DE10158678A1

DE10158678A1 - Mobile Lichtsignalanlage und Verfahren zu ihrer Steuerung

Info

Publication number: DE10158678A1
Application number: DE10158678A
Authority: DE
Inventors: Stefan Biester; Bernd Biester
Original assignee: Schilder Neeb & Partner V GmbH
Current assignee: BIESTER, BERND, 98693 MANEBACH, DE
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2021-12-01
Also published as: DE10158678B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mobile Lichtsignalanlage. Diese umfasst mindestens eine Gruppe (10) von mobilen Lichtsignalgeräten (1), die zur Straßenverkehrsregelung auf Verkehrsflächen aufgestellt werden können; eine Basisstation mit einem stationären Funksendeempfänger, der mit dem Funksendeempfänger (6) des Lichtsignalgeräts Datensignale austauscht; und eine Zentraleinheit (12). Die Lichtsignalgeräte besitzen eine Datenkommunikationsverbindung mit der Zentraleinheit, von welcher aus steuernd auf die Lichtsignalgeräte eingewirkt werden kann. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Steuerung von mehrere Lichtsignalgeräte (1) umfassenden Lichtsignalanlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mobile Lichtsignalanlage, wie sie insbesondere zur Regelung des Straßenverkehrs genutzt wird. Die Erfindung betrifft insbesondere eine mobile Lichtsignalanlage, die mindestens eine Gruppe von mobilen Lichtsignalgeräten umfasst. Solche mobilen Lichtsignalgeräte (Verkehrsampeln) werden zur zeitweisen Steuerung des Straßenverkehrs, beispielsweise in Baustellenbereichen oder bei Umleitungen genutzt.
Mobile Lichtsignalgeräte und die daraus zusammengeschalteten Lichtsignalanlagen unterscheiden sich in einigen Merkmalen deutlich von stationären Ampelanlagen. Mobile Lichtsignalgeräte müssen schnell installiert werden können, da ein häufiger Ortswechsel erforderlich ist. Die Stromversorgung der mobilen Lichtsignalgeräte erfolgt zumeist über Akkumulatoren. Zumeist werden sie ohne besondere Befestigungen auf Straßenverkehrsflächen aufgestellt. Daraus ergibt sich aber auch ein wesentlicher Nachteil, der darin besteht, dass die mobilen Lichtsignalgeräte unter Umständen von unberechtigten Personen in andere Positionen bewegt werden, was dann zu einem unangemessenen Regelverhalten der Lichtsignalanlage führt, da dieses an die örtliche Position und insbesondere an die Abstände zwischen einzelnen Lichtsignalgeräten einer Gruppe einer Lichtsignalanlage angepasst sein muss. Außerdem kann eine Gefährdung der Verkehrsteilnehmer entstehen, wenn die mobilen Lichtsignalgeräte beispielsweise unberechtigt entfernt oder durch Vandalismus beschädigt werden. Zumeist werden derartige Veränderungen der Lichtsignalgeräte und die daraus u. U. resultierenden Konsequenzen für die Verkehrssicherheit durch die Betreiber erst verspätet festgestellt. Die Funktionalität der mobilen Lichtsignalanlagen kann auch durch Unfälle oder widrige Witterungsbedingungen beeinträchtigt werden.
Aus der europäischen Patentschrift EP 0 086 420 B1 ist eine mobile Verkehrsampel und ein Verfahren zur Steuerung von Ampelanlagen bekannt. In diese mobile Verkehrsampel ist ein Funkempfänger zum Empfang des von einem Zeit- und Normalfrequenzsender gesendeten Zeitzeichens integriert. Bei der Steuerung von räumlich getrennt angeordneten mobilen Verkehrsampeln wird das empfangene Zeitzeichen unmittelbar zur Steuerung des jeweiligen Steuergebers verwendet. Um die Steuerinformationen zwischen den einzelnen mobilen Verkehrsampeln auszutauschen, wird ein transportabler Steuergeber genutzt, der zwischen den einzelnen Ampeln hin und her transportiert werden muss. Eine derartige Ampelanlage ermöglicht zwar einen längerfristigen Betrieb der einzelnen Ampeln ohne eine dauerhafte Signalverbindung zwischen diesen, da es durch die Normalzeitsteuerung nicht zu einer Verschiebung der einzelnen Schaltzeiten kommt. Für den Fall, dass das Funksignal in bestimmten geographischen Lagen nicht empfangen werden kann oder aufgrund eines Fehlers nicht zur Verfügung steht, kann die Betriebweise jedoch nicht sichergestellt werden. Außerdem muss der transportable Steuergeber bei jeder Veränderung der Lage der Verkehrsampeln oder bei einer Änderung der Verkehrssituation, an welche die Schaltzeiten angepasst werden sollen, manuell neu programmiert und dann zwischen den einzelnen Verkehrsampeln ausgetauscht werden. Ein flexibles reagieren auf veränderliche Verkehrssituationen ist somit nicht möglich.
In der DE 32 18 581 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Verkehrsampelsystems beschrieben, welches ebenfalls mit mobilen Verkehrsampeln arbeitet. Die einzelnen Ampeln besitzen jeweils einen eigenen Steuergeber, der einzeln und unabhängig von den anderen Steuergebern programmiert werden muss. Die Steuergeber können jedoch über ein zentrales Funksignal in Betrieb gesetzt werden, um ein zeitlich aufeinander abgestimmtes Steuerverhalten zu gewährleisten. Eine dauernde Überprüfung und Abstimmung der einzelnen Ampeln untereinander ist bei diesem Ampelsystem nicht vorgesehen. Eine von außen veranlasste Änderung der Steuerfolge während des Betriebs ist ebenfalls nicht möglich.
Aus der JP 09 1 06 496 A (Patent Abstract of Japan) ist ebenfalls ein transportables Verkehrssignalgerät bekannt, welches zur Zeitsteuerung ein externes Signal verwendet. Das externe Zeitsignal wird von einem Satelliten empfangen, so dass sich die Empfangssituation gegenüber Zeitrundfunksignalen verbessert. Diesem Lichtsignalgerät fehlt jedoch ebenfalls die Möglichkeit, die Programmierung der Steuerung zu verändern, beispielsweise in Reaktion auf eine veränderte Verkehrssituation.
Die DE 295 16 439 U1 zeigt ein mobilfunkgestütztes Fernüberwachungssystem für Lichtsignalanlagen. Dabei ist eine Möglichkeit beschrieben, den Betriebszustand von Lichtsignalanlagen durch eine Fernüberwachung zu kontrollieren. Die einzelnen Ampeln teilen einer gemeinsamen Empfängerstation über Funk den ungestörten Zustand mit. Dadurch soll es insbesondere ermöglicht werden, die Wartungsintervalle zu verlängern, um erst bei einer tatsächlich aufgetretenen Störung einen Monteur zur gestörten Anlage zu schicken, der den ungestörten Betriebszustand wieder herstellt. Problematisch ist dabei natürlich, dass für einen gewissen Zeitraum die Lichtsignalanlage außer Betrieb gehen kann. Da für die Behebung solcher Funktionsstörungen häufig keine festen Wartungszeiten vorgeschrieben sind, können in der Praxis relativ lange Störungsphasen auftreten. Bei der Datenübertragung kann die Anlage auch Identifizierungsdaten übermitteln, beispielsweise Angaben über den Ort der Lichtsignalanlage. Allerdings ist es nicht möglich, dass die Lichtsignalanlage selbsttätig eine Veränderung ihres Standorts feststellt und an die Zentraleinheit übermittelt. Ein derartiger Bedarf wurde im angegebenen Stand der Technik auch nicht festgestellt, da das Fernüberwachungssystem insbesondere auf stationäre Lichtsignalanlagen angepasst ist. Es ist außerdem nicht möglich, von der Zentraleinheit die Funktionsweise der Lichtsignalanlage unmittelbar zu beeinflussen, wenn dies durch eine veränderte Verkehrsituation erforderlich wird.
Allgemeine Vorschriften über die technischen Merkmale und die Betriebsbedingungen von mobilen Lichtsignalanlagen können de, Verkehrsblatt-Dokument Nr. B 6771 "TL-Transportable Lichtsignalanlagen 97", herausgegeben vom Bundesministerium für Verkehr, Abteilung Straßenbau, entnommen werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine mobile Lichtsignalanlage bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und welche insbesondere die komplette Fernüberwachung und Fernsteuerung der Lichtsignalanlage bzw. der einzelnen mobilen Lichtsignalgeräte ermöglicht. Dabei soll nicht nur die Funktionsfähigkeit und der aktuelle Status der Lichtsignalgeräte überwacht werden sondern auch die aktuelle Verkehrssituation erfasst und in die Steuerung der Lichtsignalanlage einbezogen werden. Dies soll insbesondere auch bei mobilen Lichtsignalgeräten möglich sein, wobei die Überwachung der angepassten Funktionsweise auch in Abhängigkeit von der aktuellen Position der einzelnen mobilen Lichtsignalgeräte ermöglicht werden soll.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Steuerung von aus mehreren Lichtsignalgeräten bestehenden Lichtsignalanlagen bereitzustellen, welches insbesondere auch die Änderung der Programmsteuerung der Lichtsignalgeräte von einem entfernten Ort aus ermöglicht.
Diese und weitere Aufgaben werden von der erfindungsgemäßen mobilen Lichtsignalanlage erfüllt, die im Detail im Anspruch 1 angegeben ist.
Durch die Integration eines mobilen Funksendeempfängers in die mobilen Lichtsignalgeräte wird eine bidirektionale Übertragung von Datensignalen ermöglicht. Damit ist es einerseits möglich, den Betriebszustand und gegebenenfalls auftretende Fehlermeldungen des Lichtsignalgeräts an eine entfernte Zentraleinheit zu übertragen. Andererseits können auch komplexere Steuerbefehle und Parameter von der Zentraleinheit an die mobilen Lichtsignalgeräte übertragen werden, um deren Betriebsweise zu verändern, insbesondere an eine veränderte Straßenverkehrssituation anzupassen. Die Integration einer Normalzeiteinheit, welche basierend auf Zeitfunksignalen ein internes Zeitsignal bereitstellt, ermöglicht es den Lichtsignalgeräten, eine genaue zeitbasierte Programmsteuerung ablaufen zu lassen, wobei mehrere Lichtsignalgeräte ein übergeordnetes Schaltprogramm realisieren können, ohne dass eine direkte Verbindung zwischen diesen Lichtsignalgeräten besteht. In Abhängigkeit von der erfassten Normalzeit, die aus den Zeitfunksignalen generiert wurde, können einzelne Leuchtphasen der verschiedenen Leuchtmittel angesteuert werden, die beispielsweise für einen Einbahnstraßenbetrieb in einem Baustellenbereich erforderlich sind. Da für mehrere Lichtsignalgeräte einer zur Straßenverkehrsregelung eingesetzten Gruppe die Normalzeit als Taktquelle ohne weiteres zur Verfügung steht, kann durch diese Gruppe auch eine Kreuzungsregelung realisiert werden, ohne dass dafür direkte Datenverbindungen zwischen den einzelnen Lichtsignalgeräten bestehen müssen.
An dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, dass gemäß den geltenden "TL-Transportable Lichtsignalanlagen 97" (siehe oben) eine direkte Verbindung zwischen den einzelnen Geräten einer Lichtsignalanlage gefordert wird, da die Betriebssicherheit bisher nicht anders sichergestellt werden konnte. Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, diese Vorschriften an die verbesserten Möglichkeiten anzupassen, um ggf. ohne direkte Verbindungen zwischen den Lichtsignalgeräten arbeiten zu können. Bei mobilen Lichtsignalanlagen müssen derzeit normalerweise für eine Kreuzungsregelung drahtgebundene Verbindungen zwischen den Lichtsignalgeräten hergestellt werden, da eine hohe Funktionssicherheit sichergestellt sein muss und generell zu Verfügung stehende Funkverbindungen aufgrund äußerer Störquellen keine ausreichende Sicherheit gewährleisten. Gemäß der Erfindung würde aber beispielsweise der Verlust des Normalzeitsignals sofort als Fehlermeldung an die Zentraleinheit weitergeleitet werden, so dass der Fehler kurzfristig behoben werden könnte. Damit könnte durch die Erfindung insbesondere auf drahtgebundene Verbindungen zwischen den Lichtsignalgeräten verzichtet werden, wodurch sich die Installationskosten und -zeiten deutlich reduzieren lassen.
Erfindungsgemäß sind in die Lichtsignalgeräte weiterhin Positionsbestimmungseinheiten integriert, die basierend auf einem Globalen Positionsbestimmungssystem (GPS) die aktuelle Position jedes einzelnen Lichtsignalgeräts bestimmen. Auf der Basis der heute verfügbaren Globalen Positionsbestimmungssysteme kann der Standort jedes Lichtsignalgeräts bis auf wenige Meter genau ermittelt werden. Anhand dieser Standortbestimmungen ist es dann ohne weiteres möglich, beispielsweise den Abstand zwischen einzelnen Lichtsignalgeräten zu errechnen, wodurch erstmals auch eine automatische Anpassung des Steuerprogramms ermöglicht wird, wenn sich die Position eines oder mehrerer der Lichtsignalgeräte verändert. Das entscheidende Kriterium für die Steuerung der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlagen kann daher der Verkehrsweg zwischen den Geräten selbst sein. Bisher bestand keine Möglichkeit, bei mobilen Lichtsignalanlagen auf eine kurzfristige Positionsänderung zu reagieren, die z. B. aufgrund einer Baustellenverschiebung von den vor Ort tätigen Bauleuten vorgenommen wurde. Wenn beispielsweise durch eine Verlängerung der Baustelle der Abstand zwischen zwei Lichtsignalgeräten vergrößert wird, die eine Einbahnstraßenregelung im Baustellenbereich realisieren sollen, kann diese Abstandsvergrößerung bei herkömmlichen Anlagen dazu führen, dass die Räumzeit, in welcher die in einer Fahrtrichtung in den Baustellenabschnitt eingefahrenen Fahrzeuge den Baustellenabschnitt verlassen können, bevor die Fahrspur für den entgegenkommenden Verkehr freigegeben wird, zu kurz bemessen ist. Eine solche Fehlsteuerung führt zwangsläufig zu Verkehrsbehinderungen oder im ungünstigsten Fall zu Unfällen, wenn die Fehlfunktion der Lichtsignalanlage von den Fahrzeugführern nicht rechtzeitig erkannt wird. Da die aktuelle Position der Lichtsignalgeräte gemäß der vorliegenden Erfindung laufend oder in vorgegebenen Intervallen überprüft wird, werden solche Lageveränderungen kurzfristig festgestellt, so dass dann entweder automatisch oder manuell über eine Fernsteuerung eine Veränderung des Schaltprogramms vorgenommen werden kann. Die Erfassung der Verkehrssituation und der aktuellen Position der Lichtsignalgeräte ermöglicht generell auch den Aufbau von selbstlernenden Systemen.
Die Lichtsignalgeräte der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage umfassen weiterhin eine Gerätesteuerung, die mehrere Funktionen erfüllt. In herkömmlicher Weise kann die Gerätesteuerung das Lichtsignalgerät programmgesteuert in verschiedene Schaltzustände versetzen. Bei herkömmlichen Lichtsignalgeräten ist zumindest eine sogenannte Grünphase und eine Rotphase zu realisieren, durch welche die geregelte Verkehrsfläche entweder freigegeben oder gesperrt wird. Häufig besitzen die Lichtsignalgeräte auch eine dritte Leuchteinheit, die eine Gelbphase anzeigt und damit die Übergangszustände zwischen der Grün- und der Rotphase signalisiert. Natürlich können auch abgewandelte Lichtsignalgeräte eingesetzt werden, die andere Leuchtelemente besitzen, um spezielle Verkehrssituationen zu regeln (z. B. Richtungspfeile und andere Symbole). Die Gerätesteuerung überwacht außerdem die Funktionsfähigkeit der Leuchtmittel, des mobilen Funksendeempfängers, der Normalzeiteinheit und der Positionsbestimmungseinheit. Sobald bei dieser Überwachung eine Fehlfunktion festgestellt wird, generiert die Gerätesteuerung ein Fehlersignal, welches neben anderen Datensignalen über den mobilen Funksendeempfänger zu einer entfernten Zentraleinheit gesendet wird. Die Gerätesteuerung kann weiterhin externe Datensignale vom mobilen Funksendeempfänger empfangen und für die weitere Steuerung des Lichtsignalgerätes verarbeiten.
Die erfindungsgemäße Lichtsignalanlage umfasst weiterhin eine Basisstation mit einem stationären Funksendeempfänger, der mit jedem mobilen Funksendeempfänger der einzelnen Lichtsignalgeräte Datensignale austauschen kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Lichtsignalgeräte an beliebigen Positionen im Empfangsbereich der Basisstation aufgestellt werden können.
Schließlich ist eine Zentraleinheit Bestandteil der mobilen Lichtsignalanlage. Die Zentraleinheit empfängt die Datensignale von der Basisstation und wertet diese aus. Die Datenübertragung zwischen der Zentraleinheit und der Basisstation kann beispielsweise über eine Funkverbindung oder über ein öffentliches drahtgebundenes Telekommunikationsnetz erfolgen. Die Zentraleinheit ist unter Nutzung der Mittel der Telematik weiterhin in der Lage den Betriebszustand der Gruppe von Lichtsignalgeräten zur Anzeige zu bringen, so dass eine Bedienperson (Administrator) zumindest die wichtigsten Betriebszustände der Lichtsignalanlage überwachen und auswerten kann. Die Zentraleinheit kann außerdem Steuersignale für die Lichtsignalgeräte generieren und diese als Datensignale über die Basisstation an die einzelnen mobilen Funksendeempfänger und somit an die Gerätesteuerung der Lichtsignalgeräte weiterleiten. Die Steuersignale können vollautomatisch, programmgesteuert generiert werden oder zusätzliche Vorgabesignale berücksichtigen, die durch manuelles Eingreifen der Bedienperson erzeugt werden, wenn dies für die optimale Steuerung der Lichtsignalanlage bzw. für eine Anpassung an veränderte Umgebungsbedingungen erforderlich ist. Aus Sicherheitsgründen kann die Umsetzung der Steuersignale an die manuelle Bestätigung durch den Administrator gekoppelt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Lichtsignalanlage sind in mindestens einem der Lichtsignalgeräte der Gruppe Sensoren integriert, die Messwerte von verkehrsrelevanten Aktivitäten in den vom Lichtsignalgerät geregelten Verkehrsflächen erfassen. Die Gerätesteuerung ist in jedem Fall in der Lage, die erfassten Messwerte an die Zentraleinheit weiterzuleiten, um diese Messwerte ggf. mit den Sollwerten des Steuerungsprogramms zu vergleichen und in die Steuerung der Lichtsignalanlage einfließen zu lassen. Vorzugsweise werden optische Sensoren zur Bilderfassung verwendet, beispielsweise um Fahrzeuge zu erfassen, die das Lichtsignalgerät passieren, oder um die Ankunft eines Fahrzeugs festzustellen. Magnetfeldsensoren können eingesetzt werden, um Fahrzeuge zu zählen, deren Fahrtrichtung und Geschwindigkeit zu bestimmen und gegebenenfalls auch die Größe der vom Magnetfeldsensor erfassten Fahrzeuge zu ermitteln. Ausreichend sensible Magnetfeldsensoren stehen heutzutage zur Verfügung, die bereits in anderen Bereichen der Verkehrsüberwachungstechnik eingesetzt werden. Ebenso können akustische und sonstige Sensoren zur Datenerfassung genutzt werden.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform überwacht die Gerätesteuerung weiterhin die Kapazität einer lokalen Stromversorgungsquelle des Lichtsignalgeräts. Bei Unterschreitung einer Minimalkapazität wird dann ein Kapazitätswarnsignal an die Zentraleinheit übermittelt. Auf diese Weise können die Wartungsintervalle für mobile Lichtsignalanlagen deutlich verlängert werden, da die als Stromversorgungsquellen eingesetzten Akkumulatoren nicht bereits nach ihrer durchschnittlichen Betriebsdauer ausgetauscht werden müssen, sondern erst dann, wenn tatsächlich eine vorgegebene Minimalkapazität erreicht wird. Erfahrungsgemäß stellt die Wartung von mobilen Lichtsignalgeräten bisher einen erheblichen Kostenfaktor dar, da die Wartung aus Sicherheitsgründen in der Regel bereits deutlich vor der möglichen Ausschöpfung der Kapazität der Akkumulatoren durchgeführt wird. Bereits unter diesem Aspekt führt die Erfindung zur Einsparung von Personal- und Zeitressourcen. Außerdem wird der Energieaufwand verringert, der für überflüssige Wartungsfahrten zu den mobilen Lichtsignalanlagen anfallen würde. Unter Energie- und Umweltgesichtspunkten ist dies ein nicht zu vernachlässigender Vorteil der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage. Ähnlich wirkt sich die Überwachung der sonstigen Geräteeinheiten der Lichtsignalgeräte aus, da auch hier die Wartungsintervalle verlängert werden können.
Es ist besonders nützlich, wenn die Basisstation und die Zentraleinheit die Datensignale unter Nutzung eines öffentlichen Datennetzes austauschen. Insbesondere eignet sich dazu auch das Internet, da es mittlerweile flächendeckend verfügbar ist und zur Übertragung beliebiger Datensignale, auch in größeren Mengen geeignet ist. Außerdem kann auf das Internet nahezu überall zugegriffen werden, so dass die von der Lichtsignalanlage gelieferten Messwerte und Informationen an jedem beliebigen Ort verfügbar gemacht werden können, soweit den jeweiligen Stellen oder Personen dafür die Zugriffsberechtigung erteilt wurde.
Bei einer besonders zu bevorzugenden Ausführungsform der Erfindung sind die einzelnen Lichtsignalgeräte einer Gruppe außerdem in der Lage, untereinander Daten auszutauschen, wobei dies unter Vermittlung der Zentraleinheit oder auch auf direktem Wege erfolgen kann. Im ersten Fall dient die Zentraleinheit lediglich als Weiterleitungselement, ohne dass die Daten beeinflusst werden. Natürlich kann die Zentraleinheit auch so programmiert sein, dass nur bestimmte Daten unbearbeitet zwischen den Lichtsignalgeräten übermittelt werden, während auf andere Daten Einfluss genommen wird, um eine optimale Steuerung der einzelnen Lichtsignalgeräte zu ermöglichen. Die Lichtsignalgeräte einer Lichtsignalanlage können untereinander Daten über eine Kurzstreckenfunkverbindung oder über eine drahtgebundene Verbindung austauschen. Dies ist nicht zuletzt unter Kostenaspekten besonders während des normalen, ungestörten Betriebs nützlich, um nicht sämtliche Kommunikation zwischen den Geräten über die öffentlichen Funknetze abwickeln zu müssen. An die Zentraleinheit können sämtliche Kommunikationsdaten bei Bedarf parallel übermittelt werden. Es ist auch eine Datenaufzeichnung in den einzelnen Lichtsignalgeräten denkbar, so dass gebündelte Datenpakte in Intervallen an die Zentraleinheit übermittelt werden können.
Bei einer nochmals abgewandelten Ausführungsform kann die Kommunikation zwischen den einzelnen Lichtsignalgeräten unter Einschaltung der Basisstation erfolgen, insbesondere wenn die Funksendeempfänger der Lichtsignalgeräte und die Basisstation einem zellularen Mobilfunknetz angehören. Dies kann beispielsweise zweckmäßig sein, wenn einzelne Lichtsignalgeräte der Gruppe nur dann ihren Schaltzustand ändern müssen, wenn eine besondere Anforderung erfolgt, wie dies z. B. für selten genutzte Fußgängerampeln der Fall ist, die nur auf manuelle Anforderung in die Schaltsteuerung der Gruppe von Lichtsignalgeräten einbezogen werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft wenn über das öffentliche Datennetz Vorrangsignale an die Zentraleinheit übertragen werden können, die diese in einen speziellen Programmabschnitt bzw. Schaltzustand eintreten lassen, durch welchen Datensignale an die Lichtsignalgeräte übertragen werden, die diese in einen Vorrangzustand versetzen. Auf diese Weise ist es möglich, dass Rettungs- und Einsatzfahrzeuge einen speziellen Datencode über ein zellulares Mobilfunknetz an die Zentraleinheit übertragen, um die gesamte Lichtsignalanlage in diesen Vorrangzustand zu versetzen. Vorzugsweise werden dadurch sämtliche Fahrtrichtungen für den normalen Straßenverkehr gesperrt, so dass die Einsatzfahrzeuge ohne Behinderungen den von der Lichtsignalanlage geregelten Verkehrsbereich passieren können. Der Zugriff auf solche Sonderfunktionen sollte zweckmäßigerweise durch spezielle Identifikationsdaten gesichert sein.
Die vorliegende Erfindung liefert weiterhin ein Verfahren zur Steuerung von aus mehreren mobilen Lichtsignalgeräten bestehenden Lichtsignalanlagen, welches die im Anspruch 10 angegebenen Schritte umfasst. Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass erstmals mobile Lichtsignalanlagen von einer entfernten Zentraleinheit bzw. einer angekoppelten Bedieneinheit (z. B. einem Computer) in vollem Umfang bedient bzw. programmiert werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden außerdem Berichtsdaten erzeugt, welche die aktuelle Straßenverkehrssituation und in der Vergangenheit liegende Straßenverkehrsituationen wiedergeben. Diese Berichtsdaten können über öffentliche Datennetze oder spezielle Verkehrsinformationssysteme bereitgestellt werden, um an unterschiedlichsten Stellen weiterverarbeitet zu werden. Auf diese Weise können Stauprognosen oder Umleitungsempfehlungen bereits im Vorfeld an interessierte Personen oder Einrichtungen übermittelt werden. Damit könnten Speditionen ihre Frachtrouten besser und vor allem zeitlich genauer planen. Andererseits können durch Baustellen eingeschränkte Straßenverbindungen vermieden werden, so dass die Gefahr einer Staubildung reduziert wird.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Lichtsignalgeräts zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage;
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Lichtsignalgeräts 1, welches Bestandteil einer erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage ist. Das Lichtsignalgerät 1 besitzt eine Anzeigeeinheit 2, die beispielsweise aus drei Leuchtelementen mit den Farben Rot, Gelb und Grün besteht. Bislang werden in solchen Anzeigeeinheiten mehrere Glühlampen verwendet, denen eine Farbglasscheibe, ggf. mit entsprechenden Symbolen, vorgesetzt ist. Bei modernen Verkehrsampeln können auch andere Leuchtelemente, wie z. B. Lichtemitterdioden eingesetzt werden.
Das Lichtsignalgerät 1 besitzt weiterhin eine zentrale Gerätesteuerung 3, die vorzugsweise durch einen oder mehrere Mikroprozessoren und einen zugeordneten Speicher realisiert wird. Die Gerätesteuerung 3 ist an die Anzeigeeinheit 2 gekoppelt, um die einzelnen Lichtelemente anzusteuern, wenn ein ausgewähltes Lichtsignal benötigt wird. Außerdem ist in das Lichtsignalgerät eine Normalzeiteinheit 4 integriert, die aus einem empfangenen Zeitsignal die aktuelle Normalzeit ermittelt. Das Zeitsignal kann beispielweise von dem Zeitrundfunksender DCF 77 empfangen werden. Neuerdings können Zeitsignale auch von Satelliten empfangen werden, wobei dies für spezielle geografische Gebiete interessant sein kann, in denen die Empfangssituation für Rundfunksignale ungünstig ist.
Darüber hinaus besitzt das Lichtsignalgerät 1 eine Positionsbestimmungseinheit 5, mit welcher die aktuelle Position des Lichtsignalgeräts ermittelt werden kann. Dazu eignet sich insbesondere die Ausnutzung von globalen Positionsbestimmungssystemen (GPS), die über den Empfang mehrerer Satellitensignale die geografische Situation am Empfangsort mit hoher Genauigkeit bestimmen können. Die Funktionsweise von GPS-Systemen ist allgemein bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung an dieser Stelle verzichtet werden kann.
Das Lichtsignalgerät umfasst schließlich einer Funksendeempfänger 6, der für die Funkübertragung von Datensignalen geeignet ist. Vorzugsweise wird dafür ein mobiler Funksendeempfänger verwendet, der in ein zellulares Mobilfunknetz eingebunden ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass ein flächendeckender Einsatz des Lichtsignalgeräts erfolgen kann, da die zellularen Mobilfunknetze zumindest in Deutschland nahezu überall zur Verfügung stehen. Bei besonderen Standorten kann es jedoch erforderlich sein, eine eigenständige Funkübertragungsstrecke aufzubauen, um den Funksendeempfänger 6 an bereits bestehende Kommunikationsnetze anzukoppeln. Der Funksendeempfänger 6 tauscht die Datensignale üblicherweise mit einer stationären Basisstation (nicht gezeigt) aus. Um die vielfältigen Funktionen der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage zu ermöglichen, ist ein bidirektionaler Datenaustausch zwischen dem Funksendeempfänger 6 und der zugehörigen Basisstation erforderlich. Normalerweise wird es ausreichend sein, wenn der Funksendeempfänger 6 eine Datenverbindung nur auf Anforderung der Gerätesteuerung 3 oder beim Empfang eines Rufes von der Basisstation aufbaut. Bei bestimmten Einsatzfällen kann aber auch eine dauerhafte Verbindung erforderlich sein.
Das Lichtsignalgerät benötigt außerdem eine Stromversorgung 7, welche bei mobilen Geräten häufig in Form eines Akkumulators bereitgestellt wird. In die Stromversorgung 7 sind selbstverständlich elektrische Schaltungseinheiten integriert, welche die Betriebsspannungen bereitstellen, die von den verschiedenen Einheiten des Lichtsignalgeräts benötigt werden. Bei abgewandelten Ausführungsformen könnte die Stromversorgung 7 durch einen Anschluss an ein Stromversorgungsnetz erzielt werden. Als Ausfallsicherung kann auch im letztgenannten Fall ein Akkumulator als Notstromversorgung vorgesehen sein.
Die Gerätesteuerung 3 ist mit allen anderen funktionswichtigen Einheiten des Lichtsignalgeräts verbunden und übernimmt die Steuerung und Überwachung der wichtigsten Funktionen. Insbesondere wird die Funktionsfähigkeit der einzelnen Einheiten überwacht, so dass beispielsweise festgestellt werden kann, wenn die Anzeigeeinheit 2 teilweise oder ganz ausgefallen ist. In einem solchen Fall wird die Anlage in ein Sicherheitsprogramm eintreten, um undefinierte Verkehrsregelzustände zu vermeiden. Außerdem sind in der Gerätesteuerung Abläufe vorgesehen, die automatisch ausgeführt werden, wenn die Positionsbestimmungseinheit 5 eine Veränderung der örtlichen Lage des Lichtsignalgeräts feststellt. Die Gerätesteuerung 3 überwacht auch die Stromversorgung 7 und stellt beispielsweise bei der Verwendung eines Akkumulators fest, wenn die Kapazität des Akkumulators sinkt, so dass ein Aufladen oder ein Austausch des Akkumulators in berechenbarer Zeit erforderlich wird. Außerdem ist in der Gerätesteuerung 3 das Schaltprogramm für die Anzeigeeinheit 2 abgelegt, welches in Abstimmung mit weiteren Lichtsignalgeräten zur Verkehrsregelung erstellt ist. Die Gerätesteuerung 3 stellt Daten zur Verfügung, die den aktuellen Betriebszustand des Lichtsignalgeräts widerspiegeln, und übermittelt diese Daten mit Hilfe des Funksendeempfängers 6 an die entfernte Basisstation. Die weitere Verwendung dieser Daten wird weiter unten beschrieben.
Schließlich ist bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eine Kommunikationsschnittstelle 8 vorhanden, die für eine direkte Datenverbindung zwischen einzelnen Lichtsignalgeräten einer Gruppe nutzbar ist. Die Kommunikationsschnittstelle 8 umfasst beispielsweise einen Kurzstrecken-Funksendeempfänger zum Aufbau einer Funkverbindung zwischen den einzelnen Lichtsignalgeräten einer Gruppe. Der direkte Datenaustausch zwischen den Lichtsignalgeräten kann aber auch über eine Drahtverbindung erfolgen, die an die Kommunikationsschnittstelle gekoppelt ist.
Das Lichtsignalgerät 1 kann bei abgewandelten Ausführungsformen weitere Einheiten enthalten, die ebenfalls mit der Gerätesteuerung 3 kommunizieren. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Verkehrssituation in dem vom Lichtsignalgerät gesteuerten Verkehrsbereich durch geeignete Sensoren erfasst wird. Das Lichtsignalgerät kann einen optischen Sensor umfassen, der Bilddaten über den angrenzenden Verkehrsbereich erstellt und bei Bedarf über den Funksendeempfänger weiterleitet. Natürlich können die Bilddaten für Überwachungszwecke auch im Lichtsignalgerät gespeichert und nur bei Bedarf ausgelesen werden. Der Einsatz anderer Sensoren ist ebenfalls möglich.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Lichtsignalanlage, die mehrere Lichtsignalgeräte 1 gemäß Fig. 1 umfasst. Bei der dargestellten Ausführungsform bilden jeweils mehrere Lichtsignalgeräte 1 eine Gruppe von Lichtsignalgeräten 10, deren einzelne Lichtsignalgeräte zur Steuerung einer speziellen Verkehrssituation aufeinander abgestimmt werden müssen. Die einzelnen Lichtsignalgeräte 1 einer Gruppe 10 liefern die notwendigen Daten über Basisstationen (nicht dargestellt) und ggf. weitere Datennetze an einen Provider 11, der diese Daten sammelt und (ggf. ergänzt um weitere Identifizierungsdaten) an eine Zentraleinheit 12 weiterleitet. Außerdem können mehrere direkte Kommunikationsverbindungen 9 zwischen den Lichtsignalgeräten 1 einer Gruppe 10 bestehen, die nur beispielhaft eingezeichnet sind.
Die Datenverbindungen sind jeweils bidirektional ausgelegt, so dass Programmierungsdaten von der Zentraleinheit 12 und/oder dem Provider 11 an die einzelnen Lichtsignalgeräte 1 übermittelt werden können, um die Schaltvorgänge der Lichtsignalgeräte an ein gewünschtes Steuerprogramm anzupassen. Jedem einzelnen Lichtsignalgerät 1 wird auf diese Weise mitgeteilt, zu welchem Zeitpunkt welche Anzeigeeinheit aktiviert werden muss, um den gewünschten Verkehrsfluss zu realisieren. Die direkte Kommunikation zwischen den einzelnen Lichtsignalgeräten einer Gruppe 10 ist eigentlich nicht zwingend erforderlich, da die Ablaufsteuerung auf der Basis der ermittelten Normalzeit erfolgt. Derzeit wird diese Direktverbindung jedoch durch die einschlägigen Vorschriften gefordert. Daher kann bei einer abgewandelten Ausführungsform auch eine unmittelbare Kommunikation zwischen einzelnen Lichtsignalgeräten erfolgen, vorzugsweise über die oben beschriebene integrierte Kommunikationsschnittstelle 8.
Die Zentraleinheit 12 kann an ein öffentliches Datennetz 13 gekoppelt sein, z. B. das Internet. Auf diese Weise ist es möglich, dass autorisierte Anwender 14 von beliebigen Stellen aus die von der Zentraleinheit 12 bereitgestellten Daten auswerten und weiterverarbeiten können. Die autorisierten Anwender 14 können je nach Berechtigungsgrad auch Steuerdaten generieren und diese an die Zentraleinheit 12 zur Übermittlung an die Lichtsignalgeräte 1 weiterleiten. Natürlich können autorisierte Anwender 14 auch direkt an die Zentraleinheit 12 gekoppelt sein, wenn beispielsweise aus Sicherheitsgründen keine Datenübermittlung über öffentliche Datennetze gewünscht ist.
Beispielsweise ist es zweckmäßig, dass ein berechtigtes Fahrzeug im Einsatzfall ein Vorrangsignal generiert, welches über ein zellulares Mobilfunknetz an die Zentraleinheit 12 übermittelt wird und dort eine Steuerroutine auslöst, die sämtliche betroffene Lichtsignalgeräte in einen Vorrangszustand schaltet, damit das Rettungsfahrzeug den betroffenen Straßenabschnitt ohne Behinderung passieren kann.
Außerdem können die Daten bzw. ausgewählte Daten, welche die aktuelle Verkehrssituation und die Funktionsfähigkeit der Lichtsignalgeräte dokumentieren, ausgewählten Stellen, wie z. B. Straßenverkehrsämtern 15 und ggf. auch der breiten Öffentlichkeit 16, zugänglich gemacht werden. Damit können bessere Planungen ausgeführt werden, z. B. um überlastete Straßenabschnitte bei der Transportplanung zu vermeiden oder Umleitungsempfehlungen in Verkehrsnachrichten geben zu können.
In der Zentraleinheit 12 sind auch Programmroutinen enthalten, die eine automatische Anpassung der Schaltvorgänge der einzelnen Lichtsignalgeräte ermöglichen wenn dies aus einer veränderten Verkehrssituation als notwendig erkannt wird oder wenn beispielsweise die Position der mobilen Lichtsignalgeräte verändert wurde. So wäre es denkbar, dass die Zentraleinheit 12 automatisch Befehle generiert, welche die Schaltphasen von zwei zu einer Gruppe gehörenden Lichtsignalgeräten 1 verzögert, um die Beräumzeit zu verlängern, wenn der Abstand zwischen den beiden Lichtsignalgeräten vergrößert wurde, was automatisch von den Positionsbestimmungseinheiten 5 der Lichtsignalgeräte 1 festgestellt wird. Wenn die Zentraleinheit andererseits feststellt, dass eine Verkürzung der Schaltzeiten nützlich sein könnte, sollten vorzugsweise Sicherheitsvorkehrungen getroffen sein, die eine Bestätigung der Verkürzung der Schaltzeit durch einen autorisierten Anwender erfordern.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage. Mehrere Gruppen 10 umfassen jeweils mehrere Lichtsignalgeräte 1. Die Lichtsignalgeräte einer Gruppe sind jeweils über Kommunikationsverbindungen 9 (Funk- oder Kabel) direkt miteinander zum Datenaustausch verbunden. Jedes einzelne Lichtsignalgerät ist zur Positionsbestimmung in ein Globales Positionssystem (GPS) 17 eingebunden. Die Status- und Steuerdaten werden wiederum über bidirektionale Datenverbindungen (nicht gezeigt) zwischen der Zentraleinheit 12 und den Lichtsignalgeräten 1 ausgetauscht. Über das Internet 13 erfolgt von unterschiedlich berechtigten Anwendern 14, 15 und 16 ein Zugriff auf die von der Zentraleinheit bereitgestellten Daten bzw. eine Übermittlung von Steuerdaten zu dieser.
Weitere Abwandlungen der Erfindung sind möglich. Bezugszeichenliste 1 Lichtsignalgerät
2 Anzeigeeinheit
3 Gerätesteuerung
4 Normalzeiteinheit
5 Positionsbestimmungseinheit
6 Funksendeempfänger
7 Stromversorgung
8 Kommunikationsschnittstelle
9 Kommunikationsverbindung
10 Gruppe von Lichtsignalen
11 Provider
12 Zentraleinheit
13 öffentliches Datennetz
14 Anwender
15 Ämter
16 Öffentlichkeit
17 Globales Positionssystem (GPS)

Claims

1. Mobile Lichtsignalanlage umfassend:
mindestens eine Gruppe (10) von mobilen Lichtsignalgeräten (1), die zur Straßenverkehrsregelung auf Verkehrsflächen aufgestellt werden können, wobei in einem oder mehreren Lichtsignalgeräten dieser Gruppe folgende Bestandteile integriert sind:
eine Anzeigeeinheit (2) zur Anzeige von Lichtsignalen;
ein Funksendeempfänger (6) zur bidirektionalen Übertragung von Datensignalen,
eine Normalzeiteinheit (4), die basierend auf Zeitfunksignalen ein internes Zeitsignal bereitstellt,
eine Positionsbestimmungseinheit (5), die basierend auf einem Positionsbestimmungssystem (17) die aktuelle Position des Lichtsignalgerätes (1) bestimmt,
eine Gerätesteuerung (3), welche das Lichtsignalgerät programmgesteuert in verschiedene Schaltzustände versetzt, die Funktionsfähigkeit der Anzeigeeinheit (2), des Funksendeempfängers (6), der Normalzeiteinheit (4) und der Positionsbestimmungseinheit (5) überwacht und im Fehlerfall ein Fehlersignal generiert, und welche über den mobilen Funksendeempfänger (6) externe Datensignale empfängt und interne Datensignale sendet;
eine Basisstation mit einem stationären Funksendeempfänger, der mit dem Funksendeempfänger (6) des Lichtsignalgeräts Datensignale austauscht; und
eine Zentraleinheit (12), welche die Datensignale von der Basisstation empfängt und auswertet,
aus den empfangenen Datensignalen Anzeigesignale erzeugt, die den Betriebszustand der Gruppe (10) von Lichtsignalgräten repräsentieren, und
programmgesteuert oder in Reaktion auf eingespeiste Vorgabesignale für die Lichtsignalgeräte (1) Steuersignale generiert und diese als Datensignale über die Basisstation an den Funksendeempfänger (6) der Lichtsignalgeräte (1) zur Ausführung weiterleitet.

2. Lichtsignalanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Lichtsignalgerät (1) Sensoren integriert sind, die Messwerte von verkehrsrelevanten Aktivitäten in den vom Lichtsignalgerät geregelten Verkehrsflächen erfassen, und dass die Gerätesteuerung (3) des Lichtsignalgeräts zumindest einige der erfassten Messwerte an die Zentraleinheit (12) weiterleitet.

3. Lichtsignalanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsignalgerät (1) einen oder mehrere Sensoren aus der folgenden Gruppe enthält:
einen optischen Sensor zur Bilderfassung der in der Nähe des Lichsignalgeräts befindlichen Verkehrsfläche,
einen Magnetfeldsensor zur Erfassung der durch Fahrzeugbewegungen in der Nähe des Lichtsignalgeräts hervorgerufenen Magnetfeldänderungen,
einen Feuchtesensor zur Erfassung der Nierderschlagsverhältnisse,
einen Temperatursensor zur Erfassung der Umgebungstemperatur.

4. Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerätesteuerung (3) weiterhin die Kapazität einer lokalen Stromversorgungsquelle (7) des Lichtsignalgeräts (1) überwacht und bei Unterschreitung einer Minimalkapazität ein Kapazitätswarnsignal an die Zentraleinheit (12) übermittelt.

5. Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstation und die Zentraleinheit (12) die Datensignale über ein öffentliches Datennetz (13), insbesondere über das Internet austauschen.

6. Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtsignalgeräte (1) der Gruppe (10) von Lichtsignalgeräten untereinander ohne Zwischenschaltung der Zentraleinheit Daten austauschen.

7. Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Lichtsignalgerät (1) der Gruppe (10) von Lichtsignalgeräten über einen eigenen Funksendeempfänger (6) Daten mit der Zentraleinheit (12) austauscht.

8. Lichtsignalanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Funksendeempfänger (6) der Lichtsignalanlage und die Basisstation Teil eines zellularen Mobilfunknetzes sind.

9. Lichtsignalanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass über das öffentliche Datennetz (13) Vorrangsignale an die Zentraleinheit (12) übertragbar sind, die die Zentraleinheit veranlassen, die Lichtsignalanlage in einen Vorrangzustand zu versetzen.

10. Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsbestimmungssystem (17) ein Globales Positionsbestimmungssystem (GPS) ist.

11. Verfahren zur Steuerung von mehrere Lichtsignalgeräte (1) umfassenden Lichtsignalanlagen, wobei die folgenden Schritte wiederholt ausgeführt werden:

- Ermitteln der aktuellen Position der Lichtsignalgeräte (1) durch Auswertung von Signalen eines Globalen Positionsbestimmungssystems in den Lichtsignalgeräten;

- Erfassen der aktuellen Straßenverkehrssituation auf der durch die Lichtsignalanlage zu steuernden Verkehrsfläche mit Sensoren der Lichtsignalgeräte;

- Übertragung von Daten, welche die aktuelle Position und die aktuelle Straßenverkehrssituation repräsentieren, an eine entfernte Zentraleinheit (12);

- Bestimmen von Steuerparametern für die Lichtsignalanlage;

- Übertragung der Steuerparameter von der Zentraleinheit (12) zur Lichtsignalanlage.

12. Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin die folgenden Schritte umfassend:

- Erzeugen von Berichtsdaten, welche die aktuelle Straßenverkehrssituation und in der Vergangenheit liegende Straßenverkehrssituationen wiedergeben;

- Bereitstellen der Berichtsdaten über öffentliche Datennetze (13) an berechtigte Nutzer.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Steuerparameter von entfernten Computern (14) über öffentliche Datennetze (13) an die Zentraleinheit (12) übermittelt werden.