AT510247A1 - Verfahren zur regelung einer signalanlge - Google Patents

Description

1 32097/pt/gg

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Signalanlage einer

Kreuzung.

Bekannte Signalanlagen einer Kreuzung dienen zur Regelung des Verkehrsflusses der Kreuzung, wobei die Signalanlage vorzugsweise zur Ausbildung von Signalen, insbesondere zur Ausbildung von Lichtsignalen, ausgebildet sein kann. Dazu kann die Signalanlage eine Signaleinrichtung umfassen, welche Signaleinrichtung in Abhängigkeit von Stellgrößen unterschiedliche Signale anzeigen kann. Bekannte Beispiele von Signalanlagen sind Ampeln.

Es ist eine Regelung bekannt, bei der die Signalanlage nach vorbestimmten festen Zeitintervallen umschaltet. Bei der Ampel weisen dabei die Grünphasen, die Gelbphasen und die Rotphasen jeweils vorbestimmte konstante Zeitdauern auf. Es ist weiters bekannt, diese vorbestimmten Zeitdauern über die Tageszeit zu variieren bzw. ab einer vorgegeben Uhrzeit die Signalanlage auf ungeregelt, insbesondere auf „blinkend“, bevorzugt auf „gelb-blinkend“, zu stellen, womit die Kreuzung dann ungeregelt ist. Dies ist ein einfaches Verfahren zur Regelung der Signalanlage, welches die aktuelle Verkehrssituation jedoch nicht berücksichtigt.

Nachteilig dabei ist, dass es bei den bekannten Verfahren oftmals zu Staus kommen kann, weil nicht immer auf jede Verkehrssituation bestmöglich eingegangen wird und damit nur suboptimale Lösungen erzielt werden. Nachteilig dabei ist weiters, dass Fahrzeuge und/oder Fußgänger, insbesondere auf Nebenstraßen, oftmals unnötig lange auf eine Freigabe zum Passieren der Kreuzung warten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die bekannten Nachteile vermieden werden, das auf einfache Weise in die Verkehrsregelung eines bestehenden Verkehrsnetzes integriert werden kann, mit dem eine gute Regelung der Kreuzung für unterschiedliche Anforderungen zuverlässig sichergestellt werden kann, bei dem die erforderliche Rechenleistung und der erforderliche Datentransfer gering gehalten werden können, und das eine Verringerung des Schadstoffausstoßes im Bereich der Kreuzung gewährleisten kann.

Erfmdungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.

Vorteilhaft dabei ist, dass mit dem Verfahren variierende Vorgaben und Regelungsstrategien entsprechend dem vorgegebenen Bewertungskriterium berücksichtigt werden können. Dabei kann eine gute Performance bezüglich eines klar definierten Bewertungskriteriums sichergestellt werden, welche einfach objektiv überprüft werden kann. Weiters kann durch eine Beurteilung die Zweckmäßigkeit des Bewertungskriteriums überprüft und gegebenenfalls das Bewertungskriterium verändert werden. Durch die Auswahl des Bewertungskriteriums können unterschiedliche Strategien für die Regelung der Kreuzung vorgegeben werden, wobei die Strategie einfach und schnell verändert und an die jeweilige Situation angepasst werden kann, wobei zum Strategiewechsel eine Veränderung des Bewertungskriteriums ausreichend ist. Weiters ist vorteilhaft, dass mit dem Verfahren mit geringem Aufwand an Rechenleistung und an Datentransfer die aktuelle Verkehrssituation ermittelt und bewertet werden kann, wobei ein einfaches, lokales Verkehrsmodell ausreicht. Derart kann sowohl eine besonders einfache und datenmengenschonende als auch eine an unterschiedlichste lokale und regionale Verkehrssituationen anpassbare Regelung der Signalanlage der Kreuzung gewährleistet werden. Die Regelung kann im Wesentlichen unmittelbar bei der Signalanlage erfolgen, wobei bei einem Ausfall des Datentransfers mittels externer Schnittstellen die Regelung gegebenenfalls mit den letzten übermittelten Daten weiter geregelt werden kann, sodass trotz des Ausfalls eine gute Regelung des Verkehrsflusses bereitgestellt werden kann.

Vorteilhaft an dem Verfahren ist weiters, dass es auf einfache Weise in die Verkehrsregelung eines bestehenden Verkehrsnetzes integriert werden kann, insbesondere indem auch eine schrittweise Umstellung bzw. Erweiterung vorhandener Verkehrsregelungen auf einfache Weise realisierbar ist, dass bei dem Verfahren die erforderliche Rechenleistung gering gehalten werden kann und nur ein geringer Datentransfer erforderlich ist. Dabei weist das Verfahren eine geringe Störanfälligkeit auf. Weiters kann durch die Einbindung des Bewertungskriteriums beispielsweise eine Verringerung des Schadstoffausstoßes, insbesondere im Bereich der Kreuzung, sichergestellt werden.

Die Unteransprüche, welche ebenso wie der Patentanspruch 1 gleichzeitig einen Teil der Beschreibung bilden, betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens.

Die Erfindung betrifft weiters ein Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte des Verfahrens gemäß dem Patentanspruch oder der 3

Unteransprüche ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer läuft.

Mittels eines Datenträgers mit diesem Computerprogrammprodukt kann das Verfahren einfach bereitgestellt werden.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 schematisch ein Blockschaltbild des Verfahrens einer vorteilhaften ersten Ausführungsform;

Fig. 2 schematisch ein Blockschaltbild des Verfahrens einer vorteilhaften zweiten Ausführungsform; und

Fig. 3 schematisch ein Blockschaltbild des Verfahrens einer vorteilhaften dritten Ausführungsform; und

Fig. 4 schematisch in Aufsicht eine Kreuzung mit einer Lichtsignalanlage.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen Ausführungsformen eines Verfahrens zur Regelung einer Signalanlage 1 einer Kreuzung, wobei wenigstens ein Eingangsparameter 10 einer Verkehrseinrichtung 2 übergeben wird, von der Verkehrseinrichtung 2 erste Verkehrsparameter 31 der aktuellen Verkehrssituation ermittelt werden, zumindest ein Bewertungskriterium 4 vorgegeben wird, die ersten Verkehrsparameter 31 und das zumindest eine Bewertungskriterium 4 einer Bewertungseinrichtung 6 übergeben werden, von der Bewertungseinrichtung 6 Stellgrößen 7 ermittelt werden und die Signalanlage 1 mit den Stellgrößen 7 betrieben wird.

Dadurch ist gewährleistet, dass die Stellgrößen 7 in Abhängigkeit sowohl der aktuellen Verkehrssituation als auch des Bewertungskriteriums 4 ermittelt werden. Vorteilhaft an dem Verfahren ist, dass es auf einfache Weise in die Verkehrsregelung eines bestehenden Verkehrsnetzes integriert werden kann, insbesondere indem auch eine schrittweise Umstellung bzw. Erweiterung vorhandener Verkehrsregelungen auf einfache Weise realisierbar ist. Dabei können Regelgrößen der bestehenden Verkehrsregelung mittels des Bewertungskriteriums 4 in das Verfahren eingebunden werden. Weiters ist vorteilhaft, dass bei dem Verfahren die erforderliche Rechenleistung gering gehalten werden kann und nur ein geringer Datentransfer erforderlich ist, dass es eine geringe Störanfälligkeit aufweist, und dass durch die Einbindung des Bewertungskriteriums 4 eine Verringerung des » * « * * 4

Schadstoffausstoßes, beispielsweise des C02-Ausstoßes, insbesondere entlang von Hauptverkehrs wegen, sichergestellt werden kann.

Die Kreuzung ist eine Verkehrskreuzung, bei der zumindest zwei Straßen aufeinandertreffen. An der Kreuzung können auch mehr als zwei Straßen aufeinandertreffen. Eine weitere Aus führungs form der Kreuzung betrifft einen Kreisverkehr.

Die Signalanlage 1 kann zur Verkehrsregelung des Fußgänger- und/oder Fahrzeugverkehrs an der Kreuzung vorgesehen sein, wobei der Verkehr durch die Signalanlage 1 geregelt wird. In diesem Sinne ist die Kreuzung eine geregelte Kreuzung und die Signalanlage 1 gibt mittels Signalen vor, ob ein Passieren in vorbestimmter Art und Weise, beispielsweise ein Queren oder ein Abbiegen derzeit gestattet ist oder nicht.

In vorteilhafter Weise kann die Signalanlage 1 eine Lichtsignalanlage umfassen, wobei die Signale zumindest teilweise Lichtsignale sind. Die Lichtsignalanlage kann insbesondere als Ampel ausgebildet sein. Die Ampel kann insbesondere zumindest ein grünes, zumindest ein gelbes und zumindest ein rotes Lichtsignal umfassen, um anzuzeigen, ob das Passieren in der vorbestimmten Art und Weise gestattet ist oder nicht.

Andere Ausfiihrungsformen der Signalanlage 1 umfassen optische Anzeigen, beispielsweise Informationstafeln, und/oder akustische Signalgeber, wie Lautsprecher oder Sirenen.

Bei wieder anderen Ausfuhrungsformen umfasst die Signalanlage 1 eine Sendeeinheit. Dabei können Signale an die Verkehrsteilnehmer und/oder Fahrzeuge übertragen werden, wobei die Übertragung mittels Funk, WLAN, TMC oder andere Informationsübertragungsarten erfolgen kann. An den Verkehrsteilnehmer kann beispielsweise die Dauer bis zum nächsten Grün übertragen werden. Fußgänger können diese Signale mittels geeigneten Empfangsgeräten, beispielsweise Mobiltelefonen od. dgl., empfangen. In Fahrzeugen können unmittelbar geeignete Empfangsgeräte integriert sein.

Mit der Verkehrseinrichtung 2 wird die Verkehrssituation bei der Kreuzung mittels eines Verkehrsmodells bestimmt, wobei die Verkehrseinrichtung 2 in Abhängigkeit des wenigstens einen Eingangsparameters 10 die ersten Verkehrsparameter 31 ermittelt.

Sofern lediglich eine geringe Anzahl an Eingangsparametem 10 berücksichtigt wird, kann eine analytische Darstellung des Verkehrsmodells der Verkehrseinrichtung 2 vorgesehen sein. Oftmals ist eine derartige Darstellung jedoch nicht zweckmäßig. Als günstig haben sich Machine-Leaming-Modelle und/oder Pattem-Recognition-Modelle gezeigt, bei denen die Modelle anhand von Beispielen trainiert werden können und auf diese Weise auch * * • » • · * * 5 bei komplexen Systemen eine schnelle und gute Ermittlung der ersten Verkehrsparameter 31 erreicht werden kann.

Machine-Leaming-Modelle können beispielsweise künstliche neuronale Netze, Regression- oder Klassifikationsbäume, Support Vector Machines und/oder Look-Up-Tables und/oder Komitees von Machine-Leaming-Modellen sein.

Werden mehrere Eingangsparameter 10 berücksichtigt, können diese zu einem Eingangsparametervektor zusammengefasst werden. Dabei können die Eingangsparameter 10 unterschiedliche Größen sein und beispielsweise mittels Sensoren gemessene Verkehrsflüsse an der Kreuzung sein. Weiters können andere Verkehrsdaten herangezogen werden, beispielsweise von Sensoren an anderen Verkehrspunkten, die mit der Verkehrssituation an der Kreuzung korrelieren. Die Verkehrssituation kann auch indirekt ermittelt werden, beispielsweise durch die Messung von Schadstoffemissionen.

Weiters können die Eingangsparameter 10 Wetterdaten und/oder Kalenderdaten umfassen. So können beispielsweise der Pendlerverkehr, der Urlauberverkehr zu Ferienbeginn und/oder bei Schlechtwetter auf einfache Weise berücksichtigt werden.

Weiters können die Eingangsparameter 10 Daten über Veranstaltungen, beispielsweise Sportveranstaltungen, Messen oder Konzerte, umfassen, wodurch auch ein typischer Verkehr bei Großveranstaltungen berücksichtigt werden kann.

Es kann vorgesehen sein, dass mit der Verkehrseinrichtung 2 die Verkehrsparameter 31 aus Eingangsparametem 10 bestimmt werden, welche nicht unmittelbar die Verkehrsparameter 31 betreffen oder lediglich einen Teil der Verkehrsparameter 31 umfassen. Die oben angeführten Beispiele der Eingangsparameter 10 zeigen, dass es sich als nicht erforderlich erwiesen hat, Eingangsparameter 10 vorzusehen, aus denen die Verkehrsparameter 31 analytisch ermittelt werden können. Auf diese Weise kann der Messaufwand an der Kreuzung gering gehalten werden und dennoch ein gutes Bild der Verkehrssituation gewonnen werden.

Bei anderen Ausfuhrungsformen kann vorgesehen werden, dass wenigstens ein Teil der Verkehrsparameter 31 oder auch sämtliche Verkehrsparameter 31 analytisch aus den Eingangsparametem 10 gewonnen werden kann, wobei die Eingansparameter 10 entsprechend zu wählen sind.

Vorzugsweise umfassen die Eingangsparameter 10 zumindest eine aktuell gemessene Größe, wobei sich diese Größe von den Verkehrsparamtem 31 unterscheidet.

Diese aktuell gemessene Größe kann insbesondere Wetterdaten, Zeitangaben und/oder Schadstoffemissionen umfassen.

Die aktuelle Verkehrssituation kann beispielsweise durch die Zuflüsse und die Abbiegeraten der Zubringerstraßen der Kreuzung beschrieben werden, wobei diese Größen als erste Verkehrsparameter 31 vorgesehen sein können. Bei anderen Ausführungen können die ersten Verkehrsparameter 31 auch andere Werte wiedergeben, wobei auch mit diesen ersten Verkehrsparametem 31 die Zuflüsse und die Abbiegeraten der Zubringerstraßen der Kreuzung ermittelt werden können. Beispielsweise können anstelle einer oder mehrerer Abbiegeraten die Abflüsse gewählt werden.

Ein besonders einfaches Verkehrsmodell der Verkehrseinrichtung 2 beschreibt in Abhängigkeit einer Uhrzeit und eines Tages die durchschnittlichen Verkehrsflüsse an der Kreuzung. Als Eingangsparameter 10 werden dann zumindest die Uhrzeit und der Tag an die Verkehrseinrichtung 2 übermittelt, wobei von der Verkehrseinrichtung 2 die entsprechenden ersten Verkehrsparameter 31 ermittelt und an die Bewertungseinrichtung 6 übergeben werden. So können Berufsverkehr, morgendliche und abendliche Spitzen im Verkehrsaufkommen, insbesondere in eine Richtung gerichtete Spitzen im Verkehrsaufkommen berücksichtigt werden. Dabei können insbesondere Historienwerte der Kreuzung für das Verkehrsmodell verwendet werden.

Die Genauigkeit dieses besonders einfachen Verkehrsmodells der Verkehrseinrichtung 2 kann erhöht und an die für die mittels des Verkehrsmodells abzubildende Kreuzung besser angepasst werden, kann anstatt der Uhrzeit und des Tages oder zusätzlich zur Uhrzeit und zum Tag wenigstens ein anderer bzw. wenigstens ein weiterer Eingangsparameter 10 gewählt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Eingangsparameter 10 Informationen über das aktuelle Wetter umfasst. Derart können Regen, Schneefall, Sonne und dergleichen im Verkehrsmodell berücksichtigt werden, womit die durchschnittliche Fahrgeschwindigkeit, die Unfallhäufigkeit und/oder der Bremsweg der Verkehrsteilnehmer berücksichtigt werden kann. Die Wetterdaten können per Datentransfer an die Verkehrseinrichtung 2 übermittelt werden. Dabei können die Wetterdaten beispielsweise unmittelbar an der Signalanlage 1 ermittelt werden oder von Vorhersagestationen übernommen werden. Die die Kreuzung überquerenden Fahrzeuge und/oder Fußgänger können wenigstens einen des wenigsten einen Eingangsparameters 10 ausbilden, womit unmittelbar das aktuelle Verkehrsaufkommen ermittelt werden kann. • * * 7

Die entlang einer Fahrspur auf die Kreuzung zufahrenden Fahrzeuge können zumindest einen des wenigsten einen Eingangsparameters 10 betreffen, womit ebenfalls unmittelbar das aktuelle Verkehrsaufkommen ermittelt werden kann. Insbesondere können mehrere Eingangsparameter 10 der Verkehrseinrichtung 2 übergeben werden, womit eine gute Bestimmung der aktuellen Verkehrssituation von der Verkehrseinrichtung 2 bereitgestellt werden kann.

Dabei kann der wenigstens eine Eingangsparameter 10 eine Vielzahl unterschiedlicher Größen umfassen und als mehrdimensionaler Vektor darstellbar sein.

Es kann vorgesehen sein, dass von der Verkehrseinrichtung 2 weiters zweite Verkehrsparameter 32 der zukünftigen Verkehrssituation prognostiziert werden und die zweiten Verkehrsparameter 32 der Bewertungseinrichtung 6 übergeben werden, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Vorteilhaft dabei ist, dass dadurch die zu erwartete zukünftige Verkehrssituation, beispielsweise um ISMinuten, um 30Minuten und/oder um 60Minuten in die Zukunft gerichtet, berücksichtigt werden kann, wodurch die Signalanlage 1 auch in Hinblick der erwarteten zukünftigen Verkehrssituation geregelt werden kann. Dabei können zu erwartende Änderungen der Verkehrssituation besser von der Kreuzung bewältigt werden. Die zweiten Verkehrsparameter 32 können gemeinsam mit den ersten Verkehrsparametem 31 einen mehrdimensionalen Verkehrsparametervektor ausbilden.

Mit den zweiten Verkehrsparametem 32 kann eine modellbasierte prädiktive Regelung der Kreuzung bereitgestellt werden.

In dem Verfahren wird weiters zumindest ein Bewertungskriterium 4 vorgegeben.

Das Bewertungskriterium 4 kann eine skalare oder eine vektorielle Größe sein. Bei einer vektoriellen Größe können einfach mehrere Bedingungen in dem Bewertungskriterium 4 zusammengefasst werden, wobei einfach auch unterschiedliche Gewichtungen der einzelnen Bedingungen vorgegeben werden können. Für einen Fachmann ist offensichtlich, dass ein vektorielles Bewertungskriterium 4 auch als skalare Funktion oder dgl. vorgesehen sein kann. Bei anderen Ausführungsformen können auch andere Ausgestaltungen des Bewertungskriteriums 4 vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer Matrix und/oder mehrerer Bewertungskriterien 4.

Bei dem Bewertungskriterium 4 kann vorgesehen sein, dass einem ersten Teil ein deutlich höheres Gewicht im Vergleich zu einem zweiten Teil zugeordnet ist, wodurch dieser erste Teil in diesem Sinne ein zu erfüllendes Muss-Kriterium darstellen kann. Ein 8

Muss-Kriterium kann dabei insbesondere zur Erfüllung gesetzlicher Vorgaben vorgesehen sein.

Unter Berücksichtigung des Bewertungskriteriums 4 werden von der Bewertungseinrichtung 6 mittels eines Regelmodells und/oder eines Bewertungsmodells die Stellgrößen 7 ermittelt.

Beim Bewertungsmodell wird den Eingansparametem 10 und Stellgrößen 7 unter Berücksichtigung des Bewertungskriteriums 4 eine Bewertung zugeordnet. Dabei können bei anderen Ausformungen auch weitere Parameter, insbesondere durch Rückkopplungen, vorgesehen sein.

Das Regelmodell ist in diesem Sinn das inverse Bewertungsmodell, dass den Eingangsparametem 10 unter Berücksichtigung des Bewertungskriteriums 4 eine Stellgröße 7 zuweist, sodass die Bewertung vorgegebenen Bedingungen genügt.

Umfasst das Bewertungskriterium 4 sowohl Muss-Kriterien als auch Soll-Kriterien, so kann die Bewertungseinrichtung 6 der Erfüllung der Muss-Kriterien eine höhere Priorität zuordnen. Derart können insbesondere gesetzliche Vorgaben, beispielsweise eine Mindestdauer der einzelnen Signalphasen der von der Signalanlage 1 angezeigten Signale, beispielsweise jeweils der Grün-, der Gelb- und der Rotphase, sehr einfach berücksichtigt werden. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem jene Stellgrößen 7, mittels welcher die Muss-Kriterien nicht erfüllt wird, von der Bewertungseinrichtung 6 ausgeschlossen werden und derart nicht von der Bewertungseinrichtung 6 ausgegeben werden können. Dies kann auch erreicht werden, indem jene Stellgrößen 7, mittels welcher die Muss-Kriterien nicht erfüllt werden, so bewertet werden, dass diese Stellgrößen 7 nicht von der Bewertungseinrichtung 6 als jene Stellgrößen 7 ermittelt werden, welche den höchsten Erfüllungsgrad aufweisen.

Hinsichtlich des Bewertungskriteriums 4 kann eine bestmögliche Erfüllung vorgesehen sein. Dabei kann von der Bewertungseinrichtung 6 im Wesentlichen ein Optimierungsproblem gelöst werden. Dabei kann ein als Muss-Kriterium vorgegebener erster Teil des Bewertungskriteriums 4 im Wesentlichen als Nebenbedingung für das Optimierungsproblem angesehen werden, welcher zwingend zu erfüllen ist.

Es kann vorgesehen sein, dass die Signalanlage mit einem vorgebbaren Standardsatz an Stellgrößen 7 betrieben wird, solange das Bewertungskriterium 4 mit dem Standardsatz an Stellgrößen erfüllt ist und erst dann eine Veränderung der Stellgrößen 7 erfolgt, wenn das Bewertungskriterium 4 nicht mehr erfüllt ist, oder die Nichterfüllung droht. 9

Dabei kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Standardsätze an Stellgrößen 7 vorgegeben sind und in einem ersten Schritt von einem Standardsatz zu einem anderen Standardsatz gewechselt wird.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei einer Kreuzung einer Hauptstraße und einer Nebenstraße in einem ersten Standardsatz die beiden Straßen gleich behandelt werden, wodurch auch bei der Nebenstraße geringe Standzeiten aufgrund der Dauer der Rotphasen sichergestellt werden kann. Sobald der Verkehrsfluss auf der Hauptstraße ein vorgegebenes Niveau erreicht, kann in einem zweiten Standardsatz die Grünphase der Hauptstraße verlängert und die Rotphase der Hauptstraße verkürzt werden. Auf der Nebenstraße verlängert sich dadurch die Rotphase und verkürzt sich die Grünphase. Dadurch kann auch bei einem höheren Durchflussniveau der Hauptstraße mit einem vorgegebenen zweiten Standardsatz gearbeitet werden.

Mit dem Standardsatz kann einfach vorgesehen sein, dass auf einer Straße eine grüne Welle sichergestellt ist. Sofern bei der Regelung mit einem Standardsatz das Bewertungskriterium 4 nicht mehr erfüllt wird, beispielsweise aufgrund eines Staus, ist es üblicherweise auch nicht mehr zweckmäßig das Konzept der grünen Welle zu verfolgen, da Fahrzeuge die nächste Kreuzung nicht mehr in der vorgesehenen Zeit erreichen werden.

Mit weiteren Standardsätzen können auch die Zeiten für das Abbiegen verändert werden, wobei eine Vielzahl an Möglichkeiten vorgesehen werden kann, welche an die jeweilige Kreuzung angepasst werden kann.

Das zumindest eine Bewertungskriterium 4 betrifft zumindest eine von dem Verfahren möglichst zu erfüllende Bedingung wobei das Bewertungskriterium 4 beispielsweise eine Signaldauer eines Freigabesignals, insbesondere der Grünphase, eine Signaldauer des Stoppsignals, insbesondere der Rotphase, eine minimale Kreuzungsreserve für eine oder mehrere vorgegebene zulässige Arten des Passierens der Kreuzung, einen Abfluss in eine vorgegebene Richtung, eine maximale Rückstaulänge entlang einer vorgegebenen Zubringerstraße, betreffen kann.

Dabei kann das Bewertungskriterium 4 insbesondere einen vorgebbaren Sollwert, eine Extemalbedingung oder die Einhaltung eines Grenzwertes umfassen.

Das Bewertungskriterium 4 ermöglicht den Vergleich unterschiedlicher Stellgrößen 7 hinsichtlich der Eignung zur Erreichung der durch das Bewertungskriterium 4 vorgegebenen Strategie einer durch die ersten Verkehrsparameter 31 und gegebenenfalls der zweiten Verkehrsparameter 32 vorgegebenen Verkehrssituation. 10

Die Kreuzungsreserve gibt an, welche Steigerung des Zuflusses ohne Staubildung von der Kreuzung abgewickelt werden kann. Alternativ dazu kann auch ein Sättigungsgrad der Kreuzung bestimmt werden, der im Wesentlichen dem Wert 100% weniger der Kreuzungsreserve entspricht.

Wenn als Bewertungskriterium 4 beispielsweise eine minimale Kreuzungsreserve von 10% vorgegeben wird, dann werden von der Bewertungseinrichtung 6 jene Stellgrößen 7 ermittelt, welche - unter Berücksichtigung der ersten Verkehrsparameter 31 und gegebenenfalls der zweiten Verkehrsparameter 32 das Bewertungskriterium 4 erfüllen.

Wenn mehrere Bewertungskriterien 4 vorgeben werden, können diese als mehrdimensionaler Be Wertungskriterien vektor übergeben werden. Mit dem

Bewertungskriterium 4 können auf diese Weise unterschiedliche Ziele zugleich vorgegeben werden, welche teilweise widersprüchlich sein können. Dabei kann eine Gewichtung der einzelnen Bewertungskriterien 4 vorgesehen sein, welche Bestandteil der Bewertungskriterien 4 sein kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Gewichtung in der Bewertungseinrichtung 6 implementiert ist, beispielsweise durch die Reihenfolge der Bewertungskriterien 4.

Das zumindest eine Bewertungskriterium 4 kann von einer übergeordneten Instanz unmittelbar vorgegeben werden oder aber auch langfristig vorgegeben sein. Es kann auch eine langfristige Vorgabe vorgesehen sein, welche unmittelbar geändert werden kann.

Mittels des Regelmodells und/oder Bewertungsmodells werden die der Bewertungseinrichtung 6 übergebenen Größen, welche Eingangsgrößen für die Bewertungseinrichtung 6 sind, bewertet um anhand dieser Bewertung jene Stellgrößen 7 zu ermitteln, mittels welcher Stellgrößen 7 die Signalanlage 1 betrieben wird, indem die Stellgrößen 7 die Signale, insbesondere die Dauer und/oder die Reihenfolge der einzelnen Signalphasen, der Signalanlage 1 vorgeben.

Das Bewertungskriterium 4 kann als Muss-Kriterium beispielsweise die Signalmindestdauer des Freigabesignals sein, um geregelte, insbesondere gesetzlich geregelte, Vorgaben zu erfüllen. Eine derart geregelte Vorgabe kann beispielsweise die der Straßenbreite entsprechend hinreichend lange Grünphase einer Fußgängerampel sein.

In weiterer Ausbildung des Verfahrens kann beispielsweise vorgesehen sein, mit dem Bewertungskriterium 4 einerseits vorzugeben, dass die Grünphase der Fußgängerampel mindestens 40Sekunden lang ist, und weiters vorzugeben, dass die Sättigung der Kreuzung maximal, also unter, 90% ist. Je nach gesetzlicher Vorgabe, der Ausgestaltung ft · · • « 11 der Kreuzung und der aktuellen Verkehrssituation sind in diesem Sinne weitere Bewertungskriterien 4 vorgebbar, wobei diese Vorgaben zeitlich variabel sein können.

Das Bewertungskriterium 4 und die ersten Verkehrsparameter 31 bilden Eingangsgrößen für die Bewertungseinrichtung 6. Wenn die Verkehrseinrichtung 2 zweite Verkehrsparameter 32 liefert, können auch die zweiten Verkehrsparameter 32 weitere Eingangsgrößen der Bewertungseinrichtung 6 sein. Bei besonders einfachen Regelmodellen und/oder Bewertungsmodellen der Bewertungseinrichtung 6 kann eine analytische Darstellung vorgesehen sein, welche sich jedoch oftmals als nicht zweckmäßig zeigt.

Als günstig haben sich auch für das Regelmodell und/oder Bewertungsmodell Machine-Leaming-Modelle und/oder Pattem-Recognition-Modelle gezeigt, bei denen die Modelle anhand von Beispielen trainiert werden können und auf diese Weise auch bei komplexen Systemen eine schnelle und gute Ermittlung der Stellgrößen 7 erreicht werden kann.

Auch bei dem Regelmodell und/oder Bewertungsmodell der Bewertungseinrichtung 6 können die Machine-Leaming-Modelle insbesondere künstliche neuronale Netze, Regression- oder Klassifikationsbäume, Support Vector Machines und/oder Look-Up-Tables und/oder Komitees von Machine-Leaming-Modellen sein.

Wie in Fig. 3 dargestellt, kann vorgesehen sein, dass die ersten Verkehrsparameter 31 und/oder die zweiten Verkehrsparameter 32 von der

Verkehrseinrichtung 2 einer Beurteilungseinrichtung 8 übergeben werden und von der Beurteilungseinrichtung 8 zumindest teilweise das zumindest eine Bewertungskriterium 4 ermittelt wird.

Mit der Beurteilungseinrichtung 8 kann die Verkehrssituation mittels eines Beurteilungsmodells beurteilt und das Bewertungskriterium 4 an die Verkehrssituation angepasst werden.

Es kann vorgesehen sein, dass die Beurteilungseinrichtung 8 neben dem Beurteilungsmodell weiters ein Auswahlmodell zur Vorgabe des Bewertungskriteriums 4 umfasst. Bei anderen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Beurteilungsmodell und das Auswahlmodell im Beurteilungsmodell zusammengefasst sind.

Sofem lediglich eine geringe Anzahl an ersten Verkehrsparametem 31 und/oder zweiten Verkehrsparametem 32 berücksichtigt wird, kann eine analytische Darstellung des Beurteilungsmodells und/oder des Auswahlmodells der Verkehrseinrichtung 2 vorgesehen sein. Oftmals ist eine derartige Darstellung jedoch nicht zweckmäßig. Als « * I »4 12 günstig haben sich Machine-Leaming-Modelle und/oder Pattem-Recognition-Modelle gezeigt, bei denen die Modelle anhand von Beispielen trainiert werden können und auf diese Weise auch bei komplexen Systemen eine schnelle und gute Ermittlung des Bewertungskriteriums 4 erreicht werden kann.

Machine-Leaming-Modelle können beispielsweise künstliche neuronale Netze, Regression- oder Klassifikationsbäume, Support Vector Machines und/oder Look-Up-Tables sein.

Mit der Auswahl des Bewertungskriteriums 4 können unterschiedliche Strategien für die Regelung der Kreuzung vorgegeben werden.

Beispielsweise kann mit einer ersten Strategie der morgendliche Berufsverkehr stadteinwärts, mit einer zweiten Strategie der abendliche Berufsverkehr stadtauswärts, mit einer dritten Strategie der Urlauberverkehr, mit einer vierten Strategie die Feinstaubbelastung oder die Konzentration anderer Schadstoffe und mit einer fünften Strategie der Verkehr von oder zu einer Veranstaltung besonders berücksichtigt werden.

Durch die Einbindung der Strategievorgabe in das Verfahren durch die Beurteilungseinrichtung 8 kann die Strategie einfach und schnell an die aktuelle Situation angepasst werden. Dadurch ist auch eine schnelle Strategieänderung für kurzfristige Ereignisse möglich. Beispielsweise kann durch die Erfassung der Position eines vorgegebenen Fahrzeuges ein schnelles Vorankommen dieses Fahrzeuges sichergestellt werden, wobei auch eine Routenänderung des Fahrzeuges einfach berücksichtigt werden kann. Dabei können insbesondere das Vorankommen von Einsatzfahrzeugen und/oder Fahrzeugen des öffentlichen Verkehrs wesentlich verbessert werden.

Es kann auch vorgesehen sein, das Bewertungskriterium 4 über eine externe Eingangs-Schnittstelle vorzugeben, wobei auch lediglich ein Teil des Bewertungskriteriums 4 vorgegeben werden kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass die externe Eingans-Schnittstelle mit einem Eingang der Beurteilungseinrichtung 8 verbunden ist und die Beurteilungseinrichtung 8 unter Berücksichtigung der Vorgaben von der externen Eingangs-Schnittstelle das Bewertungskriterium 4 ermittelt und an die Bewertungseinrichtung 6 übergibt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die externe Eingangs-Schnittstelle direkt mit einem Eingang der Bewertungseinrichtung 6 verbunden ist, wodurch gegebenenfalls die Auswahl einer beliebigen Strategie zur Steuerung der Kreuzung einfach ermöglicht wird. Über die externe Eingangs-Schnittstelle kann beispielsweise eine manuelle Eingabe von einem Polizisten an der Kreuzung eingegeben werden, wodurch gegebenenfalls • ·φφ * φ 13 eine manuelle Steuerung der Kreuzung durch Auswahl des Bewertungskriteriums 4 einfach ermöglicht werden kann. Mit der Auswahl des Bewertungskriteriums kann einfach die Strategie für die Regelung der Kreuzung vorgegeben werden.

Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, wenn mit den ersten Verkehrsparametem 31 die Zuflüsse und Abbiegeraten der Zubringerstraßen der Kreuzung bestimmt werden können, wobei die ersten Verkehrsparameter 31 insbesondere die Zuflüsse und die Abbiegeraten der Zubringerstraßen der Kreuzung charakterisierende Parameter sein können. Insbesondere können die ersten Verkehrsparameter 31 unmittelbar einen Zahlenwert für die Zuflüsse und Abbiegeraten der Zubringerstraßen der Kreuzung angeben.

Die Beispiele zum Trainieren des Verkehrsmodells können separat vorab ermittelt werden. Dabei können über einen vorgebbaren Zeitraum, beispielsweise wenigstens zwei Monate, an der Kreuzung durchgeführte Messungen herangezogen werden.

Die Beispiele zum Trainieren des Regelmodells und/oder des Bewertungsmodells können durch Vorabsimulationen, beispielsweise durch Monte-Carlo-Simulationen, ermittelt werden, wobei für ausgewählte Bewertungskrierien 4, erste Verkehrsparameter 31 und gegebenenfalls zweite Verkehrsparameter 32 die besten Stellgrößen 7 ermittelt werden.

Auch die Beispiele zum Trainieren des Beurteilungsmodells und/oder des Auswahlmodells können durch Vorabsimulationen, beispielsweise durch Monte-Carlo-Simulationen, ermittelt werden.

Durch das Vorsehen der Verkehrseinrichtung 2, der Bewertungseinrichtung 6 und gegebenenfalls der Beurteilungseinrichtung 8 können diese unterschiedlich ausgebildet sein. Insbesondere können die zum Trainieren verwendeten Beispiele auf unterschiedliche Weise gewonnen werden, wodurch das Verkehrsmodell der Verkehrseinrichtung 2 und/oder das Regelmodell und/oder das Bewertungsmodell der Bewertungseinrichtung 6 und/oder das Beurteilungsmodell und/oder das Auswahlmodell der Beurteilungseinrichtung einfach gehalten werden können.

Ein weiterer Vorteil ist, dass das Bewertungskriterium 4 gezielt auf die Verkehrssituation gerichtet werden kann und die Daten der Verkehrssituation, die ersten Verkehrsparameter 31 und/oder die zweiten Verkehrsparameter nicht als gemessene Eingangsparameter vorliegen müssen, sondern von der Verkehrseinrichtung 2 mittels des Verkehrsmodells bereitgestellt werden. Dadurch kann der erforderliche Messaufwand im Betrieb gering gehalten werden und beispielsweise auf vorab ermittelte Erfahrungswerte • * # · * * ·· · · « · · «··»«··*· · 14 zurückgegriffen werden, welche gegebenenfalls durch einen lediglich geringen Messaufwand bestätigt bzw. angepasst werden können.

Die aktuelle Verkehrssituation kann einfach und mit geringem Bedarf an Rechenleistung und an Datentransfer ermitteln werden. Derart kann einfach und ressourcenschonend die Regelung der Signalanlage 1 der Kreuzung anpassbar an unterschiedlichste lokale und regionale Verkehrssituationen gewährleistet werden.

Das Verkehrsmodell und/oder das Regelmodell und/oder das

Bewertungsmodell und/oder das Beurteilungsmodell und/oder das Auswahlmodell können adaptiv ausgebildet sein. Vorteilhaft dabei ist, dass die Genauigkeit der Modelle im laufenden Betrieb verbessert werden kann. Dabei wird das jeweilige Modell ausgehend von einer Ausgangskonfiguration offline in Trainingsphasen und/oder online während des Betriebes verbessert, insbesondere mittels bekannter Verfahren, beispielsweise einem

Evolutionsverfahren. Dabei können offline-Trainingsphasen vor dem Betrieb und/oder während des Betriebs in Betriebspausen oder parallel zu dem Betrieb vorgesehen sein.

Es kann vorgesehen sein, dass die Ausgänge der Einrichtungen (2, 6, 8) mit den Eingängen anderer der Einrichtungen (2, 6, 8) rückgekoppelt sind, wodurch die Genauigkeit der entsprechenden Modelle erhöht werden kann.

Beispielsweise haben die Stellgrößen 7 unmittelbar einen Einfluss auf die zweiten Verkehrsparameter 32. Insbesondere für längere Prognosen steigt der Einfluss des Bewertungskriteriums 4 auf die zweiten Verkehrsparameter 32. Der Eingangsparameter 10 der Verkehrseinrichtung kann wenigstens eine der Stellgrößen 7 umfassen, wobei auch vorgesehen sein kann, dass der Eingangsparameter 10 sämtliche Stellgrößen 7 umfasst.

Weiters kann mit einer Rückkoppelung der Stellgrößen 7 in die Beurteilungseinrichtung 8 ermöglicht werden, dass die Erfüllung der Strategievorgaben vorzeitig ermittelt werden kann und eine besonders frühzeitige Anpassung der Strategie durch Veränderung des Bewertungskriteriums 4 erfolgen kann.

Durch die Rückkopplung kann einfach ein ständiges Training der Modelle bereitgestellt werden, wodurch eine stetige Adaption der Modelle und eine stetige Verbesserung der Regelung der Kreuzung erreicht werden kann.

In vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Eingangsparameter 10 zumindest teilweise mittels eines Sensors 11 im Bereich der Kreuzung bestimmt wird. Der Sensor 11 kann unmittelbar an einer Signaleinrichtung der Signalanlage 1 angebracht sein, wie dies schematisch in Fig. 4 dargestellt ist, und/oder kann beabstandet zur Signaleinrichtung der Signalanlage 1 angeordnet sein, beispielsweise unterhalb der Fahrbahn einer oder mehrerer Zubringerstraßen angeordnet sein, wie dies ebenfalls schematisch in Fig. 4 dargestellt ist. Die Signal einrichtung ist zur Wiedergabe der von den Stellgrößen 7 abhängigen Signalen ausgebildet. Die Signaleinrichtung kann insbesondere als Lichtsignaleinrichtung 12 zur Wiedergabe von Lichtsignalen ausgebildet sein, womit die Signalanlage 1 als Ampel ausgebildet sein kann.

Der Sensor 11 kann ausgebildet sein um das aktuelle Wetter, die Zuflüsse der Zubringerstraßen der Kreuzung, den Rückstau auf den Zubringerstraßen der Kreuzung und/oder Unfälle im Bereich der Kreuzung und im Umgebungsbereich um die Kreuzung herum zu bestimmen. Zu diesem Zwecke kann der Sensor 11 Induktionsschleifen, Temperatursensoren, Lichtschranken, Magnetsensoren, Bildsensoren, beispielsweise Videosensoren, Laserscanner, und/oder Radarsensoren umfassen.

In vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine Bewertungskriterium 4 zumindest teilweise mittels einer externen Eingangs-Schnittstelle, vorzugsweise von einem Handeingabegerät oder von einem hierarchisch übergeordneten Regelsystem, vorgegeben wird. Dazu kann die Verkehrseinrichtung 2, die Bewertungseinrichtung 6 und/oder die Beurteilungseinrichtung 8 mit einem Eingabegerät im Bereich der Kreuzung, einer Zentrale, insbesondere einer Verkehrsleitsteile, oder mit dem übergeordneten Regelsystem, beispielsweise einem Regelsystem welches ein Verfahren zur Regelung einer Signalanlagenanordnung entlang einem Hauptverkehrsweg oder einem Nebenverkehrsweg ausfuhrt, verbunden sein, beispielsweise funk- oder kabelverbunden sein. Vorteilhaft dabei ist, dass derart das Bewertungskriterium 4 von fern verändert werden kann, womit der Verkehrsfluss an der Kreuzung von außen steuerbar ist bzw. mit benachbarten weiteren Signalanlagen wenigstens teilweise synchronisiert werden kann. Vorteilhaft dabei ist, dass lediglich geringe Datenmengen zu übertragen sind, da das Verfahren weiterhin, wenigstens weitestgehend, autonom arbeiten kann bzw. dass der Schadstoffausstoß entlang von Hauptverkehrswegen verringert werden kann, indem der Verkehrsfluss über die Kreuzung hinaus optimiert wird.

In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass von der Bewertungseinrichtung 6 eine Rückmeldung an eine externe Ausgangs-Schnittstelle, vorzugsweise an eine Anzeigeeinrichtung oder das hierarchisch übergeordnete Regelsystem, übermittelt wird. Vorteilhaft dabei ist, dass derart die Funktionsweise der Signalanlage 1 einfach kontrolliert und/oder das Verfahren zur Regelung einer weiteren Signalanlage 1 einer ·* # · i« ι · * · · · * * · * ♦«· · «** · • I · ·« · · ·» % « t · * ♦ · · ·# ·* ·· *« ··« ·· * 16 weiteren Kreuzung durch die Rückmeldung beeinflusst werden kann. Vorteilhaft ist weiters, dass lediglich geringe Datenmengen zu übertragen sind, da die Rückmeldung üblicherweise geringe Datenmengen verursacht.

Die Verkehrseinrichtung 2, die Bewertungseinrichtung 6 und gegebenenfalls die Beurteilungseinrichtung 8 können in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein, wodurch eine besonders kompakte Bauweise bereitgestellt werden kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Computer mehrere oder auch alle der Einrichtungen 2, 6, 8 umfasst.

Die Erfindung betrifft weiters ein Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte des vorstehenden Verfahrens ausgefuhrt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer läuft. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem Datenträger gespeichert sein.

Beispielsweise können bei einer Ausbildung eines der Modelle als Look-Up-Tables für vorgegebene Eingangsparameter 10 auf einzelnen Tabellenblättem die dazugehörenden Ausgangsparameter abgespeichert werden und anhand der aktuellen Eingangsparameter 10 die aktuellen Ausgangsparameter interpoliert werden. Beispielsweise können bei dem Verkehrsmodell der Verkehrseinrichtung 2 Verkehrssituationen für vorgegebene Eingangsparameter 10 auf einzelnen Tabellenblättem abgespeichert werden und anhand dieser Einträge anhand der aktuellen Eingangsparameter 10 die ersten Verkehrsparameter 31 interpoliert werden.

Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen weisen lediglich einen Teil der beschriebenen Merkmale auf, wobei jede Merkmalskombination, insbesondere auch von verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen, vorgesehen sein kann.

Patentansprüche:

Claims (10)

1. * 1 « * * * 17 GIBLER & POTH Patentanwälte OEG Dorotheergasse 7 - A-1010 Wien - patem@aon.at Tel; +43 (1) 512 10 98 - Fax: +43 (1) 513 47 76 32097/pt PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Regelung einer Signalanlage (1) einer Kreuzung, wobei - wenigstens ein Eingangsparameter (10) einer Verkehrseinrichtung (2) übergeben wird, - von der Verkehrseinrichtung (2) erste Verkehrsparameter (31) der aktuellen Verkehrssituation ermittelt werden, - zumindest ein Bewertungskriterium (4) vorgegeben wird, - die ersten Verkehrsparameter (31) und das zumindest eine Bewertungskriterium (4) einer Bewertungseinrichtung (6) übergeben werden, von der Bewertungseinrichtung (6) Stellgrößen (7) ermittelt werden und - die Signalanlage (1) mit den Stellgrößen (7) betrieben wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Verkehrseinrichtung (2) zweite Verkehrsparameter (32) der zukünftigen Verkehrssituation prognostiziert werden und die zweiten Verkehrsparameter der Bewertungseinrichtung übergeben werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit den ersten Verkehrsparametem (31) die Zuflüsse und Abbiegeraten der Zubringerstraßen der Kreuzung bestimmt werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass von der Verkehrseinrichtung (2) die ersten Verkehrsparameter (31) und/oder die zweiten Verkehrsparameter (32) einer Beurteilungseinrichtung (8) übergeben werden und von der Beurteilungseinrichtung (8) zumindest teilweise das zumindest eine Bewertungskriterium (4) ermittelt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkehrseinrichtung (2) und/oder die Bewertungseinrichtung (6) und/oder die Beurteilungseinrichtung (8) adaptiv ausgebildet sind.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkehrseinrichtung (2) und/oder die Bewertungseinrichtung (6) und/oder die Beurteilungseinrichtung (8) ein Machine-Leaming-Modell und/oder Pattem-Recognition-Modell umfasst.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Eingangsparameter (10) zumindest teilweise mittels eines Sensors (11) im Bereich der Kreuzung bestimmt wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Bewertungskriterium (4) zumindest teilweise mittels einer externen Eingangs-Schnittstelle, vorzugsweise von einem Handeingabegerät oder von einem hierarchisch übergeordneten Regelsystem, vorgegeben wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass von der Bewertungseinrichtung (6) eine Rückmeldung an eine externe Ausgangs-Schnittstelle, vorzugsweise an eine Anzeigeeinrichtung oder das hierarchisch übergeordnete Regelsystem, übermittelt wird.
10. 10. Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgefuhrt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer läuft. Der Patentanwalt: GIBLER^ft PO TH OEG Dorotheergasse 7 - /P10TD men - paceni@aon.ac Tel: +43 (1) 512 10 98 - Fax: +43 (1) 513 47 76