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Die Erfindung betrifft ein Verkehrssteuerungssystem
zum Steuern eines Verkehrsflusses von Fahrzeugen auf einer Straße mittels
zumindest einer Signalanlage, wobei das Verkehrssteuerungssystem
einen Verkehrsrechner zum Steuern der Signalanlage und einen Fahrzeugdetektor
zum Detektieren eines Fahrzeugs auf der Straße aufweist.
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Durch die begrenzte Kapazität des Straßenverkehrsnetzes
und die kontinuierlich wachsende Verkehrsdichte wird eine aktuelle
Verkehrsflussbeobachtung immer wichtiger, um den Straßenverkehr
gezielt beeinflussen zu können.
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Es ist bekannt, die Verkehrserfassung
mittels Querschnittsmessungen (Messung der Anzahl der Fahrzeuge,
die einen bestimmten Punkt pro Zeitintervall passieren) mit stationären Erfassungstechnologien
als Fahrzeugdetektoren, wie beispielsweise Induktionsschleifen,
Kameras, Infrarot-, Laser-, oder Radartechnik durchzuführen. Die
Erfassung kann ober- oder unterhalb der Straße erfolgen. Hierbei wird die
Anzahl der Fahrzeuge an strategischen Knotenpunkten im Verkehrsnetz
erfasst. Es wird jedes Fahrzeug lokal im Querschnitt gezählt, wodurch
die nötigen
Messwerte für
die Steuerung von Lichtsignalanlagen und Wechselverkehrszeichen
im Verkehrsrechner vorliegen. Diese Messwerte dienen als Input für eine verkehrsabhängige Steuerung.
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Ferner ist aus der Verkehrsforschung
die Floating-Car-Data (FCD) Technologie als mobile Verkehrslageerfassungstechnologie
bekannt. Dabei bestimmt ein so genanntes kooperatives Fahrzeug (Floating
Car) autonom im Verkehrsstrom zwischen zwei Knotenpunkten des Verkehrswegenetzes
die Streckeninformationen Reisezeit, mittlere Geschwindigkeit und
Beschleunigung sowie Haltezeiten und Stop&Go-Verhalten. Diese Daten müssen entsprechend
vorverarbeitet an einen Zentralcomputer weitergeleitet werden, der
basierend auf diesen und weiteren Daten unterschiedlicher Quellen
eine Verkehrszustandsschätzung
durchführt.
Die Bestimmung der Floating-Car-Data im Fahrzeug kann mittels eines
GPS Empfängers
verbunden mit einer gespeicherten Straßenkarte erfolgen. Anschließend werden
diese Daten mittels drahtloser Kommunikation, wie beispielsweise
mittels GSM, an den Zentralcomputer übertragen. Die FCD-Technologie
besitzt den Vorteil, dass das Fahrzeug aktuelle Verkehrslagedaten
von Hauptstrecken ohne Infrastrukturmaßnahmen oder Wartungskosten
für die
Sensorik ober- oder unterhalb der Verkehrswege liefert. Des Weiteren
werden die Reise- und Haltezeiten
direkt vom Fahrzeug erfasst und dem Verkehrsrechner, beispielsweise
per SMS, gemeldet. Ferner können
tagesabhängige
Reisezeiten im Verkehrsnetz erkannt werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein
verbessertes Verkehrssteuerungssystem anzugeben.
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Vorgenannte Aufgabe wird durch ein
Verkehrssteuerungssystem zum Steuern eines Verkehrsflusses von Fahrzeugen
auf einer Straße
mittels zumindest einer Signalanlage gelöst, wobei das Verkehrssteuerungssystem
einen Verkehrsrechner zum Steuern der Signalanlage und einen, z.B.
stationären,
Fahrzeugdetektor zum Detektieren eines Fahrzeugs auf der Straße bzw.
zur Querschnittsmessung, zum Zählen
von Fahrzeugen auf der Straße
und/oder zum Bestimmen der Anzahl von Fahrzeugen in einem Streckenabschnitt
auf der Straße
aufweist, und wobei dem Verkehrssteuerungssystem ein Beobachtungsfahrzeug
zur Übermittlung
seiner Position auf der Straße
an den Verkehrsrechner zugeordnet ist. Der Fahrzeugdetektor kann
z.B. eine Induktionsschleife jedoch auch jedes andere Meßsystem
zum Detektieren eines Fahrzeugs auf der Straße bzw. zur Querschnittsmessung,
zum Zählen
von Fahrzeugen auf der Straße
und/oder zum Bestimmen der Anzahl von Fahrzeugen in einem Streckenabschnitt
auf der Straße
sein.
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Eine Signalanlage im Sinne der Erfindung
kann eine Lichtsignalanlage wie eine Ampel, ein Verbund von Lichtsignalanlagen
oder alle Lichtsignalanlagen eines Knotenpunktes bzw. einer Kreuzung
sein. Eine Signalanlage im Sinne der Erfindung kann aber auch eine
Anzeige für
eine variable Geschwindigkeitsbegrenzung umfassen. Ein Verkehrsrechner
im Sinne der Erfindung kann ein einzelner Rechner oder ein einzelnes Steuergerät sein.
Ein Verkehrsrechner im Sinne der Erfindung kann auch ein System
verteilter Rechner bzw. Steuergeräte sein. Ein Verkehrsrechner
im Sinne der Erfindung kann Hardware sein, die sich verteilt oder
integriert über
mehr als eine Leitebene erstreckt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der
Erfindung besteht zwischen dem Beobachtungsfahrzeug und denn Verkehrsrechner
eine Mobilfunk-Kommunikationsverbindung, insbesondere zur Übermittlung
der Position des Beobachtungsfahrzeugs von dem Beobachtungsfahrzeug
an den Verkehrsrechner.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung besteht zwischen dem Beobachtungsfahrzeug und dem
Verkehrsrechner eine GSM-Kommunikationsverbindung, insbesondere
zur Übermittlung
von SMS Meldungen.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung ist die Position des Beobachtungsfahrzeugs mit einer
Genauigkeit präziser
als von 5m bis zu 10m übertragbar.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung ist die (ggf. mittlere) Geschwindigkeit des Beobachtungsfahrzeugs,
insbesondere mittels der Mobilfunk- bzw. GSM-Kommunikationsverbindung, von dem Beobachtungsfahrzeug
an den Verkehrsrechner übertragbar.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung ist die Standardabweichung der Geschwindigkeit des
Beobachtungsfahrzeugs, insbesondere mittels der Mobilfunk- bzw.
GSM-Kommunikationsverbindung, von
dem Beobachtungsfahrzeug an den Verkehrsrechner übertragbar.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung ist die (ggf. mittlere) Beschleunigung des Beobachtungsfahrzeugs,
insbesondere mittels der Mobilfunk- bzw. GSM-Kommunikationsverbindung, von dem Beobachtungsfahrzeug
an den Verkehrsrechner übertragbar.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung ist die Reisezeit des Beobachtungsfahrzeugs (z.B.
zwischen zwei Signalanlagen), insbesondere mittels der Mobilfunk-
bzw. GSM-Kommunikationsverbindung,
von dem Beobachtungsfahrzeug an den Verkehrsrechner übertragbar.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung ist die Stillstandszeit des Beobachtungsfahrzeugs
(zwischen zwei Signalanlagen) von dem Beobachtungsfahrzeug an den
Verkehrsrechner übertragbar.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung ist die Signalanlage in Abhängigkeit der Geschwindigkeit,
der Beschleunigung und/oder der Stillstandszeit des Beobachtungsfahrzeugs
steuerbar.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung ist die Signalanlage in Abhängigkeit der Anzahl der mittels
des Fahrzeugdetektors detektierten Fahrzeuge pro Zeit steuerbar.
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Vorgenannte Aufgabe wird zudem durch
einen Verkehrsrechner zum Steuern einer Signalanlage gelöst, wobei
der Verkehrsrechner eine Schnittstelle für eine Kommunikationsverbindung
zwischen dem Verkehrsrechner und einen (z.B. stationären) Fahrzeugdetektor
zum Detektieren eines Fahrzeugs auf einer Straße und eine Schnittstelle für eine Kommunikationsverbindung
zwischen einem Beobachtungsfahrzeug und dem Verkehrsrechner aufweist.
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Vorgenannte Aufgabe wird zudem durch
ein Verfahren zum Steuern eines Verkehrsflusses von Fahrzeugen auf
einer Straße
mittels zumindest einer mittels eines Verkehrsrechners steuerbaren
Signalanlage gelöst,
wobei dem Verkehrsrechner Ausgangswerte eines (z.B. stationären) Fahrzeugdetektors
zum Detektieren eines Fahrzeugs auf der Straße übermittelt werden, und wobei
dem Verkehrsrechner zudem, insbesondere laufend, die Position eines
ausgewählten
Fahrzeugs übermittelt
wird. Laufend im Sinne der Erfindung kann eine, insbesondere im
wesentlichen periodische, Übertragung
umfassen, bei der zumindest jede Minute Fahrzeugdaten übertragen
werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Dabei zeigen:
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1 ein
schematisches Ausführungsbeispiel
für ein
Verkehrssteuerungssystem,
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2 ein
Ausführungsbeispiel
für einen
Verkehrsrechner,
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3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
für einen
Verkehrsrechner,
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4 Verlauf
der Geschwindigkeit des Beobachtungsfahrzeugs,
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5 Verlauf
der Beschleunigung des Beobachtungsfahrzeugs und
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6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
für einen
Verkehrsrechner.
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1 zeigt
ein schematisches Ausführungsbeispiel
für ein
Verkehrssteuerungssystem zum Steuern eines Verkehrsflusses von Fahrzeugen
auf einer Straße.
Das Verkehrssteuerungssystem umfasst zumindest eine Signalanlage 3.
Die Signalanlage 3 kann eine Lichtsignalanlage wie die
in 1 dargestellte Ampel,
ein Verbund von Lichtsignalanlagen oder die Menge aller Lichtsignalanlagen
eines Knotenpunktes bzw. einer Kreuzung sein. Die Signalanlage 3 kann
aber auch eine Anzeige für
eine variable Geschwindigkeitsbegrenzung oder eine andere Signaleinrichtung
umfassen.
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Das Verkehrssteuerungssystem umfasst
zumindest einen stationären
Fahrzeugdetektor 5 zum Detektieren eines Fahrzeugs auf
der Straße,
wie z.B. das in 1 dargestellte
Beobachtungsfahrzeug 7. Das Verkehrssteuerungssystem umfasst
zudem einen Verkehrsrechner 1 zum Steuern der Signalanlage 3 mittels
eines über
eine Kommunikationsverbindung 4 übertragenen Signalanlagen-Steuerungssignals
SLSA. Dazu weist der Verkehrsrechner 1 eine Schnittelle 11 für die Kommunikationsverbindung 4 auf.
Der Verkehrsrechner 1 weist zudem eine Schnittelle 12 für die Kommunikationsverbindung 6 auf,
mittels der der Verkehrsrechner 1 datentechnisch mit dem
Fahrzeugdetektor 5 verbunden ist, und mittels der ein den
Verkehrsfluss q repräsentierendes
Signal, wie z.B. die Anzahl der Fahrzeuge, die den Fahrzeugdetektor 5 pro
Zeit passieren, von dem Fahrzeugdetektor 5 an den Verkehrsrechner 1 übertragen
wird.
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Der Verkehrsrechner 1 kann
ein einzelner Rechner oder ein einzelnes Steuergerät sein.
Der Verkehrsrechner 1 kann auch ein System verteilter Rechner
bzw. Steuergeräte
sein. Der Verkehrsrechner 1 kann Hardware sein, die sich
verteilt oder integriert über
mehr als eine Leitebene erstreckt.
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Dem Verkehrssteuerungssystem ist
das Beobachtungsfahrzeug 7 zur Übermittlung seiner Position
auf der Straße
an den Verkehrsrechner 1 zugeordnet. Dazu besteht zwischen
dem Verkehrsrechner 1 und dem Beobachtungsfahrzeug 7 eine
GSM-Kommunikationsverbindung 8.
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Der Verkehrsrechner 1 weist
eine entsprechende Schnittelle 2 für die GSM-Kommunikationsverbindung 8 auf.
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Das Beobachtungsfahrzeug 7 weist
ein nicht dargestelltes Satellitenortungssystem auf, mittels dessen es
seine Position auf der Grundlage eines von einem Satelliten 9 ausgesandten
Signals 10 bestimmt.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für den
Verkehrsrechner 1. Der Verkehrsrechner 1 umfasst
ein Signalanlagen-Steuerungsmodul 20 zur Erzeugung des
Signalanlagen-Steuerungssignals SLSA in Abhängigkeit einer Größe LOS (Level
of Service), die die aktuelle Verkehrssituation beschreibt. Der
Verkehrsrechner 1 umfasst zudem ein Verkehrserfassungsmodul 22 zur Bestimmung
der Größe LOS.
Das Signalanlagen-Steuerungsmodul 20 und das Verkehrserfassungsmodul 22 können auf
getrennter oder gemeinsamer Hardware implementiert sein.
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Das Verkehrserfassungsmodul 22 ordnet
das Beobachtungsfahrzeug 7 aufgrund dessen übermittelter Position
POS einem Streckenabschnitt zu, zu dem die Signalanlage 3 und
der Fahrzeugdetektor 5 gehören. Von dem Beobachtungsfahrzeug 7 erhält das Verkehrserfassungsmodul
22 zudem die Stillstandszeit th_fcd des Beobachtungsfahrzeugs 7.
Von dem Signalanlagen-Steuerungsmodul 20 erhält das Verkehrsertassungsmodul 22 die
Umlaufzeit tu, also die Zeit für
einen kompletten Ampelzyklus, und die Grünzeit tg, also die Zeit, in
der einem Fahrzeug die Erlaubnis zum Passieren der Signalanlage 3 gegeben
wird.
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Für
die Größe LOS,
die die aktuelle Verkehrssituation beschreibt, werden im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
die sechs Stufen LOS A, LOS B, LOS C, LOS D, LOS E und LOS F unterschieden.
Die Zuordnung der aktuellen Verkehrssituation zu einer der Stufen
erfolgt wie folgt: Eine Zuordnung der aktuellen Verkehrssituation
zur Stufe LOS A, LOS B oder LOS C erfolgt nur dann, wenn gilt: th_fcd/tu < 1
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Dabei wird jedoch nur die Stillstandszeit
im betrachteten Streckenabschnitt berücksichtigt. Eine Zuordnung
der aktuellen Verkehrssituation zur Stufe LOS D, LOS E oder LOS
F erfolgt nur dann, wenn gilt: th_fcd/tu ≥ 1
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Dabei wird jedoch ebenfalls nur die
Stillstandszeit im betrachteten Streckenabschnitt berücksichtigt.
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Die zweite Bereichsklassifizierung
erfolgt über
die Grürzeit
tg in einem bestimmten Zeitintervall tg_int und die Verkehrsstärke q in
diesem Zeitintervall q_int. Dabei gilt folgende Zuordnung: LOS A, wenn tg_int/q_int > Li1,
LOS B, wenn
Li2 < tg_int/q_int ≤ Li1,
LOS C, wenn Li3 < tg_int/q_int ≤ Li2,wobei Li1, Li2 und
Li3 je eine von der Anzahl der Fahrspuren abhängige Konstante bezeichnen,
und wobei gilt: Li1 > Li2 > Li3Li1
ist z.B. 4, Li1 ist z.B. 2, und Li3 ist z.B. 0,8.
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Eine Zuordnung der aktuellen Verkehrssituation
zur Stufe LOS D erfolgt dann, wenn gilt: tg_int/q_int ≤ Li2und 1 ≤ th_fcd/tu < 1,5
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Eine Zuordnung der aktuellen Verkehrssituation
zur Stufe LOS E erfolgt dann, wenn gilt: tg_int/q_int ≤ Li2und 1, 5 ≤ th_fcd/tu < 2
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Eine Zuordnung der aktuellen Verkehrssituation
zur Stufe LOS E erfolgt dann, wenn gilt: tg_int/q_int ≤ Li2und 2 ≤ th_fcd/tu
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Bei Defekt des Fahrzeugdetektors
5 (oder
bei Lichtsignalanlagen ohne Detektoren) wird die Größe für die aktuelle
Verkehrssituation u.a. in Abhängigkeit
der mittleren Reisegeschwindigkeit v_rg des Beobachtungsfahrzeugs
7 entsprechend
folgender Tabelle gebildet:
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3 zeigt
ein alternatives Ausführungsbeispiel
für einen
Verkehrsrechner 31. Der Verkehrsrechner 31 umfasst
ein Signalanlagen-Steuerungsmodul 20 zur Erzeugung des
Signalanlagen-Steuerungssignals SLSA in Abhängigkeit der Größe LOS,
die die aktuelle Verkehrssituation beschreibt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen
dabei – wie
auch in Bezug auf die übrigen
Figuren – gleiche
Größen, Elemente
und Module. Der Verkehrsrechner 31 umfasst zudem ein Verkehrserfassungsmodul 32 zur
Bestimmung der Größe LOS,
wobei das Verkehrserfassungsmodul 32 weitestgehend dem
Verkehrserfassungsmodul 22 entspricht.
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Im Unterschied zum Verkehrserfassungsmodul 22 verarbeitet
das Verkehrserfassungsmodul 32 auch Informationen über die
Geschwindigkeit v des Beobachtungsfahrzeugs 7 und/oder über die
Beschleunigung a des Beobachtungsfahrzeugs 7, wie sie beispielhaft
in 4 und 5 über die Zeit t dargestellt
sind. Die Geschwindigkeit v des Beobachtungsfahrzeugs 7 und/oder
die Beschleunigung a des Beobachtungsfahrzeugs 7 können über die
GSM-Kommunikationsverbindung 8 von dem Beobachtungsfahrzeug 7 an
den Verkehrsrechner 31 übertragen
werden. Es kann vorgesehen sein, dass das Verkehrserfassungsmodul 32 aus
dem zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeit v des Beobachtungsfahrzeugs 7 und/oder
dem Verlauf der Beschleunigung a des Beobachtungsfahrzeugs 7,
z.B. durch eine Musterkennung, Verkehrzustände erkennt und diese als zusätzliche
Kriterien für
die Beurteilung der Verkehrsituation verwendet.
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So kann z.B. der mittels des Kreises 50 in 4 gekennzeichnete Verlauf
der Geschwindigkeit v des Beobachtungsfahrzeugs 7 als Stau
und der mittels des Kreises 51 gekennzeichnete Verlauf
der Geschwindigkeit v des Beobachtungsfahrzeugs 7 als Stillstand
interpretiert werden. Der mittels des Kreises 52 in 5 gekennzeichnete Verlauf
der Beschleunigung a des Beobachtungsfahrzeugs 7 kann im
Unterschied zu dem mittels des Kreises 53 gekennzeichneten
Verlauf der Beschleunigung a des Beobachtungsfahrzeugs 7 als
Stau interpretiert werden.
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Es kann z.B. vorgesehen werden, einen
so erkannten Stau bzw. einen so erkannten Stillstand, ggf. abhängig von
seiner Dauer, in die Größe für die aktuelle
Verkehrssituation einfließen
zu lassen. Dies kann z.B. derart erfolgen, dass bei einer gewissen
Stillstandsdauer LOS E zu LOS F wird. Es kann auch vorgesehen werden,
einen so erkannten Stau bzw. einen so erkannten Stillstand durch
eine unscharfe Logik mit den mit Bezugnahme auf 2 erläuterten
Kriterien zu verknüpfen.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
für einen
Verkehrsrechner 40. Der Verkehrsrechner 40 umfasst
ein dem Verkehrsrechner 1 gemäß 2 entsprechendes Verkehrsrechnermodul 41 mit
einem Signalanlagen-Steuerungsmodul 20 zur Erzeugung des
Signalanlagen-Steuerungssignals SLSA in Abhängigkeit der Größe LOS und
ein Verkehrserfassungsmodul 22 zur Bestimmung der Größe LOS.
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Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel
gemäß 2 erhält des Verkehrserfassungsmodul 22 die Größen th_fcd
und POS nicht unmittelbar sondern über einen Zwischenspeicher 43,
der ein Puffer oder eine Datenbank sein kann. Im Ausführungsbeispiel
gemäß 6 umfasst der Verkehrsrechner 40 neben
dem Zwischenspeicher 43 ein Flottenmanagementsystem 42 zur
Koordination einer Fahrzeugflotte 45, wie z.B. einer Bus-,
Taxi- oder Transportflotte, wobei das Flottenmanagementsystem 42 von
einzelnen Fahrzeugen der Fahrzeugflotte 45 deren Stillstandszeiten
th fcd und Positionen POS erhält.
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Verkehrsrechner im Sinne der Ansprüche können der
Verkehrsrechner 40 und das Verkehrsrechnermodul 41 sein.
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- 1,
31, 40
- Verkehrsrechner
- 2,
11, 12
- Schnittstelle
- 3
- Signalanlage
- 4,
6
- Kommunikationsverbindung
- 5
- Fahrzeugdetektor
- 7
- Beobachtungsfahrzeug
- 8
- GSM-Kommunikationsverbindung
- 9
- Satellit
- 10
- Signal
- 20
- Signalanlagen-Steuerungsmodul
- 22,
32
- Verkehrserfassungsmodul
- 41
- Verkehrsrechnermodul
- 42
- Flottenmanagementsystem
- 43
- Zwischenspeicher
- 45
- Fahrzeugflotte
- 50,
51, 52, 53
- Kreis
- a
- Beschleunigung
- LOS
- Größe für die Bewertung
der aktuellen Verkehrssituation
- POS
- Position
- q
- Verkehrsfluss
- SLSA
- Signalanlagen-Steuerungssignals
- t
- Zeit
- tg
- Grünzeit
- th_fcd
- Stillstandszeit
- tu
- Umlaufzeit
- v
- Geschwindigkeit
