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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Verkehrsbelastung gemäß Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 9.
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Im Stand der Technik sind Verfahren bekannt, bei denen mithilfe einer digitalen Karte mit Knoten und Kanten zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt eine Route beispielsweise für ein Fahrzeug berechnet wird. Dabei ist einer Kante ein Verkehrsaufkommen zugeordnet. Je höher das Verkehrsaufkommen, desto langsamer kommt das Fahrzeug voran. Für eine Routenplanung kann nun der kürzeste oder der schnellste Weg zwischen dem Startpunkt und dem Zielpunkt berechnet werden.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 055 337 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Verkehrslage in einem Verkehrsnetz, insbesondere einem Straßenverkehrsnetz, bekannt. Das Verkehrsnetz umfasst Knoten, die über Kanten miteinander verbunden sind. Jeder Kante ist eine maximale Reisegeschwindigkeit zugeordnet, die auf Basis einer Verkehrsbedeutung oder einer bekannten Geschwindigkeitsbeschränkung ermittelt ist. Um die Verkehrslage zu bestimmen, können Verkehrsdaten aus zahlreichen unterschiedlichen Datenquellen erhoben und aufgrund deren unterschiedlicher räumlicher und zeitlicher Verfügbarkeit auf geeignete Weise miteinander kombiniert werden.
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Die europäische Patentschrift
EP 1 025 423 B1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung einer Route von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Ermitteln einer Verkehrsbelastung eines Verkehrsnetzes bereitzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens angegeben.
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Es wird ein Verfahren zum Ermitteln von Verkehrsbelastungen von Kanten einer digitalen Verkehrskarte vorgeschlagen, wobei die Kanten über Knoten miteinander verbunden sind,
wobei in einem ersten Verfahrensschritt für einen vorgegebenen ersten Anteil eines Verkehrsstromes von vorgegebenen Startpunkten zu vorgegebenen Zielpunkten Routen gesucht werden, wobei abhängig von vorgegebenen ersten Verkehrsbelastungen der Kanten an einem Knoten mit wenigstens zwei Kanten die Kante mit einer kürzeren Reisezeit gewählt wird, wobei die Reisezeit von der Verkehrsbelastung der Kante und der Länge der Kante abhängt, wobei nach dem Ermitteln der Routen für den ersten Anteil des Verkehrsstromes von den Startpunkten zu den Zielpunkten zweite Verkehrsbelastungen der Kanten aufgrund der ersten Anteils des Verkehrsstromes ermittelt werden,
wobei in einem weiteren Verfahrensschritt für einen vorgegebenen weiteren Anteil des Verkehrsstromes von den vorgegebenen Startpunkten zu den vorgegebenen Zielpunkten Routen ermittelt werden, wobei abhängig von den ermittelten zweiten Verkehrsbelastungen der Kanten an einem Knoten mit wenigstens zwei Kanten ein Weg mit der kürzeren Reisezeit gewählt wird,
wobei nach dem Ermitteln der Routen für den weiteren Anteil des Verkehrsstromes von den Startpunkten zu den Zielpunkten dritte Verkehrsbelastungen der Kanten ermittelt werden,
wobei der weitere Verfahrensschritt so oft wiederholt wird, bis für den gesamten Verkehrsstrom von den Startpunkten zu den Zielpunkten Routen ermittelt wurden, wobei eine Gesamtverkehrsbelastung der Kanten ermittelt wird,
wobei in einem dritten Verfahrensschritt ein vorgegebener Anteil des Verkehrsstromes von den Startpunkten zu den Zielpunkten von dem Gesamtverkehr abgezogen wird, wobei auch die von dem vorgegebenen Anteil des Verkehrsstromes verursachte Verkehrsbelastung von der Gesamtverkehrsbelastung abgezogen wird und eine reduzierte Gesamtverkehrsbelastung erhalten wird, wobei anschließend für den vorgegebenen Anteil des Verkehrsstromes unter Berücksichtigung der reduzierten Gesamtverkehrsbelastung wieder Routen zwischen den Startpunkten und den Zielpunkten ermittelt werden und eine neue Gesamtverkehrsbelastung ermittelt wird, und wobei der dritte Verfahrensschritt für alle Anteile des Verkehrsstromes durchgeführt wird und eine endgültige Verkehrsbelastung der Kanten ermittelt wird.
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In einer Ausführung wird der dritte Verfahrensschritt wenigstens zweimal durchgeführt. Auf diese Weise wird eine genauere Schätzung der Verkehrsbelastung ermöglicht.
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In einer Ausführung wird mithilfe wenigstens eines Detektors eine aktuelle Verkehrsbelastung einer Kante erfasst, und die aktuelle Verkehrsbelastung wird bei der Ermittlung der Route wenigstens teilweise als Verkehrsaufkommen berücksichtigt. Dadurch kann eine präzisere Abschätzung der Verkehrsbelastung einer Kante ermöglicht werden. Die Verkehrsbelastung kann in Fahrzeugen pro Zeiteinheit erfasst werden, die über die Kante fahren. Die gemessene Verkehrsbelastung kann als Wert für die Verkehrsbelastung der Kante verwendet werden. Weiterhin kann die gemessene Verkehrsbelastung verwendet werden, um die ermittelte Verkehrsbelastung zu korrigieren.
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In einer Ausführung wird die ermittelte Verkehrsbelastung der Kanten bei der Ermittlung einer Route für einen vorgegebenen Startpunkt und einen gewünschten Zielpunkt verwendet. Dadurch kann eine relativ genaue Routenplanung für einen Verkehrsteilnehmer durchgeführt werden.
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In einer Ausführung werden die Verkehrsbelastungen von Kanten, die mit einem Knoten verbunden sind, von einem Steuerverfahren für eine Signalanlage des Knotens berücksichtigt, um insbesondere einen gewünschten Verkehrsstrom zu lenken. Dadurch kann die Steuerung der Signalanlage an eine vorliegende Verkehrsbelastung der Kanten besser angepasst werden, ohne dass Detektoren vorgesehen sind, die die Verkehrsbelastung messen.
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In einer Ausführung berücksichtigen Steuerverfahren von Signalanlagen mehrerer Knoten, die über die Kanten miteinander verbunden sind, die ermittelten Verkehrsbelastungen der Kanten. Dadurch kann eine großflächige Abstimmung der Steuerung der Signalanlagen erreicht werden.
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In einer Ausführung wird eine Reisezeit für eine Teilroute berücksichtigt, die insbesondere von einem Fahrzeug bereitgestellt wird. Mit der bereitgestellten Reisezeit kann die Verkehrsbelastung der Kanten korrigiert werden oder die Routenplanung beim Verteilen des Verkehrsaufkommens berücksichtigt werden.
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In einer Ausführung werden Daten von Detektoren, die wenigstens einen Parameter eines Straßenverkehrs einer Kante erfassen, mit der ermittelten Verkehrsbelastung der Kante verglichen, wobei anhand des Vergleichs eine Fehlfunktion des Detektors erkannt wird.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
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1 eine schematische Darstellung eines Verkehrsnetzes mit einem digitalen Straßennetz mit Kanten und Knoten,
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2 eine schematische Darstellung von zwei möglichen Routen zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt,
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3 ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der Reisezeit von der Verkehrsbelastung,
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4 eine schematische Darstellung eines Programmablaufes zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens, und
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5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens darstellt.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt eines digitalen Verkehrsnetzes für Fahrzeuge, insbesondere ein digitales Straßennetz. Dabei sind Straßen dargestellt, die verschiedene Punkte über Kreuzungen miteinander verbinden. Eine Straße wird z. B. in Form von zwei Kanten 1, 2 abgebildet, die ein Fahren eines Fahrzeuges in verschiedenen Richtungen erlauben. Die Fahrrichtung ist schematisch in Form eines Pfeiles angegeben. Die verschiedenen Kanten sind über Knoten 3 miteinander verbunden, die Kreuzungen oder Einmündungen oder Abzweigungen darstellen.
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Die digitale Verkehrskarte kann für eine Routenempfehlung verwendet werden. Möchte ein Verkehrsteilnehmer, beispielsweise ein Fahrzeug von einem Startpunkt 4 zu einem Zielpunkt 5 gelangen, so kann abhängig von vorgegebenen Parametern eine Routenempfehlung für eine Auswahl der zu befahrenden Kanten durchgeführt werden. Den Kanten sind Parameter wie z. B. eine Verkehrsbelastung und eine Länge zugeordnet. Die Verkehrsbelastung ist z. B. eine Anzahl von Fahrzeugen, die pro Zeiteinheit über die Kante fahren. Je höher die Verkehrsbelastung, desto langsamer ist der Verkehrsteilnehmer auf dieser Kante unterwegs. Dazu kann auch eine Tabelle oder eine Kennlinie abgelegt sein, in der eine mittlere Reisegeschwindigkeit abhängig von der Verkehrsbelastung angegeben ist. Zudem ist die Reisezeit über die Kante auch abhängig der Länge der Kante. Aufgrund dieser Informationen kann abhängig von der Länge der Kanten und abhängig von der Verkehrsbelastung der Kante zwischen dem Startpunkt und dem Zielpunkt z. B. eine schnellste Strecke, eine kürzeste Strecke oder eine Strecke mit geringstem Energieverbrauch gesucht werden.
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Die Verkehrskarte von 1 kann sich z. B. über eine Stadt, über ein Land oder über mehrere Länder erstrecken.
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2 zeigt ein einfaches Beispiel für eine Routenplanung, bei dem der Startpunkt 4 über zwei mögliche Routen 6, 7 mit einem Zielpunkt 5 verbunden ist. In der gewählten Darstellung sind die einzelnen Kanten der zwei Routen 6, 7 schematisch in Form von Pfeilen dargestellt. Jeder Pfeil stellt eine Kante zwischen zwei Knoten dar. Für eine genaue Berechnung einer schnellsten Route ist es von Vorteil, eine genaue Information über die vorliegende Verkehrsbelastung der Kanten zu haben, da diese neben der Länge der Kante die Reisezeit wesentlich beeinflussen kann. Abhängig von den Verkehrsbelastungen der Kanten und abhängig von den Längen der Kanten der zwei Routen kann die zeitlich kürzeste Route berechnet werden, indem die Summen der Reisezeiten für die einzelnen Kanten der Routen 6, 7 addiert werden und miteinander verglichen werden.
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3 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Diagramm, bei dem die Reisezeit T pro Wegstrecke, d. h. Minuten/Kilometer über die Verkehrsbelastung V, d. h. die Anzahl von Fahrzeugen pro Zeit, d. h. Fahrzeuge pro Stunde aufgetragen ist. Anhand des Diagramms ist zu erkennen, dass die Reisezeit T mit zunehmender Verkehrsbelastung V überproportional zunimmt.
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Für die Ermittlung einer Verkehrsbelastung eines Straßennetzes wird eine vorgegebene Anzahl von Startpunkten und Zielpunkten verwendet, wobei für die vorgegebenen Startpunkte und die Zielpunkte ein Verkehrsstrom, d. h. eine Anzahl von Fahrzeugen vorgegeben, die von den Startpunkten zur gleichen Zeit zu den Zielpunkten fahren. Je mehr Startpunkt und Zielpunkte vorgegeben sind, umso genauer wird das Verfahren.
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Mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens wird in einem ersten Verfahrensschritt stufenweise ein prozentualer Anteil des Verkehrsstromes von den Startpunkten zu den Zielpunkten geroutet. Dabei werden von den Startpunkten zu den Zielpunkten die Routen mit den kürzesten Fahrzeiten gewählt. Gleichzeitig wird ausgehende von vorgegebenen Verkehrsbelastungen der Kanten die Verkehrsbelastungen der Kanten erhöht und bei der nächsten Routenplanung berücksichtigt. Anschließend wird ein nächster Anteil des Verkehrsstromes von den Startpunkten zu den Zielpunkten geroutet und die Verkehrsbelastung der Kanten erhöht. Nach jedem Routingvorgang wird eine Verkehrsbelastung der Kanten ermittelt. Die neue Verkehrsbelastung der Kanten wird bei der Wahl der schnellsten Route berücksichtigt. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis der gesamte Verkehrsstrom von den Startpunkten zu den Zielpunkten geroutet ist. Beispielsweise kann der Verkehrsstrom z. B. in 10% Teilen oder in 20% Teilen schrittweise verteilt werden. Anschließend wird die Gesamtverkehrsbelastung der Kanten ermittelt. Dabei können die Kanten unterschiedliche Verkehrsbelastungen aufweisen.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Gesamtverkehrsbelastung der Kanten um einen ersten Anteil des Verkehrsstromes von den Startpunkten zu den Zielpunkten reduziert und es werden reduzierte Gesamtverkehrsbelastungen für die Kanten ermittelt. Anschließend wird der erste Anteil des Verkehrsstromes wieder über das Verkehrsnetz von den Startpunkten zu den Zielpunkten geroutet, wobei die reduzierte Gesamtverkehrsbelastung der Kanten für die Wahl der schnellsten Routen berücksichtigt wird. Dieser Vorgang wird für alle Anteile des Verkehrsstromes durchgeführt. Somit wird in mehreren Iterationsschritten der gesamte Verkehrsstrom zweimal auf das Verkehrsnetz verteilt und geroutet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann nach einer zweimaligen Verteilung gemäß dem beschriebenen Verfahren die ermittelte Verkehrsbelastung der Kanten als endgültige Verkehrsbelastung für eine Routenplanung eines Verkehrsteilnehmers verwendet werden.
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Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann der Verkehrsstrom jedoch auch öfter als zweimal nach dem beschriebenen Verfahren geroutet werden. Versuche haben gezeigt, dass sich nach einem zweiten erneuten iterativen anteiligen Verteilen des Verkehrsstromes die Verkehrsbelastungen der Kanten nur unwesentlich ändern.
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Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann beim Start des Verfahrens eine vorgegebene Verkehrsbelastung der Kanten verwendet werden. Die anfängliche Verkehrsbelastung der Kanten kann mit dem Wert Null anfangs belegt sein. Weiterhin können abhängig von der verwendeten Ausführungsform Informationen über eine tatsächliche vorliegende Verkehrsbelastung der Kanten mithilfe eines Detektors erfasst werden. Auf diese Weise kann eine Präzisierung des verwendeten Verkehrsaufkommens oder der ermittelten Verkehrsbelastung erreicht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die gemessene Verkehrsbelastung einer Kante wenigstens teilweise bei der verwendeten Verkehrsbelastung für die Kante bei dem beschriebenen Verfahren verwendet werden. Beispielsweise kann die Gesamtverkehrsbelastung einer Kante anhand der gemessenen Verkehrsbelastung wenigstens anteilig korrigiert oder sogar durch die gemessene Verkehrsbelastung ersetzt werden.
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Mithilfe des beschriebenen Verfahrens kann beispielsweise eine Routenplanung mithilfe der ermittelten endgültigen Verkehrsbelastung der Kanten präziser berechnet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die ermittelte Verkehrsbelastung der Kanten von einem Steuerverfahren für eine Signalanlage eines Knotens verwendet werden. Dadurch wird eine verbesserte Verkehrsführung mithilfe der Signalanlage erreicht.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine tatsächliche Reisezeit zwischen zwei Knoten und/oder zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt des Verkehrsnetzes bei dem beschriebenen Verfahren berücksichtigt. Die tatsächliche Reisezeit kann von einem Fahrzeug bereitgestellt werden, das auf den Kanten zwischen den Knoten fährt und/oder zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt fährt. Insbesondere kann dadurch die Verkehrsbelastung der Kanten präzisiert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die mithilfe des beschriebenen Verfahrens ermittelte Verkehrsbelastung für eine Fehlererkennung von Detektoren, die zur Ermittlung einer Verkehrsbelastung vorgesehen sind, eingesetzt werden. Beispielsweise kann die von einem Detektor gemessene Verkehrsbelastung mit den berechneten Verkehrsbelastungen verglichen werden. Wird eine wesentliche Abweichung zwischen dem gemessenen Wert des Detektors und dem berechneten Wert des Verfahrens erkannt, so wird die Funktionsweise des Detektors als fehlerhaft erkannt. Eine wesentliche Abweichung kann bei 50% oder mehr liegen.
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Mithilfe des beschriebenen Verfahrens kann ein Wordrob-Benutzer-Optimum ermittelt werden. Grundsätzlich können Verkehrsmodelle Onlinedaten aus verschiedenen Quellen berücksichtigen. Neben einfachen Zählwerten von fest installierten Detektoren können beispielsweise noch Flottendaten oder Einzelfahrzeugreisezeiten aus entsprechenden Fahrzeugen berücksichtigt werden. Mit steigender Integration von Onlinedaten wird die berechnete Verkehrslage zwar unabhängiger von der berechneten Verkehrslage, dennoch kann die beschriebene Routenwahlmodellierung weiterhin als Grundlage eines Datenmodells dienen.
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Neben der Darstellung der Onlineverkehrslage ist zusätzlich noch die Berechnung von zeitlichen Prognosen und Szenarien möglich. Dies ist beispielsweise als Grundlage für Optimierungsverfahren für Wechselwegweisungen nutzbar.
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Mithilfe des beschriebenen Verfahrens kann eine Verkehrsmenge auf einer Route simuliert werden. Grundsätzlich kann dabei für jede Netzkante ein Kostenparameter wie z. B. eine Reisezeit in Abhängigkeit von der jeweiligen Verkehrsbelastung, d. h. Verkehrsstärke verwendet werden. Das beschriebene Verfahren kann für verkehrstechnische Berechnungsverfahren eingesetzt werden. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform ein Zwischenergebnis der ermittelten Verkehrsbelastungen der Kanten und/oder des Gesamtverkehrsstromes für jeden Schritt abgespeichert und/oder dargestellt werden.
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4 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Programmablauf für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Bei einem Initialisierungsschritt 100 werden Initialisierungswerte vorgegeben. Dabei wird die Gesamtverkehrsstärke des Verkehrsnetzes Q (n = 0) mit dem Wert 0 vorbelegt. Zudem wird die Verkehrsstärke q (n = 0) für jede Kante mit dem Wert 0 vorbelegt. Anschließend wird eine vorgegebene Menge von Start- und Zielpunktpaaren verwendet. Für die vorgegebene Menge an Start- und Zielpunktpaaren ist für jedes Start- und Zielpunktpaar eine Verkehrsmenge vorgegeben.
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Bei einem ersten Schritt 110 wird für jedes Start-/Zielpunktpaar eine kürzeste Route auf Basis der vorliegenden Verkehrsbelastung der Kanten für einen Anteil der Verkehrsmenge ermittelt. Nach jedem Schritt erhöhen sich die Verkehrsbelastungen der Kanten aufgrund des neu hinzugekommenen Anteils des gerouteten Verkehrs. Somit kann jede Kante unterschiedliche Verkehrsbelastungen aufweisen, abhängig von der gerouteten Anzahl von Fahrzeugen. Dieses Verfahren wird so oft wiederholt, bis das gesamte Verkehrsaufkommen zwischen den Start- und Zielpaaren über die Verkehrskarte geroutet wurde.
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Anschließend wird bei einem Programmpunkt 120 der erste Anteil des Verkehrsaufkommens von der Gesamtverkehrsbelastung abgezogen. Dadurch wird eine reduzierte Gesamtverkehrsbelastung erhalten. Zudem werden reduzierte Verkehrsbelastungen aufgrund des reduzierten Verkehrs für die Kanten der Verkehrskarte berechnet. Anschließend wird der abgezogene Anteil des Verkehrsstromes wieder zwischen den Start- und Zielpunkten unter Berücksichtigung der reduzierten Verkehrsbelastungen der Kanten geroutet und eine endgültige Gesamtverkehrsbelastung ermittelt.
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Dieser Verfahrensschritt wird für alle Anteile des Verkehrsstromes zwischen den Startpunkten und Zielpunkten durchgeführt, bis alle Anteile des Verkehrsstromes zwischen den Start- und Zielpunkten einmal neu verteilt wurden. Dadurch wird eine endgültige Verkehrsbelastung der Kanten und eine endgültige Gesamtverkehrsbelastung des Verkehrsnetzes ermittelt werden.
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Das beschriebene Verfahren kann dazu verwendet werden, um eine Verkehrsbelastung von Kanten eines Verkehrsnetzes abzuschätzen. Dieses Verfahren kann auch für verschiedene Verkehrssysteme, wie z. B. Autos, Züge, Flugzeuge, Schiffe usw. verwendete werden. Die mithilfe dieses Verfahrens ermittelte Verkehrsbelastung der Verkehrskarte kann verwendet werden, um eine Routenplanung für einen Verkehrsteilnehmer zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt durchzuführen. Dabei können auch verschiedene Verkehrsmittel wie z. B. Auto, S-Bahn, Taxi, Zug, Flugzeug, zu-Fuß-Gehen, Radfahren berücksichtigt werden, um eine optimale Route zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt zu ermitteln.
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5 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Recheneinheit 8, die über einen Datenspeicher und über Eingabemittel verfügt. Die Recheneinheit 8 ist mit einem Detektor 9 beispielsweise drahtlos verbunden. Der Detektor 9 ist ausgebildet, um einen Parameter eines Verkehrs, insbesondere eine Anzahl von Fahrzeugen pro Zeiteinheit zu erfassen und an die Recheneinheit zu übermitteln. Die Recheneinheit ist ausgebildet, um das anhand der vorhergehenden Figuren erläuterte Verfahren auszuführen. Die Recheneinheit 8 kann eine Routenempfehlung und/oder eine Verkehrsbelastung eines Verkehrsnetzes auf der Anzeige 10 ausgeben oder drahtlos an Verkehrsteilnehmer oder Signalanlagen übermitteln.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
