DE10022812A1 - Verfahren zur Verkehrslagebestimmung auf Basis von Meldefahrzeugdaten für ein Verkehrsnetz mit verkehrsgeregelten Netzknoten - Google Patents
Verfahren zur Verkehrslagebestimmung auf Basis von Meldefahrzeugdaten für ein Verkehrsnetz mit verkehrsgeregelten NetzknotenInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Verkehrslage auf der Basis von Verkehrsdaten, die durch sich im Verkehr mitbewegende Meldefahrzeuge gewonnen werden, für ein Verkehrsnetz mit verkehrsgeregelten Netzknoten und diese verbindenden Streckenkanten. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden für die Reisezeiten auf den Streckenkanten indikative Verkehrsdaten durch sich im Verkehr mitbewegende Meldefahrzeuge gewonnen, daraus die Reisezeiten streckenkantenspezifisch ermittelt und anhand dieser die mittlere Warteschlangen-Fahrzeuganzahl, die mittlere Fahrzeuganzahl, die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit außerhalb der Warteschlange, die mittlere Wartezeit in der Warteschlange und/oder die mittlere Fahrzeugdichte außerhalb der Warteschlange für die jeweilige Streckenkante bestimmt. DOLLAR A Verwendung zur FCD-gestützten Rekonstruktion der aktuellen Verkehrslage und für darauf aufbauende Verkehrsprognosen, insbesondere für Straßenverkehrsnetze von Ballungsräumen.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verkehrslage
bestimmung auf der Basis von Verkehrsdaten, die durch sich im
Verkehr mitbewegende Meldefahrzeuge gewonnen werden, für ein
Verkehrsnetz mit verkehrsgeregelten Netzknoten und diese ver
bindenden Streckenkanten.
Verfahren zur Bestimmung der aktuellen wie auch der zukünftig
zu erwartenden Verkehrslage sind vor allem für Straßenverkehrs
netze in vielerlei Ausprägungen bekannt und gewinnen aufgrund
des ständig wachsenden Verkehrsaufkommens zunehmend an Bedeu
tung. Gebräuchliche Verkehrsprognosemethoden lassen sich grob
in zwei Typen unterteilen, nämlich historische Ganglinienprog
nosen und dynamische Verkehrsprognosen. Erstere basieren auf
zuvor gewonnenen Verkehrslagedaten, aus denen ein Archiv so
genannter Ganglinien angelegt wird, anhand derer dann aus aktu
ellen Verkehrslagedaten durch einen sogenannten Matching-Pro
zess, bei dem eine am besten passende Ganglinie ausgewählt
wird, auf die zukünftige Verkehrslageentwicklung geschlossen
wird. Die dynamische Verkehrsprognose basiert auf einer Erken
nung verkehrlicher Objekte bzw. Verkehrszustände, wie freier
Verkehr, synchronisierter Verkehr und Stau, aus aktuellen Ver
kehrsmessungen und auf der dynamischen Verfolgung dieser indi
vidualisierten Verkehrszustände. Es können auch beide Prognose
methoden kombiniert zur Anwendung kommen. Derartige historische
und dynamische Verkehrsprognosen sind z. B. in der Patentschrift
DE 195 26 148 C2, den Offenlegungsschriften DE 196 47 127 A1
und DE 197 53 034 A1 sowie der älteren deutschen Patentanmel
dung 198 35 979.9 beschrieben. Eine notwendige Voraussetzung
eines jeden Verkehrsprognoseverfahrens ist die Bestimmung der
aktuellen Verkehrslage zum Prognosezeitpunkt und gegebenenfalls
zu früheren Zeitpunkten.
Die meisten gebräuchlichen Verfahren zur Verkehrslagestimmung
sind auf Verkehrsnetze abgestellt, bei denen die Dynamik des
Verkehrsablaufs im wesentlichen durch die Verkehrsverhältnisse
auf den verschiedenen Streckenkanten, d. h. den Wegeverbindungen
zwischen je zwei Netzknoten, selbst bestimmt ist, d. h. durch
die Dynamik der verschiedenen identifizierbaren verkehrlichen
Objekte und Phasenübergänge zwischen denselben. Solche Verhält
nisse sind beispielsweise für Schnellstraßen gegeben.
Hingegen gelten in Verkehrsnetzen von Ballungsräumen andere
Verhältnisse. Dort ist der Verkehrsablauf meist durch die Ver
kehrsregelungsmaßnahmen an den Netzknoten, z. B. in Form von
Lichtsignalanlagen an Kreuzungen, bestimmt und kaum durch die
verkehrsdynamischen Effekte auf den häufig relativ kurzen Stre
ckenkanten zwischen den Knoten. Es ist bekannt, dass in diesen
Fällen eine Warteschlangentheorie angewendet werden kann, bei
der die Länge der Warteschlange vor dem jeweiligen verkehrsge
regelten Netzknoten, die Dauern von Freiphasen, während denen
der Verkehr am betreffenden Netzknoten freigegeben ist, und von
Unterbrechungsphasen, während denen der Verkehr am Netzknoten
angehalten wird, die Geschwindigkeit der Fahrzeuge außerhalb
der typischen Warteschlangen vor den Netzknoten, die Zuflüsse
zur Warteschlange und die Länge der Streckenkanten für die Ver
kehrsdynamik von Bedeutung sind, siehe z. B. die Veröffentli
chungen S. Miyata et al., "STREM", Proc. of the 2nd Word Cong
ress on Intelligent Transport Systems, Yokohama, Band 1, Seite
289, 1995 sowie B. Ran und D. Boyce, "Modeling Dynamic Trans
portation Networks", Springer-Verlag, Berlin, 1996.
In der nicht vorveröffentlichten, älteren deutschen Patentan
meldung 199 40 957.9 ist ein Verkehrsprognoseverfahren beschrieben,
das sich speziell für Ballungsraum-Verkehrsnetze
eignet. Dieses Verkehrsprognoseverfahren baut auf einer Erfas
sung von aktuellen, durch die Frei- und Unterbrechungsphasen
der verkehrsgeregelten Netzknoten zeitdiskretisierten Verkehrs
zustandsparametern auf, wie dem aktuellen Fahrzeugabfluß aus
einer Warteschlange, dem aktuellen Fahrzeugzufluß in die Warte
schlange und die aktuelle Anzahl von Fahrzeugen in der Warte
schlange. Aus den aktuellen, zeitdiskretisierten Verkehrszu
standsparametern werden effektive kontinuierliche Verkehrzu
standsparameter bestimmt, darunter mindestens ein effektiver
kontinuierlicher Fahrzeugabfluß aus einer Warteschlange
und/oder ein effektiver kontinuierlicher Fahrzeugzufluß in die
Warteschlange, anhand derer ein oder mehrere Verkehrsparameter
auf der Basis einer dynamischen makroskopischen Modellierung
des Verkehrs prognostiziert werden, z. B. die zu einem Prognose
zeitpunkt zu erwartende Reisezeit für eine bestimmte Fahrtstre
cke und/oder die zu erwartende Verkehrslage wenigstens hin
sichtlich der Anzahl von in Warteschlangen stehenden bzw. au
ßerhalb davon fahrenden Fahrzeugen und/oder der voraussichtli
chen Länge der jeweiligen Warteschlange. Der Inhalt dieser äl
teren Anmeldung wird vor allem auch hinsichtlich der dort zu
findenden Erklärungen und Definitionen von auch vorliegend re
levanten Begriffen und physikalischen Größen hierin in vollem
Umfang durch Verweis aufgenommen.
In einer parallelen deutschen Patentanmeldung der Anmelderin
(unsere Akte: P033150/DE/1) ist ein Verfahren zur Gewinnung von
Verkehrsdaten durch sich im Verkehr mitbewegende Meldefahrzeu
ge, d. h. zur Gewinnung von sogenannten FCD (floating car data),
beschrieben, das sich ebenfalls speziell für Verkehrsnetze von
Ballungsräumen eignet, d. h. für Verkehrsnetze, bei denen der
Verkehr durch die Verkehrsregelungsmaßnahmen an den Netzknoten
dominiert wird. Dieses Verfahren beinhaltet eine spezielle Ge
winnung von FCD, d. h. von dynamischen Einzel- bzw. Meldefahr
zeugdaten, die Zeitstempelinformationen beinhalten, welche je
weils einen Meldezeitpunkt bezeichnen, der nicht früher als der
Zeitpunkt des Verlassens einer betreffenden Streckenkante und
nicht später als der Zeitpunkt liegt, zu dem das Meldefahrzeug
einen Abschnitt einer danach befahrenen Streckenkante vor einem
nächsten berücksichtigten Netzknoten erreicht. Aus diesen Zeit
stempelinformationen können die Fahrtrouten der Melde- bzw.
FCD-Fahrzeuge verfolgt und die zu erwartenden Reisezeiten für
die jeweilige Streckenkante ermittelt werden, gegebenenfalls
individuell für jede von mehreren Richtungsspurmengen dersel
ben. Der Begriff "Richtungsspurmenge" bezeichnet hierbei die
Menge der verschiedenen Richtungsspuren einer Streckenkante,
die jeweils eine oder mehrere Fahrspuren umfassen können und
dadurch definiert sind, dass die eine oder mehreren Fahrspuren
einer jeweiligen Richtungsspurmenge gleichberechtigt von den
Fahrzeugen benutzt werden können, um den Netzknoten zur Weiter
fahrt in einer oder mehreren zugeordneten Zielrichtungen zu
passieren. Da für das vorliegende Verkehrslagebestimmungsver
fahren dieses FCD-Verkehrsdatengewinnungsverfahren als eine be
vorzugte Grundlage zur Bestimmung von Reisezeiten für jede je
weilige Streckenkante dienen kann, wie sie vorliegend benutzt
werden, wird auch der Inhalt dieser älteren Anmeldung hierin in
vollem Umfang durch Verweis aufgenommen.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung
eines Verfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, mit dem
ein oder mehrere, für die Verkehrslage indikative Verkehrspara
meter unter Verwendung von FCD-Informationen vergleichsweise
gut bestimmt werden können, insbesondere auch für Verkehrsnetze
von Ballungsräumen.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung ei
nes Verkehrslagebestimmungsverfahrens mit den Merkmalen des An
spruchs 1. Gemäß diesem Verfahren werden durch sich im Verkehr
mitbewegende Meldefahrzeuge für die Reisezeiten auf den Stre
ckenkanten indikative Verkehrsdaten, d. h. zur Reisezeitermitt
lung geeignete FCD, gewonnen und anhand dieser Verkehrsdaten
die Reisezeiten für die Streckenkanten ermittelt. Anhand der
ermittelten streckenkantenspezifischen Reisezeiten werden dann
ein oder mehrere Verkehrslageparameter bestimmt, und zwar die
mittlere Anzahl von Fahrzeugen in einer Warteschlange einer je
weiligen Streckenkante vor einem verkehrsgeregelten Netzknoten,
die mittlere Anzahl von Fahrzeugen insgesamt auf der Strecken
kante, die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit auf der Strecken
kante vor einer eventuellen Warteschlange, d. h. zwischen dem
Anfang der Streckenkante bis zum stromaufwärtigen Warteschlan
genende, die mittlere Wartezeit in der jeweiligen Warteschlange
und/oder die mittlere Fahrzeugdichte auf der Streckenkante vor
der Warteschlange.
Mit diesem Verfahren ist es möglich, auf der Grundlage geeignet
gewonnener FCD die aktuelle Verkehrslage speziell auch für Ver
kehrsnetze in Ballungsräumen, bei denen die Verkehrsdynamik
durch die Verkehrsregelungsmaßnahmen an den Netzknoten domi
niert wird, ausreichend genau zu bestimmen, d. h. anhand der FCD
zu rekonstruieren. Weitere erfasste Verkehrsdaten, z. B. von
ortsfesten Detektoren, können zusätzlich berücksichtigt werden,
dies ist jedoch nicht zwingend. Die solchermaßen bestimmte bzw.
rekonstruierte aktuelle Verkehrslage kann dann wiederum als
Grundlage zum Aufbau einer Ganglinien-Datenbank und weiterge
hend für ganglinienbasierte und/oder für dynamische Verkehrs
prognosen dienen. Für solche Verkehrsprognosen über die zu er
wartende Verkehrslage auf einem Ballungsraum-Verkehrsnetz ist
die Kenntnis der zeitabhängigen Warteschlangenlängen an den
verkehrsgeregelten Netzknoten und der zeitabhängigen Anzahl von
Fahrzeugen auf der jeweiligen Streckenkante wichtig, die durch
das erfindungsgemäße Verfahren gewonnen werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 werden die
Reisezeiten und der oder die Verkehrslageparameter spezifisch
für jede von gegebenenfalls mehreren Richtungsspurmengen einer
jeweiligen Streckenkante separat ermittelt. Damit lässt sich
die Genauigkeit der Verkehrslagebestimmung signifikant verbes
sern, da berücksichtigt wird, dass sich auf einer Streckenkante
vor einem verkehrsgeregelten Netzknoten im allgemeinen unter
schiedlich lange Warteschlangen für verschiedene Richtungsspur
mengen bilden und/oder die Verkehrsregelung am Netzknoten meist
ebenfalls richtungsspurmengenspezifisch ist, d. h. unterschied
liche Halte- und Durchlasszeiten, auch Frei- bzw. Unterbre
chungsphasen genannt, für die verschiedenen Richtungsspurmengen
beinhaltet.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 werden
die ermittelten aktuellen Verkehrsinformationen in Form des ei
nen oder der mehreren, streckenkantenspezifisch und dabei be
vorzugt speziell richtungsspurmengenspezifisch ermittelten Ver
kehrslageparameter für eine fortlaufende Erzeugung historischer
Ganglinien bezüglich der mittleren Fahrzeuganzahl in der jewei
ligen Warteschlange, der Warteschlangenlänge, der mittleren
Wartezeit in der jeweiligen Warteschlange und/oder der mittle
ren Fahrzeuganzahl auf der jeweiligen Streckenkante genutzt.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 wird als
ein weiterer, ermittelter Verkehrslageparameter die richtungs
spurmengenspezifische Fahrzeugabbiegerate am jeweiligen Netz
knoten berücksichtigt, d. h. es wird ermittelt, wie viele Fahr
zeuge zum jeweiligen Zeitpunkt im Mittel von einer jeweiligen
Richtungsspurmenge einer in einen zugehörigen Netzknoten ein
mündenden Streckenkante über den Netzknoten in eine jeweilige
Richtungsspurmenge einer vom Netzknoten weiterführenden Stre
ckenkante einfahren. Dies lässt sich durch geeignet erhobene
FCD ermitteln, indem z. B. die aufgenommenen FCD eine Informati
on über die am Netzknoten gewählte Fahrtrichtung bzw. Rich
tungsänderung enthalten.
In einer Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 5 ist eine
unterscheidende Erkennung des Zustands der Untersättigung ei
nerseits und der Übersättigung andererseits anhand eines geeig
neten Reisezeitkriteriums vorgesehen, bei dem die ermittelte
Reisezeit mit einem Schwellwert verglichen wird, der unter an
derem von der Streckenkantenlänge, einer typischen freien Fahr
zeuggeschwindigkeit auf derselben sowie der Halte- und der
Durchlassdauer der Verkehrsregelung am Netzknoten abhängt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 ist ei
ne Bestimmung von verfahrensgemäß berücksichtigten Verkehrspa
rametern nach unterschiedlichen Gleichungssystemen für die bei
den Fälle der Untersättigung bzw. Übersättigung vorgesehen.
Ein nach Anspruch 7 weitergebildetes Verfahren erlaubt eine
spezielle, vorteilhafte Bestimmung der Fahrzeuganzahl auf einer
Streckenkante sowie des effektiven kontinuierlichen Fahrzeugzu
flusses zur Streckenkante und auch zu einer Warteschlange der
selben, wenn hierzu geeignete Verkehrsdaten von zwei oder
mehr entsprechenden FCD-Fahrzeugen vorliegen, welche die be
treffende Streckenkante in zeitlichem Abstand durchfahren.
Eine Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 8 ermöglicht
die Erkennung des Zustands totaler Überfüllung einer Strecken
kante, d. h. eines Zustands, bei der sich die Warteschlange
über die gesamte Streckenkante und eventuell noch stromauf
wärts weiter über den dortigen Netzknoten hinweg in andere
Streckenkanten hinein erstreckt.
Ein nach Anspruch 9 weitergebildetes Verfahren berücksichtigt
Zufluß- und Abflussquellen von Fahrzeugen, wie sie z. B. in In
nenstadtbereichen von Parkhäusern und Parkplätzen gebildet wer
den.
Bei einem nach Anspruch 10 weitergebildeten Verfahren wird ein
"ausgedünntes" Verkehrsnetz hinsichtlich der Verkehrslagebe
stimmung betrachtet, das nur einen Teil aller von den Fahrzeu
gen befahrbaren Streckenkanten eines Gesamtverkehrsnetzes ent
hält, z. B. nur Streckenkanten bestimmter Streckentypen, wie
Hauptverkehrsstraßen. Die übrigen Streckenkanten werden als Zu
fluss- und Abflussquellen von Fahrzeugen behandelt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeich
nungen veranschaulicht und wird nachfolgend beschrieben. Hier
bei zeigen:
Fig. 1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verkehrslage
bestimmung für ein Verkehrsnetz mit verkehrsgeregel
ten Netzknoten auf der Basis von FCD,
Fig. 2 eine idealisierte Darstellung eines Netzknotens zur
Erläuterung der vorliegend verwendeten streckenbezo
genen Begriffe und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Verkehrsnetzbe
reichs mit zwei benachbarten Netzknoten zur Veran
schaulichung einer vorteilhaften FCD-Gewinnung.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren in einer vor
teilhaften Realisierung anhand des in Fig. 1 illustrierten Ver
fahrensablaufs im Detail erläutert. Das Verfahren eignet sich
zur Bestimmung bzw. Rekonstruktion der Verkehrslage in einem
Verkehrsnetz mit verkehrsgeregelten Netzknoten, insbesondere in
einem Straßenverkehrsnetz eines Ballungsraums. Das berücksich
tigte Verkehrsnetz kann einem gesamten Verkehrsnetz entspre
chen, das alle von den zugehörigen Fahrzeugen befahrbaren Stre
ckenkanten eines bestimmten Gebietes umfasst, oder in einer
"ausgedünnten" Form nur einen Teil der Streckenkanten des Ge
samtverkehrsnetzes enthalten, z. B. nur Straßen ab einer be
stimmten Straßentyp-Mindestgröße, wie Hauptverkehrsstraßen. Das
Verfahren beginnt mit der Gewinnung von Verkehrsdaten durch
sich im Verkehr bewegende Meldefahrzeuge (Schritt 1), d. h. von
FCD (floating car data). Bevorzugt erfolgt diese FCD-Gewinnung
durch das in der oben erwähnten, parallelen deutschen Patentan
meldung (unsere Akte: P033150/DE/1) beschriebene Verfahren,
worauf für weitere Details verwiesen werden kann. Die FCD kön
nen dabei über fahrzeugseitig fest installierte Endgeräte, aber
auch z. B. über fahrzeugseitig mitgeführte Mobiltelefone aufge
nommen bzw. weitergeleitet werden.
Zum besseren Verständnis dieses FCD-Gewinnungsverfahrens und
auch der vorliegend verwendeten streckenbezogenen Begriffe ist
in Fig. 2 ein idealisierter Netzknoten dargestellt, in den vier
Streckenkanten j = 1, . . ., 4 einmünden und aus dem vier Strecken
kanten i = 1, . . ., 4 ausmünden. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit
ist angenommen, dass die einmündenden Streckenkanten j je zwei
verschiedene Richtungsspurmengen k = 1, 2 und die ausmündenden
Streckenkanten i ebenfalls zwei verschiedene Richtungsspurmen
gen m = 1, 2 aufweisen. Jede Richtungsspurmenge k, m kann aus ei
ner oder mehreren Fahrspuren bestehen, die von Fahrzeugen
gleichberechtigt verwendet werden können, um über den Netzkno
ten in einer oder mehreren bestimmten Richtungen weiterzufah
ren. So kann z. B. die eine Richtungsspurmenge einer einmünden
den Streckenkante eine oder mehrere Fahrspuren umfassen, von
denen aus über den Netzknoten geradeaus weitergefahren oder
nach rechts abgebogen werden kann, während die andere Rich
tungsspurmenge eine oder mehrere Fahrspuren umfassen kann, auf
denen nach links abgebogen werden kann.
Das besagte FCD-Gewinnungsverfahren gemäß der parallelen deut
schen Patentanmeldung zeichnet sich dadurch aus, dass Datenge
winnungsvorgänge wenigstens für sukzessiv befahrene Netzknoten
jeweils nicht vor dem Verlassen einer in den jeweiligen Netz
knoten einmündenden Streckenkante j ausgelöst werden und im je
weiligen Datengewinnungsvorgang als FCD eine Zeitstempelinfor
mation gewonnen wird, die einen auf den betreffenden Netzknoten
bezogenen Meldezeitpunkt angibt, der nicht früher als der Zeit
punkt des Verlassens der betreffenden Streckenkante j und nicht
später als der Zeitpunkt liegt, zu dem das Meldefahrzeug einen
Abschnitt einer danach befahrenen Streckenkante i vor einem
nächsten berücksichtigten Netzknoten erreicht oder in eine War
teschlange der nächsten berücksichtigten Streckenkante i ein
fährt.
In einem Ballungsraum-Verkehrsnetz ist, wie gesagt, die Ver
kehrsdynamik bzw. das Verhalten von Verkehrsstörungen meist
durch die Verkehrsregelung an den Netzknoten dominiert. Dabei
bildet sich häufig eine Warteschlange am Ende einer in einen
zugehörigen Netzknoten einmündenden Streckenkante. Fig. 3 zeigt
schematisch eine beispielhafte Momentaufnahme aus dem Bereich
eines Netzknotens K, in den unter anderem eine Streckenkante St
einmündet, an deren Ende sich vor dem Netzknoten K eine Warte
schlange W mit einer zugehörigen Anzahl Nq von Fahrzeugen ge
bildet hat. Das stromabwärtige Warteschlangenende liegt an ei
ner Abschluß- bzw. Haltelinie An, welche die Grenzlinie der
Streckenkante St an der Einmündung in den Netzknoten K dar
stellt. In die Warteschlange W fahren Fahrzeuge mit einem Ver
kehrsfluß qin,q ein, und aus ihr fahren Fahrzeuge mit einem
Verkehrsfluß qout heraus und in den Netzknoten K hinein, um von
dort in eine der ausmündenden Streckenkanten einzufahren. Bei
spielhaft sind drei FCD-Fahrzeuge FCD1, FCD2, FCD3 veranschau
licht, welche die Warteschlange W der betreffenden Streckenkan
te St verlassen haben und über den Netzknoten K in unterschied
liche Richtungen weiterfahren. Speziell fährt ein erstes FCD-
Fahrzeug FCD1 geradeaus weiter, ein zweites FCD-Fahrzeug FCD2
ist nach rechts abgebogen, und ein drittes FCD-Fahrzeug FCD3
ist nach links abgebogen, wobei die entsprechenden Anfangs-
bzw. Grenzlinien En1, En2, En3 eingezeichnet sind, an denen die
weiterführenden Streckenkanten beginnen.
Wie in der besagten parallelen deutschen Patentanmeldung einge
hend beschrieben, eignen sich die solchermaßen gewonnenen,
netzknotenbezogenen Meldezeitpunktinformationen enthaltenden
FCD unter anderem besonders gut dafür, aus ihnen die aktuell zu
erwartende Reisezeit ttr (j,k) für die jeweilige Streckenkante j
getrennt nach deren Richtungsspurmengen k zu ermitteln. Dies
ist dort näher dargelegt und bedarf daher hier keiner wieder
holten Erläuterung. Die Ermittlung der Reisezeiten ttr (j,k) für
die eine oder mehreren Richtungsspurmengen k der jeweiligen
Streckenkante j ist der nächste Schritt (2) im Ablauf des vor
liegenden Verfahrens und kann gemäß der in der parallelen deut
schen Patentanmeldung beschriebenen Vorgehensweise erfolgen.
Alternativ kann die Ermittlung dieser aktuell zu erwartenden
Reisezeiten ttr (j,k) anhand von hierzu gewonnenen FCD auch mit
einem beliebigen anderen, herkömmlichen Algorithmus erfolgen,
falls und soweit dem Fachmann ein solcher bekannt ist. Mit an
deren Worten ist das vorliegende Verfahren unabhängig von der
Art und Weise, wie die Reisezeiten ttr (j,k) für die verschiedenen
Streckenkanten j des Verkehrsnetzes anhand von aufgenommenen
FCD ermittelt werden.
Die ermittelten aktuellen Reisezeiten ttr (j,k) für die Richtungs
spurmengen k der Streckenkanten j des Verkehrsnetzes werden
dann zur Feststellung verwendet, ob für die jeweilige Strecken
kante j, gegebenenfalls unterschieden nach deren verschiedenen
Richtungsspurmengen k, ein Zustand der Untersättigung oder
Übersättigung vorliegt (Schritt 3). Der Zustand der Untersätti
gung ist hierbei dadurch definiert, dass die während einer Hal
te- bzw. Unterbrechungsphase, z. B. einer Rotphase einer Licht
signalanlage, am Ende der Streckenkante entstehende Wartschlan
ge durch die nachfolgende Durchlaß- bzw. Freiphase, z. B. die
Grünphase einer Lichtsignalanlage, vollständig aufgelöst wird,
was als ein zum Zustand freien Verkehrs auf Schnellstraßen ana
loges Verhalten angesehen werden kann. Der Zustand der Übersät
tigung ist dadurch definiert, dass die während einer Unterbre
chungsphase entstehende Warteschlange durch die nachfolgende
Freiphase nicht mehr vollständig aufgelöst wird, was als ein
zum Zustand dichten Verkehrs auf Schnellstraßen analoges Ver
halten angesehen werden kann. Je mehr Freiphasen ein Fahrzeug
bis zur Passierung des vor ihm liegenden verkehrsgeregelten
Netzknotens warten muß, desto mehr nimmt dieses Verhalten dich
ten Verkehrs in jeder jeweiligen Richtungsspurmenge der betref
fenden Streckenkante des Ballungsraum-Verkehrsnetzes zu.
Für die Feststellung, ob Unter- oder Übersättigung vorliegt,
wird die ermittelte Reisezeit ttr (j,k) mit einem Schwellwert
ts (j,k) verglichen, der durch die Beziehung
ts (j,k) = L(j,k)/vfree (j,k)(ρ(j,k)) + β(j,k)(TR (j,k) - γ(j,k)TG (j,k)TR (j,k)/T(j,k)) (1)
definiert ist, wobei jeweils spezifisch für die Richtungsspur
menge k der Streckenkante j mit L die gesamte Streckenlänge,
mit TR die Dauer der Unterbrechungs- bzw. Rotphasen, mit TG die
Dauer der Frei- bzw. Grünphasen, mit T = TG + TR die zugehörige
Verkehrsregelungs-Periodendauer und mit β eine geeignet vorge
gebene Konstante bezeichnet ist und γ durch die Beziehung
γ(j,k) = qsat (j,k)b(j,k)/[n(j,k)vfree (j, k)(ρ(j,k))] (2)
definiert ist, wobei als Randbedingung γ(j,k) in jedem Fall
kleiner als eins gehalten wird und wiederum jeweils spezifisch
für die Richtungsspurmenge k der Streckenkante j mit qsat ein
vorgegebener Sättigungsabfluss aus der Warteschlange, mit b ein
mittlerer Fahrzeugabstand in Warteschlangen, d. h. eine mittlere
Warteschlangen-Fahrzeugperiodizitätslänge, und mit n die Anzahl
von Fahrspuren bezeichnet sind. Mit ρ ist die mittlere Fahr
zeugdichte von außerhalb der Warteschlange, d. h. zwischen dem
Streckenkantenanfang und dem Warteschlangenanfang, fahrenden
Fahrzeugen und mit vfree(ρ) die von der Fahrzeugdichte ρ abhän
gige, mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit außerhalb der Warte
schlange bezeichnet. Die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit vfree
außerhalb der Warteschlange kann in vielen Fällen durch eine
Konstante Veff approximiert werden, die einem typischen, dich
teunabhängig vorgegebenen Wert von vfree entspricht. Die Kon
stante β ist größer gleich null und kleiner als eins und liegt
meist auf oder in der Nähe des Wertes 0,5. Die Größen qsat, TG,
TR und damit T sind vorgegebene Kenngrößen bzw. Funktionen der
anderen verkehrslageindikativen Größen. Des weiteren sind alle
vorliegend erwähnten verkehrsbezogenen Größen meist von der
Zeit abhängige Funktionen, wie sich dies für den Fachmann ver
steht und was daher bei den Größenbezeichnungen der Übersicht
lichkeit halber ebenfalls nicht explizit angegeben ist.
Die Parameter b und qsat hängen dabei im Anwendungsfall des
Straßenverkehrs vom Fahrzeugtyp ab, insbesondere von den rela
tiven Anteilen von im Mittel unterschiedlichen langen Fahrzeu
gen, wie Personenkraftwagen und Lastkraftwagen. In diesem Fall
ergeben sich die Parameter b und qsat jeweils als Summe der ent
sprechenden relativen Beiträge der verschiedenen Typen, die
sich ihrerseits jeweils als Produkt des relativen Anteils des
betreffenden Typs an der gesamten Fahrzeuganzahl multipliziert
mit dem zugehörigen typspezifischen mittleren Fahrzeugabstand
bzw. Sättigungsabfluss ergeben. Soweit in der obigen Gleichung
(2) und in nachstehenden Gleichungen die Parameter b und qsat in
Form von deren Produkt qsat.b eingehen, sei erwähnt, dass dieses
Produkt qsat.b für jede Richtungsspurmenge selbst bei Vorhanden
sein unterschiedlich langer Fahrzeuge unabhängig von deren re
lativen Anteilen dann annähernd konstant bleibt, wenn die Fahr
zeugdichte im freien Verkehr außerhalb von Verkehrsregelungs-
Warteschlangen als klein gegenüber der Warteschlangen-Fahrzeug
dichte angenommen werden kann, was in den meisten praktisch re
levanten Fällen in guter Näherung erfüllt ist.
Wenn die ermittelte Reisezeit ttr (j,k) kleiner als der so defi
nierte Schwellwert ts (j,k) ist, wird auf den Untersättigungszu
stand geschlossen, während der Übergang zum Zustand der Über
sättigung angenommen wird, wenn die ermittelte Reisezeit ttr (j,k)
über diesem Schwellwert ts (j,k) liegt.
Anschließend setzt das Verfahren mit der Bestimmung von die
Verkehrslage beschreibenden Verkehrslageparameter auf der Basis
der ermittelten Reisezeiten ttr (j,k) für die Richtungsspurmengen
k der Streckenkanten j fort (Schritt 4), wobei die Verkehrsla
geparameter für die beiden Zustände Unter- bzw. Übersättigung
nach unterschiedlichen, geeigneten Gleichungssystemen berechnet
werden, um dann daraus die aktuelle Verkehrslage zu rekonstru
ieren bzw. zu bestimmen. Bevorzugt beinhaltet dies, jeweils
spezifisch für jede Richtungsspurmenge k der jeweiligen Stre
ckenkante j, die Berechnung der mittleren Gesamtanzahl N an
Fahrzeugen, der mittleren Anzahl Nq von Fahrzeugen in der War
teschlange, der mittleren Fahrzeugdichte ρ der außerhalb der
Warteschlange fahrenden Fahrzeuge und daraus der mittleren Ge
schwindigkeit vfree der Fahrzeuge außerhalb der Warteschlange,
der mittleren Warteschlangenlänge Lq und der mittleren Warte
zeit tq in der Warteschlange.
Für den Fall der Untersättigung erfolgt dies nach folgendem
Gleichungssystem:
Dabei wurde berücksichtigt, dass die ermittelte mittlere Reise
zeit ttr (j,k) die Summe der Wartezeit tq (j,k) in der Warteschlange
und der mittleren Reisezeit tfree (j,k) für die Strecke vom Stre
ckenkantenanfang bis zum Warteschlangenanfang ist, d. h. bis zum
stromaufwärtigen Ende der Warteschlange, wobei sich letztere
aus der Beziehung
tfree (j,k) = (L(j,k) - Lq (j,k))/vfree (j,k)(ρ(j,k)) (8)
ergibt. Des weiteren kann die Reisezeit ttr, da die Warte
schlangenlänge Lq nicht kleiner als null werden kann, eine mi
nimale Reisezeit ttr,min = L/vfree +βTR 2/T zum Befahren der völlig
fahrzeugfreien Streckenkante nicht unterschreiten. Dies wird
bei allen Berechnungen im Untersättigungsfall geprüft, und ge
gebenenfalls wird die Reisezeit ttr nach unten auf dem Minimal
wert ttr,min begrenzt gehalten. Für die gesamte Anzahl N von
Fahrzeugen auf der Richtungsspurmenge k der Streckenkante j
gilt die Beziehung
N(j,k) = Nq (j,k)ttr (j,k)/tq (j,k), (9)
wobei der Quotient qin,q (j,k) = Nq (j,k)/tq (j,k) den mittleren Zufluss
in die Warteschlange angibt.
Für den Fall der Übersättigung gelten die obigen Gleichungen 3
und 6 für die mittlere Fahrzeugdichte ρ außerhalb der Warte
schlange und die mittlere Warteschlangenlänge Lq weiterhin,
während für das dann geltende Gleichungssystem die obigen Glei
chungen 4, 5 und 7 für die mittlere Gesamtanzahl N von Fahrzeu
gen, die mittlere Anzahl Nq von Fahrzeugen in der Warteschlange
und die mittlere Wartezeit tq in der Warteschlange, jeweils be
zogen auf die Richtungsspurmenge k der Streckenkante j, durch
folgende Beziehungen ersetzt werden:
Dabei ist γ1 definiert durch γ1 (j,k) = γ(j,k)TG (j,k)/T(j,k) mit dem in
der obigen Gleichung 2 definierten Parameter γ, wobei hier wie
derum die formale Randbedingung γ1 < 1 gilt. Für den Übersätti
gungsfall gilt zudem die selbstverständliche Randbedingung
L ≧ Lq = bNq/n, da die zu einer Streckenkante gehörige Warteschlan
ge nicht länger als die Strecke selbst werden kann. Des weite
ren gilt für die Fahrzeug-Gesamtanzahl N die triviale Randbe
dingung, dass sie nicht größer als die Maximalanzahl Nmax = nL/b
von auf der Streckenlänge L möglichen Fahrzeugen werden kann.
Entsprechend kann die Streckenkanten-Reisezeit ttr nicht größer
als die maximale Wartezeit tq,max = NmaxT/(TGqsat) in einer sich über
die gesamte Streckenkante erstreckenden Warteschlange sein. So
mit wird bei allen Berechnungen im Übersättigungsfall geprüft,
ob die Reisezeit ttr unter dem Maximalwert tq,max liegt, ansons
ten wird sie auf selbigem begrenzt gehalten.
Durch Lösen des jeweiligen gekoppelten Gleichungssystems lassen
sich somit sowohl für den Untersättigungs- wie für den Übersät
tigungsfall die wesentlichen verkehrslagebestimmenden Parameter
mittlere Fahrzeugdichte ρ, mittlere Fahrzeuganzahl N, mittlere
Anzahl Nq von Fahrzeugen in der Warteschlange, mittlere Warteschlangenlänge
Lq und mittlere Wartezeit tq in der Warteschlan
ge für jede Richtungsspurmenge k jeder Streckenkante j des Ver
kehrsnetzes anhand der FCD-gestützt ermittelten mittleren Rei
sezeiten ttr (j,k) bestimmen, d. h. es kann damit die aktuelle Ver
kehrslage schon allein anhand geeignet aufgenommener FCD, die
stichprobenhaft aufgenommene Verkehrsdaten darstellen, rekon
struiert werden.
In den meisten Fällen ist es sowohl für den Untersättigungsfall
als auch für den Übersättigungsfall gerechtfertigt, die an sich
fahrzeugdichteabhängige, mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit
vfree (j,k)(ρ(j,k)) vereinfachend auf einen effektiven Geschwindig
keitswert veff (j,k) zu setzen, der für die jeweilige Richtungs
spurmenge k der Streckenkante j unabhängig von der Fahrzeug
dichte p konstant vorgegeben wird.
Zur Bestimmung der Verkehrslageparameter Fahrzeuganzahl N(j,k)
auf der betreffenden Richtungsspurmenge k der Streckenkante j
sowie effektiver kontinuierlicher Zufluss qin (j,k) in die betref
fende Richtungsspurmenge k der Streckenkante j und effektiver
kontinuierlicher Zufluss qin,q (j,k) in die betreffende Warte
schlange kann gegebenenfalls eine Vorgehensweise angewendet
werden, bei der die Differenz Δttr (j,k) der Reisezeiten ttr (j,k)
von mindestens zwei FCD-Fahrzeugen benutzt wird, welche diesel
be Richtungsspurmenge k der Streckenkante j in einem ausrei
chenden zeitlichen Abstand Δt(j,k) durchfahren. Dieser Zeitab
stand Δt(j,k) muss dabei gleich oder größer als die Verkehrsre
gelungs-Periodendauer T(j,k) sein, und die mittlere Reisezeit
ttr (j,k) wird für diesen Fall aus einzelnen Reisezeitwerten über
die Warteschlangen-Periodendauer T(j,k) gemittelt. Genauer ist
der Zeitabstand Δt(j,k) der Zeitunterschied zwischen den Zeit
punkten, zu denen die betreffenden FCD-Fahrzeuge in die gleiche
Richtungsspurmenge k der Streckenkante j einfahren.
Speziell kann hierbei der Streckenkantenzufluss qin spezifisch
für die jeweilige Richtungsspurmenge k der Streckenkante j
durch die Beziehung
qin (j,k) = (1+Δttr (j,k)/Δt(j,k))qsat (j,k)TG (j,k)/T(j,k) (13)
qin (j,k) = (1+Δttr (j,k)/Δt(j,k))qsat (j,k)TG (j,k)/T(j,k) (13)
beschrieben werden, wobei die Näherung Δtfree (j,k) << Δt(j,k) verwen
det wurde, die in Ballungsräumen meistens gut gerechtfertigt
ist, d. h. die Differenz Δtfree (j,k) der Reisezeiten vom Strecken
kantenanfang bis zum Warteschlangenanfang für zwei aufeinander
folgende FCD-Fahrzeuge, die in einem zeitlichen Abstand Δt(j,k)
in die betreffende Richtungsspurmenge k der Streckenkante j
einfahren, ist deutlich kleiner ist als die Differenz Δtq (j,k)
der Wartezeiten der FCD-Fahrzeuge in der Warteschlange. Weiter
enthält diese Beziehung die Voraussetzung, dass auf der betref
fenden Richtungsspurmenge k der Streckenkante j keine Quellen
und Senken des Fahrzeugflusses vorliegen.
Solche Quellen und Senken können z. B. in Innenstadtbereichen
von Parkhäusern und Parkplätzen gebildet sein. In diesem Fall
ergibt sich für die jeweilige Richtungsspurmenge k der Stre
ckenkante j ein entsprechender Zufluss qQ (j,k) und Abfluss qs (j,k)
von Fahrzeugen. Dies lässt sich u. a. in der obigen Gleichung 12
für den mittleren Streckenkantenzufluss dadurch berücksichti
gen, dass auf der linken Gleichungsseite die Größe qin (j,k) durch
den Ausdruck qin (j,k) - qs (j,k) + qQ (j,k) ersetzt wird. In analoger Weise
können solche Quellen und Senken des Fahrzeugflusses auch bei
der Bestimmung der anderen verkehrslagerelevanten Parameter,
wie oben beschrieben, als entsprechende Verkehrsflusskorrektur
berücksichtigt werden. Wenn das berücksichtigte Verkehrsnetz
ein wie oben erwähnt "ausgedünntes" Verkehrsnetz ist, werden
die nicht berücksichtigten Streckenkanten und zugehörigen Netz
knoten als weitere Quellen und Senken des Fahrzeugflusses be
handelt.
Moderne Lichtsignalanlagen und ähnliche Verkehrsregelungsein
richtungen an Netzknoten sind häufig verkehrsmengengesteuert,
d. h. die Freiphasen- und Unterbrechungsphasendauern variieren
in Abhängigkeit von der Verkehrsmenge, so dass beispielsweise
für eine Richtungsspurmenge, auf der sich bereits eine relativ
lange Warteschlange gebildet hat, die Freiphasendauer gegenüber
ihrem normalen Wert erhöht wird, um die übermäßig lange Warte
schlange wieder zu verkürzen. Mit anderen Worten sind die Un
terbrechungsphasendauer TR, die Freiphasendauer TG und damit die
durch die Summe dieser beiden Zeitdauern definierte Umlaufzeit
T Funktionen, die nicht nur von der Streckenkante j, der Rich
tungsspurmenge k und der Zeit abhängen, sondern auch von einer
oder mehreren verkehrslageindikativen Größen, wie dem Fahr
zeugfluß etc. Um von solchen lokalen verkehrsmengenabhängigen
Schwankungen der Verkehrsregelungsmaßnahmen unabhängige, globa
lere Aussagen über die Verkehrslage zu ermöglichen, ist es in
diesen Fällen zweckmäßig, für die Frei- bzw. Unterbrechungspha
sendauern und die Umlaufzeiten, d. h. die Verkehrsregelungs-
Periodendauern, Mittelwerte zu verwenden, die durch Mittelung
über Zeitintervalle gewonnen werden, welche wesentlich größer
als eine typische Umlaufzeit ohne Verkehrsmengeneinfluß sind.
Wenngleich im allgemeinen eine richtungsspurmengenspezifische
Bestimmung der verschiedenen obigen Größen entsprechend dem
verwendeten Indek k bevorzugt ist, können selbstverständlich
diese Größen auch lediglich streckenkantenspezifisch ohne wei
tere Unterscheidung in die einzelnen Richtungsspurmengen ermit
telt werden. Insbesondere können aus den obigen, richtungsspur
mengen- und streckenkantenspezifischen Größen durch summierende
Betrachtung aller Richtungsspurmengen einer jeweiligen Stre
ckenkante zugehörige, lediglich streckenkantenspezifische Grö
ßen abgeleitet werden. So können eine mittlere Anzahl N(j) von
Fahrzeugen auf der Streckenkante j, eine mittlere Anzahl Nq (j)
von Fahrzeugen in allen Warteschlangen der Streckenkante j,
daraus eine mittlere Fahrzeuganzahl Ns (j) pro Fahrspur und eine
mittlere Warteschlangen-Fahrzeuganzahl Nsq (j) pro Fahrspur und
daraus eine mittlere, rein streckenkantenspezifische Warte
schlangenlänge Lq (j) und eine ebenfalls rein streckenkantenspe
zifische mittlere Wartezeit tq (j) nach den folgenden Beziehungen
abgeleitet werden:
mit tq (j,k) aus der obigen Gleichung 12 des Übersättigungsfalles,
K(j) als der Anzahl an Richtungsspurmengen der Streckenkante j
und b(j) als mittlerer Fahrzeuglänge. Wenn qsat (j,k) und T(j,k) für
alle Richtungsspurmengen k einer Streckenkante j jeweils glei
che Werte haben, vereinfacht sich die obige Gleichung 19 ent
sprechend.
Des weiteren ermöglicht das vorliegende Verfahren die Feststel
lung, ob eine totale Überfüllung der jeweiligen Richtungsspur
menge k der Steckenkante j mit den in der Warteschlange stehen
den Fahrzeugen vorliegt. Dies ist dann der Fall, wenn die War
teschlangenlänge Lq (j,k) der Streckenlänge L(j,k) entspricht, d. h.
wenn die Beziehung
b(j,k)Nq (j,k)/n(j,k) = L(j,k) (20)
erfüllt ist, wobei Nq (j,k) nach der obigen Gleichung 11 für den
Übersättigungsfall zu bestimmen ist. Diejenige Reisezeit
ttr,crit (j,k), für die dieses Kriterium (Gleichung 14) erfüllt
ist, sei als kritische Reisezeit bezeichnet. Als Kriterium,
dass eine überfüllte Richtungsspurmenge k einer Streckenkante j
eines Ballungsraum-Verkehrsnetzes eine oder mehrere stromaufwärtige
Steckenkanten über einen oder mehrere entsprechende
Netzknoten hinweg blockiert, kann dann gelten, dass in diesem
Fall die Differenz t - t2 (j,k) zwischen dem aktuellen Zeitpunkt t
und dem Zeitpunkt t2 (j,k), zu dem das betreffende FCD-Fahrzeug in
die Richtungsspurmenge k der Streckenkante j eingefahren ist,
größer als diese kritische Reisezeit ttr,crit (j,k) wird.
Es versteht sich, dass statt der oben explizit angegebenen Ver
kehrslageparameter je nach Anwendungsfall nur ein Teil dieser
Parameter und/oder zusätzlich weitere Verkehrslageparameter auf
der Basis der FCD-gestützt, streckenkantenspezifisch und dabei
bevorzugt richtungsspurmengenspezifisch ermittelten mittleren
Reisezeiten bestimmt werden können. So können z. B. als weitere
Verkehrslageparameter die aktuellen Abbiegeraten am jeweiligen
Netzknoten in Form einer Matrix berücksichtigt und ermittelt
werden, deren Matrixelemente die Raten angeben, mit denen Fahr
zeuge von einer jeweiligen Richtungsspurmenge einer einmünden
den Streckenkante über den betreffenden Netzknoten in eine je
weilige Richtungsspurmenge einer ausmündenden Streckenkante
einfahren.
Die wie vorliegend erläuterte Bestimmung der Verkehrslagepara
meter und damit der Verkehrslage lässt sich je nach Wunsch für
entsprechende weitere Anwendungen nutzen. Insbesondere können
die verfahrensgemäß ermittelten Daten über die mittlere Anzahl
von Fahrzeugen in der jeweiligen Warteschlange, die Warte
schlangenlänge, die mittlere Wartezeit in der Warteschlange und
die mittlere Fahrzeuganzahl auf der jeweiligen Richtungsspur
menge einer Streckenkante und über aktuelle Abbiegeraten fort
laufend zur Erzeugung historischer Ganglinien über die betref
fenden verkehrslagerelevanten Größen herangezogen werden. Damit
kann eine Ganglinien-Datenbank und ein entsprechendes gangli
nienbasiertes Verkehrsprognosesystem aufgebaut werden, z. B. zur
Reisezeitprognose. Dazu kann eine Verkehrszentrale mit einem
Speicher ausgerüstet sein, in welchem die entsprechenden Infor
mationen über die Verkehrsregelungsmaßnahmen an den Netzknoten
und über Reisezeiten für alle Streckenkanten eines Ballungsraum-Straßenverkehrsnetzes
auf der Basis einer digitalen Stra
ßenkarte abgespeichert sind. Eine Verarbeitungseinheit in der
Verkehrszentrale kann aktuelle Informationen über die Verkehrs
regelungs-Periodendauern bzw. die Freiphasen- und Unterbre
chungsphasendauern für die verkehrsgeregelten Kreuzungen sowie
über die aktuellen FCD-gestützt ermittelten, streckenkantenspe
zifischen Reisezeiten empfangen. Auf Basis dieser Daten ist
dann eine Recheneinheit der Verkehrszentrale in der Lage, auto
matisch Reisezeitprognosen für beliebige Fahrten auf dem Ver
kehrsnetz durch eine ganglinienbasierte und/oder dynamische
Verkehrsprognose zu ermitteln (Schritt 5).
Eine dynamische Prognose der Verkehrsentwicklung ist beispiels
weise mit dem in der oben zitierten älteren deutschen Patentan
meldung Nr. 199 40 957 beschriebenen Verfahren möglich. Die
prognostizierten Verkehrsdaten können dann mit aktuell verfüg
baren Verkehrsdaten verglichen werden, woraus eine Fehlerkor
rektur für das Prognoseverfahren abgeleitet werden kann, indem
die ermittelten aktuellen Werte z. B. für die Abbiegeraten und
andere verkehrslagerelevante Parameter und/oder die entspre
chenden Werte der historischen Ganglinien in Abhängigkeit von
den beim Vergleich gegebenenfalls festgestellten Abweichungen
korrigiert werden.
Claims (10)
1. Verfahren zur Bestimmung der Verkehrslage auf der Basis von
Verkehrsdaten, die durch sich im Verkehr mitbewegende Melde
fahrzeuge gewonnen werden, für ein Verkehrsnetz mit verkehrsge
regelten Netzknoten und diese verbindenden Streckenkanten,
dadurch gekennzeichnet, dass
für die Reisezeiten (ttr (j,k)) auf den Streckenkanten (j, k) indikative Verkehrsdaten durch sich im Verkehr mitbewegende Meldefahrzeuge gewonnen werden,
anhand der gewonnenen Verkehrsdaten die Reisezeiten für die Streckenkanten ermittelt werden und
anhand der ermittelten streckenkantenspezifischen Reise zeiten ein oder mehrere der folgenden Verkehrslageparameter be stimmt werden:
für die Reisezeiten (ttr (j,k)) auf den Streckenkanten (j, k) indikative Verkehrsdaten durch sich im Verkehr mitbewegende Meldefahrzeuge gewonnen werden,
anhand der gewonnenen Verkehrsdaten die Reisezeiten für die Streckenkanten ermittelt werden und
anhand der ermittelten streckenkantenspezifischen Reise zeiten ein oder mehrere der folgenden Verkehrslageparameter be stimmt werden:
- a) die mittlere Anzahl (Nq (j,k)) von Fahrzeugen in einer War teschlange der jeweiligen Streckenkante (j, k) vor einem zugehö rigen verkehrsgeregelten Netzknoten,
- b) die mittlere Anzahl (N(j,k)) von Fahrzeugen auf der jewei ligen Streckenkante (j, k),
- c) die mittlere Geschwindigkeit (vfree (j,k)) der Fahrzeuge auf der jeweiligen Streckenkante (j, k) zwischen dem Streckenkanten anfang und dem Warteschlangenanfang,
- d) die mittlere Wartezeit (tq (j,k)) in einer Netzknoten-Warte schlange der jeweiligen Streckenkante (j, k) und/oder (v) die mittlere Dichte (ρ(j,k)) von Fahrzeugen auf der jeweiligen Stre ckenkante (j, k) zwischen dem Streckenkantenanfang und dem War teschlangenanfang.
2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
die Reisezeiten (ttr (j,k)) und der oder die Verkehrslageparameter
spezifisch für jede Richtungsspurmenge (k) der jeweiligen Stre
ckenkante (j) bestimmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
der oder die anhand der ermittelten streckenkantenspezifischen
Reisezeiten bestimmten Verkehrslageparameterwerte fortlaufend
für eine Erzeugung historischer Ganglinien bezüglich der mitt
leren Anzahl von Fahrzeugen in einer jeweiligen Warteschlange,
der Länge der Warteschlange, der mittleren Wartezeit in der
Warteschlange und/oder der mittleren Anzahl von Fahrzeugen auf
der jeweiligen Streckenkante (j, k) verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
als weitere, anhand der ermittelten streckenkantenspezifischen
Reisezeiten bestimmte Verkehrslageparameter Abbiegeraten ver
wendet werden, welche jeweils die Rate von aus einer einmünden
den Richtungsspurmenge über den Netzknoten hinweg in eine aus
mündende Richtungsspurmenge fahrenden Fahrzeugen angeben.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
zur unterscheidenden Erkennung eines Untersättigungszustands
einerseits und eines Übersättigungszustands andererseits ein
Schwellwert (ts (j,k)) gemäß der Beziehung
ts (j,k) = L(j,k)/vfree (j,k)(ρ(j,k)) + β(j,k)(TR (j,k) - γ(j,k)TG (j,k)TR (j,k)/T(j,k))
vorgegeben und für die jeweilige Streckenkante (j, k) auf Unter sättigung geschlossen wird, wenn die ermittelte Reisezeit (ttr (j,k)) kleiner als der Schwellwert (ts (j,k)) ist, und auf Über sättigung geschlossen wird, wenn die ermittelte Reisezeit grö ßer als der Schwellwert ist, wobei L(j,k) die Streckenlänge der Streckenkante (j, k), TR (j,k) die Verkehrsregelungs-Unterbre chungsphasendauer, TG (j,k) die Verkehrsregelungs-Freiphasendauer, T(j,k) = TG (j,k) + TR (j,k) die Verkehrsregelungs-Periodendauer, vfree (j,k)(ρ(j,k)) die fahrzeugdichteabhängige mittlere Fahrzeugge schwindigkeit im Bereich außerhalb der Warteschlange und β(j,k) eine vorgebbare Konstante größer gleich null und kleiner eins bezeichnen und
γ(j,k) = qsat (j,k)b(j,k)/[n(j,k)vfree (j,k)(ρ(j,k))]
ist, wobei qsat (j,k) den Warteschlangen-Sättigungsabfluss der je weiligen Streckenkante (j, k), b(j,k) den mittleren Fahrzeugab stand in der Warteschlange und n(j,k) die Fahrspuranzahl be zeichnen.
ts (j,k) = L(j,k)/vfree (j,k)(ρ(j,k)) + β(j,k)(TR (j,k) - γ(j,k)TG (j,k)TR (j,k)/T(j,k))
vorgegeben und für die jeweilige Streckenkante (j, k) auf Unter sättigung geschlossen wird, wenn die ermittelte Reisezeit (ttr (j,k)) kleiner als der Schwellwert (ts (j,k)) ist, und auf Über sättigung geschlossen wird, wenn die ermittelte Reisezeit grö ßer als der Schwellwert ist, wobei L(j,k) die Streckenlänge der Streckenkante (j, k), TR (j,k) die Verkehrsregelungs-Unterbre chungsphasendauer, TG (j,k) die Verkehrsregelungs-Freiphasendauer, T(j,k) = TG (j,k) + TR (j,k) die Verkehrsregelungs-Periodendauer, vfree (j,k)(ρ(j,k)) die fahrzeugdichteabhängige mittlere Fahrzeugge schwindigkeit im Bereich außerhalb der Warteschlange und β(j,k) eine vorgebbare Konstante größer gleich null und kleiner eins bezeichnen und
γ(j,k) = qsat (j,k)b(j,k)/[n(j,k)vfree (j,k)(ρ(j,k))]
ist, wobei qsat (j,k) den Warteschlangen-Sättigungsabfluss der je weiligen Streckenkante (j, k), b(j,k) den mittleren Fahrzeugab stand in der Warteschlange und n(j,k) die Fahrspuranzahl be zeichnen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
die streckenkantenspezifischen Verkehrslageparameter mittlere
Fahrzeugdichte (ρ(j,k)) außerhalb der Warteschlange, mittlere
Fahrzeuganzahl (N(j,k)), mittlere Warteschlangen-Fahrzeuganzahl
(Nq (j,k)), Warteschlangenlänge (Lq (j,k)) und Wartezeit (tq (j,k)) in
der Warteschlange für den Untersättigungszustand durch das fol
gende Gleichungssystem bestimmt werden:
und für den Übersättigungszustand durch das folgende Glei chungssystem bestimmt werden:
mit γ(j,k) = qsat (j,k)b(j,k)/[n(j,k)vfree (j,k)(ρ(j,k))]
und γ1 (j,k) = γ(j,k)TG (j,k)/T(j,k), wobei jeweils spezifisch für die Richtungsspurmenge k der Streckenkante j mit L die gesamte Streckenlänge, mit TR die Dauer der Unterbrechungs- bzw. Rot phasen, mit TG die Dauer der Frei- bzw. Grünphasen, mit T = TG + TR die zugehörige Verkehrsregelungs-Periodendauer, mit qsat ein vorgegebener Sättigungsabfluss aus der Warteschlange, mit b ein mittlerer Fahrzeugabstand in Warteschlangen, mit n die Anzahl von Fahrspuren, mit vfree die von der Fahrzeugdichte abhängige, mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit außerhalb der Warteschlange sowie mit β eine geeignet vorgegebene Konstante bezeichnet ist.
und für den Übersättigungszustand durch das folgende Glei chungssystem bestimmt werden:
mit γ(j,k) = qsat (j,k)b(j,k)/[n(j,k)vfree (j,k)(ρ(j,k))]
und γ1 (j,k) = γ(j,k)TG (j,k)/T(j,k), wobei jeweils spezifisch für die Richtungsspurmenge k der Streckenkante j mit L die gesamte Streckenlänge, mit TR die Dauer der Unterbrechungs- bzw. Rot phasen, mit TG die Dauer der Frei- bzw. Grünphasen, mit T = TG + TR die zugehörige Verkehrsregelungs-Periodendauer, mit qsat ein vorgegebener Sättigungsabfluss aus der Warteschlange, mit b ein mittlerer Fahrzeugabstand in Warteschlangen, mit n die Anzahl von Fahrspuren, mit vfree die von der Fahrzeugdichte abhängige, mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit außerhalb der Warteschlange sowie mit β eine geeignet vorgegebene Konstante bezeichnet ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verkehrslageparameter mittlere Fahrzeuganzahl (N(j,k)), effektiver kontinuierlicher Streckenkantenzufluss (qin (j,k)) und effektiver kontinuierlicher Warteschlangenzufluss (qin,q (j,k)) anhand von Verkehrsdaten von mindestens zwei Melde fahrzeugen, die in einem zeitlichen Abstand (Δt(j,k)) größer gleich der Verkehrsregelungs-Periodendauer (T(j,k)) dieselbe Streckenkante (j, k) befahren, unter Verwendung der Differenz (Δttr (j,k)) der ermittelten Reisezeiten dieser Meldefahrzeuge be stimmt werden und
hierbei für die Bestimmung des effektiven kontinuierli chen Streckenkantenzuflusses (qin (j,k)) die Beziehung
qin (j,k) = (1 + Δttr (j,k)/Δt(j,k))qsat (j,k)TG (j,k)/T(j,k)
sowie die Näherung Δtfree (j,k) << Δt(j,k) verwendet wird, wobei Δtfree die Reisezeitdifferenz vom Streckenkantenanfang bis zum Warte schlangenanfang bezeichnet.
die Verkehrslageparameter mittlere Fahrzeuganzahl (N(j,k)), effektiver kontinuierlicher Streckenkantenzufluss (qin (j,k)) und effektiver kontinuierlicher Warteschlangenzufluss (qin,q (j,k)) anhand von Verkehrsdaten von mindestens zwei Melde fahrzeugen, die in einem zeitlichen Abstand (Δt(j,k)) größer gleich der Verkehrsregelungs-Periodendauer (T(j,k)) dieselbe Streckenkante (j, k) befahren, unter Verwendung der Differenz (Δttr (j,k)) der ermittelten Reisezeiten dieser Meldefahrzeuge be stimmt werden und
hierbei für die Bestimmung des effektiven kontinuierli chen Streckenkantenzuflusses (qin (j,k)) die Beziehung
qin (j,k) = (1 + Δttr (j,k)/Δt(j,k))qsat (j,k)TG (j,k)/T(j,k)
sowie die Näherung Δtfree (j,k) << Δt(j,k) verwendet wird, wobei Δtfree die Reisezeitdifferenz vom Streckenkantenanfang bis zum Warte schlangenanfang bezeichnet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
auf eine überfüllte Streckenkante geschlossen wird, wenn sich
ein Meldefahrzeug seit einem Zeitraum größer als eine kritische
Reisezeit (ttr,crit (j,k)) auf der betreffenden Streckenkante (j, k)
befindet, wobei die kritische Reisezeit diejenige ermittelte
Reisezeit ist, welche die implizierte Beziehung
b(j,k)Nq (j,k)/n(j,k) = L(j,k)
erfüllt, wobei die mittlere Warteschlangen-Fahrzeuganzahl (Nq (j,k)) diejenige für den Übersättigungsfall ist.
b(j,k)Nq (j,k)/n(j,k) = L(j,k)
erfüllt, wobei die mittlere Warteschlangen-Fahrzeuganzahl (Nq (j,k)) diejenige für den Übersättigungsfall ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
Quellen und Senken des Fahrzeugflusses auf dem Verkehrsnetz bei
der Bestimmung der Verkehrslageparameter durch entsprechende
Zuflüsse (qQ (j,k)) und Abflüsse (qs (j,k)) zu bzw. aus der jeweili
gen Streckenkante (j, k) berücksichtigt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
das zur Verkehrslagebestimmung berücksichtigte Verkehrsnetz nur
einen vorgebbaren Teil aller Streckenkanten und Netzknoten ei
nes Gesamtverkehrsnetzes bildet und die hierbei nicht berück
sichtigten Streckenkanten und Netzknoten als Quellen und Senken
des Fahrzeugflusses auf dem berücksichtigten Verkehrsnetz be
handelt werden.
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