EP1973086A1 - Verfahren und System zur Erkennung von Verkehrsstörungen in einer sich dynamisch ändernden Verkehrslage - Google Patents

Verfahren und System zur Erkennung von Verkehrsstörungen in einer sich dynamisch ändernden Verkehrslage Download PDF

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EP1973086A1
EP1973086A1 EP07122443A EP07122443A EP1973086A1 EP 1973086 A1 EP1973086 A1 EP 1973086A1 EP 07122443 A EP07122443 A EP 07122443A EP 07122443 A EP07122443 A EP 07122443A EP 1973086 A1 EP1973086 A1 EP 1973086A1
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EP
European Patent Office
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traffic
signals
vehicle
spatial area
mobile
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EP07122443A
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English (en)
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Ulrich Fastenrath
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Deutsche Telekom AG
Original Assignee
Deutsche Telekom AG
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/01—Detecting movement of traffic to be counted or controlled
    • G08G1/0104—Measuring and analyzing of parameters relative to traffic conditions
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/20—Monitoring the location of vehicles belonging to a group, e.g. fleet of vehicles, countable or determined number of vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting traffic congestion in a dynamically changing traffic situation according to the preamble of claim 1 and a system performing the method according to the preamble of the independent claim.
  • the traffic situation on our roads is very much influenced by private traffic and can occur, for example. during a day with a high dynamic change, so that unpleasant traffic disruptions, such as inhibiting the flow of traffic and especially congestion can occur very quickly.
  • unpleasant traffic disruptions such as inhibiting the flow of traffic and especially congestion can occur very quickly.
  • the early recognition of such traffic disruptions and even more their premature prognosis place high technical demands on systems and services designed for them.
  • the collective information services that are processed via the broadcasting stations or broadcasters are known, which inform the drivers concerned about traffic jams and other traffic disruptions in their respective broadcasting area.
  • the information is digitally transmitted e.g. transmitted via mobile to installed in the vehicles navigation systems, which not only provide the respective motorists with the current traffic information, but also offer him suggestions for bypassing such traffic disruptions.
  • These and similar traffic information can be distributed via various media (telephone, Internet, data services), whereby they are centrally recorded or processed and usually consist of individual traffic reports, which in turn by direct observation of the objects of This is mainly due to human observers, such as police officers and so-called traffic jam detectors, who detect a traffic jam and then report it by radio or telephone to a central office.
  • human observers such as police officers and so-called traffic jam detectors, who detect a traffic jam and then report it by radio or telephone to a central office.
  • traffic jam detectors who detect a traffic jam and then report it by radio or telephone to a central office.
  • the respective position, length and possibly other characteristics of the traffic disturbance is determined from the sum of the individual observations and their time course, possibly even from a single observation, expressed as a traffic message and provided for individual information services or as collective traffic information ,
  • traffic jam a traffic jam
  • U. Fastenrath in the magazine “ct” issue 9/2005 on pages 172 - 181 reference.
  • the location information present in the mobile network is typically associated with errors of several hundred meters, so that the exact assignment of measured speeds to the road network, represented by a digital map, especially in dense networks, especially in urban networks, difficult and often impossible is.
  • a clear signal for disturbed traffic can take a long time to wait, possibly failing despite an existing traffic incident.
  • the present invention provides a method for detecting traffic disturbances in a dynamically changing traffic situation in a spatial area, in which at least one of a vehicle associated with a mobile sensor signals in temporal Sequence can be detected, indicating a presence of the vehicle in the spatial area, which can be concluded by an evaluation of the temporal sequence of signals on a continuous movement of the vehicle along a located in the spatial area traffic route, and in the complementary for the evaluation of the temporal sequence of the signals on the basis of at least one criterion, an occurrence of traffic disturbances is detected and displayed.
  • the present invention provides a system implementing the method, the system comprising receiving devices and a center connected thereto, which receives, at least from a mobile sensor associated with a vehicle, signals in chronological order which indicate a presence of the vehicle in the vehicle Show spatial area, which can be concluded by an evaluation of the temporal sequence of the signals on a continuous movement of the vehicle along a located in the spatial area traffic route, and that the central complementary to the evaluation of the temporal sequence of signals based on at least one criterion Recognizes traffic incidents and prepared for display or forwarding to processing systems or users processed.
  • the at least one criterion is the absence of the signals to be detected during a predefinable period of time.
  • the at least temporary absence of the signals indicates a no longer present or static presence of the mobile sensors (and thus the vehicles) in the observed space, which in turn indicates that there is a high probability of no free ride for these vehicles and thus here a traffic incident is indicated.
  • the at least one criterion may be the time profile of the sequence of the signals to be detected.
  • the at least one criterion represents a sign and / or logoff of the vehicle in the spatial area signaled by the respective mobile sensor.
  • the mobile sensor is located in the vehicle mobile device and if the spatial area is a local multiple radio cells comprehensive coverage area of a cellular mobile network, and if those signals are detected, the logging off or logging off the mobile device or indicate mobile phones in the respective radio cell, which is detected on the basis of the radio cell identifier and the time sequence of the signals in which radio cell, the vehicle at which time.
  • the receiving devices are base stations of a cellular mobile radio network
  • the mobile sensor is a mobile device located in the vehicle or mobile telephone which transmits the signals to the base station
  • the spatial area comprises a local multiple radio cells Represents supply area of the cellular mobile network, which is supplied by the base stations, and that the center detects and evaluates the received signals from the base stations.
  • Fig. 1 the conventional method for detecting a traffic jam with conventional sources of traffic data is shown:
  • measurement and reporting data are transmitted as individual signals from stationary and mobile sensors or by human observers (detectors) to a central office.
  • the control center determines the position, length and severity of a traffic jam, and the jam finally presents itself as an extended object in the path-time diagram.
  • Fig. 2 becomes clear that in the period between 14 h to about 20 h increased traffic on the stretch between 335 km and 350 km has been determined.
  • Fig. 2 a geographical map is shown, which includes the motorway area west of Stuttgart including the motorway junction Leonberg with sections of the A81 and the A8.
  • the last stretch on the A81 in the south to the Leonberger triangle is here to exemplify the section between 335 and 345 km, to which also the path-time diagrams shown here (see Fig.1 such as Fig. 3 and 4 ) and which falls within the spatial range considered here.
  • Radio coverage area LA Location Area
  • LAC Location Area Code
  • the radio cells themselves each have their own radio cell identifier Cl (Cell ID).
  • the radio cells are usually supplied by sector antennas, which have a certain opening angle AZM (Azimuth Angle) depending on the requirement.
  • the invention makes use of these already existing system functionalities in order to realize a very effective evaluation for detecting traffic disruptions. Because it is a special finding of the invention that to solve the problems formulated at the outset, mobile sensors, in particular mobile phones or terminals, are outstandingly suitable for detecting free-flowing traffic and then gaining knowledge about traffic jams and even making predictive statements can.
  • the mobile network thus generates in clear sequence clear signals for free traffic, which are easily attributable to a digital road map.
  • the identifiers Cl 1798, 1800, 1563, 3209 and 5417.
  • FIG Fig. 3 shows a representation such as the one shown in FIG Fig. 3 shows.
  • the sections of the route are occupied with a free-drive state for the respective time, provided that the corresponding signals can be detected in the control center. Only if the signals are not present or if there are other signals or parameters which do not indicate "free travel", gaps or shadows form in the path-time diagram.
  • the procedure is virtually the reverse of the conventional method: the traffic jam throws a "shadow" into the free traffic or into the space-time carpet of the free-ride signals (see Fig. 3 ).
  • the absence of signals for free traffic is the reason for the headquarters to report a traffic incident.
  • a traffic disruption is then registered, if there is a sufficiently large gap in the free-ride signals (s. Fig. 3 ), eg if the average time between individual signals has passed twice on a section of the route, but no signal has arrived. As the gap grows, change messages with corrected length specification are generated. A free-ride signal for the entire affected section leads to the deregistration.
  • a method applicable in this context for generating announcements, changes and cancellations is inherent in the DE 199 05 284 A1 and is not the core of this invention.
  • the method according to the invention can be further improved by determining the typical frequency of the signals for free traffic as a function of route section, time of day and day of the week from historical data. From the frequency response, a minimum time can be determined (eg, twice the average time interval between two signals for free traffic) that must be awaited before a traffic jam can be reported. As a result, the lowest possible logon delay is achieved. You can also set a limit for determine the measured frequency below which the procedure must be deactivated: at low traffic flows, such as at night, a traffic jam will no longer cast shadows and should then, as usual, be detected directly (by means of signals for disturbed traffic).
  • a method which detects traffic disturbances as space-time complement of spatially complete, localizable, temporally in close succession signals for free traffic, which are preferably generated by mobile sensors, typically mobile phones, but also "floating cars” , and from it traffic information generated for use in information services.

Abstract

Vorgestellt wird eine Lösung zur Erkennung von Verkehrsstörungen in einer sich dynamisch ändernden Verkehrslage in einem räumlichen Bereich, insbesondere in einem Versorgungsbereich (LA) eines zellulären Mobilfunknetzes, bei dem zumindest von einem einem Fahrzeug zugeordneten mobilen Sensor, insbesondere einem Mobiltelefon, Signale in zeitlicher Folge erfasst werden, die eine Präsenz des Fahrzeuges in dem räumlichen Bereich (LA) anzeigen, wobei durch eine Auswertung der zeitlichen Folge der Signale auf eine ungestörte Fortbewegung des Fahrzeuge entlang eines sich in dem räumlichen Bereich (LA) befindlichen Verkehrsweges (A81, A8) geschlossen wird, und bei dem komplementär zu der Auswertung der zeitlichen Folge der Signale anhand mindestens eines Kriteriums ein Auftreten von Verkehrstörungen erkannt und angezeigt wird. Demnach ergibt sich ein leicht zu realisierendes, aber dennoch sehr zuverlässiges, Verfahren sowie System zur Erkennung von Verkehrstörungen. Denn es wird im wesentlichen auf bereits vorhandene Daten bzw. Signalen von mobilen Sensoren, insbesondere Mobiltelefonen, zurückgegriffen, aus denen mit hoher Wahrscheinlichkeit auf den Zustand "Freie Fahrt" geschlossen werden kann, wobei durch eine intelligente Auswertung die Verkehrsstörungen dazu als raum-zeitliches Komplement erkannt und angezeigt werden können. Dabei wird eine Verkehrsstörung dann angemeldet, wenn sich eine hinreichend große Lücke in den Freifahrt-Signalen aufgetan hat, z.B. wenn auf einem Streckenabschnitt zweimal die mittlere Zeit zwischen einzelnen Signalen verstrichen, aber kein Signal eingetroffen ist. Mit dem Anwachsen der Lücke werden Änderungsmeldungen mit korrigierter Längenangabe generiert. Ein Freifahrt-Signal für den gesamten betroffenen Streckenabschnitt führt zur Abmeldung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Verkehrsstörungen in einer sich dynamisch ändernden Verkehrslage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein das Verfahren durchführendes System nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs.
  • Die Verkehrslage auf unseren Straßen ist sehr stark vom Individualverkehr geprägt und kann sich z.B. im Verlauf eines Tages mit einer hohen Dynamik ändern, so dass unliebsame Verkehrsstörungen, wie Hemmung des Verkehrsflusses und insbesondere Staus, sehr rasch auftreten können. Das frühzeitige Erkennen solcher Verkehrstörungen und mehr noch ihre vorzeitige Prognose stellen hohe technische Anforderungen an dafür ausgelegte Systeme und Dienste.
  • Unter den herkömmlichen Verkehrsmeldediensten sind insbesondere die über die Rundfunk-Anstalten bzw. -Sender abgewickelten kollektiven Informationsdienste bekannt, welche in ihrem jeweiligen Sendegebiet die betroffenen Autofahrer über Staus und andere Verkehrsstörungen informieren. Auch werden in zunehmenden Maße die Informationen digital z.B. über Mobilfunk an in den Fahrzeugen installierte Navigationssysteme übertragen, welche den jeweiligen Autofahrer nicht nur mit den aktuellen Verkehrsinformationen versorgen, sondern ihm auch Vorschläge zur Umfahrung solcher Verkehrsstörungen anbieten.
  • Diese und ähnliche Verkehrsinformationen können über diverse Medien (Telefon, Internet, Datendienste) verbreitetet werden, wobei sie zentral erfasst bzw. aufbereitet werden und in aller Regel aus einzelnen Verkehrsmeldungen bestehen, welche wiederum durch direkte Beobachtung der Objekte des Interesses, wie z.B. durch Beobachtung von Staus, entstehen: Das geschieht im wesentlichen durch menschliche Beobachter, wie z.B. Polizeibeamte und sog. Staumelder, die eine Verkehrsstörung entdecken und diese dann per Funk oder Telefon an eine Zentrale melden. Es gibt auch technische Vorrichtungen in Form von stationären Sensoren (Infrarotsensoren, Ultraschallsensoren, Induktionsschleifen,...) oder mobilen Sensoren, die in sog. "Floating Cars" installiert sind. Die Sensoren detektieren niedrige Geschwindigkeiten oder hohe Verkehrsdichten und melden diese an die Zentrale. In der Zentrale wird dann aus der Summe der Einzelbeobachtungen und deren zeitlichem Verlauf, unter Umständen gar aus einer Einzelbeobachtung, die jeweilige Lage, Länge und ggf. andere Eigenschaften der Verkehrsstörung ermittelt, als Verkehrsmeldung ausgedrückt und für individuelle Informationsdienste oder als kollektive Verkehrsinformation zur Verfügung gestellt. Auf diese und weitere bekannte Verfahren wird z.B. in dem Artikel "Stau-Schau" von P.-M. Ziegler und U. Fastenrath in der Zeitschrift "ct" Ausgabe 9/2005 auf Seiten 172 - 181 Bezug genommen.
  • Auch wenn zahlreiche Verfahren zur Detektion bzw. Erhebung von Verkehrsdaten bekannt sind, so lässt zuweilen die Vollständigkeit der so gewonnen Information zu wünschen übrig. Dies gilt insbesondere für diejenigen Teile des Straßennetzes, die anfällig für Verkehrsstörungen sind, auf denen aber keine stationäre Detektion existiert, wie z.B. auf Bundesstraßen. Ebenso gilt dies für Straßen, auf denen der mittlere Verkehrsfluss und damit die Dichte mobiler Sensoren geringer ist als etwa auf Bundesautobahnen. Eine geeignete Quelle für hochwertige und vollständige Verkehrsinformationen für diese Teilnetze existiert derzeit nicht.
  • In der DE 19638798 A1 wird ein systemgestütztes Verfahren zur Verkehrsdatenerfassung mittels Mobilfunknetzen vorgeschlagen. Dabei erfolgt zur Generierung von Verkehrsinformationen eine Auswertung der anwendungsspezifischen, groben Information über die jeweiligen Aufenthaltsorte von Mobiltelefonen, wie sie in jedem Mobilfunknetz vorliegt. Dieser Vorschlag scheint zwar das Problem der Vollständigkeit zu lösen - werden doch hinreichend viele mobile Telefone auf allen Straßenklassen in Fahrzeugen bewegt- er bringt jedoch spezielle Probleme mit sich: So ist im Gegensatz zu konventionellen, anwendungsspezifischen Quellen für Verkehrsdaten zunächst einmal zu klären, ob der Sensor, nämlich das Mobiltelefon, überhaupt valide Daten über den Individualverkehr liefert oder ggf. in einem Bus, mit dem Fahrrad, zu Fuß oder gar nicht bewegt wird. Gerade in den interessanten Situationen, d.h. bei niedrigen Fließgeschwindigkeiten in einem Stau, ist diese Unterscheidung naturgemäß enorm erschwert. Außerdem sind die Ortsinformationen, welche im Mobilfunknetz vorliegen, typischerweise mit Fehlern von mehreren hundert Metern behaftet, so dass die exakte Zuordnung von gemessenen Geschwindigkeiten zum Straßennetz, repräsentiert durch eine digitale Karte, insbesondere in dichten Netzen, insbesondere in städtischen Netzen, schwierig und oftmals unmöglich ist. So kann auch bei dieser Datenquelle ein eindeutiges Signal für gestörten Verkehr längere Zeit auf sich warten lassen, ggf. trotz einer vorhandenen Verkehrsstörung ausbleiben. Es bleibt insbesondere das Problem zu lösen, aus den vorhandenen Datenquellen vollständige, aktuelle Informationen über Lage, Länge und Schwere von Verkehrsstörungen zu extrahieren, welche sich in Teilnetzen ereignen, die nicht durch stationäre Sensorik überwacht sind.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System zur Erkennung von Verkehrsstörungen in einer sich dynamisch ändernden Verkehrslage vorzustellen, die in vorteilhafter Weise die eingangs genannten Nachteile der herkömmlichen Lösungen überwinden.
  • Um die obige Aufgabe zu erzielen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erkennung von Verkehrsstörungen in einer sich dynamisch ändernden Verkehrslage in einem räumlichen Bereich vor, bei dem zumindest von einem einem Fahrzeug zugeordneten mobilen Sensor Signale in zeitlicher Folge erfasst werden, die eine Präsenz des Fahrzeuges in dem räumlichen Bereich anzeigen, wobei durch eine Auswertung der zeitlichen Folge der Signale auf eine kontinuierliche Fortbewegung des Fahrzeuge entlang eines sich in dem räumlichen Bereich befindlichen Verkehrsweges geschlossen werden kann bzw. wird, und bei dem komplementär zu der Auswertung der zeitlichen Folge der Signale anhand mindestens eines Kriteriums ein Auftreten von Verkehrstörungen erkannt und angezeigt wird.
  • Demnach ergibt sich ein leicht zu realisierendes, aber dennoch sehr zuverlässiges, Verfahren zur Erkennung von Verkehrstörungen. Denn wird im wesentlichen auf bereits vorhandene Daten bzw. Signalen von mobilen Sensoren, insbesondere Mobiltelefonen, zurückgegriffen, aus denen mit hoher Wahrscheinlichkeit auf den Zustand "Freie Fahrt" geschlossen werden kann, wobei durch eine intelligente Auswertung die Verkehrsstörungen dazu als raum-zeitliches Komplement erkannt und angezeigt werden können.
  • Außerdem stellt die vorliegende Erfindung ein System vor, welches das Verfahren durchführt, wobei das System Empfangsvorrichtungen und eine damit verbundene Zentrale umfasst, die zumindest von einem einem Fahrzeug zugeordneten mobilen Sensor Signale in zeitlicher Folge empfangen bzw. erfasst, welche eine Präsenz des Fahrzeuges in dem räumlichen Bereich anzeigen, wobei durch eine Auswertung der zeitlichen Folge der Signale auf eine kontinuierliche Fortbewegung des Fahrzeuge entlang eines sich in dem räumlichen Bereich befindlichen Verkehrsweges geschlossen werden kann, und dass die Zentrale komplementär zu der Auswertung der zeitlichen Folge der Signale anhand mindestens eines Kriteriums ein Auftreten von Verkehrstörungen erkennt und für eine Anzeige oder für die Weiterleitung an weiterverarbeitende Systeme oder Nutzer aufbereitet aufbereitet.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen:
  • Demnach ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Kriterium das Ausbleiben der zu erfassenden Signale während einer vorgebbaren Zeitspanne ist. Denn das zumindest zeitweise Ausbleiben der Signale lässt auf eine nicht mehr vorhandene bzw. statische Präsenz der mobilen Sensoren (und damit der Fahrzeuge) in dem beobachteten Raumbereich schließen, was wiederum anzeigt, dass mit hoher Wahrscheinlichkeit keine freie Fahrt für diese Fahrzeuge herrscht und somit hier eine Verkehrsstörung angezeigt ist.
  • Alternativ oder in Ergänzung dazu kann das mindestens eine Kriterium der zeitliche Verlauf der Folge der zu erfassenden Signale sein. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Kriterium ein von dem jeweiligen mobilen Sensor signalisiertes Anmelden und/oder Abmelden des Fahrzeuges in dem räumlichen Bereich darstellt. Hier wird in vorteilhafter Weise auf typische Signale abgestellt, welche in zellulären Mobilfunknetzen üblicherweise im Zusammenhang mit Handover-Prozeduren signalisiert werden.
  • Dem entsprechend ist es auch von Vorteil, wenn der mobile Sensor ein in dem Fahrzeug befindliches Mobilfunkgerät ist und wenn der räumliche Bereich ein lokales mehrere Funkzellen umfassendes Versorgungsgebiet eines zellulären Mobilfunknetzes darstellt, und wenn diejenigen Signale erfasst werden, die das Abmelden bzw. Abmelden des Mobilfunkgerätes bzw. Mobiltelefons in der jeweiligen Funkzelle anzeigen, wobei anhand der Funkzellen-Kennung und der zeitlichen Folge der Signale erkannt wird, in welcher Funkzelle sich das Fahrzeug zu welchem Zeitpunkt befindet.
  • In diesem Zusammenhang wird vorzugsweise anhand einer geografischen Zuordnung der Funkzellen zu den sich in dem räumlichen Bereich befindlichen Verkehrswegen erkannt bzw. geprüft, ob das Fahrzeug sich entlang eines der Verkehrswege bewegt, insbesondere sich mit einer kleinen, für gestörten Verkehr typischen oder großen, gleichmäßigen, für freien Verkehr typischen Geschwindigkeit bewegt.
  • Das erfindungsgemäße System wird dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die Empfangsvorrichtungen Basisstationen eines zellulären Mobilfunknetzes sind, wobei der mobile Sensor ein in dem Fahrzeug befindliches Mobilfunkgerät bzw. Mobiltelefon ist, welches die Signale an die Basisstation sendet, und dass der räumliche Bereich ein lokales mehrere Funkzellen umfassendes Versorgungsgebiet des zellulären Mobilfunknetzes darstellt, welches von den Basisstationen versorgt wird, und dass die Zentrale die von den Basisstationen empfangenen Signale erfasst und auswertet.
  • Im folgenden werden die Erfindung und die sich daraus ergebenden Vorteile im Detail anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird:
    • Die Figur 1 stellt ein Weg-Zeit-Diagramm zur Verkehrssituation dar, welches mit einer herkömmlichen Methode aus vielen Einzelsignalen von stationären oder mobilen Detektoren erstellt wurde;
    • Die Figur 2a zeigt einen Kartenausschnitt mit einem geografischen Bereich, der einem Teilersorgungsbereich eines zellulären Mobilfunknetzes entspricht, auf welchen das Verfahren exemplarisch angewendet wird;
    • Die Figur 2b zeigt eine Tabelle, die Angaben, insbesondere Funkzellen-Parametern enthält, welche die Zentrale zur Durchführung des Verfahrens verwendet;
    • Die Figur 3 gibt ein Weg-Zeit-Diagramm wieder, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aus dem Einzelsignal zumindest eines mobilen Detektors erstellt wurde und welches anzeigt, auf welchen Streckenabschnitten und zu welcher Zeit für den Verkehr "Freie Fahrt" herrscht;
    • Die Figur 4 zeigt ggf. auftretende Lücken bzw. Schatten in diesem Weg-Zeit-Diagramm, wobei mit dem erfindungsgemäßen Verfahren anhand der Lücken bzw. Schatten erkannt wird, ob und wo eine Verkehrsstörung vorherrscht.
  • Anhand der Fig. 1 wird hier zunächst die herkömmliche Methode zur Detektion einer Verkehrsstörung mit konventionellen Quellen für Verkehrsdaten dargestellt: Dabei werden Mess- und Meldedaten als Einzelsignale von stationären und mobilen Sensoren bzw. von menschlichen Beobachtern (Meldern) an eine Zentrale übermittelt. Die Zentrale ermittelt aus diesen vielen Einzelsignalen der stationären oder mobilen Detektoren dann Lage, Länge und Schwere einer Verkehrsstörung, und der Stau präsentiert sich schließlich als ausgedehntes Objekt im Weg-Zeit-Diagramm. Wie anhand der Fig. 2 deutlich wird, ist im Zeitraum zwischen 14 h bis etwa 20 h ein erhöhtes Verkehrsaufkommen auf dem Streckenabschnitt zwischen 335 km und 350 km ermittelt worden. In dem Weg-Zeit-Diagramm sind niedrige Geschwindigkeiten hell und dunkel dargestellt, so dass sich ein zungenförmiges Objekt ergibt, das den Staubereich wieder gibt, der sich dynamisch über den zeitlichen Verlauf ändert und sich bis zum Streckenabschnitt bei 345 km erstreckt. Die Ausdehnung des Staus bzw. der Verkehrstörung hat in der Zeit um etwa 19 h die längste Ausdehnung, welche vom Kilometer 335 bis 345 reicht. In den übrigen Zeiten war der Stau deutlich kürzer. Die herkömmlichen Methoden liefern zwar direkte Angaben über das Vorhandensein von Verkehrsstörungen, sind aber relativ aufwendig zu realisieren, weil sie insbesondere eine größere Anzahl an Einzelsignalen und somit an Sensoren bzw. Meldern erfordern, um zuverlässige Ergebnisse zu liefern.
  • Im Unterschied dazu wird nun anhand der Fig. 2 bis 4 das erfindungsgemäße Verfahren sowie das danach arbeitende System näher beschrieben:
  • In der Fig. 2 ist ein geografischer Kartenausschnitt dargestellt, der den Autobahnbereich westlich von Stuttgart einschließlich dem Autobahndreieck Leonberg mit Streckenabschnitten der A81 sowie der A8 umfasst. Der letzte Streckenabschnitt auf der A81 in Richtung Süden zum Leonberger Dreieck hin soll hier beispielhaft dem Streckenabschnitt zwischen 335 und 345 km entsprechen, auf den sich auch die hier gezeigten Wege-Zeitdiagramme (siehe Fig.1 sowie Fig. 3 und 4) beziehen und der in den hier betrachteten räumlichen Bereich fällt.
  • Dieser in der Fig. 2a gezeigte räumliche Bereich wird u.a. durch mehrere Basisstationen des zellulären Mobilfunknetzes D1 abgedeckt, wobei jeweils mehrere zueinander benachbarte Funkzellen eine sog. Funkversorgungsbereich LA (Location Area) bilden, dem jeweils eine bestimmte Kennung, der sog. LAC (Location Area Code) zugeordnet ist. Die Funkzellen selbst haben wiederum jeweils eine eigene Funkzellen-Kennung Cl (Cell ID). Die Funkzellen werden zumeist von Sektorantennen aus versorgt, die je nach Anforderung einen bestimmten Öffnungswinkel AZM (Azimuth Angle) haben. Diese Daten bzw. Signale und weitere Parameter werden in dem Mobilunknetz zentral verwaltet, insbesondere auch um das sog. An- und Abmelden von Mobilstationen zu erfassen, wenn diese sich durch die Funkversorgungsbereiche LA bzw. einzelne Funkzellen bewegen und somit jeweils von einer Funkzelle zur nächsten weitergereicht werden müssen. Dieses Weiterreichen (sog. Handover oder auch Handoff bzw. Funkzellen-Wechsel) kann nur dann unterbrechungsfrei erfolgen, wenn das Mobilfunksystem diese Daten stets aktualisiert und frühzeitig die erforderlichen Handover-Prozesse einleitet.
  • Die Erfindung macht sich diese bereits vorhandenen System-Funktionalitäten zu Nutze, um eine sehr effektive Auswertung zum Erkennen von Verkehrsstörungen zu realisieren. Denn es ist eine besondere Erkenntnis der Erfindung, dass zur Lösung der eingangs formulierten Probleme sich mobile Sensoren, insbesondere Mobiltelefone bzw. -endgeräte, hervorragend eignen, um frei fließenden Verkehr zu detektieren und daraus dann Erkenntnisse über Verkehrsstörungen zu gewinnen und sogar vorausschauende Aussagen treffen zu können.
  • Für mobile Sensoren, die z.B. als "Floating Cars" unterwegs sind, wurde hier folgender Zusammenhang erkannt, woraus sich Annahmen bezüglich des Verkehrsflusses ableiten, die mit sehr hoher Wahrscheinlich zutreffen:
  • Aus der Tatsache, dass ein Floating Car eine größere Distanz mit hoher Geschwindigkeit zurückgelegt hat, folgt unmittelbar, dass auf der Strecke dazwischen, bestehend aus Streckenstücken auf hohen funktionalen Straßenklassen (z.B. Autobahnen oder Bundesstraßen) freier Verkehr geherrscht haben muss, denn sowohl Umwegfahrten (die zudem bei Floating Cars leicht detektierbar wären) als auch Verkehrsstörungen hätten zu Verzögerungen geführt.
  • Aber auch für bewegte Mobiltelefone ist diese Aussage richtig. Selbst wenn die Zuordnung von Messdaten zur digitale Straßenkarte nicht eindeutig gelingt, und selbst wenn Zweifel bei der Zuordnung von Messdaten zu PKW (im Unterschied zu Zügen, Bussen o.ä.) bleiben, so gilt: Eine große Verkehrsmenge (die sich übrigens in den Daten des Mobilfunknetzes entsprechend dem Marktanteil des Betreibers widerspiegelt) kann mit einer hohen Geschwindigkeit (die in den Daten des Mobilfunknetzes leicht erkennbar ist, siehe Tabelle in Fig. 2b) nur auf Straßen einer hohen Funktionalklasse transportiert werden, die relativ leicht identifizierbar sind.
  • Das Mobilfunknetz generiert also in enger Folge klare Signale für freien Verkehr, die leicht einer digitalen Straßenkarte zuzuordnen sind.
  • Wie beispielhaft anhand der in der Fig. 2b dargestellten Tabelle zu sehen ist, wird ein mobiles Telefon zur Uhrzeit 06:28:32 in dem Funkversorgungsbereich mit der Kennung LAC = 28939 erfasst und zwar beim Eintritt in die Funkzelle mit der Kennung Cl = 1222, d.h. am nördlichen Rand des Funkversorgungsbereiches LA. Anhand der weiteren An- und Abmeldeereignisse in den nachfolgenden Funkzellen, welche die Kennungen Cl = 1798, 1800, 1563, 3209 und 5417 haben, wird deutlich, dass das Mobiltelefon sich zum südlichen Ende das Bereichs LA bewegt. Aufgrund der kurzen Zeitabstände bzw. der kurzen Zeitdauer, wonach der Versorgungsbereich LA bereits um 06:32:24 wieder verlassen wird, kann darauf geschlossen werden, dass das Mobiltelefon sich mit einer hohen Geschwindigkeit durch den Bereich LA hin bewegt hat, was schließlich durch Abgleich mit den geografischen Daten (digitale Straßennetzkarte) zu dem Schluss führt, dass sich das Mobiltelefon in einem schnell fahrenden Fahrzeug befinden muss, welches sich auf der Autobahn, nämlich auf der A81 sowie der A8 in Richtung Süden bewegt haben muss.
  • Anhand der Auswertung der in der Tabelle (siehe Fig. 2b) enthaltenen Daten bzw. Parameter wird klar: Das Mobiltelefon kann sich nur auf den in der Fig.2a eingezeichneten Autobahnen von Norden nach Süden mit einer relativ hohen und gleichmäßigen Geschwindigkeit bewegt haben.
  • Somit wird bereits durch Verfolgung und Auswertung des Signals eines einzelnen mobilen Sensors und durch Abgleich mit den kartografischen Daten die Möglichkeit geschaffen, mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit eine zuverlässige Aussage über Freie Fahrt zu geben. Das von den mobilen Sensoren erfasste Signal entspricht somit einem zuverlässigem "Freie Fahrt"-Signal.
  • Erfasst man nun ein oder vorzugsweise mehrere solcher Signale in einem Wege-Zeit-Diagramm, so erhält man eine Darstellung, wie sie die Fig. 3 zeigt. Darin sind für den jeweiligen Zeitpunkt die Streckenabschnitte mit einem Freie-Fahrt-Zustand belegt, sofern die entsprechenden Signale in der Zentrale erfasst werden können. Nur wenn die Signale nicht vorliegen oder andere Signale bzw. Parameter vorliegen, die nicht auf "Freie Fahrt" schließen lassen, bilden sich Lücken bzw. Schatten in dem Wege-Zeit-Diagramm aus.
  • Bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren wird quasi umgekehrt zu den herkömmlichen Verfahren vorgegangen: Denn der Stau wirft einen "Schatten" in den freien Verkehr bzw. in den raum-zeitlichen Teppich der Freifahrt-Signale (siehe Fig. 3). Das Ausbleiben der Signale für freien Verkehr ist für die Zentrale der Anlass, eine Verkehrsstörung anzumelden.
  • Auch deren zeitlicher Verlauf und schließlich ihre Abmeldung ergibt sich durch Verfolgung des Komplements derjenigen Strecken, für die klar auf freien Verkehr entschieden werden kann. Ist die Entscheidung getroffen, so wird die Verkehrstörung durch entsprechende Zeichen oder Linien in dem Wege-Zeit-Diagramm angezeigt (siehe Fig. 4).
  • Demnach wird eine Verkehrsstörung dann angemeldet, wenn sich eine hinreichend große Lücke in den Freifahrt-Signalen (s. Fig. 3) aufgetan hat, z.B. wenn auf einem Streckenabschnitt zweimal die mittlere Zeit zwischen einzelnen Signalen verstrichen, aber kein Signal eingetroffen ist. Mit dem Anwachsen der Lücke werden Änderungsmeldungen mit korrigierter Längenangabe generiert. Ein Freifahrt-Signal für den gesamten betroffenen Streckenabschnitt führt zur Abmeldung.
  • Das vorgeschlagene Verfahren kann vorteilhaft ausgestaltet werden durch Hinzufügen von Informationen über die Schwere der Störung im zeitlichen Verlauf der Verkehrsmeldung. Bei der Anmeldung wird in der Regel nur die Information über Lage und Ausdehnung des "Schattens" vorliegen, und der Meldungsinhalt würde im wesentlichen beschränkt sein auf Angaben wie in diesem Beispiel:
    • "10.10.2010 07:11:30, 3 km Stau zwischen Anschlussstelle Mustertal und Kreuz Beispielstadt ab Streckenkilometer 42"
  • Geschwindigkeitsmessungen in der näheren Umgebung, selbst wenn sie aus dem Mobilfunknetz stammen und sich nicht sofort eindeutig einer Straße zuordnen lassen, bilden zumindest eine Obergrenze für die noch mögliche Geschwindigkeit auf der als gestört erkannten Strecke. Auch ein Floating Car oder in Ausnahmefällen ein vom Stau erfasster stationärer Sensor können Geschwindigkeitsmessungen beisteuern, so dass dann die nächste Meldungsversion umfassender sein und etwa lauten könnte:
    • "10.10.2010 07:19:30, 5 km Stau zwischen Anschlussstelle Mustertal und Kreuz Beispielstadt ab Streckenkilometer 39, Zeitverlust 15 Minuten, Tendenz zunehmend"
  • Ein in diesem Kontext anwendbares Verfahren zur Generierung von An-, Änderungs- und Abmeldungen wird an sich in der DE 199 05 284 A1 beschrieben und ist nicht Kern dieser Erfindung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin verbessert werden durch Ermittlung der typischen Frequenz der Signale für freien Verkehr in Abhängigkeit von Streckenabschnitt, Tageszeit und Wochentag aus historischen Daten. Aus dem Frequenzverlauf kann eine minimale Zeit ermittelt werden (z.B. das doppelte des mittleren zeitlichen Abstandes zwischen zwei Signalen für freien Verkehr), die abgewartet werden muss, bevor eine Verkehrsstörung angemeldet werden kann. Dadurch wird die jeweils geringst mögliche Anmeldeverzögerung erreicht. Außerdem lässt sich ein Grenzwert für die gemessene Frequenz festlegen, unterhalb dessen das Verfahren deaktiviert werden muss: bei geringen Verkehrsflüssen, etwa nachts, wirft ein Stau keinen Schatten mehr und sollte dann wie üblich direkt (mittels Signalen für gestörten Verkehr) erkannt werden.
  • Zusammenfassend wird also ein Verfahren vorgeschlagen, welches Verkehrsstörungen erkennt als raum-zeitliches Komplement von räumlich vollständigen, lokalisierbaren, zeitlich in dichter Folge vorliegenden Signalen für freien Verkehr, die vorzugsweise durch mobile Sensoren, typischerweise mobile Telefone, aber auch "Floating Cars", erzeugt werden, und daraus Verkehrsmeldungen zur Verwendung in Informationsdiensten generiert.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Erkennung von Verkehrsstörungen in einer sich dynamisch ändernden Verkehrslage in einem räumlichen Bereich (LA),
    dadurch gekennzeichnet, dass zumindest von einem einem Fahrzeug zugeordneten mobilen Sensor, Signale in zeitlicher Folge erfasst werden, die eine Präsenz des Fahrzeuges in dem räumlichen Bereich (LA) anzeigen, wobei durch eine Auswertung der zeitlichen Folge der Signale auf eine ungestörte Fortbewegung des Fahrzeuge entlang eines sich in dem räumlichen Bereich (LA) befindlichen Verkehrsweges (A81, A8) geschlossen wird, und dass komplementär zu der Auswertung der zeitlichen Folge der Signale anhand mindestens eines Kriteriums ein Auftreten von Verkehrstörungen erkannt und angezeigt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Kriterium das Ausbleiben, insbesondere das mehrmalige Ausbleiben, der zu erfassenden Signale während einer vorgebbaren Zeitspanne ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Kriterium der zeitliche Verlauf der Folge der zu erfassenden Signale ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Kriterium ein signalisiertes Anmelden und/oder Abmelden des Fahrzeuges in dem räumlichen Bereich (LAC) umfasst.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mobile Sensor ein in dem Fahrzeug befindliches Mobilfunkgerät ist und dass der räumliche Bereich ein lokales mehrere Funkzellen umfassendes Versorgungsgebiet (LA) eines zellulären Mobilfunknetzes darstellt, und das diejenigen Signale erfasst werden, die das Anmelden bzw. Abmelden des Mobilfunkgerätes in den Funkzellen anzeigen, wobei anhand der Funkzellen-Kennung (Cl) und der zeitlichen Folge der Signale erkannt wird, in welcher Funkzelle sich das Fahrzeug zu welchem Zeitpunkt befindet.
  6. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass anhand einer geografischen Zuordnung der Funkzellen zu den sich in dem räumlichen Bereich (LA) befindlichen Verkehrswegen (A81, A8) erkannt wird, ob das Fahrzeug sich entlang eines der Verkehrswege (A81), insbesondere mit einer kleinen, stautypischen oder hohen, gleichmäßigen Geschwindigkeit, bewegt.
  7. System zur Erkennung von Verkehrsstörungen in einer sich dynamisch ändernden Verkehrslage in einem räumlichen Bereich (LA),
    dadurch gekennzeichnet, dass das System Empfangsvorrichtungen und eine damit verbundene Zentrale umfasst, die zumindest von einem einem Fahrzeug zugeordneten mobilen Sensor Signale in zeitlicher Folge empfangen bzw. erfasst, welche eine Präsenz des Fahrzeuges in dem räumlichen Bereich (LA) anzeigen, wobei durch eine Auswertung der zeitlichen Folge der Signale auf eine kontinuierliche Fortbewegung des Fahrzeuge entlang eines sich in dem räumlichen Bereich (LA) befindlichen Verkehrsweges (A81, A8) geschlossen wird, und dass die Zentrale komplementär zu der Auswertung der zeitlichen Folge der Signale anhand mindestens eines Kriteriums ein Auftreten von Verkehrstörungen erkennt und für eine Anzeige oder für die Weiterleitung an weiterverarbeitende Systeme oder Nutzer aufbereitet.
  8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsvorrichtungen Basisstationen eines zellulären Mobilfunknetzes sind, wobei der mobile Sensor ein in dem Fahrzeug befindliches Mobilfunkgerät ist, welches die Signale an die Basisstation sendet, und dass der räumliche Bereich einen mehrere Funkzellen umfassenden Versorgungsbereich (LA) des zellulären Mobilfunknetzes darstellt, welcher von den Basisstationen versorgt wird, und das die Zentrale die von den Basisstationen empfangenen Signale erfasst und auswertet.
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