DE102005044888B4

DE102005044888B4 - Verfahren, Anordnung und Simulationseinheit für ein Verkehrszustands-Schätzsystem

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Publication number: DE102005044888B4
Application number: DE200510044888
Authority: DE
Inventors: Paul Dr. Mathias
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2025-09-21
Also published as: DE102005044888A1

Abstract

Verfahren zum Schätzen des Verkehrszustandes in einem lichtsignalgesteuerten Straßennetz, welches eine Vielzahl von Lichtsignalanlagen (LSA) mit jeweils lokalen Lichtsignalanlagensteuerungen (S) umfasst,
mit folgenden Verfahrensschritten, die zumindest für eine Lichtsignalanlagensteuerung (S) des Straßennetzes ausgeführt werden:
– zentrales Simulieren der Lichtsignalanlagensteuerung (S)
– Berechnen einer Grünzeitverteilung der Lichtsignalanlage (LSA), basierend auf der simulierten Lichtsignalanlagensteuerung (S)
– Berechnen von simulierten Kapazitätswerten (SKW), basierend auf der berechneten Grünzeitverteilung
– Schätzen des Verkehrszustandes unter Berücksichtigung der simulierten Kapazitätswerte (SKW).

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Verkehrswesens und betrifft insbesondere Verkehrsmanagementsysteme und/oder Schätzsysteme für Verkehrszustände.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Verkehrsschätzung in einem lichtsignalgesteuerten Straßennetz, das eine Vielzahl von Lichtsignalanlagen mit jeweils lokalen Steuerungen umfasst.
Heutige Ballungsräume und innerstädtische Bereiche kennzeichnen sich durch erhöhtes Verkehrsaufkommen. Dies führt zur Notwendigkeit, die Mobilität durch geeignete infrastrukturelle Maßnahmen und durch strategische Einflussnahmen auf die Gesamtstraßenverkehrsnetz-Situation zu verbessern. Am besten kann dies durch ein Bündel von aufeinander abgestimmten Maßnahmen auf strategischer Ebene, das heißt an zentraler Stelle erfolgen. Moderne Verkehrsmanagementsysteme sind in der Regel computergestützt und basieren auf einer offenen Architektur, die ein zentrales Verkehrsmanagement auf hierarchisch übergeordneter Ebene vorsieht.
Ein Beispiel für ein solches Verkehrsmanagementsystem wird in der EP 1 344 199 B1 beschrieben. Dieses System ist in Form einer Schichtstruktur aufgebaut und weist u. a. eine Verkehrssignalisierungsschicht, eine Verkehrssteuerschicht und eine Dienstapplikationsschicht sowie entsprechende Schnittstellen zwischen den Schichten auf. Die Verkehrssteuerschicht umfasst dabei ein paketvermitteltes Steuernetz, in dem ein Paketverkehr mit einem bestimmten Paketsteuerverfahren gesteuert wird, um den realen Fahrzeugverkehr auf einer „physikalischen Schicht" abzubilden und entsprechend zu steuern oder innerhalb eines Simulationsmodus zu simulieren.
Ausgangspunkt für die oben erwähnte Architektur ist die Tatsache, dass in vernetzten Regionen ein Hauptgrund für Verkehrsstöreinflüsse, Verkehrsflussveränderungen und Staus nicht nur in der Streckenüberlastung liegt, sondern insbesondere in der Überlastung von Kreuzungen bzw. Knotenpunkten, wie z.B. lichtsignalgesteuerte Ampelanlagen und deren mangelhafte Einbindung bzw. Abstimmung im gesamten Straßennetz. Um ein verkehrsstärke-abhängiges Verkehrsmanagement zu erreichen, ist es in einem lichtsignalgesteuerten Straßennetz notwendig, die Ampelschaltungen bzw. die Steuerungen der Ampelschaltungen bei dem Verkehrsmanagement zu berücksichtigen, da diese zumindest mitbestimmend für den Verkehrsfluss auf den von den Ampeln gesteuerten Verkehrswegen sind.
Um Aussagen über den Verkehr treffen zu können, diesen zu steuern und/oder Prognosen ableiten zu können, wird die reale Verkehrssituation bei modernen Systemen üblicherweise in einem Verkehrsfluss- bzw. Verkehrsnetzmodell abgebildet. Ein Verkehrsnetzmodell ist damit eine zweckbezogene Abstraktion der realen Welt bzw. der realen Verkehrssituation. Das Netzmodell erfordert eine Reihe von Input-Daten und generiert eine Reihe von Output-Daten. Die Input-Daten umfassen verkehrsbezogene Detektorwerte, z.B. Verkehrsstärkemessungen durch Schleifendetektoren, die in den Fahrbahnbelag eingelassen sind, und Messwerte von Zähl-, Geschwindigkeits- und Belegungsdetektoren sowie Infrarot-, Video- und Laser-Messverfahren. Darüber hinaus können die Input-Daten durch eine beliebige Anzahl von anderen Eingabegrößen aus anderen Bereichen erweitert werden, wie z.B. Wetterdaten, Informationen zu Störanfälligkeiten, wie Baustellen etc., Schaltzuständen von Parkleit-Systemen. Die Output-Daten unterscheiden sich je nach Anwendung und Auslegung des jeweiligen Verkehrsmanagementsystems. Bei Verkehrszustands-Schätzsystemen umfassen die Output-Daten eine Prognose des aktuellen und/oder zukünftigen Verkehrsnetzzustandes. Darüber hinaus ist es möglich, noch weitere Aussagen zu treffen, z.B. über berechnete Verkehrsstärken, Kapazitäten von Straßen etc.
Es gibt unterschiedliche Varianten von Verkehrsflussmodellen bzw. -netzmodellen, die sich vornehmlich in den modellierten Parametern bzw. Verkehrsgrößen unterscheiden.
Eine einfache Variante ist ein kapazitätsabhängiges Modell. Dieses Modell basiert darauf, dass jede Strecke des Verkehrsnetzes grundsätzlich unabhängig von ihren Nachbarstrecken betrachtet wird. Der Vorteil dieses Netzmodells liegt in seiner Einfachheit und in seiner geringen Komplexität. Es sind nur wenige Parametrisierungen notwendig. Der Nachteil dieses Modells ist darin zu sehen, dass die Gesamtsituation des Ver kehrsnetzes und streckenübergreifende Verkehrssituationen nicht abgebildet werden können.
Ein makroskopisches Modell berücksichtigt im Unterschied zu dem vorstehend erwähnten Modell die Interaktion benachbarter Strecken. Diese Modelle basieren auf dem Ansatz, dass die Geschwindigkeit einer Strecke aus der Verkehrsdichte abgeleitet wird. Ein wesentlicher Vorteil dieser Modelle besteht darin, dass sie die reale Verkehrssituation wirklichkeitsgetreuer abbilden. Allerdings weisen sie einen höheren Komplexitäts- und damit Rechenbedarf auf.
Noch detailliertere Modellierungsmöglichkeiten bestehen in so genannten mikroskopischen und mesoskopischen Verkehrssimulationen oder Flussmodellen. Sie modellieren zusätzlich die Interaktion zwischen den einzelnen Fahrzeugen.
Unabhängig von der Art des verwendeten Netzmodells gibt es eine Reihe von Kenngrößen für den Verkehrszustand bzw. für eine Abschätzung desselben. Die Kenngrößen umfassen einen Zeitunterschied zwischen Durchgängen von Fahrzeugen eines Fahrzeugstroms an einem vorbestimmten Punkt und einen (örtlichen) Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen eines Fahrzeugstroms zu einem Zeitpunkt. Aus den vorstehend genannten und gegebenenfalls noch weiteren Größen können wiederum weitere Kenngrößen abgeleitet werden, wie z.B. eine Verkehrsstärke bzw. einen Verkehrsfluss. Dieser definiert sich durch die Anzahl der Fahrzeuge eines Verkehrsstromes pro Zeiteinheit an einem vorbestimmten Querschnitt bzw. Punkt. Eine weitere abgeleitete Kenngröße ist die Verkehrsdichte. Die Verkehrsdichte ist definiert als die Anzahl der Fahrzeuge eines Verkehrsstroms je Wegeinheit zu einem Zeitpunkt. Eine weitere wesentliche Kenngröße für die Beschreibung bzw. Abschätzung des Verkehrszustandes ist die so genannte Kapazität bzw. der Kapazitätswert einer Strecke. Er definiert sich durch die Anzahl der Fahrzeugeinheiten pro Zeitintervall. Mit anderen Worten: Die Kapazität einer Straße ist dann hoch, wenn ein hoher Durchsatz von Fahrzeugen möglich ist.
Kapazitäts-mindernde Einflüsse können Unfälle, Nothalte und weitere Störeinflüsse z.B. durch Baustellen etc. sein.
Die Kapazitätswerte sind unter anderem bedingt durch die Grünzeitverteilungen der jeweiligen Lichtsignalanlagen. Ausgangspunkt der Erfindung ist nun, dass die vorstehend erwähnten Kapazitätswerte in der Regel nicht bekannt sind. Ein Grund hierfür ist darin zu sehen, dass die Lichtsignalanlagen jeweils lokal gesteuert sind und keine Schnittstellen mit einer hierarchisch übergeordneten Verkehrsmanagementinstanz aufweisen. Darüber hinaus liegen in der Regel keine aufbereiteten Daten als Aussage für die Grünzeitverteilungen der Lichtsignalanlagen vor. Mit anderen Worten sind die Lichtsignalanlagen in einem bestehenden System nicht mit der zentralen Steuerungsinstanz des Verkehrsnetzes in datentechnischer Hinsicht verbunden. Dementsprechend können zwischen den jeweiligen Lichtsignalanlagen und der zentralen Managementinstanz auch keine Daten ausgetauscht werden.
Bisherige Systeme aus dem Stand der Technik lösen das Problem, dass Grünzeitverteilungen der lokalen Lichtsignalanlagen bzw. Kapazitätswerte auf Verkehrssteuerungs- oder Verkehrsmanagementebene nicht verfügbar sind dadurch, dass mit statischen Pauschalwerten in Bezug auf die Kapazität gearbeitet wird. Die Kapazitätspauschalwerte sind entweder grob geschätzt (z.B. abhängig von der Anzahl der Straßenspuren, dem Straßentyp wie Autobahn, Schnellstraße oder enge Landstraße etc.) oder sie beruhen auf durchschnittlichen Tageswerten.
In der Veröffentlichung „Dynamic Traffic Control: Decentralized and Coordinated Methods" von I. Porche und S. Lafortune in IIIE Conference on Intelligent Transportation System ITSC 97.9., 12.Nov.1997; 5.930–935, werden auf Basis einer einfachen Simulation Kapazitätswerte für eine einzelne isolierte Kreuzung ermittelt. Mit Hilfe der Simulationen wird dabei ein dezentrales Echtzeit-Verkehrssteuerungssystem namens „ALLONS-D" getestet und so für die Veröffentlichung nachgewiesen, dass das System für eine adaptive Steuerung der Signalanlage an einer isolierten Kreuzung geeignet ist. Eine weitere Nutzung dieser Ergebnisse innerhalb eines Verkehrsmanagementsystems ist nicht vorgesehen.
Ein anderer bekannter und für ein Verkehrsmanagement genutzter Mechanismus besteht darin, Steuerungsprogramme für die Lichtsignalanlagen auszuwerten und diese Daten in Kapazitätswerte umzurechnen. Dies ist möglich, wenn die Lichtsignalanlagen durch Festzeitprogramme – abhängig von der jeweiligen Tageszeit – gesteuert werden. Die so berechneten Kapazitätswerte werden dann in dem übergeordneten Verkehrsschätzmodell eingestellt.
Ein wesentlicher Nachteil bekannter Systeme ist folglich darin zu sehen, dass eine dynamische Verkehrszustandsschät zung nicht möglich ist. Darüber hinaus können Einflussfaktoren, die durch Kapazitätswerte der Straßen und/oder durch Grünzeitverteilungen der Lichtsignalanlagen bedingt sind, im hierarchisch übergeordneten Verkehrsmanagementsystem nicht berücksichtigt und abgebildet werden. Als weitere Folge können – teilweise unzumutbare – Fehlleistungen des Verkehrsmanagements entstehen.
Die vorliegende Erfindung hat sich deshalb zur Aufgabe gestellt, einen Weg aufzuzeigen, mit dem eine verbesserte Straßenverkehrsmodellierung und eine verbesserte Verkehrsmanagement- und Verkehrssteuerung möglich wird. Darüber hinaus soll eine optimierte Aussage über den Verkehrszustand ermöglicht werden, der auch dynamisch veränderliche Situationen umfasst und insbesondere die Kapazitätswerte berücksichtigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, eine Anordnung, eine Simulationseinheit, ein verkehrstechnisches System und durch ein Computerprogrammprodukt nach den beiliegenden unabhängigen Ansprüchen 1 und 13 bis 16 gelöst.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der verfahrensmäßigen Ausgestaltung der Erfindung erklärt und deren Vorteile, Merkmale und Ausführungsbeispiele erläutert. Das hier Gesagte soll entsprechend auch für die erfindungsgemäße Anordnung, die Simulationseinheit und für das verkehrstechnische System gelten.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Schätzung des Verkehrszustandes in einem lichtsignalgesteuerten Straßennetz, welches eine Vielzahl von Lichtsignalanlagen mit jeweils lokalen Steuerungen umfasst, weist folgende Schritte auf, die für zumindest eine Lichtsignalanlagensteuerung, insbesondere für alle oder für ausgewählte Steuerungen, ausgeführt werden:

– Zentrales Simulieren der betreffenden lokalen Lichtsignalanlagensteuerung;
– Berechnen einer Grünzeitverteilung der Lichtsignalanlage, basierend auf der simulierten Steuerung;
– Berechnen von simulierten Kapazitätswerten von betroffenen bzw. relevanten Straßen der jeweiligen Lichtsignalanlage, basierend auf der berechneten Grünzeitverteilung;
– Schätzen des Verkehrszustandes unter Berücksichtigung der simulierten Kapazitätswerte.

Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Schwierigkeit, wie die nicht verfügbaren Daten, insbesondere die Grünzeitverteilungen bzw. die Kapazitätswerte, in dem Straßennetzmodell dennoch berücksichtigt werden können.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung hierzu ist darin zu sehen, dass die lokalen Lichtsignalanlagensteuerungen als makroskopische lokale Steuerungsmodelle in einem zentralen, hierarchisch übergeordneten verkehrstechnischen System simuliert werden. Dies stellt eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu dem Vorgehen aus dem Stand der Technik dar, da die nichtverfügbaren Daten bisher überhaupt nicht berücksichtigt worden sind und nunmehr wenigstens Näherungen zur Verfügung stehen. Durch die Simulation, insbesondere durch mehrfache Simulationsdurchläufe, können dabei gute Näherungswerte der Grünzeitverteilungen erhalten werden. Diese Näherungswerte werden dann in Kapazitätswerte umgerechnet. Dies erfolgt vorzugsweise durch den Einsatz von aus dem Stand der Technik bekannten erfolgreich getesteten mathematischen und/oder physikalischen Verfahren bzw. Formeln. Die simulierten Kapazitätswerte werden dann als Input dem Schätzmodell zugeführt.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass bisherige Schätzmodelle nahezu unverändert verwendet werden können, indem die erfindungsgemäßen simulierten Kapazitätswerte als virtuelle Detektorwerte einem Schätzmodul, das entsprechend zum Schätzen des Verkehrszustandes ausgelegt ist, zugeführt werden. Darüber hinaus ist zusätzlich ein Simulationsmodul vorgesehen, das zum Ausführen der Simulation ausgebildet ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass zwischen dem zentralen verkehrstechnischen System und den jeweiligen makroskopischen Steuerungsmodellen für die lokalen Kreuzungen bzw. Knotenpunkte (in der Regel handelt es sich hier um die Ampelanlagen) ein bidirektionaler Datenaustausch stattfindet. Jedes makroskopische Steuerungsmodell auf zentraler Ebene ist dabei in eindeutiger Weise einer realen lokalen Lichtsignalanlage zugeordnet. In dem Steuerungsmodell werden für jeden Knotenpunkt die Steuerungen simuliert, so dass daraus eine aktuelle simulierte Kapazität abgeleitet werden kann. Die simulierte aktuelle Kapazität wird an das zentrale System und/oder an einen Verkehrszustandsschätzer weitergeleitet. Im Gegenzug ist es möglich, dass das zentrale System und/oder der Verkehrszustandsschätzer aktuell berechnete Verkehrsstärkewerte an das Steuerungsmodell zur weiteren Verarbeitung zurücksendet. Damit wird ein iteratives Vorgehen möglich, so dass nach jedem Verfahrensdurchlauf eine optimierte Verkehrszustandsschätzung erfolgen kann. In dieser Ausführungsform ist das Verkehrsmanagementsystem als zentrale Instanz ausgebildet, während die lokalen makroskopischen Steuerungsmodelle als beliebig erweiterbare singuläre Module ausgebildet sein können. Die Module zum Simulieren der Lichtsignalanlagensteuerung können in der zentralen Instanz integriert sein, sie können jedoch auch als externe Module in einer offenen, erweiterbaren Architektur implementiert sein.
In der bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren zur Integration in ein verkehrstechnisches System ausgebildet. Letzteres kann – je nach Anwendung – unterschiedlichste Aufgaben und Funktionalitäten haben und ist insbesondere ein Verkehrsmanagementsystem und/oder ein System zur Schätzung des Verkehrszustandes. Die Begriffe "Verkehrsmanagementsystem" und/oder "Verkehrszustandsschätzsystem" sollen im Übrigen alle zentralen Instanzen umfassen, die auf einer hierarchisch übergeordneten Ebene verkehrsbezogene Daten verarbeiten und gegebenenfalls an dezentrale Module weiterleiten.
Ein solches verkehrstechnisches System umfasst in der Regel neben den Bauteilen des Straßennetzes eine Datenbank mit einem entsprechenden Server, Schnittstellen zu externen Modulen, Bedienungsgeräte und/oder Regler, die zur Konfiguration von Stellgrößen des Systems dienen. In alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann das verkehrstechnische System neben der Schätzung des Verkehrs und dessen Steuerung noch weitere Aufgaben haben, wie z.B. eine dynamische Routenwahl und eine Verkehrsumlegung, die Steuerung von Parkplatzzentralen, die Auslegung des öffentlichen Nahverkehrs, die Anbindung an Verkehrsmeldungszentralen etc.. In komplexeren Anwendungen sind weitere Steuerungs-, Leit- und Informationsaufgaben für verschiedene verkehrstechnische Einsatzgebiete vorgesehen.
Alle Daten laufen in der zentralen Instanz zusammen, die insbesondere bei städtischen Verkehrsnetzen eine Verkehrsrechnerzentrale ist. Eine solche zentrale Verkehrsmanagementinstanz ist jedoch nicht nur im innerörtlichen Einsatz anwendbar, sondern kann auch für den außerörtlichen Bereich Anwendung finden. Das System ist beliebig und sehr leicht erweiterbar, so dass auch andere Instanzen über ein datentechnisches Netzwerk in Datenaustausch stehen oder unmittelbar an die zentrale Instanz angebunden werden können. Die Aufgaben der Verkehrsmanagementinstanz liegen unter anderem in einem Verkehrsmonitoring, in kollektiven Verkehrsbeeinflussungsmaßnahmen, in Routing-Verfahren oder in Verkehrsplanungen.
Bei den "Lichtsignalanlagensteuerungen" die im Rahmen dieser Erfindung simuliert werden, kann es sich um beliebige Steuerungen von lichtsignalbasierten Knotenpunkten handeln. Die Lichtsignalanlagen umfassen neben den üblichen Ampelanlagen auch Bahngleisübergänge (z.B. durch mechanisch betätigte "Winker") oder andere optische Lichtsignalsteuerungen, die den Verkehrsfluss steuern. Je nach Modernität der jeweiligen Anlage gibt es unterschiedliche Kategorien von Lichtsignalsteuerungen:

1. Festzeitsteuerungen,
2. verkehrsabhängige Steuerungen und
3. adaptive Steuerungen.

Festzeitsteuerungen sind statisch und können nicht auf Verkehrsschwankungen reagieren. Vor allem im ländlichen Raum werden hier mechanische Steuerungen eingesetzt, wie z.B. Relais-Schaltungen und dergleichen. Sie weisen keine Schnittstelle zu anderen Instanzen auf.
Bei verkehrsabhängigen Steuerungen werden in der Regel logikbasierte Verfahren eingesetzt. Die Steuerlogik reagiert auf erfasste Detektormesswerte an den Knotenpunkten. In der Regel handelt es sich bei den Detektorwerten um in der Fahrbahn eingelassene Schleifendetektoren, die zur Verkehrsstärkemessung dienen. Abhängig von den erfassten Detektorwerten gibt die Steuerung einen Steuerbefehl an die Lichtsignalanlage ab. Der Nachteil dieser Anlagen ist darin zu sehen, dass für die Verkehrsregelung lediglich ein lokaler Kontext betrachtet wird. Übergeordnete Ereignisse und Effekte können hier nicht berücksichtigt werden.
Moderne Anlagen basieren in der Regel auf adaptiven Steuerungen, die sich an wechselnde Verkehrsbelastungen anpassen können. Adaptive Steuerungen werden üblicherweise über einen Zentralrechner ausgeführt, der einen Befehl bzw. eine Befehlssequenz über eine entsprechend ausgebildete Schnittstelle an die Lichtsignalanlage bzw. deren Steuerung abschickt. Der Vorteil dieser Steuerungen ist darin zu sehen, dass globale Einflüsse berücksichtigt werden können; ihr Nachteil liegt in relativ hohen Bereitstellungs- und Wartungskosten.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass sie unabhängig von der Wahl der jeweiligen Lichtsignalsteuerung ist.
Aus Kostengesichtspunkten heraus erweist es sich als vorteilhaft, wenn bestehende Verkehrszustandschätz- oder Verkehrs managementsysteme, insbesondere deren Lichtsignalanlagensteuerungen, weiterverwendet werden können, da der Einsatz von zentral betriebenen Steuerungen mit der Einrichtung von Schnittstellen mit einem hohen Kostennachteil verbunden ist. Vorteilhafterweise erfordert die erfindungsgemäße Lösung nicht den zwingenden Einsatz von adaptiven Steuerungen und ist sogar unabhängig von der Art der zugrundeliegenden Lichtsignalanlagensteuerung.
Der Begriff "Verkehrszustand" bzw. die Schätzung dieses Zustandes ist ebenfalls weit auszulegen und umfasst Aussagen über den aktuellen und über den zukünftigen Verkehrszustand (in konfigurierbaren Zeitintervallen), Aussagen über die Belastung an Knotenpunkten, Verkehrsstärken, Staugefahren und andere verkehrsbezogene Informationen. In einer einfachen Ausführungsform bezieht sich der Verkehrszustand lediglich auf eine Aussage über die aktuelle und/oder zukünftige Verkehrsstärke. Als "Verkehrsnachfragewerte" werden alle verkehrsbezogenen Werte bezeichnet, über die das System eine Aussage und/oder eine Schätzung abgeben soll, wie z.B. über die vorstehend erwähnten Daten.
Ein wichtiger Vorteil der hier vorgestellten Lösung liegt darin, dass durch die Simulation der Ampelsteuerung auch dynamische und damit veränderliche Ereignisse und Situationen berücksichtigt werden können. Das Verkehrsmanagement- und/oder Verkehrsschätzsystem basiert auf der Verarbeitung von digitalen Daten, die zum Teil durch erfasste Detektorwerte dem System übergeben werden. Dabei handelt es sich um kurz-, mittel- und langfristige Daten. Kurzfristige Daten beziehen sich auf Sensordaten, aktuelle Ereignisse oder Stau-Situationen, während mittelfristige Ereignisse z.B. auf Baustellen-Informationen bezogen sind und langfristige Daten geplante Bauprojekte und statische Daten umfassen.
Die verarbeiteten und berechneten Daten stehen Online zur Verfügung und können auch, falls gewünscht, an weitere Ins tanzen über geeignet ausgebildete Schnittstellen weitergeleitet werden.
Basierend auf der Erfindung ist es möglich, dass der aktuelle Verkehrszustand des Straßennetzes in konfigurierbaren Zeitintervallen unter Berücksichtigung des Verkehrszustandes gemäß der letzten Schätzung neu berechnet wird. Bei jedem Durchlauf wird die Aussage über den Verkehrszustand optimiert.
In der bevorzugten Ausführungsform wird die Steuerung für die verschiedenen konkreten Signalanlagen jeweils in einzelnen, separaten Simulationsmodulen simuliert. Dies hat den Vorteil, dass die Architektur des Systems als verteiltes und modulares System ausgebildet werden kann, in das leicht und ohne weiteren Aufwand weitere Module eingebunden werden können. Damit ist die Architektur robust gegen Ausfälle von Teilmodulen und sehr flexibel einsetzbar. Sobald einzelne Lichtsignalanlagen bzw. Knotenpunktbereiche des Straßennetzes aus der zentralen Steuerung bzw. aus dem zentralen Management ausgenommen werden sollen, ist dies leicht durch entsprechendes Ausschalten bzw. Abschalten des zugehörigen Moduls zu erreichen. Entsprechend können weitere Lichtsignalanlagen mit minimalem Aufwand dem System zugefügt werden.
Durch die Ausbildung von entsprechend ausgelegten Schnittstellen kann das zentrale Rechnersystem mit anderen Instanzen kommunizieren und relevante Daten austauschen. Dennoch ist es keine Voraussetzung der erfindungsgemäßen Lösung, dass alle bestehenden Lichtsignalanlagen bzw. deren Steuerungen mit entsprechenden Schnittstellen ausgestattet werden müssen, da erfindungsgemäß nicht die reale Steuerungssituation Eingang in das zentrale Managementsystem findet, sondern deren Simulation unmittelbar im zentralen Managementsystem erfolgt. Damit kann auf die Schnittstellen zwischen der lokalen Ampel und der zentralen Instanz verzichtet werden, was zu einem deutlichen Kostenvorteil führt.
In der bevorzugten Ausführungsform kann die Simulation der Ampelsteuerung adaptiv an den jeweiligen Anwendungsfall erfolgen. Die Kriterien, anhand deren die Simulation ausgeführt werden sollen, sind einstellbar. Dies erfolgt vorzugsweise über eine entsprechende Bildschirmmaske oder über eine entsprechende Oberfläche auf einem vorzugsweise mobilen Steuergerät. In der bevorzugten Ausführungsform ist eine Auswahl von Simulationskriterien voreingestellt. Stehen die Simulationskriterien jedoch nicht unmittelbar zur Verfügung, so kann es vorgesehen sein, dass die Simulationskriterien über Schnittstellen aus anderen zuschaltbaren Systemen eingelesen werden.
Vorzugsweise werden zumindest folgende Parameter bei der Simulation einer lokalen Lichtsignalanlagensteuerung berücksichtigt:

– Definition einer Kreuzungstopologie, umfassend: Zufahrten der Kreuzung, Fahrspuren, Spurrichtungen
– Zuordnung zwischen Lichtsignalanlage und Fahrspuren
– Definition von Mindest- und/oder Maximalwerten in Bezug auf Schaltzeiten der Lichtsignalanlage, wie Mindestgrünzeiten, Mindestrotzeiten, Gelbzeitlängen und/oder Zwischenzeiten.

Darüber hinaus ist es möglich, weitere zu berücksichtigende Steuerungsparameter zu definieren, wie real erfasste Messwerte oder simulierte bzw. berechnete Daten. Vorzugsweise wird zusätzlich noch die Zuordnung zwischen Detektoren und Fahrspuren als Parameter berücksichtigt.
Ein Nachteil bisheriger Verkehrszustandschätzsysteme liegt – wie oben beschrieben – darin, dass sie auf statischen Kapazitätswerten basieren. Es konnte deshalb leicht zu Fehleinschätzungen kommen, die auf einer nicht passenden Kapazitätswertangabe basierten. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist deshalb in der Steuerungssimulation zu sehen, die auch dynamische Aspekte berücksichtigt. Darüber hinaus können Fehler sicher vermieden werden, die aufgrund von manuellen Fehleingaben erfolgten. Die erfindungsgemäße Lösung ist vor zugsweise dazu ausgelegt, dass alle Verfahrensschritte und insbesondere der Schritt der Simulation vollautomatisch erfolgen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass einzelne Aspekte und/oder Verfahrensschritte halbautomatisch ausgeführt werden, indem z.B. Eingaben über eine Benutzerschnittstelle verarbeitet werden.
In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung basieren das Verkehrsmanagementsystem, das Verkehrsschätzsystem und/oder die Simulation der Lichtsignalanlagensteuerung auf einem makroskopischen Modell. In vorteilhaften alternativen Weiterbildungen der Erfindung sind hier jedoch auch andere Modelle denkbar, insbesondere ein mikroskopisches Modell oder ein mesoskopisches Modell (eine Mischform zwischen den vorstehend genannten). Ein Pluspunkt der erfindungsgemäßen Lösung ist folglich auch in der Unabhängigkeit von dem zugrundeliegenden Modell zu sehen.
In der einfachsten Ausführungsform ist die zentrale Instanz als Schätzsystem für den Verkehrszustand ausgebildet. Der Verkehrszustandsschätzer bzw. das Schätzmodul wird durch Eingangsgrößen parametriert bzw. versorgt.
Die Eingangsgrößen für das verkehrstechnische System, insbesondere für das Schätzmodul, können unmittelbar eingegeben werden oder sie können aus anderen Daten abgeleitet werden, z.B. im Falle der Kapazitätswerte aus der Grünzeitverteilung berechnet werden.
Ausgangsgrößen oder der Output für das verkehrstechnische System umfassen in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest eine Aussage über die aktuelle Verkehrsstärke bzw. die aktuellen Verkehrsstärkewerte. Die Funktionalität der zentralen Instanz ist jedoch beliebig erweiterbar, so dass auch weitere Output-Daten generiert werden, die dann über Schnittstellen an externe, vernetzte Subsysteme, z.B. Verkehrsrechner, Detektorzentralen, Parkleitrechner etc. weitergeleitet werden können.
Durch die zentrale Bedienung und Visualisierung der Ausgabedaten des Systems kann eine einfache Anwendung sichergestellt werden, ohne dass ein Einsatz vor Ort bzw. unmittelbar an den Lichtsignalanlagen notwendig ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es jedoch vorgesehen, dass die lokalen Lichtsignalanlagen mit Schnittstellen zu der zentralen Instanz ausgebildet sind. Dann kann ein Datenaustausch zwischen diesen beiden Instanzen erfolgen. In diesem Fall werden die Ausgabedaten der erfindungsgemäßen Verkehrszustandsschätzung an die jeweilige lokale Knotenpunktsteuerung mit dem Ziel weitergeleitet, die lokale Steuerung zu optimieren und/oder der lokalen Steuerung aktuelle Verkehrsstärkewerte zur Verfügung zu stellen.
Grundsätzlich ist es erfindungsgemäß möglich, eine Kontrolle von Lichtsignalanlagensteuerungen in Bezug auf berechnete Verkehrsschätzungen vorzusehen. Dann kann die aktuelle Einstellung der Steuerung mit der optimierten Einstellung der Steuerung gemäß der Verkehrszustandsschätzung abgeglichen werden. Bei fehlender Übereinstimmung kann ein entsprechendes Korrektursignal von der zentralen Instanz abgesetzt werden. Unter Umständen kann das Korrektursignal direkt an die Lichtsignalanlagensteuerung weitergeleitet werden. Vorzugsweise werden nur die Lichtsignalanlagensteuerungen berücksichtigt, deren Parametrisierungsaufwand möglichst gering ist, so dass im Wesentlichen nur die Kreuzungstopologie mit Parametern versorgt wird. Das hat den Vorteil, dass die Kosten für den Datenaustausch minimiert werden können.
Vorzugsweise erfolgt das erfindungsgemäße Verfahren rechnergestützt und kann über eine zentrale Workstation und/oder über mehrere mobile rechnergestützte Einheiten ausgeführt werden.
Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, das direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung eines verkehrstechnischen Systems ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, die dazu bestimmt sind, einzelne oder alle Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
Zusätzliche, vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele mit deren Merkmalen und weiteren Vorteilen anhand der Zeichnung besprochen. In dieser zeigen:
1 eine übersichtsartige Darstellung der grundlegenden Architektur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine übersichtsartige Darstellung einer Schätzeinheit und mehrerer Simulationseinheiten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schätzen des Verkehrszustandes in einem lichtsignalgesteuerten Straßennetz. Das Verfahren wird üblicherweise in einem verkehrstechnischen System, insbesondere in einem Verkehrsmanagementsystem VMS und/oder in einem Verkehrszustandsschätzsystem VZSS, angewendet.
Kreuzungen oder Knotenpunkte, die aus mehr als zwei sich kreuzenden Straßen bestehen, werden in der Regel von Ampelanlagen bzw. Lichtsignalanlagen LSA betrieben. Der Begriff "lichtsignalgesteuertes Straßennetz" ist weit auszulegen und umfasst Straßennetze, deren Knotenpunkte durch Lichtsignalanlagen LSA geregelt sind. Darüber hinaus können in diesem Straßennetz auch andere Knotenpunktregelungen vorgesehen sein, wie z.B. Kreisverkehr, visuell gesteuerte Kreuzungspunkte etc. Wenigstens ein Teil bzw. ein Ausschnitt des Straßennetzes muss jedoch lichtsignalgesteuert sein.
Lichtsignalanlagen LSA umfassen neben den üblichen Ampelanlagen auch Bahngleisübergänge oder andere optische Signalsteuerungen, die den Verkehrsfluss steuern.
Je nach Modernität des Straßennetzes, das in einzelne Sektoren unterteilt sein kann, weisen die Lichtsignalanlagen LSA unterschiedliche Lichtsignalanlagensteuerungen S auf. Zum Einen können die Lichtsignalanlagensteuerungen S (im Folgenden kurz: Steuerungen S) eine Schnittstelle, insbesondere eine Luftschnittstelle, zu einer zentralen Instanz, z.B. zu einem Verkehrsmanagementsystem VMS aufweisen. Zum Anderen können sie lediglich auf einer lokalen Steuerung basieren, die keine weiteren Schnittstellen vorsieht. Im letzteren Fall sind die Steuerungen S nicht von der zentralen Instanz ansprechbar und können auch keine Daten in Bezug auf die Steuerung S an die zentrale Instanz weiterleiten.
Da die zentrale Instanz, z.B. ein mit unterschiedlichen Aufgaben beauftragtes Verkehrsmanagementsystem VMS oder ein Verkehrszustandsschätzsystem VZSS, nun aber Daten über die Steuerung S benötigt, um ihre Aufgabe ausführen zu können, kann dies bei bisherigen Systemen aus dem Stand der Technik und insbesondere für ein Verkehrsmanagementsystem VMS mit lokal gesteuerten Lichtsignalanlagen LSA ein Problem werden.
Die Idee ist nun, das verkehrstechnische System VMS, VZSS anders aufzubauen, so dass es nicht im Datenaustausch mit der realen Steuerung S der Lichtsignalanlagen LSA steht, sondern nur noch mit einer Simulationseinheit SE für die betreffende Steuerung S. Die Ampel bzw. die Steuerung S wird sozusagen datentechnisch vollständig vom zentralen System entkoppelt. Hierfür wird die jeweilige Steuerung S in einer Simulationseinheit SE simuliert. Das verkehrstechnische System VMS, VZSS arbeitet somit nur mit simulierten Daten in Bezug auf die Steuerungen S der Lichtsignalanlagen LSA.
In 1 ist der vorstehend beschriebene Sachverhalt übersichtsartig dargestellt. Der quer verlaufende Balken soll kennzeichnen, dass grundsätzlich zwei Prozessebenen vorgesehen sind:

1. Eine physikalisch-operationale Ebene, die die realen Steuerungen S der Lichtsignalanlagen LSA, Detektoren und andere physikalische Bauteile umfasst und
2. eine taktische Steuerungsebene, die der zuerst genannten physikalisch-operationalen Ebene in hierarchischer Hinsicht übergeordnet ist und zur zentralen Steuerung bzw. zum zentralen Management des Verkehrsnetzes dient.

Wesentliches Kernelement der strategisch-taktischen Ebene ist die zentrale Instanz in Form eines Managementrechners MR, der in Datenaustausch mit einem Datenbankserver DBS steht. Die zentrale Instanz MR weist eine geeignete Benutzer-Oberfläche auf, insbesondere einen Monitor mit Tastatur, über die das System bedient, gesteuert und angewendet werden kann und über die darüber hinaus berechnete Daten und Zustände visualisiert werden können. Je nach gewünschter Funktionalität können an die zentrale Rechnerinstanz MR und/oder an den Datenbankserver DBS weitere Prozesse P über ein Netzwerk, insbesondere über ein Wide-Area-Network, angeschlossen sein. Diese Prozesse können sich z.B. auf Parkleitsysteme, Stauprognosen, wetterbezogene Einflüsse, Informationen über Störfälle, wie z.B. Baustellen und Veranstaltungen und/oder auf Verkehrsmeldungen der Einsatzleitrechner von Polizei und/oder Landesmeldestellen beziehen.
Je nach Modernität und Auslegung der im Einsatz befindlichen Lichtsignalanlagen LSA bzw. deren Steuerungen S können Schnittstellen für den Datenaustausch mit der zentralen Rechnerinstanz MR vorgesehen sein. An dieser Stelle sei nochmals ausdrücklich angemerkt, dass diese Schnittstellen jedoch keine notwendige Voraussetzung für die erfindungsgemäße Lösung sind.
Des Weiteren können Schnittstellen zu Detektoren, zu Sensoren und/oder zu weiteren Erfassungs- und/oder Messgeräten in Be zug auf verkehrstechnische Daten vorgesehen sein, die in der zentralen Rechnerinstanz MR zusammengeführt und dort gesammelt werden. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist von daher in der offenen und universell einsetzbaren Architektur zu sehen, die modular ausgebildet ist und damit jederzeit durch Einbindung weiterer Module erweitert werden kann. Darüber hinaus ist auch die Funktionalität des Systems VMS, VZSS adaptiv an die jeweilige Anwendungssituation änderbar, indem weitere Prozesse und/oder verkehrstechnische Verfahren flexibel eingebunden werden können.
Die Simulationseinheit SE für die Simulation der Lichtsignalanlagensteuerungen S ist in der bevorzugten Ausführungsform und wie in 1 schematisch angedeutet, der zentralen Rechnerinstanz MR zugeordnet. Die zentrale Rechnerinstanz MR weist auch eine Schätzeinheit SchE auf, deren Funktion noch nachfolgend anhand von 2 erläutert wird. Üblicherweise wird die Simulationseinheit SE als integrales Bauteil in der zentralen Rechnerinstanz MR implementiert sein. Es ist jedoch auch möglich, die Simulationseinheit SE als modulares singuläres Element über geeignete Schnittstellen an die Rechnerinstanz MR anzubinden.
Die zentrale Rechnerinstanz MR erhält – wie in 1 dargestellt – von den Steuerungen S, sofern diese mit der Rechnerinstanz MR datentechnisch verbunden sind, die LSA-Daten und von etwaigen Detektoren D, beispielsweise Schleifendetektoren zur Fahrzeugdetektion, die Detektorwerte. Diese werden in der zentralen Rechnerinstanz, die üblicherweise dem verkehrstechnischen System VMS, VZSS zugeordnet ist, weiterverarbeitet, um gegebenenfalls nach mehreren zwischengeschalteten Prozessen und Verarbeitungsschritten aktuelle und zukünftige Verkehrszustandsaussagen zu generieren. Die Aussagen über den Verkehrszustand können weiteren Prozessen und/oder anderen Bauteilen übermittelt werden (nicht dargestellt).
In 2 sind die wesentlichen Datenflüsse zwischen einzelnen Elementen des Verkehrsmanagementsystem VMS bzw. des Verkehrs zustandsschätzsystem VZSS dargestellt. Der horizontale Balken soll kennzeichnen, dass jeder unterhalb des Balkens dargestellten realen Lichtsignalanlage LSA₁, LSA₂, ..., LSA_i eine oberhalb des Balkens dargestellte Simulationseinheit SE zugeordneten ist. Das heisst, es wird jede reale, physikalische Lichtsignalanlage LSA und deren zugehörige Steuerung S in einer entsprechenden Simulationseinheit SE abgebildet.
In dieser Ausführungsform ist dabei für jede Lichtsignalanlage LSA und/oder für jede Steuerung S einer oder mehrerer Lichtsignalanlagen LSA eine eigene, separate Simulationseinheit SE vorgesehen. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist es jedoch ebenso möglich, mehrere Steuerungen S in einer Simulationseinheit SE zusammenzufassen oder grundsätzlich nur eine Simulationseinheit SE vorzusehen, die wiederum aus mehreren Modulen bestehen kann.
Erfindungsgemäß ist eine Schätzeinheit SchE vorgesehen, die dazu bestimmt ist, eine Aussage über den aktuellen oder den zukünftigen Verkehrszustand zu generieren. Die Schätzeinheit SchE steht hierzu in Datenaustausch mit den Simulationseinheiten SE und kann als modulares Bauteil in einem übergeordneten verkehrstechnischen System VMS, VZSS integriert sein. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können noch weitere Bauteile in dem verkehrstechnischen System VMS, VZSS vorgesehen sein. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Schätzeinheit SchE nicht als integrales Element in dem übergeordneten System des Verkehrsmanagements integriert ist, sondern als separates einzelnes Bauteil, was über entsprechende Schnittstellen an das verkehrstechnische System VMS, VZSS angeschlossen ist.
Nachfolgend wird in Zusammenhang mit 2 der hauptsächliche Datenaustausch gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben:
Die jeweiligen Simulationseinheiten SE sind dazu ausgelegt, die Steuerung S der Lichtsignalanlagen LSA zu simulieren.
Vorzugsweise erfolgt dies anhand eines makroskopischen Modells und erfordert eine Anzahl von Input-Parametern, die unter anderem knotenpunktbezogene Detektorwerte, aktuelle Verkehrssituationen und möglicherweise weitere Parameter umfassen. Anhand dieser Simulation können nun Grünzeitverteilungen der jeweiligen Lichtsignalanlagen LSA berechnet werden.
Der Begriff "Grünzeitverteilung" wird definiert durch die Anzahl und Zeitdauer der Grünzeiten der jeweiligen Lichtsignalanlage LSA. Aus der Grünzeitverteilung kann unmittelbar ein Kapazitätswert der Straßen berechnet werden, die von der jeweiligen Lichtsignalanlage LSA gesteuert bzw. versorgt werden. In der Regel steht hierfür eine mathematische Abbildungsfunktion zur Verfügung. Die Grünzeitverteilung ist direkt proportional zu der Kapazität bzw. zu den Kapazitätswerten.
Anhand der so ermittelten bzw. berechneten aktuellen simulierten Kapazitätswerten SKW kann die Schätzeinheit SchE nun eine Abschätzung des Verkehrszustandes generieren. Je nach Konfiguration können die Output-Daten der Schätzeinheit SchE unterschiedlich eingestellt sein. In der bevorzugten Ausführungsform umfassen die Output-Daten zumindest die aktuellen Verkehrsstärken AVS jeder einzelnen Strasse des Straßennetzes. Die aktuelle berechnete Verkehrsstärke kann dann gegebenenfalls an unterschiedliche Instanzen weitergeleitet werden, insbesondere kann sie zurück an die Simulationseinheit SE gegeben werden, um in einem iterativen Prozess die Verkehrszustandsschätzaussage zu optimieren. Dies wird durch einen zyklischen Prozess erreicht, der bei jedem Verfahrensdurchlauf die generierte Schätzaussage optimiert.
Wie in 2 gezeigt, senden die beteiligten Simulationseinheiten SE (also SE₁, SE₂, ... SE_i) in der bevorzugten Ausführungsform die simulierten Kapazitätswerte an die Schätzeinheit SchE, während die Schätzeinheit SchE die aktuellen Verkehrs stärkewerte an die beteiligten Simulationseinheiten SE zurücksendet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Simulationseinheiten SE jeweils mit einer Grünzeitverteilungs-Berechnungseinheit GB und einer Kapazitätswert-Berechnungseinheit KB ausgebildet, in denen die mathematischen Funktionen zwischen den jeweiligen Parametern abgebildet sind. Die Grünzeitverteilungs-Berechnungseinheit und/oder die Kapazitätswert-Berechnungseinheit KB können in einer alternativen Ausführungsform auch in der Schätzeinheit SchE und/oder im dem verkehrstechnischen System VMS, VZSS integriert sein. Darüber hinaus ist es möglich, die Einheiten als separate modulare Bauteile vorzusehen, die in Datenaustausch mit dem zentralen System stehen.
Wie in 2 angedeutet, ist eine datentechnische Verbindung zwischen den Steuerungen S der Lichtsignalanlagen LSA und den jeweils zugeordneten Simulationseinheiten SE für die Erfindung nicht (zwingend) erforderlich, sie kann jedoch vorgesehen sein, um beispielsweise eine Rückkopplung von berechneten Werten auf die Steuerungen S zu ermöglichen. Dies kann auch durch eine temporäre datentechnische Anbindung erfolgen, z.B. über ein mobiles Steuergerät, wobei eine Luftschnittstelle zwischen Steuergerät und Steuerung S vorgesehen ist. Damit können die Steuerungen S optimiert gesteuert werden, indem dynamisch aktuelle Ereignisse und Situationen bei der Steuerung S berücksichtigt werden können.
Durch die erfindungsgemäße Simulation der Steuerungen S ergibt sich als ein in der Praxis sehr wesentlicher Vorteil, dass der verkehrstechnische Wartungsaufwand deutlich reduziert werden kann. Darüber hinaus ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Lösung eine Reihe von nachstehend kurz erläuterten Vorteilen:

– Durch das hierarchische Konzept kann eine größtmögliche Flexibilität erreicht werden, indem weitere Module flexibel eingesetzt bzw. verändert eingebunden werden können.
– Das System ist insgesamt skalierbar, da mehrere modulare Recheneinheiten vorgesehen sind.
– Durch die Trennung der physikalischen Ebene von der taktischen Ebene können bei der Verkehrszustandsschätzung auch globale und netzweite Ereignisse berücksichtigt werden, so dass die Gesamtaussage in ihrer Qualität verbessert werden kann.
– Mit Hilfe der makroskopischen Modellierung des Verkehrszustandes auf der Basis von Detektordaten und/oder weiteren Anlagenzuständen bzw. weiteren Messwerten kann der Aufwand für die Dateneingabe und/oder für die Parametrisierung deutlich verringert werden.
– Aufgrund der zentralen Steuerung ist es möglich, weitere Einflussgrößen bei dem Verkehrsmanagement bzw. bei der Verkehrssteuerung zu berücksichtigen, wie z.B. die Priorisierung des öffentlichen Nahverkehrs oder die Priorisierung von bestimmten Verkehrsströmen.

In der bevorzugten Ausführungsform wird die Verkehrsmanagementzentrale durch das System SITRAFFIC-CONCERT der Firma Siemens gebildet. Diesem System liegt eine mesoskopische Verkehrssimulation zugrunde.
Zielsetzung ist es, dass der Aufwand für die Parametrisierung der lokalen Steuerungen S möglichst minimiert sein kann, das heißt, dass im Wesentlichen nur die Kreuzungstopologie mit Parametern versorgt werden muss. Ein System, das diese Voraussetzungen erfüllt, ist das System SITRAFFIC-SPIRIT der Firma Siemens, das auf einer makroskopischen Modellierung basiert.
Die Schätzeinheit SchE wird in der bevorzugten Ausführungsform von dem System MONET der Firma Siemens gebildet, das der dynamischen Abbildung des Verkehrszustandes dient und Aussagen bzw. Prognosen der Belastungen in dem zugrundeliegenden Straßenverkehrsnetz ermöglicht.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die vorstehend beschriebene Lösung verwendet, um das lokale Steuerverfahren SITRAFFIC-SPIRIT mit dem netzweit agierenden Zustandsschätzverfahren SITRAFFIC-MONET zu koppeln. Das MONET-System ist mit einer Funktionalität ausgestattet, die es erlaubt, Reisezeiten zu analysieren und Aussagen über Staulängen, Verkehrszustände in bezug auf eine Ereigniserfassung und mögliche Umgehungsmöglichkeiten und weitere Einflussfaktoren sowie ein dynamisches Routing umfasst.
Im Hinblick auf die Flexibilität des Systems und insbesondere auf die Flexibilität der Simulation der Steuerungen S ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Parameter für die Modellierung der Steuerungen S konfigurierbar sind. Je nach Anzahl der berücksichtigten Parameter steigt einerseits die Komplexität der Simulation und damit auch der Rechenaufwand, während andererseits die Simulation genauer wird. Die Konfiguration der Parameter kann Online oder Offline erfolgen. Die konfigurierbaren Parameter umfassen alle verkehrstechnischen Größen und können insbesondere auf die Reisezeit, auf Geschwindigkeitsfunktionen, auf die dynamische Routenwahl sowie auf Parameter, die auf die Verkehrsstromlenkung bezogen sind und/oder auf weitere Ereignisse bezogen sein.
Damit die Performance des Systems erhöht werden kann, wird in der bevorzugten Ausführungsform ein neuronales Netzwerk eingesetzt, das eine massiv-parallele Implementierung ermöglicht.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der Erfindung und die Ausführungsbeispiele grundsätzlich nicht einschränkend in Hinblick auf eine bestimmte physikalische Realisierung der Erfindung zu verstehen sind und somit auch in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Für einen Fachmann ist es insbesondere offensichtlich, dass die Erfindung als heterogenes System teilweise oder vollständig in Soft- und/oder Hardware und/oder auf mehrere physikalische Produkte – dabei insbesondere auch Computerprogrammprodukte – verteilt realisiert werden kann.

Claims

Verfahren zum Schätzen des Verkehrszustandes in einem lichtsignalgesteuerten Straßennetz, welches eine Vielzahl von Lichtsignalanlagen (LSA) mit jeweils lokalen Lichtsignalanlagensteuerungen (S) umfasst, mit folgenden Verfahrensschritten, die zumindest für eine Lichtsignalanlagensteuerung (S) des Straßennetzes ausgeführt werden: – zentrales Simulieren der Lichtsignalanlagensteuerung (S) – Berechnen einer Grünzeitverteilung der Lichtsignalanlage (LSA), basierend auf der simulierten Lichtsignalanlagensteuerung (S) – Berechnen von simulierten Kapazitätswerten (SKW), basierend auf der berechneten Grünzeitverteilung – Schätzen des Verkehrszustandes unter Berücksichtigung der simulierten Kapazitätswerte (SKW).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Verfahrensschritte, vorzugsweise alle Verfahrensschritte, insbesondere das Simulieren und/oder das Schätzen des Verkehrszustandes, automatisch erfolgen.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schätzen des Verkehrszustandes und/oder das Simulieren der Lichtsignalanlagensteuerung (S) auf einem makroskopischen Modell basieren.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren iterativ angewendet wird, so dass Ausgangsgrößen eines vorgeschalteten Verfahrensdurchlaufs mittelbar oder unmittelbar als Eingangsgrößen für einen oder weitere nachgeschaltete Verfahrensdurchläufe dienen können.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das verkehrstechnische System (VMS, VZSS) zentral für das vollständige oder für einen Teil des Straßennetzes arbeitet, insbesondere auf einer der Lichtsignalanlagensteuerungen (S) übergeordneten Ebene.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgenden Verfahrensschritt umfasst: – Weiterleiten von allen oder von als relevant ausgewählten Schätzungen des Verkehrszustandes und/oder Weiterleiten von Mittelwerten derselben an eine Lichtsignalanlagen-Simulationseinheit, die zur Simulation der jeweils betroffenen Lichtsignalanlagensteuerungen (S) ausgebildet ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulation der Lichtsignalanlagensteuerung (S) als lokaler Prozess in einem zentralen verkehrstechnischen System (VMS, VZSS) eingebunden ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren Detektorwerte und/oder Verkehrsnachfragewerte als Eingangsgrößen berücksichtigt.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Verfahren folgende Ausgangsgrößen berücksichtigt werden: – aktuelle Verkehrsstärkewerte, – Prognosewerte für eine zukünftige Straßennetzbelastung mit konfigurierbaren Parametern, – Berechnungen von Staulängen und/oder – Optimierungen der Lichtsignalanlagensteuerung (S).
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Schätzung des Verkehrszustandes weitere Parameter berücksichtigt werden, insbesondere Detektorwerte und/oder andere Messwerte oder eine Aggregation der vorstehend genannten Werte.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Simulation einer lokalen Lichtsignalanlagensteuerung (S) zumindest folgende Parameter berücksichtigt werden: – Definition einer Kreuzungstopologie, umfassend: Zufahrten der Kreuzung, Fahrspuren, Spurrichtungen – Zuordnung zwischen Lichtsignalanlage und Fahrspuren – Definition von Mindest- und/oder Maximalwerten in Bezug auf Schaltzeiten der Lichtsignalanlage (LSA), wie insbesondere Mindestgrün-, Mindestrotzeiten, Gelbzeitlängen und/oder Zwischenzeiten.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Simulation einer lokalen Lichtsignalanlagensteuerung (S) zumindest folgender Parameter berücksichtigt wird: – Zuordnung zwischen Detektoren und Fahrspuren.
Anordnung zum Schätzen des Verkehrszustandes in einem lichtsignalgesteuerten Straßennetz, welches eine Vielzahl von Lichtsignalanlagen (LSA) mit jeweils lokalen Lichtsignalanlagensteuerungen (S) umfasst, mit: – zumindest einer zentralen Simulationseinheit (SE), die zum Simulieren der lokalen Lichtsignalanlagensteuerung (S) bestimmt ist, – zumindest einer Grünzeitberechnungseinheit (GB), die zum Berechnen einer Grünzeitverteilung der Lichtsignalanlage (LSA), basierend auf der simulierten Lichtsignalanlagen-Steuerung (S) bestimmt ist – zumindest einer Kapazitätswertberechnungseinheit (KB), die zum Berechnen von simulierten Kapazitätswerten (SKW), ba sierend auf der berechneten Grünzeitverteilung, bestimmt ist – zumindest einer Schätzeinheit (SchE), die zum Schätzen des Verkehrszustandes unter Berücksichtigung der simulierten Kapazitätswerte (SKW) bestimmt ist.
Simulationseinheit (SE) zur Integration in eine Anordnung nach Anspruch 13, die zur Simulation aller oder ausgewählter Lichtsignalanlagensteuerungen (S) eines Straßennetzes ausgebildet ist.
Verkehrstechnisches System (VMS, VZSS), das zur Schätzung eines Verkehrszustandes in einem lichtsignalanlagen-gesteuerten Straßennetz ausgebildet ist, mit einer Anordnung nach Anspruch 13.
Computerprogrammprodukt, das direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung eines verkehrstechnischen Systems (VMS, VZSS) ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, die dazu bestimmt sind, einzelne oder alle Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 12 auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Steuereinrichtung ausgeführt wird.