DE102011005495A1

DE102011005495A1 - Verfahren und Steuerungssystem zur Verkehrsflusssteuerung

Info

Publication number: DE102011005495A1
Application number: DE102011005495A
Authority: DE
Inventors: Oskar Reich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2012-09-20
Also published as: EP2500885B1; PL2500885T3; EP2500885A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuerungssystem zur Verkehrsflusssteuerung an einer Anzahl von signalisierten Knoten in einem Synchronisationsbereich, umfassend eine Methode zur koordinierten Steuerung eines Wechsels von einem ersten Signalprogramm zu einem folgenden zweiten Signalprogramm zur Steuerung von Signalanlagen der signalisierten Knoten, wobei jedes Signalprogramm eine Anzahl von vorgegebenen Umschaltzeitpunkten hat. Die Methode umfasst einen Schritt des Bestimmens einer Versatzzeit zwischen einem vorgegebenen Umschaltzeitpunkt des ersten Signalprogramms und einem der vorgegebenen Umschaltzeitpunkte des zweiten Signalprogramms für jeden signalisierten Knoten, den Schritt des Ermittelns einer zumindest bezüglich des Synchronisationsbereichs globalen Versatzzeitänderung, und den Schritt des Korrigierens des in dem zweiten Signalprogramm vorgegebenen Umschaltzeitpunkts eines jeden Knotens mit Hilfe der ermittelten globalen Versatzzeitänderung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verkehrsflusssteuerung an einer Anzahl von signalisierten Knoten in einem Synchronisationsbereich, in dem insbesondere eine Methode zur koordinierten Steuerung eines Wechsels von Signalprogrammen zur Steuerung von Signalanlagen der signalisierten Knoten eingesetzt wird, und erlaubt eine Optimierung des Verkehrsflusses an signalisierten Knoten in einem Synchronisationsbereich mit Hilfe einer Versatzzeitberechnung. Das Verfahren kann aber auch für die planerische Optimierung solcher Steuerungsverfahren auf Basis von vorab ermittelten Verkehrsplänen eingesetzt werden.
Städtische Verkehrssteuerungssysteme stellen vor allem darauf ab, über eine Steuerung von Lichtsignalanlagen durch ein urbanes Verkehrsmanagement-System innerstädtische Verkehrsflüsse effektiv zu steuern bzw. zu leiten.
Verfahren für die Steuerung von Lichtsignalanlagen für den Straßenverkehr in Abhängigkeit vom Verkehrsaufkommen sind bekannt und gewinnen zunehmend an Bedeutung. Dabei werden häufig Steuerungsparameter wie z. B. die erlaubte Umlaufzeiten, minimale und maximale Umlaufzeiten, Mindestfreigabezeiten und maximale Freigabezeiten, erlaubte Phasenfolgen, eine bedarfsgerechte Anpassung der Freigabezeiten (= Grünzeiten) und weitere Optimierungspläne sowie Gewichtungsfaktoren für Optimierungskriterien ermittelt, um den Verkehrsfluss an einzelnen Knoten oder an mehreren hintereinander geschalteten Knoten zu optimieren.
Steuerungsverfahren für den Verkehrsfluss sind wohlbekannt und sind in der Regel modellbasierte oder standardisierte regelbasierte Steuerungsverfahren für Signalanlagen. Diese Verfahren sind komplexe Verfahren, die auf Basis von Verkehrsmodellparametern und den vorstehend erwähnten Steuerungsparametern Schaltbefehle für die Signalanlagen an signalisierten Knoten ermitteln. Die neueren Verfahren optimieren insbesondere die Grünzeitverteilung, Umlaufzeitwahl und Versatzzeitoptimierung sowie ggf. die Auswahl der Phasenfolge in einem geschlossenen Steuerungsmodell gleichzeitig beziehungsweise parallel. In solchen Verkehrssteuerungssystemen beeinflusst die Umlaufzeitwahl in den signalisierten Knoten und im gesamten Regelbereich die Leistungsfähigkeit der signalisierten Knoten. So ist grundsätzlich eine Änderung der Umlaufzeit mit Umschaltverlusten verbunden, wenn die Verkehrssteuerungssysteme eine gemischt zentrale und dezentrale Architektur haben. Dies liegt daran, dass in den Steuergeräten dieser Systeme zwischen unterschiedlichen Signalplänen umgeschaltet werden muss. Die Umschaltverluste ergeben sich dadurch, dass die signalisierten Knoten synchronisiert werden müssen. Auf Grund der Synchronisation ändern sie jedoch ihre Wellenlage. Dies führt in der Regel zu zusätzlichen Halten von Verkehrsteilnehmern während der Umschaltung.
Um diese Umschaltverluste bei einem Wechsel zwischen Signalprogrammen, den so genannten Umschaltvorgängen, zu optimieren, sollte der Wechsel zu einem verkehrstechnisch möglichst sinnvollen Zeitpunkt erfolgen. Für komplexe Verkehrsnetze gibt es deshalb eine große Zahl an limitierenden Nebenbedingungen, die von diesen Steuerungsverfahren eingehalten werden müssen.
Derzeit kommen vorwiegend die folgenden Synchronisationsverfahren zur Anwendung, die hier einleitend kurz dargestellt werden sollen. Detailliertere Auskünfte sind auch den Richtlinien für Lichtsignalanlagen (RILSA, herausgegeben von der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Ausgabe 2010), Kapitel 4.5.4 zu entnehmen.
Ein Verfahren für die Steuerung eines Umschaltvorgangs basiert auf der Auswahl von jeweils einem günstigen Umschaltzeitpunkt in einem laufenden Signalprogramm sowie in einem einzuschaltenden Signalprogramm. In beiden gewählten Umschaltzeitpunkten ist das gleiche Signalbild gewählt. Unter einem Signalbild wird im Allgemeinen eine bestimmte Schaltungskonfiguration der Signalgruppen an den Knoten verstanden. Der Umschaltvorgang erfolgt nun durch einen Wechsel am Umschaltzeitpunkt des laufenden Signalprogramms direkt in den Umschaltzeitpunkt des neuen Signalprogramms. Dabei wird zum Umschaltzeitpunkt das gegenwärtige Signalprogramm deaktiviert und das neue Signalprogramm aktiviert. Bei mehreren synchronisierten Knoten ist eine direkte Umschaltung häufig nicht möglich, so dass dann das gegenwärtig geschaltete Signalprogramm zum Zeitpunkt des Erreichens des günstigen Umschaltzeitpunkts noch weiter laufen gelassen wird, bis der günstige Umschaltzeitpunkt im folgenden Signalprogramm erreicht wird. Erst dann erfolgen die Deaktivierung des gegenwärtigen Signalprogramms und die Aktivierung des neuen Signalprogramms. Die Wartezeit bis zum tatsächlichen Umschaltvorgang wird auch Standzeit genannt.
Diese Umschaltverfahren mit direkter Umschaltung oder mit Standzeit sind koordinierte Steuerungen mit relativ einfachen planerischen Mitteln.
Bei diesen Synchronisierungsverfahren kann die Standzeit im ungünstigsten Fall fast so lange sein wie die Umlaufzeit selbst. Die langen Wartezeiten, die dadurch in der Nebenrichtung entstehen, werden von den Verkehrsteilnehmern oftmals als störend empfunden.
Um die Standzeiten zu verkürzen oder zu vermeiden wird in den bisherigen Steuerungsverfahren der vorstehenden Art eine Synchronisierung des neu zu schaltenden Signalprogramms gegebenenfalls erst in mehreren Schritten und nach einigen Umläufen erreicht, weil ggf. ein Maximalwert für die Standzeit vorgegeben wird. In alternativen Lösungen wird in den Verfahren die kürzeste Standzeit innerhalb einer vorgegebenen Anzahl von Umläufen gesucht, bevor der Umschaltvorgang eingeleitet wird. Aber auch die Definition von mehreren Umschaltzeitpunkten innerhalb eines Signalprogramms wird angewendet, um eine kürzere Standzeit zu ermitteln, bei der der Umschaltvorgang stattfinden kann.
Bei einem weiteren Verfahren für einen Signalprogrammwechsel wird in dem Signalprogramm, in das gewechselt werden soll, geprüft, ob es einen Zeitpunkt gibt, in dem das Signalbild mit dem gegenwärtigen Signalbild übereinstimmt. Ist dies der Fall, wird sofort in das neue Signalprogramm umgeschaltet. Dadurch verringern sich die Standzeiten in manchen der signalisierten Knoten eines Synchronisationsbereichs. In anderen wird der Schaltvorgang hinausgezögert, bis der entsprechende günstige Umschaltzeitpunkt oder das identische Signalbild erreicht ist. Bei diesem Synchronisationsverfahren kommt es zu sogenannten zeitlichen Versätzen zwischen dem Umlaufzeitzähler eines Knotens und dem in jedem Knoten vorhandenen Referenzzeitzähler, der eine globale Zeitreferenz darstellt.
Durch diese Versatzzeiten ist es deshalb notwendig, dass die Anlage im nächsten Umlauf ihren Umlaufzeitzähler wieder auf den Referenzzeitzähler im Referenzzeitregister synchronisiert. Dies erfolgt an jedem Knoten entweder durch ein Dehnen oder ein Stauchen einzelner Phasen. Das heißt, die Wartezeiten werden beim Dehnen auf einzelne Phasen aufgeteilt, so dass der sogenannte Umlaufzähler eines Knotens wieder mit dem Referenzzeitzähler, der global gesteuert wird, synchronisiert werden kann.
Für den Fall, dass ein Signalprogramm an einem Knoten, anstatt gedehnt zu werden, zu stauchen wäre, müssen die Wartezeiten entweder am Umschaltzeitpunkt oder über alle Phasen verteilt verkürzt werden. Dabei sollte jedoch beachtet werden, dass Mindestgrünzeiten oder Zwischenzeiten eingehalten werden. Dies ist häufig nicht einfach zu realisieren oder nur unter Verlust der Koordinierung von hintereinander geschalteten Knoten. Das heißt aber auch, dass der Verkehrsfluss in einem Synchronisationsbereich, oft auch Grüne-Welle-Schaltung genannt, verloren geht.
Durch dieses auch „STRETCH-Verfahren” genannte Verfahren treten die langen Wartezeiten wie im vorhergehenden Verfahren theoretisch nicht mehr auf. Der Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, dass bei kurzen Umlaufzeiten die Phasendauern oft nicht weiter verkürzt werden können und deshalb gedehnt werden. Deshalb kann es sein, dass der Vorteil gegenüber der Umschaltung mit Standzeit nur begrenzt wirksam wird. Insbesondere aber wirken sich die langen Wartezeiten bei der Synchronisation negativ auf die grüne Welle aus, wenn an einem Knoten die Umlaufzeit verlängert wird, an dem Nachbarknoten jedoch verkürzt bzw. gestaucht wird.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Alternative zu den bisherigen Verfahren zur Verkehrsflusssteuerung sowie ein Steuerungssystem hierfür zu schaffen.
Diese Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren zur Verkehrsflusssteuerung nach Anspruch 1 und zum anderen durch ein Steuerungssystem nach Anspruch 9 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verkehrsflusssteuerung an einer Anzahl von signalisierten Knoten in einem Synchronisationsbereich erfolgt eine koordinierte Steuerung eines Wechsels von einem ersten Signalprogramm zu einem folgenden zweiten Signalprogramm zur Steuerung von Signalanlagen der signalisierten Knoten nach der nachstehend erläuterten Methode.
Ein Knoten ist erfindungsgemäß als ein Bereich im Straßenverkehr definiert, an dem sich feindliche Verkehrsströme treffen, insbesondere kreuzen oder einmünden. Beispiele solcher Knoten sind Kreuzungen, Fußgängerüberwege, Einmündungen etc. Man spricht von einem signalisierten Knoten, wenn ein oder mehrere Verkehrsströme an diesem Knoten durch eine Signalanlage, insbesondere eine Lichtsignalanlage, gesteuert werden. Hierbei ist der Begriff Lichtsignal nicht nur auf Lichtzeichen beschränkt, sondern es ist auch möglich, dass die Lichtzeichen durch weitere Signale wie z. B. akustische Signale ergänzt werden. Gerade im Bereich der Fußgängersignale werden häufig akustische und optische Signale in Kombination eingesetzt, um z. B. sehbehinderten Personen die Benutzung zu erleichtern bzw. um durch eine doppelte Signalisierung eine erhöhte Aufmerksamkeit bei den Verkehrsteilnehmern zu erzielen.
Ein Synchronisationsbereich (oft auch als Regelbereich bezeichnet) umfasst gewöhnlich mehr als einen signalisierten Knoten und dient dazu, die Verkehrsströme an zwei oder mehreren im Verkehrsstrom hintereinander liegenden Knoten zu steuern. Insbesondere dienen die Synchronisationsbereiche dazu, den Verkehrsfluss in diesen Bereichen zu erhöhen. Häufig wird dann auch von einer „Grüne-Welle-Schaltung” gesprochen, die grundsätzlich einen optimalen Fall einer Verkehrssteuerung darstellt. Eine einfache Ausführungsform einer solchen Verkehrssteuerung wählt vorab festgelegte Signalprogramme, d. h. festgelegte Phasenfolgen mit fixen Zeiten sowie fixen Umlaufzeiten, in einem Synchronisationsbereich tageszeitabhängig, da die Verkehrsströme für gewöhnlich stark mit der Tageszeit variieren. Z. B. kommt es morgens häufig zu einem starken Verkehrsaufkommen in Richtung Stadtmitte, während sich die Verkehrsströme gegen Abend in die entgegengesetzte Richtung, das heißt stadtauswärts, umkehren. Ein Synchronisationsbereich kann dabei eine ganze Stadt, einen Teil einer Stadt oder aber auch nur einzelne Hauptverkehrsadern oder deren Teile umfassen.
Um eine Verbesserung bzw. Optimierung des Verkehrsflusses in einem Synchronisationsbereich zu erzielen, wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Wechsel zwischen zwei Signalprogrammen nach einer neuen Methode koordiniert. In dieser hat jedes Signalprogramm eine Anzahl von vorgegebenen Umschaltzeitpunkten, z. B. zwei, aber mindestens einen günstigen Umschaltzeitpunkt, zu denen das Signalprogramm in einer sinnvollen Weise während eines Signalzyklus aktiviert oder deaktiviert werden kann. Die Methode umfasst den Schritt der Bestimmung einer Versatzzeit zwischen einem vorgegebenen Umschaltzeitpunkt des ersten Signalprogramms und einem der vorgegebenen Umschaltzeitpunkte des zweiten Signalprogramms für jeden signalisierten Knoten. Unter Versatzzeit ist hierbei die zeitliche Differenz zwischen dem vorgegebenen bzw. gewählten Umschaltzeitpunkt, insbesondere dem günstigsten Umschaltzeitpunkt, des gegenwärtigen bzw. laufenden Signalprogramms und dem vorgegebenen bzw. gewählten Umschaltzeitpunkt des zu aktivierenden bzw. einzuschaltenden Signalprogramms zu verstehen. Die Versatzzeit wird grundsätzlich für jeden signalisierten Knoten separat bestimmt. Sie kann positiv sein, wenn der Umschaltzeitpunkt des zu aktivierenden Programms in dem Umlaufzyklus des Signalprogramms noch nicht erreicht ist. Der Wert der Versatzzeit ist jedoch negativ, wenn der Umschaltzeitpunkt des aktuellen Signalprogramms erst zu einem Zeitpunkt erreicht wird, in dem der Umschaltzeitpunkt des zu aktivierenden Signalprogramms schon vorbei wäre. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Umschaltzeitpunkte des zu aktivierenden Signalprogramms in diesem Schritt fiktive Umschaltzeitpunkte darstellen, d. h. sie rein rechnerisch zu betrachten sind. Deshalb können durchaus negative Werte sinnvoll sein, da sie gegebenenfalls in den weiteren Schritten ausgeglichen werden können.
Die erfindungsgemäß angewendete Methode ermittelt aus den Versatzzeiten der einzelnen Knoten eines Synchronisationsbereichs eine zumindest bezüglich des Synchronisationsbereichs globale Versatzzeitänderung, d. h. eine „Synchronisationsbereich-Versatzzeitänderung”. Diese globale Versatzzeitänderung ist ein imaginärer bzw. rechnerischer zeitlicher Verschub, der mindestens so groß gewählt wird, dass an jedem signalisierten Knoten eine Synchronisation der Umlaufzeitzähler mit einem globalen Referenzzeitzähler in einem Zyklus ermöglicht wird, ohne dass Mindestgrünzeiten, oder Zwischenzeiten verletzt werden.
Wenn eine solche globale Versatzzeitänderung ermittelt wurde, wird diese zur Korrektur des in dem zweiten Signalprogramm vorgegebenen Umschaltzeitpunktes eines jeden Knotens verwendet. Dies kann, wie auch noch später erläutert werden wird, z. B. durch einen globalen zeitlichen Verschub der Referenzzeitzähler um den gleichen Betrag an allen Knoten in dem Synchronisationsbereich erfolgen. Alternativ kann aber auch dieser zeitliche Verschub in dem Signalplan, mit welchem die Signalprogramme an die jeweiligen Steuergeräte in den Knoten übermittelt werden, rechnerisch berücksichtigt werden, und zwar noch bevor dieser Signalplan an die Steuergeräte versendet wird. Dadurch kann eine Verschiebung der Referenzzeitzähler in den Referenzzeitregistern der Steuergeräte in den Knoten nicht mehr erforderlich sein.
Durch die Korrektur der Umschaltzeitpunkte mittels eines für alle signalisierten Knoten innerhalb eines Synchronisationsbereichs vorab ermittelten zeitlichen Verschubs, der globalen Versatzzeitänderung, der für alle Knoten den gleichen Wert hat, kann eine merkliche Reduzierung der Wartezeiten, zwischen 30 bis zu 70% und im Durchschnitt um etwa 50%, erzielt werden. Zudem kann durch das erfindungsgemäße Verfahren das Synchronisationsverhalten an den einzelnen Knoten vereinheitlicht werden, d. h. ein extrem unterschiedliches Verhalten (Stauchen bzw. Dehnen) einzelner Knoten wird gänzlich vermieden. Es kann sogar vorteilhaft sein, wenn alle Knoten in einem Synchronisationsbereich gedehnt werden, anstatt dass ein paar Knoten gedehnt und andere gestaucht werden. So kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Gefahr, eine Grüne Welle auf Grund unkoordinierten Verhaltens bei der Synchronisation der einzelnen Knoten zu behindern oder aufzuheben, vermieden oder zumindest verringert werden.
Ein erfindungsgemäßes Steuerungssystem für die Verkehrsflusssteuerung an einer Anzahl von signalisierten Knoten in einem Synchronisationsbereich weist dementsprechend zumindest eine oder mehrere der folgenden Komponenten auf:

– eine Datenübermittlungsschnittstelle zur Übernahme von Signalprogrammen aus einer Signalanlagensteuerungseinrichtung,
– eine Versatzzeitänderungs-Bestimmungseinheit zur Ermittlung einer zumindest bezüglich des Synchronisationsbereichs globalen Versatzzeitänderung,
– eine Umschaltzeitpunkt-Korrektureinrichtung zur Korrektur des in dem zweiten Signalprogramm vorgegebenen Umschaltzeitpunkts eines jeden Knotens mit Hilfe der ermittelten globalen Versatzzeitänderung, und
– eine Datenübergabeschnittstelle für die Übergabe eines geänderten Signalprogramms an die Signalanlagensteuerungseinrichtung.

Die Versatzzeitänderungs-Bestimmungseinheit ist dabei so ausgebildet, dass eine Versatzzeit zwischen einem vorgegebenen Umschaltzeitpunkt eines ersten Signalprogramms und einem der vorgegebenen Umschaltzeitpunkte eines zweiten Signalprogramms eines jeden signalisierten Knotens ermittelt werden kann. Dabei wird die zeitliche Differenz zwischen dem vorgegebenen bzw. gewählten Umschaltzeitpunkt, insbesondere dem günstigsten Umschaltzeitpunkt, des bisherigen Signalprogramms und dem vorgegebenen bzw. gewählten Umschaltzeitpunkt des zu aktivierenden Signalprogramms ermittelt. Die Versatzzeit wird grundsätzlich für jeden signalisierten Knoten separat bestimmt. Deshalb kann die Versatzzeitänderungs-Bestimmungseinheit entweder lokal in einem Knotensteuerungssystem oder zentral in einem Verkehrsrechner untergebracht sein.
Nebenbei ist die Versatzzeitänderungs-Bestimmungseinheit zur Ermittlung einer zumindest bezüglich des Synchronisationsbereichs globalen Versatzzeitänderung ausgestaltet. Die durch die Versatzzeitänderungs-Bestimmungseinheit ermittelte globale Versatzzeitänderung kann dann an die Korrektureinrichtung zur Korrektur des in dem zweiten Signalprogramm vorgegebenen Umschaltzeitpunkts eines jeden Knotens weitergegeben werden.
In einem derartigen Steuerungssystem können die Datenübermittlungsschnittstelle, die Verkehrssatzzeitbestimmungseinheit, die Umschaltzeitpunkt-Korrektureinheit und die Datenübergabeschnittstelle sowohl als allein stehende Einzelkomponenten hardware- und/oder softwaretechnisch ausgeführt als auch gemeinsam innerhalb eines elektrotechnischen Prozessorbausteins integriert sein. Sie können ganz oder teilweise auf einem Rechner eines Verkehrssteuerungssystems realisiert sein. Außerdem können die Datenübernahme- bzw. die Datenübergabeschnittstelle sowohl als Hardware in Form von Eingangs- bzw. Ausgangsbuchsen bzw. drahtlosen Schnittstellen eines Gerätes ausgebildet sein als auch in Form von Software bzw. als Kombination von Hard- und Software-Komponenten. Schnittstellen können beispielsweise in Form von reinen Software-Schnittstellen auch direkt Daten von einem Steuerungssystem übernehmen, wenn beispielsweise die Signalanlagensteuerungseinrichtung auf dem gleichen Rechner wie das Steuerungssystem angeordnet ist. Die Schnittstellen können weiterhin kombiniert gemeinsam als Input-/Output-Schnittstelle ausgebildet sein.
Der Aufbau des Steuerungssystems in Form von Software hat den Vorteil einer schnellen und kostengünstigen Realisierung. Daher wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt ein Computerprogrammprodukt verwendet, welches direkt in einen Prozessor der Rechnereinrichtung ladbar ist und Programmcode-Mittel aufweist, um alle Schritte des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
Eine solche Softwarekomponente kann nicht nur in einer Steuerungszentrale sondern, z. B. falls eine solche nicht vorhanden ist, in einem dezentralen Dirigenten, d. h. einem Steuergerät, das mehrere benachbarte Knoten übergeordnet steuert, implementiert werden. Daneben ist auch die lokale Verwendung im Steuergerät möglich, wenn die globale Versatzzeitänderung durch einen Signalplan vorgegeben wird.
Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei können das erfindungsgemäße Steuerungssystem oder das Computerprogrammprodukt auch entsprechend den abhängigen Ansprüchen zum Verfahren ausgebildet sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verkehrsflusssteuerung kann in einer Ausführungsform ferner den Schritt des Umschaltens zwischen dem ersten Signalprogramm und dem zweiten Signalprogramm in einem bevorzugt vorbestimmten Zeitintervall umfassen. Beispielhafte Zeitintervalle, in denen eine Änderung der Verkehrslage geprüft wird und gegebenenfalls daraufhin mit einer Signalprogrammänderung reagiert wird, liegen bei 5 bis 30 Minuten. Würde öfter eine Signalprogrammänderung durchgeführt werden, würde es möglicherweise zu einer Aufhebung oder Umkehrung der vorteilhaften Effekte kommen, da mit erhöhten Umschaltverlusten zu rechnen wäre. Dennoch ist eine häufigere Signalprogrammänderung nicht ausgeschlossen und kann in Einzelfällen durchaus sinnvoll sein.
Bei der Ermittlung der globalen Versatzzeitänderung ist es vorteilhaft, dass bei der Korrektur des in dem zweiten Signalprogramm vorgegebenen Umschaltzeitpunkts an keinem Knoten eine negative Versatzzeit verbleibt. Keine negative Versatzzeit heißt in diesem Sinne, dass nach der Versatzzeitänderung bei keinem Knoten eine Stauchung der Phasenfolge notwendig wäre. Dies kann man dadurch erreichen, dass das Verfahren den zeitlichen Verschub, d. h. die globale Versatzzeitänderung, so wählt, dass an dem Knoten mit der negativsten Versatzzeit nach der Korrektur mit der globalen Versatzzeitänderung der Wert für den neu berechneten Umschaltzeitpunkt in das nächste Signalprogramm Null oder größer Null verbleibt. Folglich würde an diesem Knoten kein Versatz auftreten. An diesem Knoten kann dann der Wechsel auf das neue Signalprogramm direkt erfolgen. Da alle anderen Knoten den gleichen zeitlichen Verschub erfahren, vorher aber schon gleiche oder größere Versatzzeiten hatten, sind die Werte für jeden dieser Knoten Null oder größer als Null. Somit kann ein Signalprogrammwechsel an diesen Knoten ebenfalls direkt erfolgen oder aber nach einer relativ kurzen Wartezeit bzw. einer moderaten Dehnung aller Phasen im nächsten Umlauf.
Auf alle Fälle kann durch diese Ausführungsvariante gewährleistet werden, dass kein Knoten bei der Synchronisierung nach einem erfolgten Signalprogrammwechsel staucht. Dieses Konzept der Vereinheitlichung des Synchronisierungsverhaltens ermöglicht einen verbesserten Verkehrsfluss, z. B., weil die Grüne-Welle-Schaltung nicht so stark beeinflusst wird, wie in den herkömmlichen Verfahren. Dadurch kann eine deutliche Reduzierung der Wartezeiten im gesamten Synchronisierungsbereich erzielt werden.
Zur zeitlichen Synchronisierung der signalisierten Knoten zumindest in dem Synchronisierungsbereich, aber auch zu benachbarten Knoten bzw. Synchronisierungsbereichen kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verkehrsflusssteuerung eine Anzahl von Referenzzeitregistern eingesetzt werden. Ein Referenzzeitregister ist dabei eine Einrichtung in einem Steuergerät eines Knotens, das einen Referenzzeitzähler umfasst. Üblicherweise ist jedem Signalprogramm mit einer unterschiedlichen Umlaufzeit ein eigenes Referenzzeitregister mit Referenzzeitzähler zugeordnet.
Ein Referenzzeitzähler wird auf ein bestimmtes Datum bzw. eine bestimmte Uhrzeit, z. B. 0:00 Uhr am 1.1. eines jeden Jahres, synchronisiert. Dem Fachmann sind auch spezielle Rückrechenverfahren bekannt, die für eine Synchronisierung dieser Referenzzeitzähler einzelner Knoten mit benachbarten Knoten oder globalen Systemen geeignet sind. Alternative Synchronisierungen der Referenzzeitzähler, wie z. B. ein Abgleich über GPS oder DCF, sind bekannt. Eine Zeitsynchronisierung über eine Verkehrszentrale ist ebenso zweckmäßig.
Ein Referenzzeitzähler kann insbesondere für den Fall zweckmäßig sein, dass ein Umschalten zwischen zwei Signalprogrammen mit unterschiedlichen Umlaufzeiten erfolgt. In einer bevorzugten Variante kann vorzugsweise die Korrektur des in dem zweiten Signalprogramm vorgegebenen Umschaltzeitpunkts durch ein Verschieben eines Referenzzeitzählers des jeweiligen Referenzzeitregisters um die globale Versatzzeitänderung durchgeführt werden. Praktisch wird jedoch nicht der Referenzzeitzählerwert selbst geändert, sondern es wird im Referenzzeitregister ein Uhrzeitversatz gegenüber dem Referenzzeitwert als der eigentliche Referenzpunkt vermerkt.
So ist es möglich, dass nach jedem Wechsel des Signalprogramms der Umlaufzeitzähler eines jeden signalisierten Knotens mit dem Referenzzeitzähler synchronisiert werden kann.
In einer alternativen Ausführungsform wird die Korrektur nicht durch Verschieben des Referenzzeitzählers durchgeführt, sondern die Korrektur des in dem zweiten Signalprogramm vorgegebenen Umschaltzeitpunkts um die globale Versatzzeitänderung wird bevorzugt bereits in dem neuen Signalprogramm berücksichtigt und gegenüber dem Referenzzeitzähler des jeweiligen Referenzzeitregisters synchronisiert.
Wie vorstehend schon erläutert wurde, kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Umschalten zwischen Signalprogrammen mit gleichen Umlaufzeiten erfolgen. Durch die neue Methode, ist es aber auch möglich, dass das erste und das zweite Signalprogramm eine unterschiedliche Synchronisationsbereichs-Umlaufzeit umfassen, wobei die Synchronisierung über die entsprechenden Referenzzeitregister durchgeführt werden kann. Das erlaubt auch einen Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in neueren adaptiven Verkehrssteuerungssystemen, in denen z. B. die üblichen täglichen oder stündlichen Schwankungen in der Verkehrsnachfrage mittels variabler Umlaufzeiten geregelt werden. Deshalb kann eine einfachere Gesamtabstimmung im Synchronisationsbereich erreicht werden, was den Verkehrsfluss in der Regel erhöht.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
1 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems,
2 ein Ablaufdiagramm für ein herkömmliches Steuerungsverfahren,
3 das herkömmliche „STRETCH-Verfahren” an sechs Knoten in einem Synchronisationsbereich,
4 ein Ablaufdiagramm für ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens mit Versatzzeitverschiebung,
5 ein Beispiel für das erfindungsgemäße Konzept an sechs Knoten in einem Synchronisationsbereich.
In 1 ist ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems 100 mit folgenden Einrichtungen gezeigt:

– eine Datenübermittlungsschnittstelle 10 für die Übernahme von Signalprogrammen aus einer Signalanlagensteuerungseinrichtung 15,
– eine Versatzzeitänderungs-Bestimmungseinheit 20 zur Ermittlung einer zumindest bezüglich des Synchronisationsbereichs globalen Versatzzeitänderung,
– eine Umschaltzeitpunkt-Korrektureinrichtung 30 zur Korrektur des in dem zweiten Signalprogramm vorgegebenen Umschaltzeitpunkts eines jeden Knotens mit Hilfe der ermittelten globalen Versatzzeitänderung, und
– eine Datenübergabeschnittstelle 40 für die Übergabe eines geänderten Signalprogramms an die Signalanlagensteuerungseinrichtung 15.

Die Versatzzeitänderungs-Bestimmungseinheit 20 ermittelt eine globale Versatzzeitänderung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und stellt diese dann der Umschaltzeitpunkt-Korrektureinrichtung 30 zur Verfügung. Diese korrigiert dann entweder durch eine Referenzzeitzähler-Verschiebung in den Referenzzeitregistern der signalisierten Knoten oder durch direkte Implementierung in den Signalprogrammen die Umschaltzeitpunkte gemäß dem erfindungsgemäßen neuen Konzept.
Im Folgenden soll an Hand eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Steuerungsverfahren das neue Konzept der verwendeten Methode näher erläutert werden.
In der 2 ist ein Ablaufdiagramm für ein herkömmliches Steuerungsverfahren nach der „STRETCH-Methode” gezeigt. In einer zentralen Steuerungseinheit, hier z. B. ein Verkehrsrechner für alle Knoten eines Synchronisationsbereichs SB, werden die für die Berechnung eines neuen Signalprogramms notwendigen Daten alle 15 bis 20 min von den Steuergeräten der Knoten empfangen. Daraus berechnet die Steuerungseinheit einen neuen Signalplan im Schritt SP-B mit allen Daten für das zu aktivierende Signalprogramm. Mit Hilfe der Basiswerte aus dem Referenzzeitregister, den Umlaufzeiten (Ausgangssignalplan, Zielsignalplan) und der Lage der günstigen Umschaltzeitpunkte ermittelt das Verfahren die jeweiligen Versatzzeiten an den Knoten im nächsten Schritt VZ-B. In 3 sind die jeweiligen Versatzzeiten, d. h. die Differenz zwischen dem Referenzzeitzähler und der günstigen Umschaltzeit des zu aktivierenden Signalprogramms unterhalb eines jeden Knotens K mit den Nummern 1 bis 6 angegeben. Diesen Versatzzeiten werden dann in ein neues Signalprogramm implementiert und an die Steuerungseinrichtung 15 im Schritt P-R gesendet.
In diesem Beispiel wurde eine Signalprogrammberechnung durchgeführt und alle 15 bis 20 Minuten wiederholt.
Am Knoten K Nr. 6 wurde z. B. eine Versatzzeit von +2 [s] ermittelt, wobei die Versatzzeit am Knoten 1 immer gleich war (0 [s]). Bei den übrigen Knoten K mit den Nummern 2 bis 6 änderte sich von Rechnungslauf zu Rechnungslauf die Versatzzeit sowohl zwischen den Knoten K, als auch am Knoten K im Vergleich zum vorherigen Rechnungslauf. Z. B. wurde die Versatzzeit am Knoten K Nr. 2 im Rechnungslauf n + 1 im Vergleich zum Rechnungslauf n um –1 Sekunde verschoben. Das Steuerungssystem wird bei der Synchronisierung dieses Knotens K diesen um 1 Sekunde stauchen, z. B. mittels einer direkten Stauchung am günstigsten Umschaltzeitpunkt oder über alle Phasen des nächsten Umlaufs verteilt.
In diesem Fall ist der Knoten K Nr. 4 problematisch, da dieser um 10 Sekunden stauchen müsste. Da Minimalwerte wie die minimale Umlaufzeit oder minimale Phasendauer für diesen Knoten K nicht eingehalten werden können, wenn man um 10 Sekunden stauchen würde, dehnt stattdessen dieser Knoten K. Dabei zerstört er die gesamte Koordinierung in dem Synchronisationsbereich, da die Nachbarknoten K Nr. 2, 3 und 5 stauchen, während Knoten K Nr. 4 aber dehnt.
In dem Ausführungsbeispiel, dessen Grundkonzept in 4 gezeigt ist, werden in einer zentralen Steuerungseinheit die für die Berechnung eines neuen Signalprogramms notwendigen Daten alle 15 bis. 20 min von den Steuergeräten der Knoten empfangen. Daraus berechnet die Steuerungseinheit einen neuen Signalplan im Schritt SP-B mit allen Daten für das zu aktivierende Signalprogramm. Mit Hilfe der Basiswerte aus dem Referenzzeitregister, den Umlaufzeiten (Ausgangssignalplan, Zielsignalplan) und der Lage der günstigen Umschaltzeitpunkte ermittelt das Verfahren die jeweiligen Versatzzeiten an den Knoten im nächsten Schritt VZ-B. In 5 sind wiederum die jeweiligen Versatzzeiten, d. h. die Differenz zwischen dem Referenzzeitzähler und der günstigen Umschaltzeit des zu aktivierenden Signalprogramms in der ersten Zeile unterhalb eines jeden Knotens K Nr. 1 bis 6 angegeben. Die Werte entsprechend den Werten aus 3, um einen Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich zu machen.
Nach der erfindungsgemäßen Methode wird danach die globale Versatzzeitänderung ermittelt und die Umschaltzeitpunkte an allen Knoten K des Synchronisationsbereichs SB mit diesem Wert im Schritt VZ-K korrigiert. Die korrigierten Umschaltzeitpunkte werden im Schritt P-R entweder in einem neuen Signalprogramm implementiert und an die Steuerungseinrichtung gesendet oder aber der Referenzzeitzähler in den Steuergeräten der Knoten K werden entsprechend der globalen Versatzzeitänderung verschoben, bevor die neuen Signalprogramme an die Steuergeräte 15 versendet werden.
In der 5 sind in der zweiten Zeile unterhalb der Knoten K Nr. 1 bis 6 die jeweiligen verschobenen Umschaltzeitpunkte angegeben. Wie aus der 5 gut ersichtlich ist, wird durch die globale Versatzzeitänderung (+10 Sekunden) im gesamten Synchronisationsbereich jeder Wert positiv. D. h., dass nunmehr an dem vormals kritische Knoten K Nr. 4 die Versatzzeit konstant (= 0) bleibt. Nunmehr aber der Knoten K Nr. 1 eine Versatzzeit von +10 [s] bekommt. Die übrigen Versatzzeiten sind allesamt im positiven Bereich, so dass in diesem Beispiel alle Knoten K bis auf den Knoten K Nr. 4 (konstant) gedehnt werden. Da eine Dehnung in der Regel unkritischer ist als eine Stauchung, kann eine bessere Synchronisierung durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielt werden. Insbesondere dadurch, dass mit der neuen Methode eine Mischung aus Stauchen und Dehnen, wie in dem in 3 gezeigten Beispiel gezeigt, entfällt, kann der Verkehrsfluss deutlich verbessert werden. Das Konzept zum Vereinheitlichen des Synchronisierungsverhaltens der einzelnen Knoten K verringert die Standzeiten zum Teil um 50% oder mehr.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren sowie bei dem dargestellten Steuerungssystem lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Außerdem können „Einheiten” aus einer oder mehreren, auch räumlich verteilt angeordneten Komponenten bestehen. Ebenso kann eine „Einrichtung” aus einer Komponente oder aber auch aus mehreren Komponenten bestehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

RILSA, herausgegeben von der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Ausgabe 2010), Kapitel 4.5.4 [0006]

Claims

Verfahren zur Verkehrsflusssteuerung an einer Anzahl von signalisierten Knoten (K) in einem Synchronisationsbereich (SB), umfassend eine Methode zur koordinierten Steuerung eines Wechsels von einem ersten Signalprogramm zu einem folgenden zweiten Signalprogramm zur Steuerung von Signalanlagen der signalisierten Knoten (K), wobei jedes Signalprogramm eine Anzahl von vorgegebenen Umschaltzeitpunkten hat und wobei die Methode die folgenden Schritte umfasst: – Bestimme für jeden signalisierten Knoten (K) eine Versatzzeit zwischen einem vorgegebenen Umschaltzeitpunkt des ersten Signalprogramms und einem der vorgegebenen Umschaltzeitpunkte des zweiten Signalprogramms, – Ermittle eine zumindest bezüglich des Synchronisationsbereichs (SB) globale Versatzzeitänderung, und – Korrigiere den in dem zweiten Signalprogramm vorgegebenen Umschaltzeitpunkt eines jeden Knotens (K) mit Hilfe der ermittelten globalen Versatzzeitänderung.
Verfahren zur Verkehrsflusssteuerung nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Umschaltens zwischen dem ersten Signalprogramm und dem zweiten Signalprogramm in einem bevorzugt vorbestimmten Zeitintervall umfasst.
Verfahren zur Verkehrsflusssteuerung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die globale Versatzzeitänderung derart ermittelt wird, dass bei der Korrektur des in dem zweiten Signalprogramm vorgegebenen Umschaltzeitpunkts an keinem Knoten (K) eine negative Versatzzeit verbleibt.
Verfahren zur Verkehrsflusssteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Durchführung des Verfahrens eine Anzahl von Referenzzeitregistern zur zeitlichen Synchronisierung der signalisierten Knoten (K) eingesetzt wird.
Verfahren zur Verkehrsflusssteuerung nach Anspruch 4, wobei für die Korrektur des in dem zweiten Signalprogramm vorgegebenen Umschaltzeitpunkts ein Referenzzeitzähler des jeweiligen Referenzzeitregisters um die globale Versatzzeitänderung verschoben wird.
Verfahren zur Verkehrsflusssteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach jedem Wechsel des Signalprogramms ein Umlaufzeitzähler eines jeden signalisierten Knotens mit einem Referenzzeitzähler synchronisiert wird.
Verfahren zur Verkehrsflusssteuerung nach Anspruch 4, wobei eine Korrektur des in dem zweiten Signalprogramm vorgegebenen Umschaltzeitpunkts um die globale Versatzzeitänderung bereits in dem neuen Signalprogramm berücksichtigt wird und gegenüber einem Referenzzeitzähler des jeweiligen Referenzzeitregisters synchronisiert wird.
Verfahren zur Verkehrsflusssteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das zweite Signalprogramm eine unterschiedliche Synchronisationsbereichs-Umlaufzeit umfassen.
Steuerungssystem (100) für die Verkehrsflusssteuerung an einer Anzahl von signalisierten Knoten (K) in einem Synchronisationsbereich (SB), mindestens eine oder mehrere der folgenden Komponenten aufweisend: – eine Datenübermittlungsschnittstelle (10) zur Übernahme von Signalprogrammen aus einer Signalanlagensteuerungseinrichtung (15), – eine Versatzzeitänderungs-Bestimmungseinheit (20) zur Ermittlung einer Versatzzeit zwischen einem vorgegebenen Umschaltzeitpunkt eines ersten Signalprogramms und einem der vorgegebenen Umschaltzeitpunkte eines zweiten Signalprogramms eines jeden signalisierten Knotens (K) und zur Ermittlung einer zumindest bezüglich des Synchronisationsbereichs (SB) globalen Versatzzeitänderung, – eine Umschaltzeitpunkt-Korrektureinrichtung (30) zur Korrektur des in dem zweiten Signalprogramm vorgegebenen Umschaltzeitpunkts eines jeden Knotens (K) mit Hilfe der ermittelten globalen Versatzzeitänderung, und – eine Datenübergabeschnittstelle (40) für die Übergabe eines geänderten Signalprogramms an die Signalanlagensteuerungseinrichtung (15).
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Prozessor einer Rechnereinrichtung ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.