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mmWave-Sensoren: Detektierungs- und Trackingfunktionen für intelligente Transportsysteme

| Autor / Redakteur: Prajakta Desai* / Benjamin Kirchbeck

Intelligente Transportsysteme helfen den „Gesundheitszustand“ der Stadt im Blich zu behalten, indem Straßenkreuzungen überwacht und freie Parkplätze detektiert werden.
Intelligente Transportsysteme helfen den „Gesundheitszustand“ der Stadt im Blich zu behalten, indem Straßenkreuzungen überwacht und freie Parkplätze detektiert werden. (Bild: TI)

Einer der entscheidenden Aspekte einer Smart City ist ein mit Sensoren bestücktes intelligentes Transportsystem, das den „Gesundheitszustand“ der Stadt überwacht. Mit mmWave-Sensoren ergeben sich nun neue und vor allem intelligentere Möglichkeiten.

Auf dem Weg zu einer intelligenten Stadt, also einer Smart City, ist ein intelligentes Transportsystem elementar. Ähnlich der Messungen von Herz- und Atemfrequenz, sollen Sensoren die Stadt vor einem Infarkt bewahren. Intelligente Sensoren fungieren somit als Herzstück der Transportsysteme, um Verkehrsstaus zu verfolgen und den Verkehrsfluss aufrecht zu erhalten – insbesondere an Kreuzungen und auf Schnellstraßen. Dabei müssen diese Sensoren folgenden Eigenschaften mitbringen:

  • Genauigkeit beim Messen der Entfernung, Geschwindigkeit und Position von Fahrzeugen oder Fußgängern
  • Robustheit (z. B. Unabhängigkeit von Wetterbedingungen, Dunkelheit oder Sonnenlicht)
  • Integration zur Optimierung von Echtzeit-Erfassung und Korrekturen
  • Einfache Anwendung (Referenz-Code und Performance-Beispiele sollten das Deployment beschleunigen)

Der Graph auf der linken Seite zeigt klar die Erkennung und Verfolgung der beiden im Bild gezeigten Autos mithilfe des IWR1642.
Der Graph auf der linken Seite zeigt klar die Erkennung und Verfolgung der beiden im Bild gezeigten Autos mithilfe des IWR1642. (Bild: TI)

Die Millimeterwellen-Technologie (mmWave) von TI ist eine drahtlos arbeitende Lösung für die Verkehrsüberwachung mit der Fähigkeit zur Erfassung von Entfernungs-, Geschwindigkeits- und Positionsinformationen. Zum Beispiel lässt sich die Entfernung eines Fahrzeugs von einer Kreuzung ebenso überwachen wie seine Geschwindigkeit und die benutzte Fahrspur. Das neue und aktualisierte Traffic Monitoring Object Detection and Tracking Reference Design Using mmWave Radar Sensor auf Basis des IWR1642 benutzt einen eingebauten digitalen Signalprozessor (DSP) des Typs C674x zur Detektierung von Objekten, während der Arm R4F Prozessor das Verfolgen der Entfernung und Geschwindigkeit eines Fahrzeugs über die Zeit erlaubt (siehe Abbildung).

Mit diesem neuen Design wird die Verwendung von mmWave-Radarsensoren in den verschiedensten Verkehrsüberwachungs-Anwendungen erleichtert (siehe Tabelle am Textende). Zum Beispiel ist es mit einem Sensor, der die Geschwindigkeit der Fahrzeuge auf einer Schnellstraße überwachen kann, unter Umständen möglich, Tempoverstöße aus der Ferne zu erkennen und zu ahnden, ohne dass sich das Strafverfolgungs-Personal in Gefahr begeben muss. Hierzu aber müssen die Sensoren die Geschwindigkeiten verschiedener Objekte in unterschiedlichen Entfernungen präzise feststellen können. Dies ist mit dem Vmax-Erweiterungsalgorithmus des Referenzdesigns möglich.

Diese Funktionalität würde auch die Genauigkeit eines zur Überwachung einer Kreuzung eingesetzten Sensors verbessern, der damit die Zahl der sich nähernden Fahrzeuge besser einschätzen könnte. Diese Funktionalität kann zur Steuerung der Ampelphasen genutzt werden, um einen gleichmäßigeren Verkehrsfluss mit weniger Anhalte- und Anfahrvorgängen zu bewirken und die Bestrafung von Rotlichtsündern zu vereinfachen.

Das Referenzdesign enthält ferner einen ausgefeilten Detektierungs- und Verfolgungsalgorithmus. Der Sensor kann damit eine Historie der Orte vorhalten, an denen sich ein bestimmtes Objekt befunden hat. Der Sensor kann auf diese Weise exakter zwischen mehreren Autos oder anderen Objekten in einem dichten innerstädtischen Umfeld unterscheiden.

Mit ihrer Entfernungsauflösung von 35 cm kann die Lösung verschiedene Objekte in unterschiedlichen Entfernungen von bis zu 200 m detektieren. Die Geschwindigkeitsauflösung von 50 cm/s gestattet außerdem eine präzise Verfolgung von Fahrzeugen auf einer Fahrspur (bei bis zu 200 km/h zur Überwachung von Schnellstraßen mit höheren zulässigen Geschwindigkeiten) sowie von Fahrzeugen auf mehreren Fahrspuren (bei bis zu 70 km/h für die Ampelphasen-Steuerung und die Verfolgung von Rotlichtsündern).

Die Eignung für ein Sichtfeld von 120° bei einer Winkelauflösung von 15° macht eine weiträumigere Detektierung von Fahrzeugen oder Fußgängern möglich, die sich einer Kreuzung nähern. Der Sensor kann überdies mehrere Parklücken im Blick behalten, sodass die Autofahrer wissen, ob es sich lohnt, in eine bestimmte Gasse einzufahren, oder ob sie besser die nächste Etage der Parkgarage aufsuchen sollen.

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* Prajakta Desai arbeitet als Product Marketing Manager bei Texas Instruments

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