DE102011107663B4 - Verfahren und Vorrichtung zur dynamischen Steuerung einer Signalanlage - Google Patents

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    • G08G1/07Controlling traffic signals
    • G08G1/08Controlling traffic signals according to detected number or speed of vehicles

Abstract

Verfahren zur dynamischen Steuerung mindestens einer Signalanlage (LSA I-III) unter Berücksichtigung einer Verkehrshauptlastrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass an der mindestens einen Signalanlage (LSA I-III) für mindestens zwei gegenläufige Fahrtrichtungen (HR_A, HR_B) eine Verlustzeitverkehrsstärke (qd_A, qd_B) für die mindestens zwei Fahrtrichtungen (HR_A, HR_B) bestimmt wird, wobei die Verlustzeitverkehrsstärke (qd_A, qd_B) die Verkehrsstärke der Fahrzeuge mit angesammelter Verlustzeit ist, wobei die Fahrtrichtung mit der größeren Verlustzeitverkehrsstärke (qd_A, qd_B) als Verkehrshauptrichtung bestimmt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur dynamischen Steuerung einer Signalanlage, insbesondere einer Lichtsignalanlage zur Verkehrssteuerung.
  • Zur Steuerung eines Verkehrsflusses von beispielsweise Fahrzeugen auf einer Straße werden u. a. Lichtsignalanlagen eingesetzt. Das Steuern des Verkehrsflusses wird dabei über eine Steuerung von Phasen der Lichtsignalanlage erreicht. Beispielsweise können dabei der Umschaltzeitpunkt bzw. die Zeitdauer einer Rot-, Gelb- und/oder Grünzeit der Lichtsignalanlage gesteuert werden.
  • Die Verfahren zur Steuerung von Signalanlagen lassen sich in verschiedene Generationen einteilen. Verfahren der ersten Generation sind die so genannten Festzeitsteuerungen. Dabei wird die Signalanlage nach einem vorbestimmten Plan gesteuert, nach welchem die verschiedenen Phasen abgearbeitet werden. Diese Festzeitsteuerungen sind sehr robust, jedoch nicht flexibel. In der Praxis werden daher an einer Signalanlage meist mehrere Pläne vorgehalten. Diese sind beispielsweise an verschiedene Verkehrssituationen angepasst, wobei sich die Verkehrssituationen typischerweise an der Tageszeit orientieren.
  • Verfahren der zweiten Generation sind die so genannten verkehrsadaptiven oder dynamischen Steuerungen der Signalanlage. Die dynamischen Verfahren sind der Festzeitsteuerung deutlich überlegen, was ihre Effizienz bezüglich der so genannten Verlust- oder Wartezeit von Fahrzeugen im Zulauf der Signalanlage angeht. Die Verlustzeit bezeichnet dabei die Zeit, die ein Fahrzeug an einer Signalanlage gegenüber einem Idealfall verliert, wobei das Fahrzeug im Idealfall die Signalanlage ohne Geschwindigkeitsreduktion passieren kann. Dynamische Verfahren basieren zumeist auf Grundlage von Messgrößen, die über lokale Detektoren, z. B. über eine Induktionsschleife, einer Signalanlage erfasst werden. Ein weit verbreitetes Verfahren zur dynamischen Steuerung von Signalanlagen ist die so genannte Zeitlückensteuerung. Diese entscheidet anhand weniger, möglichst einfach zu erhebender Messgrößen, ob eine aktuelle Phase der Signalanlage verlängert wird oder ob eine neue Phase geschaltet wird. Die Messgröße ist dabei die aktuelle Zeitlücke, wobei die aktuelle Zeitlücke die Zeit bezeichnet, die seit der letzten Passage eines Fahrzeugs verstrichen ist. Wenn die Zeitlücke bzw. die verstrichene Zeit größer ist als eine kritische Zeitlücke, kann die aktuell laufende Phase abgebrochen werden und die Signalanlage wechselt in die nächste Phase. Auf diese Weise kann auf relativ einfache Weise die Steuerung von beispielsweise Grünzeiten oder Freigabeintervallen auf Basis der aktuellen Verkehrslage erfolgen. Zusätzlich ist auch eine Auswertung der Belegung eines lokalen Detektors der Signalanlage möglich, wobei die Zeit, die sich Fahrzeuge über dem lokalen Detektor befunden haben, ausgewertet wird. Hierbei erfolgt also eine Steuerung der Signalanlage auf Basis der Zeitlücke und weiteren Daten zur Fahrzeugbelegung des Zulaufs der Signalanlage.
  • Aus der DE 10 2009 033 431 B4 ist ein Verfahren zur dynamischen Steuerung einer Signalanlage bekannt, wobei mindestens eine Steuereinheit Phasen der Signalanlage auf Grundlage von mindestens einer Verlustzeit mindestens eines Fahrzeugs steuert, wobei die Steuereinheit die mindestens eine Verlustzeit des mindestens einen Fahrzeugs als Eingangsgröße erhält, wobei eine aktuelle Grünphase der Signalanlage fortgesetzt wird, falls die mindestens eine Verlustzeit positiv ist, wobei die aktuelle Grünphase der Signalanlage abgebrochen wird, falls die mindestens eine Verlustzeit einen vorbestimmten kleinen Wert unterschreitet oder eine maximale Grünphasendauer der Signalanlage erreicht ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Fahrzeug die mindestens eine Verlustzeit direkt an die Steuereinheit und/oder weitere Verkehrs- und/oder Fahrzeugkenngrößen an eine Auswerteeinheit zur Auswertung von Verkehrs- und/oder Fahrzeugkenngrößen übermittelt, wobei die mindestens eine Auswerteeinheit die mindestens eine Verlustzeit aus den weiteren Verkehrs- und/oder Fahrzeugkenngrößen ermittelt und an die Steuereinheit übermittelt. Weiter ist vorgesehen, dass eine Einheit zur Verkehrslageerfassung Daten zur Verkehrslage erfasst und mindestens eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Verkehrslage die mindestens eine Verlustzeit des mindestens einen Fahrzeugs aus den Daten zur Verkehrslage ermittelt und an die Steuereinheit übermittelt. Die Daten zur Verkehrslage können dabei beispielsweise mittels einer Kamera ermittelt werden. Schließlich ist auch vorgesehen, dass die mindestens eine Verlustzeit von einer zentralen Auswerteeinheit an die Steuereinheit übermittelt wird, wobei die zentrale Auswerteeinheit die mindestens eine Verlustzeit weiterleitet und/oder aus weiteren Verkehrs- und/oder Fahrzeugkenngrößen ermittelt, wobei die mindestens eine Verlustzeit und/oder weitere Verkehrs- und/oder Fahrzeugkenngrößen von dem mindestens einen Fahrzeug an die zentrale Auswerteeinheit übermittelt werden.
  • Aus der nachveröffentlichten DE 10 2010 027 327 B3 ist ein Verfahren zur dynamischen Steuerung einer Signalanlage bekannt, wobei mindestens eine Steuereinheit in einer ersten Steuerstrategie mindestens eine Zeitdauer eines Freigabeintervalls der Signalanlage in Abhängigkeit von mindestens einer vorbestimmten Freigabezeit steuert, wobei die Steuereinheit in einer zweiten Steuerstrategie die mindestens eine Zeitdauer des Freigabeintervalls der Signalanlage in Abhängigkeit von mindestens einer Länge eines Rückstaus in einem Zulauf der Signalanlage steuert, falls an die mindestens eine Steuereinheit in einer dem mindestens einen Freigabeintervall vorhergehenden Sperrintervall mindestens eine Information über ein Anhalten mindestens eines Fahrzeugs im Zulauf der Signalanlage übertragen wird, wobei die mindestens eine Steuereinheit in einer dritten Steuerstrategie die mindestens eine Zeitdauer des Freigabeintervalls der Signalanlage in Abhängigkeit von mindestens einer Verlustzeit und/oder mindestens eines Verlustzeitzustands mindestens eines Fahrzeugs im Zulauf der Signalanlage steuert, falls an die mindestens eine Steuereinheit während des Freigabeintervalls mindestens eine Verlustzeit und/oder mindestens ein Verlustzeitzustand (z. B. Fahrzeug hat Verlustzeit ja/nein) des mindestens einen Fahrzeugs übertragen wird.
  • Unabhängig von der Art des Steuerungsverfahrens sollten für die effiziente und umweltverträgliche Abwicklung des Verkehrs auf durchgehenden Hauptstraßen benachbarte Lichtsignalanlagen durch eine so genannte Koordinierung (umgangssprachlich ”Grüne Welle”) aufeinander abgestimmt werden. Dabei werden die Grünzeiten an den hintereinander liegenden Anlagen zeitlich so in Reihe geschaltet, dass die Fahrzeuge ohne Halt den koordinierten Streckenzug passieren können. Sinnvoll ist eine solche Koordinierung besonders für wiederkehrende Verkehrsmuster, wie z. B. den morgendlichen und abendlichen Pendelverkehr in und aus der Stadt, aber auch für unregelmäßige Ereignisse, wie z. B. Besucherverkehre bei Veranstaltungen oder auf Umleitungsstrecken bei Autobahnsperrungen. Bedingt durch die oftmals unterschiedlichen Wegabstände zwischen den einzelnen Knotenpunkten ist es dabei oft nicht möglich, in beiden Fahrtrichtungen gleichzeitig eine vollständige LSA-Koordinierung einzurichten. Die Konsequenz daraus ist, dass nur einer Fahrtrichtung der Vorzug einer Koordinierung eingeräumt werden kann, welche die zu diesem Zeitpunkt bedeutendere Verkehrshauptlastrichtung sein sollte. Die erste wesentliche Herausforderung bei der Einrichtung einer gut funktionierenden Koordinierung ist also stets die Bestimmung der aktuellen Verkehrshauptlastrichtung vor allen weiteren Schritten.
  • In den bestehenden Regelwerken und der Standardliteratur finden sich generell kaum Angaben zu kompletten und automatisierten Verfahren zur Bestimmung der Vorzugsrichtung einer LSA-Koordinierung. Oft wird schlicht vorausgesetzt, dass dem Planer die Koordinierungsrichtung, woher auch immer, bewusst ist. Dies ist oftmals dem Fakt geschuldet, dass die Einrichtung einer Koordinierung im Allgemeinen sehr aufwendig ist und im Vorfeld eine umfangreiche Verkehrszählung an allen zu koordinierenden Knoten erfordert. Durch diese Beobachtungen sind zu Planungsbeginn alle relevanten Verkehrsstärken an allen Knoten aufeinander abgestimmt und gewährleisten so die Koordinierung. Die Auswahl eines so hinterlegten Planes erfolgt dann anhand der Tageszeit, so dass ein Wechsel der Verkehrshauptlastrichtung zu festen Zeitpunkten direkt impliziert ist. Typische Signalzeitpläne sind dabei meist für den Früh-, Tages-, Nachmittags- und Nachtverkehr in den Anlagen hinterlegt, so dass z. B. wiederkehrende Pendlerströme in festen Zeitfenstern abgefertigt werden können. Damit wird deutlich, dass die Bestimmung der Verkehrshauptlastrichtung in diesem beschriebenen Fall ausschließlich auf historisch ermittelten Verkehrsstärken beruht.
  • Neben dieser starren, tageszeitabhängigen Bestimmung ist auch eine dynamischere Signalplanauswahl z. B. für Veranstaltungsverkehre möglich. Dabei werden keine historischen Verkehrsstärken als Grundlage verwendet, sondern diese werden aktuell mit Hilfe von Induktionsschleifen in der Fahrbahn erhoben. Je eine solche Messstelle muss dabei an den beiden Rändern der zu koordinierenden Strecke außerhalb von etwaigen Staubereichen liegen. Die Bedingung der Staufreiheit ist notwendig, um die Verkehrsstärke sicher bestimmen zu können, schließlich beschreibt diese die Anzahl der den Messquerschnitt passierenden Fahrzeuge pro Zeiteinheit und ein Stau auf dem Messquerschnitt würde eine sehr geringe und unbrauchbare Verkehrsstärke zurückliefern. Dies ist auch der Grund, warum kurz vor verkehrsabhängigen LSA verlegte Induktionsschleifen, die nur zur Dehnung oder Stauchung von Grünphasen dienen, nur sehr bedingt zur Messung von Verkehrsstärken verwendet werden sollten. Anhand der korrekt ermittelten Verkehrsstärke kann dann wieder die Auswahl der für diese Situation passenden Signalzeitenpläne erfolgen, die gegebenenfalls einen Wechsel der Verkehrshauptlastrichtung beinhalten.
  • Dieses beschriebene Verfahren der Signalzeitenplanauswahl anhand von historischen oder aktuell ermittelten Verkehrsstärken setzt Expertenwissen in Form der vorab zu definierenden Signalzeitenpläne voraus und wird heute in der Praxis in verschiedenen Ausführungsformen eingesetzt.
  • Noch in der Test- und Forschungsphase befinden sich daneben noch andere Verfahren zur Steuerung ganzer Verkehrsnetze, die weitaus dynamischer eine LSA-Koordinierung einrichten können. Diese arbeiten mit einem Gewichtungsindex für zu detektierende Fahrzeugströme. Die Gewichte werden dabei für jedes Einzelfahrzeug z. B. in Abhängigkeit verschiedener, zu optimierender Verkehrskenngrößen verteilt und fortlaufend aktualisiert. Durch die Aufsummierung der Gewichte über alle Einzelfahrzeuge einer Fahrtrichtung stellt sich dabei einbestimmter Gewichtungsindex für den gesamten Strom ein. Aus dem Vergleich der verschiedenen Gewichtungsindezes der verschiedenen Ströme an einem oder mehreren Knoten wird dann deutlich, welche Verkehrsrichtung momentan am ”wichtigsten” ist. Dieser Strom ist dann bevorzugt zu behandeln, was als Ergebnis eine automatische Koordinierung der LSA auf der Strecke dieses Stromes bewirkt. Genau genommen erfolgt die Gewichtung auf Kolonnenebene, weshalb die Koordinierung für eine Fahrzeugkolonne nur solange besteht, bis diese auf eine noch stärker gewichtete Kolonne trifft.
  • Im Gegensatz zum zuvor beschriebenen Prinzip der Signalzeitenplanauswahl unterscheidet sich dieser Ansatz dahingehend deutlich, dass die Festlegung einer Verkehrshauptlastrichtung eigentlich belanglos ist. Dies ist dem Fakt geschuldet, dass die Richtung der Koordinierung mit der Größe der ankommenden Kolonnen ständig variiert und mit dem Grundgedanken einer klassischen LSA-Koordinierung, nämlich einen festen Straßenabschnitt ohne Halt konstant befahrbar zu machen, wenig gemein hat.
  • Aus der EP 1 831 853 B1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Lichtsignalanlage an einer Kreuzung zum Aufbau einer grünen Welle bekannt, bei dem für die Kreuzung zumindest eine zu koordinierende Richtung festgelegt oder bestimmt wird, wobei eine zeitliche Verteilung von Fahrzeugen erfasst wird, die in der zu koordinierenden Richtung die Kreuzung passieren. Weiter werden in der erfassten zeitlichen Verteilung zyklisch wiederkehrende Pulks von Fahrzeugen identifiziert und der Zyklus sowie Ankunftszeiten der Pulks an der Kreuzung ermittelt. Anhand des Zyklus und der Ankunftszeiten wird ein Signalisierungsprogramm der Lichtsignalanlage ausgewählt oder generiert und zur Steuerung der Lichtsignalanlage zeitlich so geschaltet, dass sich ein oder mehrere die zu koordinierende Richtung steuernde Lichtsignalgeber der Lichtsignalanlage zu den Ankunftszeiten der Pulks in einer Grünphase befinden. Dabei wird vorzugsweise eine momentane Verkehrsbelastung für unterschiedliche Richtungen der Kreuzung erfasst und die Richtung mit der momentan höchsten Verkehrsbelastung als aktuell zu koordinierende Richtung bestimmt.
  • Aus der US 5 357 436 A ist ein Verfahren zur dynamischen Steuerung mindestens einer Signalanlage unter Berücksichtigung der Verkehrshauptrichtung bekannt, wobei die Verkehrshauptrichtung durch Zählung von Kraftfahrzeugen ermittelt wird.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die einfach dynamisch die Verkehrshauptlastrichtung bestimmen können.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Das Verfahren bzw. die Vorrichtung zur dynamischen Steuerung mindestens einer Signalanlage unter Berücksichtigung einer Verkehrshauptlastrichtung sieht dabei vor, dass an der mindestens einen Signalanlage für mindestens zwei gegenläufige Fahrtrichtungen jeweils eine Verlustzeitverkehrsstärke bestimmt wird, wobei die Verlustzeitverkehrsstärke die Verkehrsstärke der Fahrzeuge mit angesammelter Verlustzeit ist, wobei die Fahrtrichtung mit der größeren Verlustzeitverkehrsstärke als Verkehrshauptrichtung bestimmt wird. Dies ermöglicht eine sehr einfache Bestimmung der Verkehrshauptrichtung. Die Ermittlung der Fahrzeuge mit angesammelter Verlustzeit kann dabei wie im Stand der Technik beschrieben vielfältig erfolgen. Dabei sei angemerkt, dass die ermittelten Verlustzeitverkehrsstärken absolut nicht exakt sein müssen, solange nur sichergestellt ist, dass die Relation zwischen den Verlustzeitverkehrsstärken richtig ist. Daher ist auch eine vollständige Erfassung aller Fahrzeuge mit angesammelter Verlustzeit nicht notwendig. Vielmehr hat es sich gezeigt, dass das Verfahren sehr robust ist und Erfassungsgerade von beispielsweise 30% noch zu richtigen Ergebnissen führen.
  • In einer Ausführungsform werden die ermittelten Verlustzeitverkehrsstärken vor dem Vergleich über vorangegangene Ermittlungen der Verlustzeitverkehrsstärke geglättet, beispielsweise durch einen gleitenden Mittelwert der letzten n vorausgegangenen Verlustzeitverkehrsstärken. Hierdurch können Schwankungen der Verlustzeitverkehrsstärke aufgrund der Stochastik des Ankunftsstromes der Fahrzeuge ausgeglichen werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird die Verlustzeitverkehrsstärke in jedem Umlauf der Signalanlage bestimmt.
  • In einer weiteren Ausführungsform steuert mindestens eine Steuereinheit Phasen der Signalanlage auf Grundlage mindestens einer Verlustzeit mindestens eines Fahrzeugs und/oder einer Verlustzeitverkehrsstärke. Neben den Vorteilen einer solchen Steuerung wie im Stand der Technik beschrieben ist ein weiterer Vorteil, dass die notwendigen Daten zur Ermittlung der Verkehrshauptlastrichtung bereits vorhanden sind. So kann bei einer verlustzeitbasierten Steuerung einer LSA durch die eingestellten Rot- und Grünzeiten sehr einfach die Verlustzeitverkehrsstärke bestimmt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Signalanlagen in einem Straßenzug vorhanden, wobei die Verlustzeitverkehrsstärken der jeweiligen Fahrtrichtung an der Signalanlage erfasst werden, die die Einfahrt in den Straßenzug darstellt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:
  • 1 ein Zeit-Weg-Diagramm zur verlustzeitbasierten LSA-Steuerung eines Einzelknotens,
  • 2 ein Modell eines Straßenzuges und
  • 3 ein Flussdiagramm zur Bestimmung einer Verkehrshauptlastrichtung.
  • Zunächst soll anhand der 1 ein Verfahren zur Bestimmung einer Verlustzeitverkehrsstärke hergeleitet werden.
  • Die einfachste Lösung zur Bestimmung der Verlustzeitverkehrsstärke wäre natürlich, einfach die Fahrzeuge mit Verlustzeiten zu zählen und für die Fahrrichtungen zu vergleichen. Dabei würde aber erneut das Problem auftreten, dass die Verlustzeit von ausnahmslos jedem Fahrzeug bekannt sein muss, was mit den aktuellen niedrigen Ausstattungsraten von Fahrzeugen mit Erfassungstechnik nicht erreicht wird und ausführlich in der DE 10 2010 027 327 betrachtet wurde. Um das Verfahren gegenüber diesem Fall von vornherein unabhängig zu machen, wird stattdessen vorzugsweise die Verlustzeitverkehrsstärke aus den tatsächlich geschalteten Rot- und Grünzeiten auf vorteilhafte Weise berechnet. Wie dies funktioniert, sei anhand von 1 näher erläutert, wobei folgende Symbolik zur Anwendung kommt.
    • – ni: Fahrzeug
    • – s0: Position der Haltelinie
    • – s(t): Weg (vor der Haltelinie)
    • – SZP: Signalzeitenplan
    • – tR: Rotzeit
    • – tG: Grünzeit
    • – tZt_min: Grenzzeitlücke (Zeitabstand, mit dem zwei Fahrzeuge minimal aufeinander folgen können)
    • – t: Zeit
  • Beispielhaft dargestellt sind für die Zufahrt eines Knotens die Fahrverläufe von Einzelfahrzeugen, die aufgrund der Funktionsweise der verlustzeitenbasierten Steuerung den Signalzeitplan SZP direkt bestimmen (siehe auch DE 10 2009 033 431 B4 ). Dabei kommen die Fahrzeuge n1... n3 während einer Rotzeit tR vor der Haltelinie S0 zum Stehen. Hier sammeln sie zwangläufig Verlustzeit an. Nachdem die Rotzeit tR beendet ist (Verlustzeiten in der hier nicht dargestellten Querrichtung sind komplett abgebaut), startet die Grünzeit tG und die Fahrzeuge n1... n3 können die Zufahrt verlassen. Während dieses Räumvorgangs kommt ein weiteres Fahrzeug n4 an, muss aufgrund der drei noch nicht vollständig abgefahrenen Fahrzeuge n1... n3 abbremsen und wird damit ebenfalls zum Fahrzeug mit angesammelter Verlustzeit. Nachdem alle Fahrzeuge n1... n4 mit Verlustzeit die Haltelinie überfahren haben, ist die Zufahrt verlustzeitfrei und gemäß der Logik in DE 10 2009 033 431 B4 wird die Grünzeit tG beendet.
  • Ersichtlich wird, dass sich die Anzahl von Fahrzeugen n = n1... n4 mit Verlustzeit direkt in der Grünzeit tG widerspiegelt, da sich diese nach dem Abflussgesetz bestimmt: tG = n·tZL_min (1)
  • Um alle verzögerten Fahrzeugen aus der Zufahrt abließen zu lassen, wird unter Beachtung der quasi konstanten Grenzzeitlücke tZL_min also genau die Grünzeit tG benötigt. Für die weiteren Betrachtungen ist nun noch zu unterscheiden, ob die Fahrzeuge beginnen, ihre Verlustzeiten während der Rotzeit anzusammeln nR = n1... n3 oder ob sie beginnen, diese während der Grünzeit nG = n4 anzusammeln: tG = nR·tZL_min + nG·tZL_min (2)
  • Die Anzahl n von Fahrzeugen mit angesammelter Verlustzeit ist dabei stets das Produkt aus Verlustzeitverkehrsstärke qd und Behinderungszeit. Da für den Fall nR die Behinderungszeit gleich der Rotzeit tR ist, bedeutet das: nR = qd·tR (3)
  • Für den Fall nG ist die Behinderungszeit gleich der Zeit, die benötigt wird, um nach Ende der Rotzeit tR die Fahrzeuge nR aus der Zufahrt wegfahren zu lassen, also: nG = qd·(nR·tZL_min) (4)
  • Unter Verwendung von (3) ergibt sich für nG damit: nG = qd·(qd·tR·tZL_min) (5)
  • Wenn nun die Anzahl verzögerter Fahrzeuge nR aus (3) und nG aus (5) zur Bestimmung der benötigten Grünzeit tG in (2) eingesetzt wird, so ergibt sich diese zu tG = qd·tR·tZL_min + qd·(qd·tR·tZL_min)·tZL_min (6)
  • Diese Gleichung lässt sich nun noch in einem letzten Schritt nach der gesuchten Verlustzeitverkehrsstärke qd auflösen
    Figure 00100001
  • Nach dieser Gleichung (7) lässt sich die zur Bestimmung der Verkehrshauptlastrichtung benötigte Verlustzeitverkehrsstärke qd nun einfach berechnen, da diese nur noch von drei Größen abhängt, wobei nur zwei davon variabel sind:
    • – Die Grenzzeitlücke tZL_min beim Anfahren ist aus der einschlägigen Standardliteratur entnehmbar und kann als Konstante betrachtet werden.
    • – Die Rotzeit tR ist der Anlage für den letzten Umlauf bekannt und muss durch diese nur noch für den Vergleich zwischengespeichert werden.
    • – Die Grünzeit tG ist der Anlage für den letzten Umlauf ebenfalls bekannt und muss daher auch nur noch zwischengespeichert werden.
  • Da die Verlustzeitverkehrsstärke aufgrund der Stochastik des Ankunftsstromes der Fahrzeuge schwanken kann, wird diese noch einer Glättung unterzogen, z. B. in Form eines gleitenden Mittelwertes der letzten n vorausgegangenen Verlustzeitverkehrsstärken:
    Figure 00110001
  • Der logische Vergleich zwischen zwei entgegengesetzten Fahrtrichtungen A und B liefert unter Verwendung von (8) dann genau die gesuchte Aussage, welche die Verkehrshauptlastrichtung ist:
    • Figure 00110002
      : Fahrtrichtung A ist momentan die Verkehrshauptlastrichtung.
    • Figure 00110003
      : Fahrtrichtung B ist momentan die Verkehrshauptlastrichtung.
    • Figure 00110004
      : Beide Fahrtrichtungen haben momentan die gleiche Verkehrslast.
  • Erwähnt sei noch, dass zwar die Verlustzeitverkehrsstärke als Vergleichsmaß berechnet wird, allerdings kein Anspruch erhoben wird, dass diese stets exakt ist. Einzig der dargestellte Größer-Kleiner-Vergleich soll mit dieser Größe ermöglicht werden, weshalb genau genommen der exakte Wert der Verlustzeitverkehrsstärke nicht von Bedeutung ist.
  • Die Vorteile des Verfahrens sind unter anderem:
    • – Die Festlegung der Verkehrshauptlastrichtung erfolgt erstmals auf Grundlage von Fahrzeugverlustzeiten. Die Fahrtrichtung mit den größten Verlustzeiten wird dabei als am ”wichtigsten” erkannt. Bisherige Ansätze bestimmen die Wichtigkeit über Verkehrsstärken, denen ein Bezug zur Verlustzeit fehlt.
    • – Über diesen Ansatz lassen sich erstmals auch die zwei Verfahren gemäß DE 10 2009 033 431 B4 und DE 10 2010 027 327 schrittweise in eine LSA-Koordinierung integrieren. Mit dem bisherigen Stand der Technik war dies bislang nicht möglich.
    • – Neu ist zudem, dass dafür keine ortsfeste Detektionstechnik mehr zwingend notwendig ist. Die Fahrzeuge selbst stellen die Sensoren dar. Dies steht im Gegensatz zu den konventionellen Verfahren, die stets eine ortsfeste Erfassung für die korrekte Funktionsweise voraussetzen.
    • – Woher die benötigten Verlustzeiten dabei stammen, ist egal Viele neuartige Datenquellen wie Floating-Car-Data, Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikation oder Videodetektion können dabei zur Anwendung kommen. Die bisherigen Verfahren nutzen dagegen als Datenquelle fast ausschließlich die Induktionisschleife.
    • – Eine Neuerung ist auch, dass für das Verfahren eine Erfassung aller Verlustzeiten keine zwingende Voraussetzung ist. Das heißt, dass bereits ein bestimmter Grad an detektierbaren Verlustzeiten ausreicht, damit die Verkehrshauptlastrichtung zuverlässig bestimmt werden kann. Dies stellt eine ganz neue Qualität der Robustheit dar, schließlich muss bei den konventionellen Verfahren jedes Fahrzeug erfasst werden, um die gesuchte Verkehrsstärke korrekt abbilden zu können.
  • In der 2 ist ein beispielhafter Verlauf eines Straßenzuges mit drei Lichtsignalanlagen LSA I-III dargestellt. Jede Lichtsignalanlage LSA I-III weist dabei eine verlustzeitbereite Steuerung auf. Dabei sei angenommen, dass die Hauptrichtung HR_A von links nach rechts bzw. HR_B von rechts nach links geht, wobei die jeweilige Verkehrslasthauptrichtung zu bestimmen ist. Entsprechend geht eine Nebenrichtung NR von oben nach unten bzw. unten nach oben. Für die Hauptrichtung HR_A stellt die Lichtsignalanlage LSA I die Einfahrt in den Straßenzug dar. Entsprechend stellt die Lichtsignalanlage LSA III für die Hauptrichtung HR_B die Einfahrt in den Straßenzug dar. Dabei stellt qHR_A die Verkehrsstärke in Hauptrichtung HR_A dar, die in die Lichtsignalanlage LSA I einfährt. Entsprechend ist qHR_B die Verkehrsstärke in Richtung HR_B dar, die in die Lichtsignalanlage LSA III einfährt.
  • Verfahrensmäßig findet dabei folgender Ablauf statt, der sich in dem Flussdiagramm gemäß 3 widerspiegelt:
    • – In den zu untersuchenden Zufahrten zu LSA I und LSA III werden parallel und unabhängig voneinander innerhalb eines jeden Umlaufs k zunächst die Rotzeiten tR und dann die benötigte Grünzeit tG gespeichert.
    • – Anschließend erfolgt daraus die Berechnung der Verlustzeitverkehrsstärken qd_A und qd_B nach Gleichung (7), wobei für die Grenzzeitlücke tZL_min ein konstanter Wert zu wählen ist, z. B. 2 s.
    • – Die berechneten Werte werden dann noch in die geglätteten Verlustzeitverkehrsstärken
      Figure 00130001
      und
      Figure 00130002
      z. B. nach Gleichung (8) überführt.
    • – Wann immer für
      Figure 00130003
      oder
      Figure 00130004
      ein neuer Wert errechnet wird, ist ein Wertevergleich anzustellen, als dessen Ergebnis die aktuelle Verkehrshauptlastrichtung benannt wird.

Claims (10)

  1. Verfahren zur dynamischen Steuerung mindestens einer Signalanlage (LSA I-III) unter Berücksichtigung einer Verkehrshauptlastrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass an der mindestens einen Signalanlage (LSA I-III) für mindestens zwei gegenläufige Fahrtrichtungen (HR_A, HR_B) eine Verlustzeitverkehrsstärke (qd_A, qd_B) für die mindestens zwei Fahrtrichtungen (HR_A, HR_B) bestimmt wird, wobei die Verlustzeitverkehrsstärke (qd_A, qd_B) die Verkehrsstärke der Fahrzeuge mit angesammelter Verlustzeit ist, wobei die Fahrtrichtung mit der größeren Verlustzeitverkehrsstärke (qd_A, qd_B) als Verkehrshauptrichtung bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Verlustzeitverkehrsstärken (qd_A, qd_B) vor dem Vergleich über vorangegangene Ermittlungen der Verlustzeitverkehrsstärke (qd_A, qd_B) geglättet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlustzeitverkehrstärke (qd_A, qd_B) in jedem Umlauf der Signalanlage (LSA I-III) bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Steuereinheit Phasen der Signalanlage (LSA I-III) auf Grundlage mindestens einer Verlustzeit mindestens eines Fahrzeugs und/oder einer Verlustzeitverkehrsstärke steuert.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Signalanlagen (LSA I-III) in einem Straßenzug vorhanden sind, wobei die Verlustzeitverkehrsstärken (qd_A, qd_B) der jeweiligen Fahrtrichtung (HR_A, HR_B) an der Signalanlage (LSA I, LSA III) erfasst werden, die die Einfahrt in den Straßenzug darstellt.
  6. Vorrichtung zur dynamischen Steuerung mindestens einer Signalanlage (LSA I-III) unter Berücksichtigung einer Verkehrshauptlastrichtung, umfassend mindestens eine Steuereinheit, die die Phasen der Signalanlage (LSA I-III) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit für mindestens zwei gegenläufige Fahrtrichtungen (HR_A, HR_B) eine Verlustzeitverkehrsstärke für die mindestens zwei Fahrtrichtungen bestimmt oder übermittelt bekommt, wobei die Verlustzeitverkehrsstärke (qd_A, qd_B) die Verkehrsstärke der Fahrzeuge mit angesammelter Verlustzeit ist, wobei die Fahrtrichtung (HR_A, HR_B) mit der größeren Verlustzeitverkehrsstärke (qd_A, qd_B) als Verkehrshauptrichtung bestimmt wird.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Verlustzeitverkehrsstärken (qd_A, qd_B) vor dem Vergleich über vorangegangene Ermittlungen der Verlustzeitverkehrsstärke (qd_A, qd_B) geglättet werden.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlustzeitverkehrsstärke (qd_A, qd_B) in jedem Umlauf der Signalanlage (LSA I-III) bestimmt wird.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit Phasen der Signalanlage (LSA I-III) auf Grundlage mindestens einer Verlustzeit mindestens eines Fahrzeugs und/oder einer Verlustzeitverkehrsstärke steuert.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Steuereinheit Signalanlagen (LSA I-III) in einem Straßenzug steuert, wobei die Verlustzeitstärken (qd_A, qd_B) der jeweiligen Fahrtrichtung (HR_A, HR_B) an der Signalanlage (LSA I, LSA III) erfasst werden, die die Einfahrt in den Straßenzug darstellt.
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