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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.
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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 Verkehrs sicherheit
durch die Betreiber erst verspätet
festgestellt. Die Funktionalität
der mobilen Lichtsignalanlagen kann auch durch Unfälle oder
widrige Witterungsbedingungen beeinträchtigt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aus
der
DE 200 19 560
U1 ist eine Einrichtung zur Objektüberwachung bekannt. Unter anderem
soll diese Einrichtung zur Überwachung
von Straßenverkehrssignalen,
insbesondere mobilen Lichtsignalanlagen eingesetzt werden. Diese Überwachungseinrichtung
ermöglicht
jedoch nur die Übertragung
von bestimmten Meldungen der überwachten
Einheiten unter Nutzung einer herkömmlichen Mobilfunkstrecke an
entfernte Empfangsgeräte. Die
in dieser Druckschrift beschriebenen Geräte sind nicht in der Lage,
die aktuelle Position der überwachten
Einheit zu bestimmen. Außerdem
ist eine Kommunikation zwischen mehreren überwachten Lichtsignalgeräten nicht
möglich.
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Die
US 5,986,576 zeigt eine
mobile Lichtsignalanlage, die in gewisser Weise fernsteuerbar ist. Ein
Lichtsignalgerät
besitzt dazu einen Funksendeempfänger,
der eine Datenübertragung
gestattet, und weiterhin eine GPS-gestützte Positionsbestimmungseinheit.
Bei dem vorbekannten System wird üblicherweise ein zentral angeordnetes
Lichtsignalgerät
in Verbindung mit in nicht allzu großer Entfernung aufgestellten
Warnblinkern betrieben. Das Lichtsignalgerät kann einen Mikroprozessor
umfassen, über
welchen die gewünschte
Signalfolge programmiert werden kann. Zur Programmierung kann an
Stelle der unmittelbaren Dateneingabe an der Signalanlage ein Fernsteuergerät verwendet
werden, welches eine Verbindung zum Empfänger herstellt. Fehlerzustände der
Signalanlage werden nur an der Signalanlage selbst, beispielsweise
an einem Fehlerbildschirm angezeigt. Eine Übertragung des aktuellen Status
der Signalanlage zum Fernsteuergerät erfolgt nicht. Wenn beispielsweise
ein Fehler auftritt, wird die Signalanlage in einen Fehlerzustand
gesetzt, in welchem der Mikroprozessor ein rotes Stoppsignal ausgibt.
Dieses Signal wird solange angezeigt, bis der Mikroprozessor neu
programmiert wird oder der gesamte Ablauf des Systems beendet wird.
Die in der
US 5,986,576 beschriebene
Anlage ermöglicht
keine bidirektionale Kommunikation zwischen mehreren Lichtsignalgeräten, die
jeweils zahlreiche Schaltzustände
einnehmen können.
Eine Fernsteuerung ist in nur sehr begrenztem Maße durch eine direkte Verbindung
zwischen einem Fernsteuergerät
und einer einzigen Signalanlage möglich. Die zugeordneten Warnblinkeinheiten
werden nicht direkt von der Fernsteuerung angesprochen und können ihren
aktuellen Status auch nicht an das Fernsteuergerät zurückmelden.
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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.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, für eine mobile
Lichtsignalanlage, die mehrere mobile Lichtsignalgeräte umfasst, eine
komplette Fernüberwachung
und Fernsteuerung der einzelnen Lichtsignalgeräte und der kompletten Anlage
zu ermöglichen.
Durch die Fernüberwachung
sollen sowohl die volle Funktionsfähigkeit der einzelnen Lichtsignalgeräte als auch
das ordnungsgemäße Zusammenwirken
dieser Geräte
innerhalb der kompletten Anlage überwacht
werden können,
um alle denkbaren Fehler erfassen zu können. Gleichzeitig soll es
durch die Erfindung möglich werden,
auf den Schaltzustand der einzelnen Lichtsignalgeräte und auf
das Zusammenspiel dieser Geräte
durch Vorgabe einer gewünschten
Signalfolge von einem beliebigen Ort aus Einfluss nehmen zu können. Die
Erfindung soll weiterhin sicherstellen, dass selbst im Falle der
Unterbrechung der Verbindung zwischen der Gruppe der Lichtsignalgeräte und der
Zentraleinheit im Fehlerfall ein definierter Zustand eingenommen
wird, der in der jeweiligen Verkehrssituation kollidierende Signalfolgen
vermeidet und damit Verkehrsunfälle
ausschließt.
Darüber
hinaus soll die Erfindung Vorkehrungen treffen, welche einen Missbrauch
der Lichtsignalgeräte,
deren Beschädigung
oder Entwendung verhindert bzw. kurzfristig an die Zentraleinheit
signalisiert, um Gegenmaßnahmen
einleiten zu können.
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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.
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Diese
und weitere Aufgaben werden von der erfindungsgemäßen mobilen
Lichtsignalanlage erfüllt,
die im Detail im Anspruch 1 angegeben ist.
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Durch
die Integration eines mobilen Funksendeempfängers in die mobilen Lichtsignalgeräte wird
eine bidirektionale Über tragung
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.
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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.
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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 mobilere 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere
Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung,
unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines Lichtsignalgeräts zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage;
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2 ein
Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage;
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3 ein
Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage.
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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.
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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.
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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.
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Das
Lichtsignalgerät
umfasst schließlich
einen 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.
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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.
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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.
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Schließlich ist
bei der in 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.
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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.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Lichtsignalanlage,
die mehrere Lichtsignalgeräte 1 gemäß 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
-
- 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)