BESCHREIBUNG
Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist, löst folgende Aufgabe. Es soll ein Verfahren gefunden werden, durch welches bestehende Stauungen aufgelöst werden, und das Endstehen neuer Stauungen an jeder als Staugefahrenstelle angesehenen Strassenstelle verhindert wird. Das vorliegende Verfahren kann vor allem im Strassenverkehr zur Anwendung kommen. Gegenüber dem heutigen Verkehrsgeschehen bietet das Verfahren folgende Vorteile: Erstens gleichmässigerer Verkehrsfluss, mit den Vorteilen der höheren Verkehrssicherheit, höherem Fahrkomfort, geringerem Energieverbrauch, geringerer Umweltbelastung und weniger mechanischen Verschleiss. Zweitens höhere Strassenkapazität auf kreuzungsfreien Strassen, mit den Vorteilen einer verkürzten Reisezeit und dem möglichen Verzicht auf Strassenbauten.
Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Hauptbeispiele näher beschrieben. Die schematisch dargestellten Figuren zeigen:
Fig. 1 zeigt Fahrzeuge M, welche von zwei verschiedenen Strassen herkommend, zur gemeinsamen Staugefahrenstelle G3 fahren, ebenso Teilstreckenwerte St und örtlich vorgesehene Geschwindigkeitswerte VO.
Fig. 2 zeigt Fahrzeuge M, welche entweder zur Staugefahrenstelle G1 oder G2 fahren und Signale betreffend Höchstgeschwindigkeit mit veränderbarem Anzeigewert an Strassenstellen R, ebenso Teilstreckenwerte St.
Beispiel 1, bezugnehmend auf Fig. 1:
In den folgenden Klammern stehen jeweils Ergebnisse für die Fahrzeuge M1, M2 und M3. Vorgängig werden die Positionen der Fahrzeuge erfasst. Dann wird erstens für jedes Fahrzeug die örtlich vorgesehene Geschwindigkeit V0 ermittelt (100 km/h, 100 km/h, 100 km/h), welche die Fahrzeuge bei schwachem Verkehr anwenden. Zweitens wird je die Fahrstrecke S vom jeweiligen Erfassungsort zur Strassenstelle B berechnet (0 km, 0,06 km, 0,12 km). Drittens wird berechnet wieviel Zeit jedes Fahrzeug vom Erfassungsort zur Staugefahrenstelle G3 braucht, wenn auf den Teilstrecken St die örtlich vorgesehenen Geschwindigkeitswerte V0 angewendet werden. Diese Zeit entspricht der Fahrzeitmarke T für Fahrzeuge (0,0045 h, 0,0051 h, 0,0057 h).
Viertens werden die Marken T', d.h. die Marken der jeweilig in bezug auf die Fahrzeitmarken benachbarten Fahrzeuge ermittelt, wobei T > T' [0 h (kein benachbartes Fahrzeug vorhanden), 0,0045 h, 0,0051 h]. Fünftens wird die Kapazität K der Staugefahrenstelle G3 ermittelt, wobei angenommen wird, dass zur Zeit 1650 Fahrzeuge in der Stunde die Stelle G3 passieren können. Sechstens wird die Wartezeit W bzw. die Wartezeit W' für das benachbarte Fahrzeug berech
F net, mit der Formel: W = W' - (T - T') + K wobei F = 1 Fahrzeug. Die Wartezeit ergibt sich durch eine Summierung der einzelnen Differenzwerte von Sollzeitlücken (Kehrwert der Kapazität) minus Istzeitlücken (zeitliche Folgeabstände zwischen zeitlich benachbarten Fahrzeugen auf der selben oder auf der jeweils gegenüberliegenden Strasse), und zwar entgegen der Fahrtrichtung, wobei negative Wartezeiten nicht berücksichtigt werden.
Wenn vorgängig für das jeweils in bezug auf die Fahrzeitmarke benachbarte Fahrzeug mit Marke T' die Wartezeit W' ermittelt wurde [0 h (kein benachbartes Fahrzeug vorhanden), 0 h (Wartezeit gerade abgebaut), 0,000606 h], kann die Wartezeit W berechnet werden (0 h, 0,00000606 h, 0,000012 h).
Siebtens wird für jedes Fahrzeug eine Sollgeschwindigkeit Vv berechnet (100 km/h, 99,0 km/h, 99,0 km/h), welches den Fahrzeugen mittels Signalen angezeigt wird. Die Formel dazu
S lautet: Vv =
S
V0
Die Sollgeschwindigkeit Vv ergibt sich also dadurch, dass die vorgesehene Fahrzeit für die restliche Fahrstrecke S zur Staugefahrenstelle um den Wert der vorgängig berechneten Wartezeit W erhöht wird. Achtens, der beschriebene Vorgang wird fortlaufend für jedes gezeichnete und für entferntere Fahrzeuge bzw. für viele Strassenstellen wiederholt. Werden die Sollgeschwindigkeitswerte berücksichtigt, dann sind Wartezeiten bei Strassenstellen B, 0,45 km vor der Staugefahrenstelle G3 abgebaut bzw. sind die Sollzeitlücken erreicht.
Abgesehen davon, dass es selbstverständlich erscheint, die ständig zu wiederholenden Aufgaben nicht manuell auszuführen, so ist dies zum grössten Teil vonnöten, weil die Berechnungen zeitabhängig sind. Nun benötigt man aber auch für die Tätigkeiten, insbesondere zum Abarbeiten der Formeln und zum Datentransport zwischen den verschiedenen Orten eine gewisse Zeit, welche sich als Fehler auswirken würde, der das Verfahren in Frage stellen würde.
Beispiel 2, bezugnehmend auf Fig. 2:
Der Ablauf des Verfahrens ist insbesondere auch durch Vergleich der zeitlich aufeinanderfolgenden und abgestimmten Zahlenbeispiele ersichtlich.
Die Fahrzeuge M werden in diesem Beispiel bei den gezeichneten und bei zusätzlichen Strassenstellen R erfasst und gezählt.
Die Sollgeschwindigkeitswerte, welche die Fahrzeuge beachten sollen, werden durch die Signale betreffend Höchstgeschwindigkeit an den Strassenstellen R angezeigt. Die Flussänderung des Verkehrs bei der Verzweigung A wird mittels Faktor Z berücksichtigt. Dieser gibt die Verkehrsteile für die Staugefahrenstelle G1 bzw. G2 an. Die Wartezeit kann hier auf drei verschiedene Arten berechnet werden, und zwar mit folgender Formel:
F
W = W' - (T - T') + . Z
K
In den folgenden Berechnungsbeispielen wird angenommen, dass Z = 40 der Fahrzeuge zur Staugefahrenstelle G1, bzw.
Z = 60(!to Richtung G2 fahren werden und dass die Kapazität K = 1650 Fahrzeuge/h für G1 bzw. G2 beträgt.
Art 1: Bei dieser und der Art 2 werden die Fahrzeuge puntuell erfasst und es ist eine Uhr vonnöten zur Ermittlung von Zeitlücken .
Es werden also an einer Strassenstelle z.B. von R4, Fahrzeuge z.B. F = 3 gezählt, welche zwischen einer vorgängigen Uhrzeitmarke z.B. T' = 18 h = 18:00:00 und der aktuellen Uhrzeitmarke z.B. T = 18,001 h, die Strassenstelle R4 passierten.
Wurde vorgängig zur Uhrzeitmarke T' bereits eine Wartezeit W' = 0 h betreffend der Staugefahrenstelle G1 berechnet, so
3 lautet das Berechnungsbeispiel: W = 0 - (18,001 - 18) +
1650
40 100 - -0,0002728 h bzw. 0 h, da negative Wartezeitwerte nicht zur Anwendung kommen. Würde bei gleichen Bedingungen F = 6 Fahrzeuge bis zur Uhrzeitmarke T = 18,002 h ge zählt, würde die Berechnung so lauten: W = 0 - (18,002
6 40
18,001) + - zu - = 0,0004545 h.
1650 100
Art 2: Hier wird die aktuelle Uhrzeitmarke z.B. T =
18,0005 h und die vorgängig erfasste Uhrzeitmarke z.B. T' =
18 h festgehalten, zu welchen je ein Fahrzeug z.B. die Strassen stelle R2 passierte. Sofern zur Uhrzeitmarke T' eine Wartezeit
W' = 0,001 h ermittelt wurde, lautet das Berechnungsbeispiel wie folgt: W = 0,001.- (18,0005 - 18) + = 0,0011 h.
1650
Für ein weiteres Fahrzeug, welches zur Uhrzeitmarke T = 18,0015 h die Strassenstelle R2 passieren würde, lautet die Berechnung so: W = 0,0011 - (18,0015 - 18,0005) + = 0,000706 h.
1650
Art 3: Hier werden die Fahrzeuge streckenmässig erfasst, und es ergeben sich die Zeitlücken durch die Anwendung der örtlich vorgesehenen Geschwindigkeitswerte V0 auf den Teilstrecken (vergleiche Beispiel 1).
Vorgängig werden die Fahrzeitmarken der Strassenstellen R z.B. gegenüber Bezugspunkt G2 ermittelt, wie das in Beispiel 1 für die Fahrzeuge an ihren momentanen Positionen geschah.
Zum Beispiel beträgt die Marke für R3:
0,4km 0,6km T = + = 0,011 h, für R2 (für R3 als be-
80 km/h 100 km/h nachbarte Marke T'): T = 0,005 h. Es werden fortlaufend, auf irgendeine Art, die Fahrzeuge gezählt, welche sich zwischen den Strassenstellen befinden. Sofern vorgängig für die Strassenstelle R2 eine Wartezeit W' = 0,003 h betreffend G2 ermittelt wurde und F = 16 Fahrzeuge zwischen R2 und R3 gezählt wurden, lautet das Berechnungsbeispiel für die Strassenstelle R3 wie folgt:
16 60 W=0,003-(0,011-0,005)+ . = 0,0028181 h.
1650 100 Würden bei gleichen Bedingungen und zum unmittelbar folgenden Berechnungszeitpunkt F = 41 Fahrzeuge zwischen Strassenstelle R3 und R4 gezählt, sieht die Berechnung für Strassenstelle R4, deren Fahrzeitmarke T = 0,026 h beträgt, wie folgt aus:
41 60 W = 0,0028181 - (0,026 - 0,011) + zu zu - = 0,002727 h.
1650 100 Der beschriebene Vorgang wird dauernd wiederholt.
Zur Auflösung von bestehenden Stauungen vor den Staugefahrenstellen Gl resp. G2 kommt, solange sich jegliche Fahrzeuge vor Gl resp. G2 stauen, ein für diese Staugefahrenstellen stautypischer Kapazitätswert von z.B. K = 1200 Fahrzeuge/h zur Anwendung, sofern die Wartezeit nach Art 3 oder der Art in Beispiel 1 ermittelt wird, bzw. ein tieferer Wert von z.B. K = 600 Fahrzeuge/h, sofern die Wartezeit nach Art 1 oder Art 2 ermittelt wird, weil hier der Umfang der Stauung unbekannt ist.
Die Sollgeschwindigkeitswerte Vv, welche die Signale der Strassenstellen R anzuzeigen haben, werden wie in Beispiel 1 mit folgender Formel berechnet:
S Vv= . Die Strecken S reichen hier bis zur jeweiligen . W VO Staugefahrenstelle. Bezüglich der Staugefahrenstelle G2 betragen diese Strecken: für R3: S = 1 km, für R4: S = 2,5 km, für R5: S = 3 km. Die örtlich vorgesehenen Geschwindigkeitswerte betragen: für R3: V0 = 100 km/h, für R4: V0 = 100 km/h, für R5: V0 = 90 km/h.
Die Formeln lauten dementsprechend: 1 für R3: Vv =
1 + W
100
2,5 für R4: Vv =
2,5 + W
100
3 für R5: Vv =
3 ffi+W
90 und die Ergebnisse für Strassenstelle R4 zur Uhrzeitmarke 18,001 h (W = 0 h) Vv = 100 km/h, zur Uhrzeitmarke 18,002 h (W = 0,0004545 h) Vv = 98,21 km/h.
Nachfolgend wird eine zweite Art zur Berechnung der Sollgeschwindigkeit Vv erklärt. Ohne Anwendung des Verfahrens, muss ein Fahrzeuglenker beim Durchfahren der Strecke von Rb nach G2 unterschiedliche Höchstgeschwindigkeiten beachten, 120 km/h bei Rb, 90 km/h bei R5, 100 km/h bei R4, und 80 km/h bei R2. Mit Anwendung des Verfahrens und zwar nach der ersten Art der Ermittlung der Sollgeschwindigkeit, ergeben sich kleinere Differenzwerte zwischen den Strassenstellen, wohingegen nach der zweiten Art diese Differenzwerte noch kleiner werden und im Idealfall sukzessive gänzlich verschwinden könnten, je nach Grösse der Wartezeit. Dies kann dadurch erreicht werden, dass man die Formelwerte bezüglich Sollgeschwindigkeit modifiziert, je nach Wartezeitwert.
Strecken, für welche höhere Geschwindigkeitswerte vorgesehen sind, haben ein zusätzliches Vermögen die Wartezeit abzubauen. Deshalb werden die Geschwindigkeitswerte dieser Strekken jeweils vorerst auf das tiefere Niveau reduziert. Nachfolgend wird das Vorgehen für Strassenstelle R5 näher beschrieben.
Immer aus der Sicht der Strassenstelle R5 gesehen, besitzen die Strecken zwischen R2 und R4 (1,5 km + 0,6 km) mit einem örtlich vorgesehenen Geschwindigkeitswert von Vn = 100 km/h (n = höchste Stufenzahl, hier Stufe 3), ein zusätzliches Vermögen, die Wartezeit abzubauen, gegenüber dem nächst tieferen Geschwindigkeitsniveau von Vn-l = 90 km/h (Stufe 2) der Strecke zwischen R4 und R5 (0,5 km). Das Wartezeitabbauvermögen der Stufe 3 gegenüber der Stufe 2 lässt sich demnach wie folgt berechnen:
1,5 km + 0,6 km 1,5 km + 0,6 km 90 = 90 km/h 100 km/h = 0,0023 h.
(Wn = O)
Ein Wartezeitabbauwert ergibt sich, wenn ein hinteres Fahrzeug mit einer tieferen Geschwindigkeit eine bestimmte Strecke oder bestimmte Teilstrecken durchfährt als ein vorderes Fahrzeug mit dem höheren Geschwindigkeitswert.
Wenn die für Strassenstelle R5 berechnete Wartezeit kleiner ist als 0,0023 h, dann wird die Geschwindigkeitsregelung auf die Teilstrecken zwischen R4 und R2 (1,5 km + 0,6 km) beschränkt, weil die Wartezeit dort vorgängig abgebaut werden kann. Solange die berechnete Wartezeit also kleiner ist als 0,0023 h, zeigt das Signal von Strassenstelle R5 einen Geschwindigkeitswert von 90 km/h an, weil eine Berechnung der Sollgeschwindigkeit mit der Formel für die höchste Stufe:
Vv = 115 +
100 eine höhere Geschwindigkeit ergäbe als 90 km/h. Die Strecken zwischen R2 und R5 (0,5 km + 1,5 km + 0,6 km) haben nun wiederum ein zusätzliches Wartezeitabbauvermögen gegenüber dem nächst tieferen Geschwindigkeitsniveau von Vn-2 = 80 km/h (Stufe 1).
Der Geschwindigkeitswert von 90 km/h darf also bezüglich der örtlichen Höchstgeschwindigkeiten auf den Teilstrecken St mit den Werten 0,5 km, 1,5 km und 0,6 km angewendet werden. Wartezeitabbauvermögen der Stufe 2 gegen über Stufe 1:
0,5 + 1,5 + 0,6 0,5 + 1,5 + 0,6 Wn-2 = Wn-1 + ( - ) =
80 90 0,005944 h.
Den gesamten Wartezeitabbauwert erhält man also, indem man Wartezeitabbauteile für nach noch tieferen Geschwindigkeitsniveaus summiert.
Ist nun Wn-l < W < Wn-2, dann wird der Sollgeschwin digkeitswert für Strassenstelle R5 mit folgender modifizierter Formel berechnet: für Stufe 2:
0,5 + 1,5 + 0,6 Vv = 0,5 + 1,5 + 0,6 + W - 0,0023
90
Die Sollgeschwindigkeit ergibt sich hier und in den folgenden Formeln dadurch, dass man die Formel stufenweise anpasst, indem die bereits durch vorangegangenen Stufen abgebaute Wartezeit von der vorberechneten Wartezeit W subtrahiert wird, indem ein örtlicher Geschwindigkeitswert V0 angewendet wird, welcher Ursache des Wartezeitabbauvermögens der letzten Stufe ist und indem ein Streckentotal S angewendet wird, für welches der letztgenannte Geschwindigkeitswert allgemein Gültigkeit haben kann, bezüglich der örtlichen Höchstgeschwindigkeiten.
Ist die Wartezeit W grösser als Wn-2, dann kann es mehr oder weniger vereinheitlichte Geschwindigkeitswerte für die einzelnen Fahrzeuge zwischen den Strassenstellen R5 und G2 geben, und es wird der V,-Wert wie folgt berechnet: für Stufe 1:
0,5 + 1,5 + 0,6 + 0.4
Vv = 0,5 + 1,5 + 0,6 + 0,4
80 + W - 0,005944 (80 km/h sind auf allen Teilstrecken erlaubt!). Bei einer Wartezeit von 0,005944 h könnte bei idealen Bedingungen die Strecke zwischen R5 und G2 also mit 80 km/h durchfahren werden.
Aus der Sicht der Strassenstelle R4 lauten die Formeln wie folgt:
Vn = V0 = 100 km/h (= Stufe 2), Vn= 80 km/h (= Stufe 1) für Stufe 2 nach Stufe 1: 1,5 km + 0,6 km 1,5 km + 0,6 km Wn-1 = - = 0,00525 h
80 km/h 100 km/h für Stufe 2: 1,5 + 0,6 Vv = , wenn W < Wn-1
1,5 + 0,6
100 für Stufe 1: 1,5 + 0,6 + 0,4 Vv =
1,5 + 0,6 + 3,4 + W - Wn-1
80 wenn W # Wn-1 für Strassenstelle R4 ergäbe sich demnach zur Uhrzeitmarke 18,002 h, bei einer Wartezeit von 0,0004545 h eine Sollgeschwindigkeit von 97,88 km/h.
Zur Auflösung und Verhinderung von Stauungen vor den Staugefahrenstellen G1 und G2 wird für die Strassenstellen R der Wartezeitwert W und der Geschwindigkeitswert Vv je für G1 und für G2 ermittelt. Zur Anzeige kommt jedoch der tiefere der beiden ermittelten Geschwindigkeitswerte.
An den der Staugefahrenstelle entferntesten Strassenstellen Ra und Rb, beim Übergang vom freien zum geregelten Verkehr, wird die Reduktion der örtlich vorgesehenen Geschwindigkeit begrenzt. Für Vv-Werte innerhalb des Bereichs: 0 bis 92,5 km/h soll das Signal bei Strassenstelle Rb einen Wert von 90 km/h anzeigen, bei Strassenstelle Ra für den Bereich 0 bis 72,5 km/h einen solchen von 70 km/h anzeigen.
Alle Signale können auch Geschwindigkeitswerte in der Abstufung von z.B. 5 km/h anzeigen, namentlich bei höheren Sollwerten, z.B. für ermittelte Werte innerhalb des Bereichs 97,5 bis 102,5 km/h den Wert 100 km/h.
Mit den Formeln betreffend Wartezeitabbauvermögen kann man schliesslich auch ermitteln, welche gesamte Wartezeit ein vorgesehenes Streckentotal abbauen kann, wenn man noch eine Minimalgeschwindigkeit festlegt, welche möglichst nicht unterschritten werden soll.