Signalverstärkung, damit am Analog/Digitalwandler 23 die Impulshöhen 9 mit einer zur Auswertung ausreichenden Höhe anstehen. Kondensatoren 35 und 36 beeinflussen zusätzlich den Frequenzgang derart, daß ab 1 kHz ein starker Abfall der Verstärkung auftritt.

Bei diesem Verfahren ist es nun möglich, den Nulldurchgang 9c des differenzierten Signals, der den Zeitpunkt der maximalen Deformation des Detektorkabels 2, 3 und somit der Überfahrt kennzeichnet, unabhängig von der Art des Impulsverlaufes entsprechend Fig. 3 zu bestimmen.

Die Genauigkeit der Zeitpunktregistrierung hängt danach ausschließlich von der Genauigkeit des Analog/Digitalwandlers 23 und der Digitalisierungsfrequenz ab.

Fehlmessungen könnten entstehen, wenn aufgrund mechanischer oder elektromagnetischer Einflüsse Spannungsimpulse von den Detektorkabeln 2, 3 registriert werden, die zum Zeitpunkt ihres Auftretens fälschlich als Fahrzeugüberfahrt interpretiert werden könnten.

Um diese seltenen aber nicht völlig auszuschließenden Fehlimpulse zu eliminieren bzw. die Möglichkeit ihrer Auswertung als Fahrzeugüberfahrt zu vermeiden, sind in der Konzeption des Meßverfahrens mehrere Vorkehrungen getroffen.

Kurze Störimpulse mit einer Dauer von weniger als 1 ms werden in der elektronischen Aufbereitung des Signals ausgefiltert. Weitere kurze Störimpulse, die gegebenenfalls das gefilterte Signal unmittelbar beeinflussen, werden durch das Mikroprozessorprogramm und dessen Algorithmus zur Signalauswertung ignoriert, da ein Signal nur dann als gültig angesehen wird, wenn das Flächenintegral der Anstiegskurve des Spannungsimpulses 9 einen bestimmten Grenzwert überschreitet, was bei sehr kurzen Signalen nicht der Fall sein kann.

Alle anderen Spannungsimpulse können vom Programm zunächst als Fahrzeugüberfahrt interpretiert werden. Um ihren Einfluß zu eliminieren, werden durch das Programm logische Zusammenhänge untersucht.

So muß innerhalb eines gewissen Zeitraums nach Überfahren des ersten Detektorkabels 2 durch die Induktionsschleife 8 eine Belegung registriert werden, die noch eine Zeit lang bestehen bleibt, nachdem das zweite Detektorkabel 3 überfahren wurde. Ist auch nur eine dieser Bedingungen nicht erfüllt, so wird die Messung ignoriert.

Im Normalfall erfolgt sowohl nach der Überfahrt des ersten Detektorkabels 2 durch die Vorderachse eines Fahrzeuges als auch durch dessen Hinterachse eine voneinander unabhängige Zeitspeicherung. Unter der Voraussetzung völlig fehlerfreier Messungen und konstanter Geschwindigkeit des Fahrzeuges über die gesamte Meßstrecke müssen beide gemessenen Zeiten genau gleich sein.

Da, wie bereits betrachtet, konstante und zufällige Meßfehler auftreten und auch eine Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeuges auf der Meßstrecke nicht ausgeschlossen werden darf, wird die Messung als gültig angesehen, sofern der Zeitunterschied zwischen den beiden Meßzeiten bei einer Meßstrecke von 6 m nicht mehr als 1/64 oder 1,56% beträgt.

Der 64. Teil als Grenzwert wurde gewählt, da dies durch den Mikroprozessor ohne arithmetischen Aufwand schnell verglichen werden kann.

Alle genannten Maßnahmen, die Bestandteil des hier beschriebenen Meßverfahrens sind, bewirken somit, daß Fehlmessungen praktisch vollständig ausgeschlossen werden.

Ein Umstand, der bewirken könnte, daß während einer Fahrzeugüberfahrt ein äußerer Störimpuls von ausreichender Dauer und Intensität zwischen den Überfahrten der beiden Detektorkabel 2, 3 auftritt, ohne den Belegungsbedingungen der Induktionsschleife 8 logisch zu widersprechen, muß verständlicherweise als hochgradig unwahrscheinlich angesehen werden.

Um Abweichungen der beiden Signalintensitäten zu minimieren, die aufgrund unterschiedlicher Einbaubedingungen stark voneinander abweichen können, und um auch zu gewährleisten, daß Fahrzeuge mit unterschiedlichen Achslasten gleichermaßen sicher registriert werden können, ist die Signalverstärkung in 16 Stufen programmgesteuert einstellbar. Es ist eine selbstlernende automatische Signalverstärkung, wobei das Computerprogramm die jeweilige Verstärkung selbstlernend derart optimiert, daß die Signalintensität bei einer PKW-Überfahrt zwischen 50% und 70% des Meßbereiches liegt. Der Selbstlernprozeß ist in der Regel nach maximal vier PKW-Überfahrten abgeschlossen.

Das Meßgerät ist mit einer seriellen Schnittstelle ausgestattet, mit der die gemessene Geschwindigkeit bei einer Überschreitung einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit an eine fotografische Kamera übertragen werden kann, die zur Beweisführung eine Aufnahme des Fahrzeugs macht.

Zur Vermeidung von Datenübertragungsfehlern wird ein Datenformat und Übertragungsprotokoll verwendet, das ein Höchstmaß an Sicherheit gewährleistet.

Dabei wird die Geschwindigkeit als dreistellige Ziffer im ASCII-Format byteweise übertragen. Hierzu werden sieben Datenbits und ein Paritätsbit verwendet. Zusätzlich wird ein viertes Byte mit der Fahrspurnummer übertragen, da das Gerät zur Messung auf zwei Fahrspuren ausgelegt ist. Ein fünftes Byte beinhaltet eine Testquersumme, die aus Exklusiv-Oder-Verknüpfung der drei Geschwindigkeitsziffern und der Fahrspurziffer gebildet wird. Als sechstes Byte dient das Komplement aus bitweiser Invertierung der Testquersumme.

Der Datensatz wird mit dem Code "STX" eingeleitet und "ETX" abgeschlossen. Die empfangende Kamera quittiert bei fehlerfreier Übertragung mit dem Code "ACK".

Sollte ein Übertragungsfehler aufgetreten sein, der von der Kamera durch Paritäts- oder Testquersummenfehler erkannt wurde, quittiert sie negativ mit dem Code "NAK". In diesem Fall wird die Datenübertragung wiederholt, insgesamt bis zu dreimal. Wenn selbst danach keine fehlerfreie Übertragung möglich war, muß die Verbindungsleitung als gestört angesehen werden.

Als Dokumentierung der Durchführung des internen Zeitreferenztests wird in ungefähr stündlichem Abstand eine interne Geschwindigkeitsmessung auf der Basis eines Sollwerts übertragen, der 288 km/h entspricht, da diese Geschwindigkeit außerhalb des Meßbereichs liegt und somit nicht zur Verwechslung mit einer tatsächlichen Geschwindigkeitsmessung führen kann.

Da die Einzelheiten des Übertragungsprotokolls softwaremäßig gesteuert werden, sind auch andere Übertragungsvereinbarungen möglich, die in Absprache mit dem Kamerahersteller getroffen werden können.

Das Geschwindigkeitsmeßgerät ist einschließlich aller zur Registrierung erforderlichen Elektronik mit Anzeige- und Bedienelementen in einem Aluminiumdruckgußgehäuse untergebracht. Die Gehäuseabmessungen betragen (Breite × Höhe × Tiefe) 173×113×215 mm.

Zur Einstellung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit stehen zwei digitale Eingabeschaltergruppen für PKW und LKW zur Verfügung. Jede Schaltergruppe ist dreistellig.

Die Anzeige der gemessenen Geschwindigkeit erfolgt dreistellig über LEDs in Punktmatrixausführung (5×7) mit 17,5 mm Zeichenhöhe in der Einheit km/h.

In der Grundausstattung ist das Gerät für die Messung auf zwei Fahrspuren ausgelegt und mit zwei Anzeigen versehen. Die unterschiedlichen Funktionsarten der Anzeigen können über drei Kippschalter gewählt werden.

Der erste Kippschalter wählt den Anzeigebetrieb "ein" oder "aus". Mit dem zweiten Kippschalter ist die Anzeigefunktion für eine oder zwei Fahrspuren einstellbar. Sind beide Fahrspuren gewählt, so erscheint auf jeder Anzeige die zuletzt gemessene Geschwindigkeit auf der zugehörigen Fahrspur. Die Wahl von einer Fahrspur bezieht sich automatisch auf Spur Nummer 1 und bewirkt, daß in der ersten Anzeige die zuletzt gemessene und in der zweiten Anzeige die davor zurückliegend gemessene Geschwindigkeit erscheint. In dieser Funktion kann mit dem dritten Kippschalter der Anzeigemodus zwischen "permanent" und "Speicherung bei Überschreitung" umgeschaltet werden.

In der Funktion "permanent" erfolgt die Anzeige aller gemessenen Geschwindigkeiten mit automatischer Übertragung der vorletzten Geschwindigkeit in die zweite Anzeige, wie oben beschrieben.

Bei der Funktion "Speicherung bei Überschreitung" werden die Geschwindigkeiten, die die eingestellte Höchstgeschwindigkeit überschreiten, in der Anzeige gespeichert. Dadurch sind stets die letzten beiden Geschwindigkeitsüberschreitungen anzeigbar. Die Löschung kann nur durch Betätigung einer entsprechenden Taste erfolgen.

Alle Fahrzeugüberfahrten auf den einzelnen Detektorkabeln 2, 3 werden durch kurze akustische Signale markiert, die im Zweiklang abgestimmt sind. Ein zusätzliches Signal mit etwas längerer Dauer ertönt unmittelbar nach der Überfahrt des zweiten Detektorkabels 3, wenn eine Geschwindigkeitsüberschreitung registriert wurde. Bei ausgeschaltetem Anzeigebetrieb unterbleiben auch die akustischen Signale.

Zur Überprüfung des Meßgeräts durch den Bediener ist ein ausführlicher Selbsttest mit Betätigung einer Testtaste durchführbar. Dieser Selbsttest umfaßt zunächst eine Prüfung der zum Mikrocomputer gehörenden Bauteile, wie RAM, ROM und I/O-Baugruppen, danach einen Test der Anzeigeeinheiten und zuletzt den internen Zeitreferenztest, wie er auch während des laufenden Meßbetriebes durchgeführt wird. Nach Testabschluß wird eine Diagnose auf der Anzeige ausgegeben, die die Fehlerart oder die Meldung "OK" ausgibt. Bei festgestelltem Fehler bleibt die Anzeige erhalten, und das Gerät führt keine Messungen aus. Im Falle der Fehlerfreiheit erlischt die Anzeige "OK" nach wenigen Sekunden, und der Meßbetrieb wird aufgenommen.

Dieser Selbsttest wird unmittelbar nach Einschalten des Gerätes grundsätzlich selbsttätig ausgeführt.

Das Gerät verfügt über einen Anschlußstecker zur Verbindung mit einer Kamera. Wenn eine Steckverbindung hergestellt wird, schaltet das System automatisch auf Kamerabetrieb und überträgt Geschwindigkeitsdaten bei Überschreitung.

Folgende optionale Erweiterungen des Grundgerätes sind möglich:

  • - zwei weitere Anzeigegruppen zur Erweiterung der Speichermöglichkeiten zurückliegender gemessener Geschwindigkeiten,
  • - Schnittstelle zum Anschluß eines Protokolldruckers,
  • - batteriegepufferter Datenspeicher und Echtzeituhr für Dauerregistrierungen,
  • - Schnittstelle für externen Computer- oder Terminalanschluß zur Speicherdatentransferierung.


Liste der Bezugszeichen

1 Meßstrecke

2 Detektorkabel

3 Detektorkabel

5 Fahrspurbreite

6 Fahrtrichtung

8 Induktionsschleife

9 Spannungsimpuls

9a Spannungsimpulskurve

9b Spannungsimpulskurve

10a Impulsbreite

10b Impulsbreite

10c Nullpunkt-Drift

11 Schwellspannung

12 Meßzeit

20 Impulsverstärker

21 Impulsverstärker

23 A/D-Wandler

24 Datenbus

26 Rechner

27 Induktionsschleifendetektor

28 Anzeigeneinheit

29 Vorschalter

30 Vorschalter

31 Widerstand

32 Kondensator

33 Widerstand

33a Widerstand

34 Kondensator

35 Kondensator

36 Kondensator

37 Kondensator

38 Operationsverstärker

39 Operationsverstärker


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen auf einer Meßstrecke von bekannter Länge mit zwei in einem bestimmten gegenseitigen Abstand quer zur Fahrtrichtung in die Fahrbahn eingelassenen piezodruckempfindlichen Detektorkabeln, die bei der Überfahrt der Fahrzeugachsen Spannungsimpulse ausgeben, die mit ihrem Zeitabstand die Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit in einem elektronischen Rechner ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Belastungen bei der Überfahrt in den Detektorkabeln entstehenden Spannungsimpulse durch eine elektronische Schaltung zunächst differenziert, sodann verstärkt und anschließend über einen schnellen Analog/Digitalwandler dem Rechner zugeführt werden, daß im Rechner eine digitale Impulserkennung durch numerische Integration des Signalanstiegs der empfangenen Spannungsimpulse erfolgt, und daß der genaue Überfahrtzeitpunkt für jedes Detektorkabel dadurch ermittelt wird, daß nach Erreichen des Höchstwertes des empfangenen Spannungsimpulses der Nulldurchgang durch den Rechner ermittelt und als Meßpunkt für die Zeitmessung zur Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit festgelegt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Detektorkabeln kommenden Analogsignale zur Vermeidung hochfrequenter Störeinflüsse gefiltert werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine digitale Unterdrückung von hochfrequenten Störimpulsen im Rechner erfolgt.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine digitale Kompensation der Nullpunkt-Drift der gesamten elektronischen Meßschaltung durch Langzeitintegration im Rechner erfolgt.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherstellung einer eindeutigen Fahrzeugerkennung bei der Messung der Geschwindigkeit die von einer vor oder zwischen den Detektorkabeln angeordneten Induktionsschleife kommenden Signale mit den von den Detektorkabeln kommenden Spannungsimpulsen derart verknüpft werden, daß aus den empfangenen Signalen und Spannungsimpulsen eine Impulskombination entsteht, die im Rechner ausgewertet werden kann, um zu verhindern, daß Fehlmessungen durch mehrere Fahrzeugachsen erfolgen.
  6. 6. Meßvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zur Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, mit zwei in parallelem Abstand in Fahrtrichtung hintereinander in die Fahrbahn eingelassenen piezodruckempfindlichen Detektorkabeln (2, 3) die bei der Überfahrt der Fahrzeugachsen Spannungsimpulse ausgeben, und einem elektronischen Rechner (26) zur Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit aus dem Zeitabstand der Spannungsimpulse, gekennzeichnet durch eine elektronische Schaltung (21, 20; 31, 38, 39) zur Differenzierung und Verstärkung der von den Detektorkabeln (2, 3) ausgegebenen Spannungsimpulse, der ein schneller Analog/Digitalwandler (23) und der Rechner (26) nachgeschaltet sind, wobei mit Hilfe des Rechners (26) die digitale Impulserkennung durch numerische Integration des Signalanstiegs der empfangenen Spannungsimpulse und die Ermittlung des Nulldurchgangs jedes Spannungsimpulses zur Festlegung der Meßpunkte für die Zeitmessung zur Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit erfolgt.
  7. 7. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktionsschleife (8) zur Feststellung der Anwesenheit eines Fahrzeugs vorgesehen ist, deren Signale digitalisiert dem Rechner (26) zuführbar sind, und daß zur eindeutigen Fahrzeugerkennung im Rechner (26) eine logische Verknüpfung dieser Signale mit den von den Detektorkabeln (2, 3) kommenden Spannungsimpulsen erfolgt.
  8. 8. Meßvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorkabel (2, 3) in einem gegenseitigen Abstand von etwa 3 m bis 6 m, vorzugsweise 6 m, angeordnet sind.
  9. 9. Meßvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsschleife (8) zwischen den Detektorkabeln (2, 3) in einem Abstand (7) von mindestens etwa 0,5 m zu dem ersten Detektorkabel (2) angeordnet ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
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