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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kommunikation zwischen benachbarten
Verkehrssteuerungsanlagen, wie beispielsweise Ampelanlagen an Fahrbahnkreuzungen.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verkehrssteuerungsanlage zur
Steuerung eines Verkehrsflusses, die Informationen mit benachbarten Verkehrssteuerungsanlagen
austauscht.
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Die
Koordination von lokalen Lichtsignalsteuerungen in einem Straßennetz
wird bis heute über
die Kommunikation mit zentralen Steuerungsrechnern (Verkehrsrechnerzentralen)
realisiert. Dabei werden Daten an den Lichtsignalsteuerungen erfasst
und an den Zentralrechner gesendet, wo die eingehenden Daten der
einzelnen Kreuzungen in einem zentralen Steuerungsmodell verarbeitet
werden. Dazu werden (wegen der üblicherweise
existierenden Restriktionen der Datenverbindungen) fast ausschließlich aufbereitete,
also statistisch verdichtete Daten an die zentrale Instanz verschickt.
Die in dem Steuerungsrechner ermittelten Steuerinformationen werden
schließlich
wieder an die einzelnen Lichtsignalsteuerungen gesendet, um dort
in der lokalen Steuerung berücksichtigt
zu werden.
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Ein
Nachteil einer solchen zentralen Steuerung besteht darin, dass die
ermittelten Steuerungsinformationen auf verdichteten Daten basieren
und erst mit einer Zeitverzögerung
die Verkehrsdichte berücksichtigen
kann.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Kommunikation
zwischen benachbarten Verkehrssteuerungsanlagen zur Verfügung zu stellen,
die in einfacher Weise direkt, d.h. ohne Umweg über einen Steuerungsrechner
mit benachbarten Verkehrssteuerungsanlagen kommunizieren können, um
einen Verkehrsfluss in verbesserter Weise zu steuern.
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Es
ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verkehrssteuerungsanlage
zur Verfügung
zu stellen, die Informationen von benachbarten Verkehrssteuerungsanlagen
erhalten kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, die Verkehrssteuerungsanlage nach
Anspruch 4, sowie durch das Kommunikationsgerät nach Anspruch 7 gelöst.
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Bevorzugte
Weiterbildungen sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Kommunikation zwischen
benachbarten Verkehrssteuerungsanlagen vorgesehen, die jeweils eine
Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung
aufweisen. Das Verfahren umfasst die Schritte des Übermittelns
von Steuerdaten einer ersten der Verkehrsteuerungsanlagen an ein Fahrzeug,
das sich in einer Reichweite der Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung
der ersten Verkehrssteuerungsanlage befindet, des Übermittelns der
zuvor von der ersten Verkehrsteuerungsanlage empfangenen Steuerdaten
von dem Kommunikationsgerät
des Fahrzeugs an eine zweite der Verkehrsteuerungsanlagen, in dessen
Reichweite das Fahrzeug gelangt ist, und des Betreibens der zweiten
Verkehrssteuerungsanlage abhängig
von den empfangenen Steuerdaten.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
basiert auf der Idee, Status- und
Steuerungsdaten benachbarter Verkehrssteuerungsanlagen, beispielsweise Ampelanlagen
und ähnliches,
direkt durch die vorbeifahrenden Fahrzeuge transportieren zu lassen.
Dies ist insbesondere dann vorteilhaft realisierbar, wenn Fahrzeuge
mit einem Kommunikationsgerät
ausgestattet sind und die Verkehrssteuerungsanlagen zur Erfassung
der Fahrzeuge in ihrer Reichweite mit einer Nahbereichskommunikationseinrichtung
ausgestattet sind. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, bereits
bestehende Einrichtungen zu nutzen, um eine direkte Kommunikation
zwischen benachbarten Verkehrs steuerungsanlagen zu ermöglichen,
ohne einen separaten Datenweg zwischen den Verkehrssteuerungsanlagen
aufzubauen.
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Vorzugsweise
können
als Steuerdaten mindestens eine der Informationen, zeitliche Position von
Rotphasen, zeitliche Position von Grünphasen, Zeitstempel der aktuellen
Zeit des Eintritts des Fahrzeugs in den Reichweitenbereich der Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung,
Zykluszeit, gemessene Verkehrswerte, Auslastungsgrade und Abbiegeanteile
an das Kommunikationsgerät
des Fahrzeugs übermittelt
werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ermittelt die zweite Verkehrssteuerungsanlage aus den
Steuerdaten, insbesondere des Zeitstempels, die Reisezeit des Fahrzeugs
von der ersten Verkehrssteuerungsanlage, wobei die zweite Verkehrssteueranlage
abhängig
von der ermittelten Reisezeit betrieben wird. Auf diese Weise können insbesondere
dynamische grüne
Wellen durch Selbstorganisation entstehen, die entsprechend der
aktuellen Verkehrsbelastung in der einen oder anderen Straßenrichtung
optimiert werden. Ferner können aus
der ermittelten Reisezeit zusätzliche
Informationen zur Optimierung der lokalen Steuerung der Verkehrssteuerungsanlage
bereitgestellt werden, denn aus den Reisezeiten können auf
der Basis von Standardmethoden Rückschlüsse auf
die Rückstaulängen und
damit auch auf die tatsächliche
Verkehrsnachfrage der Straßenstrecke
durchgeführt
werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Verkehrssteuerungsanlage zur
Steuerung eines Verkehrsflusses vorgesehen. Die Verkehrssteuerungsanlage
umfasst eine Signalisierungseinrichtung zum Ausgeben eines wahrnehmbaren
Signals an einen Benutzer eines Fahrzeugs. Die Verkehrssteuerungsanlage
umfasst weiterhin eine Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung, die
ausgestaltet ist, um Steuerdaten an ein Kommunikationsgerät des Fahrzeugs
zu übermitteln, das
sich in Reichweite der Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung befindet,
und/oder um Steuerdaten von dem Kommunikationsgerät des Fahrzeugs
zu empfangen. Ferner ist eine Steuereinheit vorge sehen, um die Signalisierungseinrichtung
abhängig
von den empfangenen Steuerdaten zu betreiben.
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Die
erfindungsgemäße Verkehrssteuerungsanlage
weist eine Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung auf, über die
Informationen von benachbarten Verkehrssteuerungsanlagen, die durch
ein Kommunikationsgerät
eines Fahrzeugs transportiert werden, empfangen werden können, so
dass mehrere Nahbereichs-Kommunikationseinrichtungen miteinander
kommunizieren können,
ohne das ein zentraler Steuerungsrechner vorgesehen sein muss.
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Vorzugsweise
kann die Steuereinheit vorgesehen sein, um aus den Steuerdaten,
insbesondere einem darin enthaltenen Zeitstempel, die Reisezeit des
Fahrzeugs von einer weiteren Verkehrssteuerungsanlage zu ermitteln
und um die Signalisierungseinrichtung abhängig von der ermittelten Reisezeit
zu betreiben.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kommunikationsgerät für ein Fahrzeug
vorgesehen, wobei das Kommunikationsgerät eine Empfangseinrichtung
zum Empfangen von Steuerdaten von einer Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung
einer ersten Verkehrsteuerungsanlage, die sich in Reichweite des
Kommunikationsgerätes
befindet, eine Speichereinheit zum Speichern der Steuerdaten und
eine Sendeeinrichtung zum Übermitteln
der empfangenen Steuerdaten an eine Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung
einer zweiten Verkehrsteuerungsanlage, in dessen Reichweite das
Fahrzeug gelangt ist, aufweist. Mithilfe des erfindungsgemäßen Kommunikationsgeräts ist es möglich, dass
ein Fahrzeug als Übermittler
von Steuerdaten zwischen benachbarten Verkehrssteuerungsanlagen
benutzt werden kann.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Verkehrssteuerungssystem gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
Verkehrssteuerungsanlage gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung; und
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3 ein
Blockschaltbild eines Kommunikationsgeräts für ein Fahrzeug.
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In 1 ist
schematisch ein Verkehrssteuerungssystem 1 dargestellt,
das eine erste Verkehrssteuerungsanlage 2 und eine zweite
Verkehrssteuerungsanlage 3 aufweist. Die Verkehrssteuerungsanlagen 2, 3 weisen
eine erste bzw. eine zweite Steuereinrichtung 4, 5 auf,
durch die eine erste bzw. zweite Signalisierungseinrichtung 6, 7 gesteuert
werden. Die Signalisierungseinrichtungen 6, 7 können, wie dargestellt,
beispielsweise in Form einer Ampelanlage, oder auch als eine elektronische
Hinweistafel und dergleichen ausgebildet sein. Die Steuereinrichtungen 4, 5 können autonom
die jeweilige Signalisierungseinrichtung 6, 7 gemäß einem
Steuerungsprotokoll steuern, um den Verkehrsfluss zu lenken und können mit
einem zentralen Steuerungsrechner (nicht gezeigt) verbunden sein,
der eine Steuerinformation für
die angeschlossenen Verkehrssteuerungsanlagen 2, 3 bereitstellt.
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Die
Signalisierungseinrichtungen 6, 7 sind mit einer
ersten bzw. zweiten Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung 8, 9 versehen,
die ebenfalls mit jeweiligen Steuereinrichtungen verbunden sind.
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Die
Nahbereichs-Kommunikationseinrichtungen 8, 9 sind
so gestaltet, um eine Datenverbindung mit einem in einem Fahrzeug
befindlichen Kommunikationsgerät
aufzubauen und Daten zu übertragen
bzw. zu empfangen, sobald das Fahrzeug in Reichweite gelangt. Die
Reichweite der Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung ist beschränkt, so dass
nur Kommunikationsgeräte
in Fahrzeugen in einem vorbestimmten Umkreis von beispielsweise
50 bis 100 Metern detektiert werden können. Nahbereichs-Kommunikationseinrichtungen 8, 9 werden heutzutage
bereits dafür
verwendet, das Verkehrsaufkommen z.B. an einer Straßenkreuzung
zu ermitteln, indem die Anzahl der Fahrzeuge (über die darin befindlichen
Kommunikationsgeräte)
detektiert wird, die sich in der Reichweite der entsprechenden Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung 8, 9 befinden.
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Erfindungsgemäß ist nun
vorgesehen, dass die Verkehrssteuerungsanlagen 2, 3 Daten
miteinander austauschen können,
ohne dass ein weiterer Datenweg zusätzlich zur Verfügung gestellt
werden muss.
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Um
Steuerdaten von der ersten Verkehrssteuerungsanlage 2 zur
zweiten Verkehrssteuerungsanlage 3 zu übermitteln, werden einem Fahrzeug 10,
das ein Kommunikationsgerät 11 aufweist, Steuerdaten
von der ersten Verkehrssteuerungsanlage 8 übermittelt
werden, sobald sich das Fahrzeug 10 in Reichweite der Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung 8 befindet.
Die Steuerdaten werden in dem Kommunikationsgerät 11 gespeichert.
Gelangt das Fahrzeug 10 auf seiner Fahrt in die Empfangsreichweite
der zweiten Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung 9 der
zweiten Verkehrssteuerungsanlage 3, so überträgt das Kommunikationsgerät 11 des
Fahrzeugs 10 automatisch die gespeicherten Steuerdaten
an die zweite Verkehrssteuerungsanlage 3. Das Übertragen
der Steuerdaten kann automatisch gestartet werden oder erst nach
Aufforderung durch die Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung vorgenommen
werden. Die empfangenen Steuerdaten werden der Steuereinrichtung 5 zur
Verfügung
gestellt und die Steuerung der Verkehrssteuerungsanlage, insbesondere
der Signalisierungseinrichtung 7, abhängig von den empfangenen Steuerdaten
durchgeführt. Auch
kann die zweite Verkehrssteuerungsanlage 3 entsprechende
selbsterfasste bzw. generierte Steuerdaten an das Kommunikationsgerät 11 des
Fahrzeugs 10 übertragen,
so dass das Fahrzeug, wenn es in die Reichweite einer weiteren Verkehrssteuerungsanlage
gelangt, diese Daten an die weitere Verkehrssteuerungsanlage weitergeben
kann.
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Als
Steuerdaten kann die jeweilige Verkehrssteuerungsanlage die zeitliche
Position von Rotphasen, die zeitliche Position von Grünphasen,
die Zykluszeit, die gemessenen Verkehrswerte, Informationen über Auslastungsgrade
und Abbiegeanteile umfassen. Die Verkehrssteuerungsanlage, die die
Steuerdaten empfängt,
kann abhängig
von den Steuerdaten die Verkehrsströme so lenken, dass ein möglichst reibungsloser
Verkehrsfluss entsteht. Insbesondere eine Information über die
zeitliche Position von Grünphasen
kann in Verbindung mit einer ermittelbaren Reisezeit zwischen der
Reichweite der ersten Verkehrssteuerungsanlage und der zweiten Verkehrssteuerungsanlage
der Schaltzyklus der Verkehrssteuerungsanlage so synchronisiert
werden, dass eine „grüne Welle" für Fahrzeuge
mindestens einer Fahrtrichtung erreicht wird. Eine Synchronisation
ist insbesondere möglich,
wenn die Zyklusdauer benachbarter Verkehrssteuerungsanlagen im Wesentlichen
gleich ist, so dass die Grünphasen
zeitlich zueinander versetzt, insbesondere um die Reisezeit des
Fahrzeugs zwischen den betreffenden Verkehrssteuerungsanlagen eingestellt
wird.
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Um
die Reisezeit zwischen den Verkehrssteuerungsanlagen zu ermitteln,
können
deren Steuereinrichtungen 4, 5 jeweils einen Zeitgeber
(nicht gezeigt) aufweisen, wobei die erste Verkehrssteuerungsanlage 2 dem
Kommunikationsgerät
in dem Fahrzeug einen Zeitstempel mit der aktuellen Zeit als Teil
der Steuerdaten überträgt. Die
zweite Verkehrssteuerungsanlage kann daraus und der dann vorliegenden
aktuellen Zeit die Reisezeit des Fahrzeuges ermitteln.
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Die
Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung kann beispielsweise eine Funkkommunikation gemäß einem
WLAN oder einem eigenen Protokoll oder auch eine Infrarot- oder
sonstige Nahbereichs-Kommunikationsart
durchführen,
die eine begrenzte Reichweite aufweist.
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In 2 ist
ein Blockschaltbild der ersten Verkehrssteuerungsanlage 2 dargestellt.
Die Verkehrssteuerungsanlage 2 umfasst, wie mit Bezug auf die
erste Verkehrssteuerungsanlage der 1 beschrieben,
eine Signalisierungseinrichtung 6 in Form einer Ampelanlage,
eine Steuereinrichtung 4 und eine Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung 8.
Die Steuereinrichtung 4 steuert die Signalisierungseinrichtung 6 gemäß einem
vorgegebenen Steuerungsprotokoll. Die Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung 8 umfasst
eine Antenne 20, mit der von dem Kommunikationsgerät 11 eines
Fahrzeugs 10 gesendete Signale empfangen werden können. Die
empfangenen Signale werden in einer Sende-/Empfangseinrichtung 21 empfangen
und in einer Speichereinheit 22 zwischengespeichert. Die
Speichereinheit 22 kann von der Steuereinrichtung 4 abgerufen
werden und das Steuerungsprotokoll gemäß den dort gespeicherten Steuerdaten
angepasst werden. Weiterhin können
mithilfe der Sende-/Empfangseinrichtung 21 weitere Informationen
von den Fahrzeugen in Reichweite der Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung 8 empfangen
werden, um beispielsweise die Zahl der Fahrzeuge im Bereich der
Reichweite der Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung 8,
sowie deren Fahrtrichtungen und Geschwindigkeiten zu erfassen und über die
Speichereinheit 22 der Steuereinrichtung 4 zur
Verfügung
zu stellen. Die Steuereinrichtung 4 kann mithilfe dieser
Informationen die Verkehrslast in ihrem Bereich ermitteln und die
Verkehrslast als Steuerdaten in der Speichereinrichtung 22 zwischenspeichern.
Die so ermittelten Steuerdaten werden nun an ein Kommunikationsgerät 11 eines Fahrzeugs
mithilfe der Sende-Empfangseinrichtung 21 über die
Antenne 20 gesendet, so dass das Fahrzeug die Steuerdaten
zu einer nächsten,
benachbarten Verkehrssteuerungsanlage transportiert.
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Vorzugsweise
werden die Steuerdaten mit identischem oder nahezu identischem Inhalt
mehrfach an die Kommunikationsgeräte mehrerer Fahrzeuge übertragen.
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In 3 ist
ein Kommunikationsgerät 11 als Blockschaltbild
dargestellt, mit dem ein Fahrzeug ausgestattet werden kann, um als
Kommunikationsmittel zwischen zwei benachbarten Verkehrssteuerungsanlagen
dienen zu können.
Das Kommunikationsgerät 11 weist
eine Sende-Empfangsantenne 31 auf, so dass Steuerdaten
von der Sende-Empfangseinrichtung 32 gesendet bzw. empfangen
werden können.
Die Steuerdaten werden beim Transport durch das Fahrzeug in der
Speichereinheit 33 gespeichert und bei Bedarf abgerufen,
um die Steuerdaten über
die Sende-Empfangseinrichtung 32 an die in Reichweite befindliche
Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung zu senden. Des Weiteren können Fahrzeugdaten
in einer Erfassungseinheit 34 bereitgestellt werden, die
ebenfalls an die Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung gesendet
werden können.
Die Fahrzeugdaten können
mindestens eines der folgenden Informationen umfassen: Geschwindigkeit
des Fahrzeugs, Fahrtrichtung, Ziel des Fahrers, Identifikationsnummer
des Fahrzeugs und andere Informationen, die für die Steuerung der Verkehrssteuerungsanlagen
nützlich
sein könnten.
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Die
Steuerdaten können
weiterhin eine Information über
den Eintrittszeitpunkt des Fahrzeugs in die Reichweite der Nahbereichs-Kommunikationseinrichtung
der entsprechenden Verkehrssteuerungsanlage enthalten, so dass die
nächstangefahrene
Verkehrssteuerungsanlage daraus und aus der aktuellen Zeit die Reisezeit
des Fahrzeugs zwischen den betreffenden Verkehrssteuerungsanlagen
ermitteln kann.