DE10036789A1

DE10036789A1 - Verfahren zur Bestimmung des Verkehrszustands in einem Verkehrsnetz mit effektiven Engstellen

Info

Publication number: DE10036789A1
Application number: DE10036789A
Authority: DE
Inventors: Boris Kerner
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2002-02-07
Also published as: US6522970B2; EP1176569A3; ES2253306T3; JP2002117481A; EP1176569A2; DE50108367D1; JP3578734B2; US20020045985A1; EP1176569B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Verkehrszustands in einem Verkehrsnetz mit effektiven Engstellen mit einer Klassifizierung mindestens in die Zustandsphasen "freier Verkehr", "synchronisierter Verkehr" und "sich bewegende breite Staus" und in daraus bestehende Muster dichten Verkehrs stromaufwärts von effektiven Engstellen. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden FCD-Verkehrsdaten, die eine Information über den Ort und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs umfassen, in zeitlichem Abstand für einen jeweiligen Streckenabschnitt aufgenommen und anhand dieser festgestellt, ob eine effektive Engstelle vorliegt. Bejahendenfalls wird aus den aktuellen FCD-Verkehrsdaten weitergehend ein dazu passendes Muster dichten Verkehrs als aktuell vorliegendes Muster dichten Verkehrs bestimmt. DOLLAR A Verwendung z. B. zur Verkehrszustandsbestimmung einschließlich Verkehrszustandsprognose in einem Straßenverkehrsnetz.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Verkehrszustands in einem Verkehrsnetz mit effektiven Engstel len nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Verkehrszustandsbestimmungsverfahren dieser Art ist in der älteren deutschen Patentanmeldung 199 44 075.1 der Anmelderin beschrieben, deren Inhalt hierin in vollem Umfang durch Verweis aufgenommen wird.

Verfahren zur Überwachung und Prognose des Verkehrszustands z. B. auf Straßenverkehrsnetzen sind verschiedentlich bekannt und besonders auch für diverse Telematikanwendungen in Fahrzeu gen von Interesse. Ein Ziel dieser Verfahren ist es, aus an Verkehrsmessstellen erfassten Verkehrsdaten eine mindestens qualitative Beschreibung des Verkehrszustands an der jeweiligen Messstelle und deren Umgebung zu gewinnen. Als Messstellen kom men hierbei sowohl stationär installierte Messstellen als auch bewegliche Messstellen in Betracht, letztere besonders in Form von sich im Verkehr mitbewegenden Messfahrzeugen, sogenannten "Floating Cars".

Zur qualitativen Beschreibung des Verkehrszustands ist es be kannt, diesen in verschiedene, individualisierbare Zustandspha sen einzuteilen, speziell in die Phasen "freier Verkehr", "syn chronisierter Verkehr" und "Stau", wobei die Phase "synchroni sierter Verkehr" Bereiche "gestauchten synchronisierten Ver kehrs", sogenannte "Pinch Regions" enthalten kann, in denen nur sehr niedrige Geschwindigkeiten gefahren werden können und sich spontan kurze Stauzustände bilden, die stromaufwärts wandern und anwachsen können, so dass sich daraus bleibende Stauzustän de entwickeln können. Diese Stauzustände bilden dann Bereiche von "sich bewegenden breiten Staus"; siehe zu dieser Zustands phasenthematik die obige ältere firmeneigene deutsche Patentan meldung 199 44 075.1 und die dort zitierte Literatur.

Der Begriff "effektive Engstellen" bezeichnet vorliegend solche Stellen des Verkehrsnetzes, an denen sich bei entsprechendem Verkehrsaufkommen eine über einen gewissen Zeitraum lokalisiert bleibende Grenze bzw. Flanke zwischen stromabwärtigem freiem Verkehr und stromaufwärtigem synchronisiertem Verkehr bildet. Die Bildung solcher effektiver Engstellen ist häufig, wenn gleich nicht ausschließlich, durch entsprechende topografische Gegebenheiten des Verkehrsnetzes bedingt, wie durch Engstellen, an denen sich die Anzahl nutzbarer Fahrspuren verringert, durch einmündende Zufahrtsspuren, durch eine Kurve, eine Steigung, ein Gefälle, eine Aufteilung einer Fahrbahn in mehrere Fahrbah nen oder durch Ausfahrten. Effektive Engstellen können aber auch z. B. durch temporäre Verkehrsstörungen bedingt sein, wie durch sich im Vergleich zur mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit im freien Verkehr langsam bewegende Engstellen, z. B. Baustel lenfahrzeuge, oder durch Unfallstellen.

Wie in der älteren deutschen Patentanmeldung 199 44 075.1 ein gehend beschrieben, lässt sich der Verkehrszustand stromauf wärts effektiver Engstellen in verschiedene Muster dichten Ver kehrs klassifizieren, die aus einer typischen Abfolge der er wähnten individualisierbaren dynamischen Zustandsphasen bzw. daraus gebildeten Bereichen bestehen. So bildet sich stromauf wärts einer effektiven Engstelle typischerweise zunächst ein Bereich synchronisierten Verkehrs, an den sich stromaufwärts ein Bereich gestauchten synchronisierten Verkehrs anschließen kann, vor dem sich dann ein Bereich sich bewegender breiter Staus bilden kann. Zu jedem solchen Muster dichten Verkehrs stromaufwärts einer effektiven Engstelle gehört ein entspre chendes Profil der für die Zustandsphasenermittlung berücksich tigten Verkehrsparameter, wie der zeitlich-örtliche Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit innerhalb des Musters. Wenn ein Muster einer ersten effektiven Engstelle den Ort einer zweiten effek tiven Engstelle erreicht, kommt es zur Bildung eines sogenann ten übergreifenden Musters dichten Verkehrs, in das mehrere ef fektive Engstellen einbezogen sind. Auch solche übergreifende Muster weisen eine typische Abfolge unterschiedlicher Verkehrs zustandsphasen und zugehöriger Verkehrsparameterprofile auf.

Soweit effektive Engstellen durch die Eigenschaften des Ver kehrswegenetzes selbst festgelegt sind, wie Zufahrten, Abfahr ten, Steigungsstrecken, Kurven, Fahrbahnaufteilungen und Fahr bahnzusammenführungen, lässt sich die örtliche Lage solcher to pografischer Streckenmerkmale problemlos fahrzeugseitig oder in einer Verkehrszentrale speichern, z. B. zusammen mit anderen We genetzdaten in Form einer sogenannten digitalen Wegenetzkarte.

Empirisch oder anderweitig gewonnene, abgespeicherte Verkehrs daten können bekanntermaßen dazu verwendet werden, Verkehrszu stände auf dem Verkehrsnetz zu prognostizieren, d. h. für einen zukünftigen Zeitpunkt vorherzusagen. Eine bekannte Methode hierfür ist die sogenannte Ganglinienprognose, bei der aktuell gemessene Verkehrsdaten mit abgespeicherten Ganglinien-Ver kehrsdaten verglichen werden und daraus eine am besten passende Ganglinie bestimmt wird, auf deren Grundlage dann der zukünfti ge Verkehrszustand vorausgeschätzt wird, siehe beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 197 53 034 A1. Weitere Verkehrszu standsprognoseverfahren, die unter anderem auch von FCD(Floa ting Car Data)-Verkehrsdaten Gebrauch machen, sind in den Of fenlegungsschriften DE 197 25 556 A1, DE 197 37 440 A1, DE 197 54 483 A1 und EP 0 902 405 A2 und der Patentschrift DE 195 26 148 C2 beschrieben.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, mit dem der aktuelle Verkehrszustand speziell auch im Bereich stromauf wärts von effektiven Engstellen vergleichsweise zuverlässig be stimmt werden kann, so dass auf dieser Basis bei Bedarf auch zuverlässige Verkehrsprognosen möglich sind.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung ei nes Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses Ver fahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass aktuell gewonnene FCD-Verkehrsdaten zur Erkennung von Mustern dichten Verkehrs an effektiven Engstellen herangezogen werden. Dazu beinhalten die FCD-Verkehrsdaten mindestens eine Information über den Ort und die Geschwindigkeit, vorzugsweise über den Zeit- und ortsabhängigen Geschwindigkeitsverlauf, des jeweili gen verkehrsdatenaufnehmenden FCD-Fahrzeugs, wobei die FCD-Ver kehrsdaten für einen jeweiligen Streckenabschnitt von einem FCD-Fahrzeug in gewissen Zeitabständen und/oder von mehreren, diesen Streckenabschnitt in zeitlichem Abstand befahrenden FCD-Fahrzeugen gewonnen werden.

Anhand der von dem oder den FCD-Fahrzeugen aufgenommenen FCD- Verkehrsdaten wird dann für den jeweiligen Streckenabschnitt festgestellt, ob eine effektive Engstelle vorliegt, d. h. eine über einen gewissen Zeitraum lokalisiert bleibende Grenze bzw. Flanke zwischen stromabwärtigem freiem Verkehr und stromaufwär tigem synchronisiertem Verkehr. Dies ist beispielsweise daran erkennbar, dass die von dem oder den FCD-Fahrzeugen im betref fenden Streckenabschnitt stromaufwärts der effektiven Engstelle gemeldeten Fahrzeuggeschwindigkeiten einen für den Zustand freien Verkehrs typischen mittleren Geschwindigkeitswert unter schreiten.

Wird auf diese Weise eine effektive Engstelle erkannt, so wer den die aktuell aufgenommenen FCD-Verkehrsdaten weiter dahinge hend ausgewertet, dass ihnen ein dazu passendes Muster dichten Verkehrs stromaufwärts der effektiven Engstelle zugeordnet wird. Dieses wird dann als das aktuell vorliegende Muster dich ten Verkehrs an der betreffenden effektiven Engstelle betrach tet. Damit ist der aktuelle Verkehrszustand in diesem Bereich bestimmt, was z. B. für eine Verkehrsprognose mittels einer Ganglinienprognose oder einer anderen Prognosetechnik genutzt werden kann.

Mit einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Verfahren wird an hand der aktuell aufgenommenen FCD-Verkehrsdaten erkannt, ob sich ein Bereich "sich bewegender breiter Staus" von seinem Muster dichten Verkehrs abgelöst hat, an dessen stromaufwärti gen Ende er entstanden ist, was dann der Fall ist, wenn sich die gemeldeten Fahrzeuggeschwindigkeiten stromabwärts dieses Bereichs nicht wie im Bereich gestauchten synchronisierten Ver kehrs verhalten, sondern z. B. wie im Bereich freien Verkehrs.

Nach den Ansprüchen 3 und 4 weitergebildete Verfahren ermögli chen die spezifische Erkennung von zufahrtartigen bzw. abfahrt artigen effektiven Engstellen daran, dass die gemeldeten Fahr zeuggeschwindigkeiten über bzw. vor dem eigentlichen, z. B. als in einer digitalen Straßenkarte gespeicherte Information vor handenen Ort der entsprechenden Streckentopografieänderung an steigen. Ein nach Anspruch 5 weitergebildetes Verfahren ermög licht die Erkennung von nicht topografisch bedingten temporären Engstellen, wie sie z. B. durch Unfallstellen gegeben sind.

Mit einem nach Anspruch 6 weitergebildeten Verfahren können übergreifende Muster dichten Verkehrs erkannt werden, in die jeweils zwei oder mehr effektive Engstellen involviert sind.

Ein nach Anspruch 7 weitergebildetes Verfahren erlaubt speziell die Erkennung der Grenze zwischen dem Bereich "sich bewegender breiter Staus" und dem Bereich "gestauchten synchronisierten Verkehrs" in einem Muster dichten Verkehrs. Analog ermöglicht ein nach Anspruch 8 weitergebildetes Verfahren die Erkennung der Grenze zwischen dem Bereich "gestauchten synchronisierten Verkehrs" und dem Bereich "synchronisierten Verkehrs" in einem Muster dichten Verkehrs, und Anspruch 9 gibt ein bevorzugtes Verfahren zur Erkennung der Grenze zwischen dem Bereich "freien Verkehrs" und dem Bereich "synchronisierten Verkehrs" an.

Ein nach Anspruch 10 weitergebildetes Verfahren ermöglicht eine Bestimmung der aktuellen Verkehrsstärke aus den aufgenommenen FCD-Verkehrsdaten für die verschiedenen erkannten Verkehrszu standsphasen "freier Verkehr", "synchronisierter Verkehr" und "gestauchter synchronisierter Verkehr" anhand von zugehörigen, aus den FCD-Verkehrsdaten abgeleiteten Reisezeiten. Ein nach Anspruch 11 weitergebildetes Verfahren ermöglicht analog eine Bestimmung der Verkehrsstärke für erkannte Staubereiche.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeich nungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verkehrszu standsbestimmung auf der Basis erkannter Muster dichten Verkehrs an effektiven Engstellen,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Streckenabschnitts mit effektiver Engstelle und zugehörigem Muster dichten Verkehrs sowie einem abgelösten Bereich "sich bewegende breite Staus",

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der ver fahrensgemäßen Lokalisierung einer effektiven Engstel le,

Fig. 4 eine schematische Darstellung entsprechend Fig. 2, je doch mit nicht abgelöstem Bereich "sich bewegender breiter Staus",

Fig. 5 eine Darstellung entsprechend Fig. 4, jedoch für ein reduziertes Muster dichten Verkehrs ohne den Bereich "sich bewegender breiter Staus" und

Fig. 6 eine schematische Darstellung entsprechend Fig. 5, je doch für ein weiter reduziertes Muster dichten Verkehrs ohne den Bereich "gestauchten synchronisierten Ver kehrs".

Fig. 1 zeigt schematisch den Ablauf des vorliegenden Verkehrs zustandsbestimmungsverfahrens. In einem ersten Schritt 1 werden Daten über die Orte topografischer Streckenmerkmale, die zur Bildung effektiver Engstellen führen können, für ein betrachte tes Verkehrsnetz vorab aufgenommen und in einer entsprechenden Datenbank abgelegt, bevorzugt zusammen mit weiteren Daten in Form einer digitalen Wegenetzkarte. Diese kann dann in einem fahrzeugseitigen Speicher und/oder in einem Rechner einer Ver kehrszentrale mitgeführt werden. Fahrzeugseitig bzw. zentralen seitig sind des weiteren geeignete Komponenten implementiert, mit denen aktuelle FCD-Verkehrsdaten von entsprechenden FCD- Fahrzeugen empfangen und ausgewertet werden können, insbesonde re dahingehend, dass aus aktuellen FCD-Verkehrsdaten auf aktu ell vorliegende effektive Engstellen und Muster dichten Ver kehrs stromaufwärts davon geschlossen wird. Dies wird nachste hend im Detail erläutert. Im übrigen kann die Auswertung der FCD-Verkehrsdaten nach irgendeiner der herkömmlichen Methoden erfolgen. Die Auswertung kann dann insbesondere dazu verwendet werden, automatische Reisezeitprognosen zu erstellen.

Im laufenden Betrieb des Verkehrszustandsbestimmungsverfahrens werden dann in einem entsprechenden Schritt 2 FCD-Verkehrsdaten von FCD-Fahrzeugen aufgenommen, die auf den verschiedenen Ab schnitten des Verkehrsnetzes fahren, d. h. sich im Verkehr mit bewegen. Die FCD-Verkehrsdaten umfassen hierbei insbesondere Daten über die momentane Geschwindigkeit und den momentanen Ort des jeweiligen FCD-Fahrzeugs sowie je nach Anwendungsfall wei tere herkömmliche FCD-Dateninhalte. Die aufgenommenen FCD-Ver kehrsdaten werden an die auswertende Stelle übermittelt, die wie gesagt in einem jeweiligen Fahrzeug oder in einer stationä ren Verkehrszentrale positioniert sein kann. In der auswerten den Stelle erfolgt dann als der hier primär interessierende Verfahrensschritt 3 die Auswertung der geeignet aufgenommenen FCD-Verkehrsdaten zwecks Bestimmung des aktuellen Verkehrszu stands insbesondere hinsichtlich des Vorliegens effektiver Engstellen und von Mustern dichten Verkehrs an effektiven Engstellen. Dies wird nachfolgend ausführlich beschrieben. Im übrigen kann der Verkehrszustand an anderen Stellen des Ver kehrsnetzes bei Bedarf nach einer der üblichen Vorgehensweisen bestimmt werden. Der ermittelte aktuelle Verkehrszustand und insbesondere die erkannten, aktuell vorhandenen Muster dichten Verkehrs an effektiven Engstellen können dann Grundlage für Verkehrsprognosen bilden, siehe Schritt 4.

Die Auswertung der aufgenommenen FDC-Verkehrsdaten beginnt mit der Feststellung, ob die von einem oder von mehreren, in zeit lichem Abstand hintereinander einen jeweiligen Streckenab schnitt befahrenden FCD-Fahrzeugen laufend für aufeinanderfol gende Positionen auf dem betreffenden Streckenabschnitt gemel deten Fahrzeuggeschwindigkeiten bzw. eine daraus gewonnene mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit am jeweiligen Messort einen vorgebbaren Schwellwert unterschreiten, der für ein Verkehrs störungsereignis repräsentativ ist. Dadurch wird erkannt, ob dort ein Zustand nicht-freien Verkehrs vorliegt, d. h. ein Stau bzw. ein Bereich "sich bewegender breiter Staus" oder ein Be reich "synchronisierten Verkehrs" bzw. "gestauchten synchroni sierten Verkehrs. Wie gesagt, ist diese Verkehrsstörungserken nung schon anhand der Daten eines einzigen FCD-Fahrzeugs mög lich. Wenn die Daten mehrerer hintereinander denselben Stre ckenabschnitt befahrender FCD-Fahrzeuge vorhanden sind, kann jedoch die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Erkennung ver bessert werden, insbesondere sind dann auch die Verkehrsdynamik und die Veränderung von mittleren Reisezeiten sowie das Ver kehrsflussverhalten detektierbar.

Wenn auf diese Weise ein Zustand nicht-freien Verkehrs in einem Bereich eines jeweiligen Streckenabschnitts festgestellt wurde, werden die FCD-Verkehrsdaten dieses Bereichs weiter dahingehend analysiert, ob dieser Zustand auf einer effektiven Engstelle beruht. Ein Indiz dafür ist, wenn das stromabwärtige Ende des erkannten Zustands nicht-freien Verkehrs örtlich fixiert bleibt, was auf das dortige Vorhandensein einer effektiven Engstelle hindeutet. Weitergehend wird aus den aktuellen FCD- Verkehrsdaten, insbesondere dem entsprechenden Verkehrsparame terprofil speziell dem Geschwindigkeitsprofil, fahrzeug- und/oder zentralenseitig ein dazu passendes, zugehöriges Muster dichten Verkehrs bestimmt. Das solchermaßen ermittelte Muster dichten Verkehrs wird dann als das aktuell vorliegende betrach tet und für die weiteren Anwendungen herangezogen. Diese Anwen dungen umfassen je nach Bedarf eine Verkehrslagerekonstruktion für Teilbereiche oder das gesamte Verkehrsnetz und/oder eine Verkehrsprognose hierfür und/oder eine Auswahl einer am besten passenden Ganglinie aus einer entsprechenden Ganglinien-Daten bank zur Verkehrsprognose und/oder die Erstellung einer verbes serten Ganglinienprognose für das Verkehrsnetz.

Vorteilhafte Detailmaßnahmen und Verfeinerungen dieser Vorge hensweise zur Feststellung von Mustern dichten Verkehrs an ef fektiven Engstellen anhand von FCD-Verkehrsdaten werden nach folgend in Verbindung mit den Fig. 2 bis 6 näher erläutert.

Eine Maßnahme besteht darin, dass die FCD-Geschwindigkeitsdaten eines oder mehrerer FCD-Fahrzeuge für die Feststellung ausge wertet werden, ob sich ein Bereich "sich bewegender breiter Staus" vom stromaufwärtigen Ende eines Musters dichten Ver kehrs, wo solche Bereiche typischerweise entstehen und sich entwickeln, abgelöst worden ist oder ob er noch zum Muster ge hört. Im ersteren Fall hat sich die stromabwärtige Flanke F_st,GS des Bereichs "sich bewegender breiter Staus" in stromaufwärti ger Richtung vom stromaufwärtigen Ende des zu einer effektiven Engstelle an einem Ort x_S,F gehörigen Muster dichten Verkehrs entfernt, wie dies im schematischen Situationsbild von Fig. 2 der Fall ist. In letzterem Fall bildet die stromaufwärtige Flanke F_St,GS des Bereichs "sich bewegender breiter Staus" die Grenze zu einem stromabwärts anschließenden Bereich "gestauch ten synchronisierten Verkehrs", wie im Situationsbild von Fig. 4 dargestellt.

Der Ort der Grenze F_st,GS zwischen dem Bereich "sich bewegender breiter Staus" und dem Bereich "gestauchten synchronisierten Verkehrs" in einem Muster dichten Verkehrs kann anhand von FCD- Geschwindigkeitsdaten z. B. dadurch erkannt werden, dass ab die ser Grenze F_St,GS durch das Erreichen des "gestauchten synchro nisierten Verkehrs" gegenüber den vorherigen Geschwindigkeits werten stromaufwärts davon vergleichsweise starke und kurzzei tige Geschwindigkeitsreduzierungen bis fast zum Stillstand für typischerweise ca. 1 min bis 2 min mit zwischenliegenden Fahr zeugbewegungen abwechseln, während denen die Fahrzeuggeschwin digkeit in einem für gestauchten synchronisierten Verkehr typi schen Bereich von ca. 20 km/h bis 40 km/h für typische Zeit dauern von ca. 3 min bis 7 min abwechseln. Wird hingegen nach erkanntem Durchfahren eines Bereichs "sich bewegender breiter Staus" kein solches typisches Geschwindigkeitsprofil gemessen, sondern z. B. ein solches, das für freien Verkehr typisch ist, wird darauf geschlossen, dass sich der Bereich "sich bewegender breiter Staus" abgelöst hat, wie im Fall von Fig. 2.

Des weiteren ermöglicht das vorliegende Verfahren eine Ent scheidung anhand von FCD-Verkehrsdaten darüber, ob eine lokali sierte effektive Engstelle eine zufahrtartige oder eine ab fahrtartige effektive Engstelle ist, wie nachfolgend unter Be zugnahme auf Fig. 3 erläutert.

Fig. 3 zeigt im oberen Teil schematisch eine Umgebung einer ef fektiven Engstelle und im unteren Teil diagrammatisch den zuge hörigen typischen ortsabhängigen Verlauf von Fahrzeugfluß, Fahrzeugdichte und Fahrzeuggeschwindigkeit. Wie daraus ersicht lich, steigt im eigentlichen Bereich der effektiven Engstelle die Fahrzeuggeschwindigkeit vom niedrigeren Wert im stromauf wärtigen Bereich synchronisierten Verkehrs stetig auf den höhe ren mittleren Geschwindigkeitswert im Bereich freien Verkehrs an, während umgekehrt die Fahrzeugdichte entsprechend stetig abnimmt. Mit einem senkrechten Strich ist im oberen Teilbild die Stelle angegeben, an welcher sich demgemäß die effektive Engstelle tatsächlich befindet.

Schon anschaulich ist verständlich, dass in Fällen, in denen die effektive Engstelle auf einer Zufahrt basiert, die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit erst hinter der eigentlichen Zufahrts stelle merklich ansteigt. Dieser Fall ist in Fig. 3 angenommen. Im Gegensatz dazu beginnt die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit im Fall, dass die effektive Engstelle eine abfahrtartige Eng stelle ist, d. h. auf einer Ausfahrt oder einer Verzweigung ei ner Schnellstraße basiert, bereits vor dem eigentlichen Ab fahrtort merklich anzusteigen. Unter Ausnutzung dieser Erkennt nis werden nun die im Bereich vor und hinter einer effektiven Engstelle gemessenen FCD-Geschwindigkeiten daraufhin ausgewer tet, ob das zu ihnen gehörige mittlere Fahrzeuggeschwindig keitsprofil über den Bereich der Engstelle hinweg einen merkli chen Geschwindigkeitsanstieg schon vor oder erst nach dem ei gentlichen Zu- oder Abfahrtsort zeigt. In letzterem Fall wird auf das Vorliegen einer Zufahrt bzw. einer zufahrtartigen ef fektiven Engstelle geschlossen, in ersterem Fall auf eine Ab fahrt bzw. eine abfahrtartige effektive Engstelle. Als diesbe züglich relevanter Geschwindigkeitsanstieg wird gewertet, wenn die Geschwindigkeit eines oder mehrerer FCD-Fahrzeuge, die in nerhalb des Musters dichten Verkehrs im Vergleich zu einem vor gegebenen typischen Wert für freien Verkehr niedrig war, wieder ansteigt und einen für den Phasenübergang vom synchronisierten zum freien Verkehr typischen, vorgegebenen Schwellwert über schreitet, wobei sich der Ort des Geschwindigkeitsanstiegs in nerhalb eines vorgegebenen maximalen Abstands vor der Abfahrts stelle bzw. hinter der Zufahrtsstelle befinden muß. Wenn hierfür die Geschwindigkeitsdaten mehrerer, in zeitlichem Abstand hin tereinander die effektive Engstelle passierender FCD-Fahrzeuge herangezogen werden, sind selbige innerhalb einer vorgegebenen Toleranz auf den gleichen Ort zu beziehen, der die Stelle der Lokalisierung der effektiven Engstelle darstellt. Der zeitliche Verlauf des Geschwindigkeitsanstiegs muß dann innerhalb einer vorgegebenen Toleranz für die verschiedenen FCD-Fahrzeuge gleich sein.

Des weiteren ermöglicht das vorliegende Verfahren eine Erken nung von effektiven Engstellen, die nicht auf verzeichnete, d. h. vorab abgespeicherte Streckentopografiemerkmale zurückge hen, sondern z. B. von Unfallstellen auf Schnellstraßen temporär verursacht werden. Auf eine solche effektive Engstelle wird ge schlossen, wenn die gemessenen FCD-Geschwindigkeitsdaten ein Muster dichten Verkehrs indiziert haben und die FCD-Geschwin digkeiten nach Verlassen dieses Bereichs dichten Verkehrs ver glichen mit einem vorgegebenen, für freien Verkehr typischen Schwellwert niedrigen mittleren Geschwindigkeitswert wieder an steigen und einen vorgegebenen, für einen Phasenübergang vom synchronisierten zum freien Verkehr typischen Schwellwert über schreiten, der in diesem Fall größer gewählt wird als der ent sprechende Schwellwert für die oben beschriebene Unterscheidung zwischen effektiven Engstellen, die an Zufahrten und Abfahrten existieren. In diesem Fall wird eine effektive, nicht verzeich nete Engstelle angenommen, wenn der Ort des Geschwindigkeitsan stiegs außerhalb der Umgebungen der festgelegten, bekannten Or te der betreffenden Streckentopografieänderungen liegt.

Das vorliegende Verfahren erlaubt des weiteren eine Entschei dung, ob ein erkanntes Muster dichten Verkehrs ein einzelnes oder ein übergreifendes Muster ist. Als Kriterium hierfür dient die Feststellung, ob der Bereich synchronisierten Verkehrs bzw. gestauchten synchronisierten Verkehrs über den Ort der Lokali sierung einer zugehörigen effektiven Engstelle hinaus ausge dehnt ist. Dies ist anhand der gemessenen FCD-Geschwindigkeiten daran erkennbar, dass stromabwärts der die stromabwärtige Flan ke des Bereichs synchronisierten Verkehrs bildenden effektiven Engstelle kein signifikanter Anstieg der mittleren Fahrzeugge schwindigkeit auftritt, was bedeutet, dass ein Muster dichten Verkehrs einer stromabwärtigen effektiven Engstelle diese stromaufwärtige effektive Engstelle erreicht hat bzw. über greift. Am ausgewerteten FCD-Geschwindigkeitsprofil lässt sich zudem erkennen, wie viele effektive Engstellen ein solches übergreifendes Muster überdeckt. Dazu wird anhand der FCD- Geschwindigkeitsdaten festgestellt, über wie viele effektive Engstellen sich ein Bereich synchronisierten Verkehrs und/oder gestauchten synchronisierten Verkehrs bzw. eine ununterbrochene und beliebige Folge von Bereichen sich bewegender breiter Staus, gestauchten synchronisierten Verkehrs und synchroni sierten Verkehrs ausdehnt.

Anhand der aufgenommenen FCD-Geschwindigkeitsdaten ist des wei teren die Bestimmung des Ortes der Grenze bzw. Flanke F_GS,S zwischen einem Bereich gestauchten synchronisierten Verkehrs und einem daran stromabwärts anschließenden Bereich synchroni sierten Verkehrs in einem Muster dichten Verkehr möglich. Eine solche Grenze F_GS,S liegt sowohl für ein vollständiges Muster dichten Verkehrs mit einem Bereich B_S synchronisierten Ver kehrs, einem stromaufwärts anschließenden Bereich B_GS gestauch ten synchronisierten Verkehrs und einem daran stromaufwärts an schließenden Bereich B_St sich bewegender breiter Staus, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, als auch für ein in Fig. 5 gezeigtes, reduziertes Muster dichten Verkehrs vor, bei dem der Bereich sich bewegender breiter Staus fehlt. Der Ort der Flanke F_GS,S wird als derjenige Ort bestimmt, ab dem das oben erläuterte, typische Geschwindigkeitsprofil des Bereichs gestauchten syn chronisierten Verkehrs in ein für synchronisierten Verkehr ty pisches Geschwindigkeitsprofil übergeht, wonach die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit im Bereich synchronisierten Verkehrs zwischen einer typischen Minimalgeschwindigkeit für synchroni sierten Verkehr, die ohne Stauchungserscheinungen möglich ist, und einer typischen Minimalgeschwindigkeit für freien Verkehr liegt.

In analoger Weise kann anhand der gemessenen FCD-Geschwindig keitsdaten der Ort einer Grenze bzw. Flanke F_F,S zwischen dem Bereich synchronisierten Verkehrs B_S und einem stromaufwärts anschließenden Bereich freien Verkehrs B_F für ein reduziertes Muster dichten Verkehrs bestimmt werden, das in Fig. 6 darge stellt ist und nur aus dem Bereich synchronisierten Verkehrs stromaufwärts einer effektiven Engstelle besteht, an die sich ΔL stromabwärts wieder ein Bereich freien Verkehrs anschließt, wo bei wie stets die stromabwärtige Flanke F_s,F des Bereichs syn chronisierten Verkehrs B_S dem Ort x_S,F der effektiven Engstelle entspricht. Als Ort der Flanke F_F,S zwischen freiem Verkehr und stromabwärtigem synchronisiertem Verkehr wird derjenige Ort be stimmt, ab dem die anhand der FCD-Geschwindigkeitsdaten gewon nene mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit, die zuvor dem typischen Wert für freien Verkehr entsprach, unter den typischen Minimal wert für freien Verkehr sinkt und anschließend im typischen Ge schwindigkeitsbereich für synchronisierten Verkehr liegt, d. h. zwischen der typischen Minimalgeschwindigkeit für synchroni sierten Verkehr und der typischen Minimalgeschwindigkeit für freien Verkehr.

Des weiteren ermöglicht das vorliegende Verfahren eine Bestim mung der Verkehrsstärke q^(j) für die verschiedenen Streckenkan ten j speziell auch für Schnellstraßen eines Verkehrsnetzes. Dazu werden zunächst anhand der aufgenommenen FCD-Verkehrsdaten die Reisezeiten t_tr ^(j) mehrerer FCD-Fahrzeuge, welche die Stre ckenkante j zu verschiedenen Zeiten befahren, einfach anhand der entsprechenden Orts- und Zeitdaten ermittelt und zusammen mit ihrem ebenfalls aus diesen Daten zu ermittelnden Abstand AL auf der Streckenkante j zur Verkehrsstärkebestimmung ver wendet. Dies erfolgt für die verschiedenen Verkehrszustandspha sen "freier Verkehr", "synchronisierter Verkehr", "gestauchter synchronisierter Verkehr" und "Stau" in jeweils geeignet ange passter Weise wie folgt.

In Bereichen freien Verkehrs wird die Verkehrsstärke q^(j) durch Vergleich der wie oben angegeben ermittelten Reisezeiten t_tr ^(j) und Abstände ΔL anhand einer in Abhängigkeit dieser Parameter vorgegebenen Funktion Q_free ^(j) bestimmt, welche die von diesen Parametern abhängige, typische Verkehrsstärke im freien Verkehr auf einer Streckenkante j, insbesondere einer Schnellstraße des Verkehrsnetzes angibt, d. h. die aktuelle Verkehrsstärke q^(j) wird zu

q^(j) = Q_free ^(j)(t_tr ^(j),ΔL) (1)

ermittelt. Für Bereiche synchronisierten Verkehrs wird eben falls eine typische vorgegebene funktionale Abhängigkeit Q_synch ^(j)(T,L) der Verkehrsstärke in Abhängigkeit von der Reise zeit T und dem zugehörigen Abstand L, zwischen denen die ent sprechende Reisezeit durch das jeweilige FCD-Fahrzeug gemessen wurde, herangezogen, um anhand der aktuellen gemessenen Reise zeit t_tr ^(j) und dem aktuellen FCD-Fahrzeugabstand ΔL die aktuelle Verkehrsstärke q^(j) im synchronisierten Verkehr durch die Bezie hung

q^(j) = Q_synch ^(j)(t_tr ^(j),ΔL) (2)

zu bestimmen. In analoger Weise wird die Verkehrsstärke q^(j) für eine jeweilige Streckenkante j in Bereichen gestauchten syn chronisierten Verkehrs durch die Beziehung

q^(j) = Q_gest ^(j)(t_tr ^(j),ΔL) (3)

ermittelt, wobei Q_gest ^(j)(T,L) eine vorgegebene Funktion dar stellt, welche die typische Abhängigkeit der Verkehrsstärke von den Reisezeiten und Abständen, zwischen denen die jeweilige Reisezeit durch FCD-Fahrzeuge gemessen wurde, in Bereichen ge stauchten synchronisierten Verkehrs angibt.

In der obigen Gleichung 2 entspricht die Reisezeit der Fahrt dauer eines oder mehrerer FCD-Fahrzeuge zwischen der Grenze F_GS,S gestauchten synchronisierten Verkehrs zum synchronisierten Verkehr und der Grenze F_S,F synchronisierten Verkehrs zum freien Verkehr, wenn ein Muster dichten Verkehrs der Art von Fig. 4 oder 5 vorliegt, und der entsprechenden Fahrtdauer zwischen der Grenze F_F,S freien Verkehrs zum synchronisierten Verkehr und der Grenze F_S,F des synchronisierten zum freien Verkehr im Fall ei nes Muster dichten Verkehrs gemäß Fig. 6. In der obigen Glei chung 3 entspricht die Reisezeit der Fahrtdauer eines oder meh rerer FCD-Fahrzeuge zwischen den Grenzen F_St,GS und F_GS,S im Fall des Muster dichten Verkehrs von Fig. 4 und der Fahrtdauer zwi schen den Grenzen F_F,GS und F_GS,S im Fall eines Musters dichten Verkehrs gemäß Fig. 5. Des weiteren ist der einzusetzende Ab stand ΔL jeweils die Länge des Bereichs synchronisierten Ver kehrs B_S bzw. gestauchten synchronisierten Verkehrs B_GS.

Weitere Verkehrsstärkeinformationen können aus der Differenz Δt_tr ^(j) der Reisezeiten von FCD-Fahrzeugen abgeleitet werden, die in einem Zeitabstand Δt^(j) die betreffende Streckenkante j des Verkehrsnetzes befahren. Speziell sind diese Differenzen Δt_tr ^(j) mittlerer FCD-Reisezeiten zur Bestimmung der Verkehrsstärke q_in ^(j) von Fahrzeugen verwendbar, die in einen Stau hineinfahren, und zwar gemäß der Beziehung

q_in ^(j) = [1 + Δt_tr ^(j)/Δt^(j)]q_out ^(j) (4)

Dabei bezeichnet q_out ^(j) eine charakteristische vorgegebene Ver kehrsstärke von den Stau verlassenden Fahrzeugen, während Δt_tr ^(j) = t_tr,2 ^(j) - t_tr,1 ^(j) die Differenz der Wartezeit eines später in den Stau hineingefahrenen, zweiten FCD-Fahrzeugs und der Warte zeit eines früher in den Stau hineingefahrenen, ersten FCD- Fahrzeugs angibt.

Wenn die Anzahl der Fahrspuren entlang der Streckenkante j nicht konstant ist, sind die obigen Gleichungen 1 bis 4 auf der rechten Gleichungsseite jeweils mit einem zusätzlichen Fahr spurfaktor n/m zu versehen, um Querschnittswerte der Verkehrs stärke mit Berücksichtigung der Fahrspuranzahl zu erhalten, wo bei n die Anzahl der Fahrspuren am Beginn des betrachteten Streckenabschnitts und m die Fahrspuranzahl am Ende des Stre ckenabschnitts bezeichnen und vorausgesetzt ist, dass sich die Fahrspuranzahl während des betrachteten Zeitraums der ausgewer teten FCD-Verkehrsdaten nicht ändert.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Verkehrszustands in einem Verkehrsnetz mit einer oder mehreren effektiven Engstellen, insbesondere in einem Straßenverkehrsnetz, bei dem
der Verkehrszustand unter Berücksichtigung von aufgenom menen Verkehrsdaten in mehrere Zustandsphasen klassifiziert wird, die mindestens die Zustandsphasen "freier Verkehr", "syn chronisierter Verkehr" und "sich bewegende breite Staus" umfas sen und
der Verkehrszustand stromaufwärts einer jeweiligen effek tiven Engstelle des Verkehrsnetzes, wenn eine bei dieser fi xierte Flanke (F_S,F) zwischen stromabwärtigem freiem Verkehr (B_F) und stromaufwärtigem synchronisiertem Verkehr (B_S) erkannt wird, als ein für die jeweilige effektive Engstelle repräsen tatives Muster dichten Verkehrs klassifiziert wird, das einen oder mehrere verschiedene, stromaufwärts aufeinanderfolgende Bereiche (B_S, B_GS, B_St) unterschiedlicher Zustandsphasenzusammen setzung und ein zugehöriges Profil der für die Zustandsphasen ermittlung berücksichtigten Verkehrsparameter beinhaltet,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch ein oder mehrere sich im Verkehr mit bewegende Fahr zeuge FCD-Verkehrsdaten, die eine Information über den Ort und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs umfassen, in zeitlichem Ab stand aufgenommen werden und
aus den für einen jeweiligen Streckenabschnitt aufgenom menen FCD-Verkehrsdaten festgestellt wird, ob eine effektive Engstelle vorliegt, und bejahendenfalls ein zu den aktuellen FCD-Verkehrsdaten passendes Muster dichten Verkehrs als aktuell vorliegendes Muster dichten Verkehrs an der effektiven Engstel le bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass anhand der aufgenommenen FCD-Verkehrsdaten festgestellt wird, ob ein Bereich "sich bewegender breiter Staus" noch den strom aufwärtigen Teil eines erkannten Musters dichten Verkehrs bil det oder sich davon stromaufwärts entfernt hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass anhand der FCD-Verkehrsdaten festgestellt wird, ob die Fahr zeuggeschwindigkeit stromabwärts eines Musters dichten Verkehrs von einem Geschwindigkeitswert, der niedriger als ein für frei en Verkehr repräsentativer Geschwindigkeitswert ist, wieder an steigt und einen für einen Phasenübergang von synchronisiertem zu freiem Verkehr repräsentativen Schwellwert überschreitet und ob in diesem Fall der Ort des Geschwindigkeitsanstiegs hinter einem Lokalisierungsort einer zugehörigen Streckentopografieän derung liegt, woraus dann auf eine zufahrtartige effektive Engstelle geschlossen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass anhand der FCD-Verkehrsdaten festgestellt wird, ob die Fahr zeuggeschwindigkeit stromabwärts eines Musters dichten Verkehrs von einem Geschwindigkeitswert, der niedriger als ein für frei en Verkehr repräsentativer Geschwindigkeitswert ist, wieder an steigt und einen für einen Phasenübergang von synchronisiertem zu freiem Verkehr repräsentativen Schwellwert überschreitet und ob in diesem Fall der Ort des Geschwindigkeitsanstiegs vor ei nem Lokalisierungsort einer zugehörigen Streckentopografieände rung liegt, woraus dann auf eine abfahrtartige effektive Eng stelle geschlossen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass anhand der FCD-Verkehrsdaten auf das Vorliegen einer nicht durch die Streckentopografie bedingten effektiven Engstelle ge schlossen wird, wenn ein Muster dichten Verkehrs erkannt wurde und die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit nach Passieren des Musters dichten Verkehrs wieder ansteigt und einen zugehörigen vorgegebenen Schwellwert überschreitet und der Ort des Ge schwindigkeitsanstiegs außerhalb der Umgebung entsprechender verzeichneter Streckentopografiemerkmale liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass auf das Vorliegen eines übergreifenden Musters dichten Verkehrs geschlossen wird, wenn das FCD-Geschwindigkeitsprofil einen sich stromabwärts über den Ort einer effektiven Engstelle hin aus erstreckenden Bereich synchronisierten Verkehrs oder ge stauchten synchronisierten Verkehrs anzeigt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Ort der Grenze (F_St,GS) zwischen einem Bereich "sich bewegen der breiter Staus" und einem Bereich "gestauchten synchroni sierten Verkehrs" in einem Muster dichten Verkehrs dadurch be stimmt wird, dass das FCD-Geschwindigkeitsprofil ab diesem Ort zu einem Profil übergeht, bei dem starke, kurzzeitige Geschwin digkeitsreduktionen mit demgegenüber längeren Zeiträumen ab wechseln, in denen die Geschwindigkeit in einem niedrigen Ge schwindigkeitsbereich liegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Ort der Grenze (F_GS,S) zwischen einem Bereich "gestauchten synchronisierten Verkehrs" und einem Bereich "synchronisierten Verkehrs" in einem Muster dichten Verkehrs dadurch bestimmt wird, dass das FCD-Geschwindigkeitsprofil ab diesem Ort zu ei nem Profil übergeht, bei dem die mittlere Fahrzeuggeschwindig keit zwischen einer vorgegebenen Minimalgeschwindigkeit für synchronisierten Verkehr und einer vorgegebenen Minimalge schwindigkeit für freien Verkehr liegt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Ort der Grenze (F_F,S) zwischen einem Bereich "freien Ver kehrs" und einem Bereich "synchronisierten Verkehrs" eines Mus ters dichten Verkehrs dadurch bestimmt wird, dass ab dort das FCD-Geschwindigkeitsprofil in ein Profil übergeht, bei dem die Geschwindigkeit unter einen vorgegebenen Minimalgeschwindig keitswert für freien Verkehr absinkt und über einem vorgegebe nen Minimalgeschwindigkeitswert für synchronisierten Verkehr bleibt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Verkehrsstärke (q^j) für eine jeweilige Streckenkante (j) des Verkehrsnetzes anhand einer für die Bereiche "freier Ver kehr", "synchronisierter Verkehr" und "gestauchter synchroni sierter Verkehr" unterschiedlich vorgegebenen Funktion in Ab hängigkeit von Reisezeiten (t_tr ^(j)) und Abständen (ΔL) bestimmt wird, die sich aus den FCD-Verkehrsdaten für das Befahren der betreffenden Streckenkante (j) durch FCD-Fahrzeuge ergeben.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Verkehrsstärke (q_in ^(j)) von in einen Staubereich hineinfah renden Fahrzeugen aus der Differenz der Reisezeit (Δt_tr ^(j)) und der Differenz der Fahrtzeit (Δt^(j)) von nacheinander die gleiche Streckenkante (j) befahrenden FCD-Fahrzeugen bestimmt wird.