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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prognose eines Schaltzustands und/oder eines Schaltzeitpunkts einer Signalanlage zur Verkehrssteuerung, ein Computerprogrammprodukt, ein computerlesbares Speichermedium sowie ein System aus einer solchen Vorrichtung und einem Fahrzeug.
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Signalanlagen, insbesondere Lichtsignalanlagen, werden beispielsweise an Verkehrskreuzungen eingesetzt und können dort einen Verkehr, zum Beispiel einen Straßenverkehr, regeln. Dazu können über Signalgruppen, beispielsweise mittels Lichtern, Halte- oder Fahrtsignale ausgegeben werden. Im Allgemeinen werden solche Signalanlagen mittels einer Steuereinheit gesteuert. Zum Steuern eines Fahrzeugs, welches Teil des Verkehrs ist, werden derzeit entweder die von der Signalanlage ausgegebenen Signale direkt berücksichtigt oder es wird ein Schaltzustand beziehungsweise ein Schaltzeitpunkt der Lichtsignalanlage prognostiziert und diese Prognose bei der Steuerung des Fahrzeugs berücksichtigt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Prognosegüte eines Schaltzustands und/oder eines Schaltzeitpunkts einer Signalanlage zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Ein Verfahren zur Prognose eines Schaltzustands und/oder eines Schaltzeitpunkts einer Signalanlage umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
- - Erfassen von ersten Zustandsdaten und zweiten Zustandsdaten, wobei die ersten Zustandsdaten und zweiten Zustandsdaten Einfluss auf den Schaltzustand und/oder den Schaltzeitpunkt der Signalanlage haben, wobei das Erfassen der ersten Zustandsdaten ein Auslesen von Zustandsdaten eines Signalanlagensteuergeräts der Signalanlage mittels einer Signalanlagenschnittstelle umfasst, wobei das Erfassen der zweiten Zustandsdaten ein Einlesen von über eine Kommunikationsschnittstelle bereitgestellten Zustandsdaten umfasst;
- - Bereitstellen eines Prognosemodells, das eingerichtet ist, eine Prognose des Schaltzeitpunkts und/oder des Schaltzustands der Signalanlage in Abhängigkeit der ersten Zustandsdaten und zweiten Zustandsdaten durchzuführen;
- - Prognostizieren des Schaltzustandes und/oder des Schaltzeitpunkts der Signalanlage mittels des Prognosemodells anhand der ersten Zustandsdaten und zweiten Zustandsdaten; und
- - Ausgeben des prognostizierten Schaltzustandes und/oder Schaltzeitpunktes der Signalanlage.
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Das Verfahren kann insbesondere computerimplementiert sein. Dies bedeutet insbesondere, dass das Verfahren auf einem Computer durchgeführt werden kann. Die ersten Zustandsdaten beziehen sich dabei auf einen Zustand der Signalanlage. Die zweiten Zustandsdaten beziehen sich auf einen Zustand eines an der Signalanlage vorbeifahrenden Fahrzeugs und/oder auf allgemeine Umgebungsdaten.
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Dadurch, dass nur Zustandsdaten berücksichtigt werden, die einen Einfluss auf den Schaltzustand und/oder den Schaltzeitpunkt der Signalanlage haben, kann eine Prognosegüte vorteilhafterweise verbessert werden.
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Unter einer „Signalanlage zur Verkehrssteuerung“ kann im Zusammenhang mit der Erfindung insbesondere eine Lichtsignalanlage zur Steuerung eines Straßenverkehrs verstanden werden. Die Prognose kann insbesondere zur Anzeige einer Restzeit bis zum Schaltzeitpunkt des nächsten Schaltzustands genutzt werden. Außerdem kann auf Basis der Prognose eine Optimierung von Start-Stop-Automatiken für Antriebsmotoren und/oder der Verkehrsregelung durchgeführt werden. Des Weiteren kann die Prognose zur Energierückgewinnung eines Fahrzeugs durch Optimierung der Fahrgeschwindigkeit genutzt werden.
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In einer Ausführungsform umfassen die ersten Zustandsdaten Steuerungsdaten der Signalanlage. Dies können insbesondere Inputdaten und/oder Outputdaten des Signalanlagensteuergeräts sein. Die Inputdaten können dabei beispielsweise Daten von der Signalanlage zugeordneten Detektoren oder Verkehrsdaten, auf die das Signalanlagensteuergerät zugreifen kann, umfassen. Die Outputdaten können beispielsweise einen Signalgruppenzustand, also ob bestimmte Teile der Signalanlage halt- oder fahrtanzeigende Signale ausgeben („Rot“ zeigen, „Gelb“ zeigen oder „Grün“ zeigen) umfassen. Ferner können die Outputdaten auch eine Information über eine Umlaufzeit, eine Umlaufsekunde und/oder einen Zeitstempel umfassen. Durch die Signalanlagenschnittstelle wird vorteilhafterweise ermöglicht, das Verfahren für eine bestehende Signalanlage anzuwenden ohne das Signalanlagensteuergerät austauschen zu müssen. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine Bereitstellungsmöglichkeit für Prognosedaten einer Signalanlage ohne teure Investitionen in die entsprechende Infrastruktur.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird anhand des prognostizierten Schaltzustandes und/oder Schaltzeitpunktes eine Steuerungsempfehlung für die Signalanlage ermittelt und die Steuerungsempfehlung über die Signalanlagenschnittstelle an die Signalanlage beziehungsweise das Signalanlagensteuergerät ausgegeben. Auch hierdurch wird eine kostengünstige Nachrüstung vorhandener Infrastruktur ermöglicht.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird über eine Signalanlagenschnittstelle eine Fernwartung des Signalanlagensteuergeräts durchgeführt. Auch dies ermöglicht eine kostengünstige Nachrüstung der vorhandenen Infrastruktur, beispielsweise wenn sich nach Installation der Signalanlage herausstellt, dass ein alternatives Steuerungsprogramm auf das Signalanlagensteuergerät aufgespielt werden sollte und das Signalanlagensteuergerät eine entsprechende Schnittstelle bereitgestellt.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens umfassen die über die Kommunikationsschnittstelle eingelesenen zweiten Zustandsdaten Daten von externen Sensoren und/oder Daten von internetbasierten Drittanbietern und/oder Daten von Road-Side-Units zum Erhalt von Fahrzeugdaten. Diese genannten Datenquellen können zweite Zustandsdaten bereitstellen, die einen Einfluss auf den Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt haben. Durch die Bereitstellung dieser Daten kann eine Prognosegüte der Prognose von Schaltzeitpunkt und/oder Schaltzustand weiter verbessert werden.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der prognostizierte Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt an ein Fahrzeug ausgegeben. Es kann vorgesehen sein, dass der prognostizierte Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt an mehrere Fahrzeuge ausgegeben wird. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Information über zukünftige Schaltzustände und/oder Schaltzeitpunkte der Signalanlage den Fahrzeugen zur Verfügung gestellt werden und ein Fahrer des Fahrzeugs schon vor Umschalten der Signalanlage entsprechend reagieren.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Konfidenzintervall für den prognostizierten Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt ausgegeben. Dies ermöglicht, neben der Prognose auch eine Information über eine Prognosegüte auszugeben und eine aufgrund der Prognose vorgenommene Steuerung anhand der Prognosegüte anzupassen.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Erfassen der ersten Zustandsdaten und/oder zweiten Zustandsdaten nach einer vorgegebenen Zeitdauer wiederholt. Die vorgegebene Zeitdauer beträgt dabei maximal fünf Sekunden, bevorzugt maximal eine Sekunde und insbesondere bevorzugt maximal eine Zehntelsekunde. Dadurch wird vorteilhafterweise eine Prognose des Schaltzustands und/oder Schaltzeitpunkts nahezu in Echtzeit ermöglicht, wodurch viele zukünftige Anwendungen wie beispielsweise die Verwendung des prognostizierten Schaltzustands und/oder Schaltzeitpunkts in Fahrzeugen, die zum automatisierten Fahren eingerichtet sind, erst ermöglicht werden.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Bereitstellen des Prognosemodells über eine Cloud-Schnittstelle von einer zentralen Recheneinheit. Dadurch kann eine einfache Bereitstellung des Prognosemodells erreicht werden.
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In einer Ausführungsform werden die ersten Zustandsdaten und/oder zweiten Zustandsdaten über die Cloud-Schnittstelle an die zentrale Recheneinheit ausgegeben. Dies ermöglicht die Weitergabe der Zustandsdaten der Signalanlage über die zentrale Recheneinheit an weitere Signalanlagen, wobei die Zustandsdaten der Signalanlage zur Erstellung einer Prognose des Schaltzustands oder Schaltzeitpunkts weiterer Signalanlagen verwendet werden können.
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Dabei kann es vorgesehen sein, dass das Prognosemodell mittels der über die Cloud-Schnittstelle an die zentrale Recheneinheit weitergegebenen Zustandsdaten trainiert wird und das Ergebnis dieses Trainingsprozesses über die Cloud-Schnittstelle als Prognosemodell bereitgestellt wird. Dadurch kann der rechenintensive Vorgang des Trainierens des Prognosemodells an die zentrale Recheneinheit mit großer Rechenleistung ausgelagert werden.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens kann über die Cloud-Schnittstelle ein Abbruchbefehl empfangen werden. Nach Empfang des Abbruchbefehls wird die Ausgabe des prognostizierten Schaltzustandes und/oder Schaltzeitpunktes der Signalanlage beendet. Dadurch kann, wenn durch die zentrale Recheneinheit festgestellt wird, dass das Prognosemodell unzureichend ist, eine Ausgabe der mittels des unzureichenden Prognosemodells berechneten Schaltzustände beziehungsweise Schaltzeitpunkte unterbunden werden.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens kann nach dem Empfang des Abbruchbefehls ein Wiederaufnahmebefehl über die Cloud-Schnittstelle empfangen und nach Empfang des Wiederaufnahmebefehls die Ausgabe des prognostizierten Schaltzustandes und/oder Schaltzeitpunktes der Signalanlage wieder aufgenommen werden. Dies ermöglicht, die Ausgabe des prognostizierten Schaltzustandes und/oder Schaltzeitpunktes der Signalanlage wieder aufzunehmen, beispielsweise wenn ein verbessertes Prognosemodell bereitgestellt wurde oder wenn festgestellt wurde, dass die vorhandenen ersten Zustandsdaten und zweiten Zustandsdaten kein verbessertes Prognosemodell ermöglichen.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Prognosemodell mittels der ersten Zustandsdaten und zweiten Zustandsdaten trainiert. Dies ermöglicht eine sukzessive Verbesserung des Prognosemodells ohne auf einen Zugriff auf die zentrale Recheneinheit angewiesen zu sein.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Prognosemodell datengetrieben. In einem datengetriebenen Prognosemodell können insbesondere viele Zustandsdaten über einen längeren Zeithorizont ausgewertet und mit in der Vergangenheit liegenden Schaltzuständen und/oder Schaltzeitpunkten korreliert werden, um so eine Verbesserung des Prognosemodells zu erreichen. Das datengetriebene Prognosemodell kann insbesondere eine konstante Menge an Eingangsgrößen benötigen. Somit können Zustandsdaten von einer Vielzahl an Verkehrsteilnehmern in Verkehrsflussdaten, die von der Anzahl der Verkehrsteilnehmer, von denen Zustandsdaten erfasst werden, unabhängig sind, transformiert und derart dem datengetriebenen Prognosemodell übergeben werden. Das datengetriebene Prognosemodell kann insbesondere als Neuronales Netz, wie z.B. als rekurrentes Neuronales Netz, ausgebildet sein. Neuronale Netze sind insbesondere parametrische Funktionen, die datengetrieben über (stochastische) Gradientenabstiegsverfahren trainiert werden können. Ein rekurrentes Neuronales Netz ermöglicht insbesondere eine integrierte Prognose eines Schaltzustandes und eines Schaltzeitpunktes. Die Zustandsdaten können dabei sowohl die ersten Zustandsdaten als auch die zweiten Zustandsdaten umfassen.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Fahrzeug anhand des prognostizierten Schaltzustandes und/oder Schaltzeitpunktes gesteuert. Das Steuern des Fahrzeugs kann dabei insbesondere eine automatisiert ausgeführte Lenkbewegung und/oder eine automatisiert ausgeführte Beschleunigung des Fahrzeugs umfassen. Unter Beschleunigung ist hierbei sowohl eine positive als auch eine negative Geschwindigkeitsänderung zu verstehen, also ist auch ein Abbremsen des Fahrzeugs vom Begriff Beschleunigung umfasst.
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Die Erfindung umfasst ferner eine Vorrichtung mit einer Recheneinheit, wobei die Recheneinheit eingerichtet ist, eines der erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen. Die Vorrichtung weist dazu eine Signalanlagenschnittstelle auf, mit der auf ein Signalanlagensteuergerät zugegriffen werden kann, um die ersten Zustandsdaten zu erfassen. Zusätzlich weist die Vorrichtung eine Kommunikationsschnittstelle auf, wobei zweite Zustandsdaten wie beispielsweise Daten externer Sensoren und/oder Daten von internetbasierten Drittanbietern und/oder Daten von Road-Side-Units über die Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt werden. Ferner kann die Vorrichtung eine Cloud-Schnittstelle aufweisen, wobei das Prognosemodell über die Cloud-Schnittstelle bereitgestellt werden kann und die Vorrichtung eingerichtet sein kann, die Zustandsdaten an eine zentrale Recheneinheit über die Cloud-Schnittstelle weiterzugeben. Die Vorrichtung kann insbesondere zum Erweitern einer bestehenden Signalanlage mit einem bestehenden Signalanlagensteuergerät verwendet werden. Alternativ kann die Vorrichtung auch dem Signalanlagensteuergerät zugeordnet sein und beispielsweise als eigene Platine des Signalanlagensteuergeräts ausgestaltet sein. Die Cloud-Schnittstelle kann dabei als Funkmodul ausgestaltet sein, wobei der Begriff Funkmodul alle gängigen drahtlosen Datenübertragungsmöglichkeiten umfassen soll. Insbesondere kann die Cloud-Schnittstelle als LTE-Modem oder WLAN-Schnittstelle ausgestaltet sein. Die Kommunikationsschnittstelle kann ebenfalls als Funkmodul ausgestaltet sein. Dabei kann es vorgesehen sein, dass Kommunikationsschnittstelle und Cloud-Schnittstelle dasselbe Funkmodul abwechselnd oder gleichzeitig nutzen. Die Kommunikationsschnittstelle kann aber auch eine drahtgebundene Schnittstelle sein, insbesondere zu einer im Bereich der Signalanlage aufgestellten Road-Side-Unit zum Erhalt von Fahrzeugdaten oder zu externen Sensoren. Die Signalanlagenschnittstelle kann ebenfalls drahtgebunden, aber auch über Funk ausgestaltet sein.
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Die Erfindung umfasst ferner ein Computerprogrammprodukt, umfassend Programmcode, wobei ein Ausführen des Programmcodes auf einer Recheneinheit die Recheneinheit zur Durchführung des Verfahrens veranlasst. Die Erfindung umfasst ferner ein computerlesbares Speichermedium mit einem solchen Computerprogrammprodukt.
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Die Erfindung umfasst außerdem ein System aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einem Fahrzeug. Das Fahrzeug ist dabei eingerichtet, den prognostizierten Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt zu empfangen und weist eine Fahrzeugsteuerung auf, die eingerichtet ist, anhand des Schaltzustandes und/oder Schaltzeitpunktes eine Fahrzeugbewegung des Fahrzeugs zu steuern. Die Fahrzeugbewegung kann dabei insbesondere eine Lenkbewegung und/oder eine Beschleunigung des Fahrzeugs umfassen, wobei der Begriff Beschleunigung wiederum wie oben bereits beschrieben definiert sein soll.
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Alternativ kann das Fahrzeug eine Anzeigevorrichtung aufweisen, mit der eine Information über den prognostizierten Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt an einen Fahrer des Fahrzeugs ausgegeben werden kann.
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Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Evaluieren eines Prognosemodells, mit den folgenden Schritten:
- - Bereitstellen eines bisherigen Prognosemodells, wobei das bisherige Prognosemodell über eine Recheneinheitsschnittstelle an eine Vorrichtung ausgegeben wird;
- - Einlesen von ersten Zustandsdaten und/oder zweiten Zustandsdaten in eine zentrale Recheneinheit über die Recheneinheitsschnittstelle;
- - Vergleich eines mittels des bisherigen Prognosemodells berechneten Schaltzustandes und/oder Schaltzeitpunkts mit einem tatsächlichen Schaltzustandes und/oder Schaltzeitpunkts;
- - Ausgeben eines Abbruchbefehls über die Recheneinheitsschnittstelle, wenn der berechnete Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt zu stark vom tatsächlichen Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt abweicht.
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Dieses Evaluationsverfahren kann eingesetzt werden, wenn beispielsweise eine oder mehrere Signalanlagen in einem Verkehrsnetz vorhanden ist/sind und der oder den Signalanlagen zugeordnete erste Zustandsdaten und zweite Zustandsdaten an die zentrale Recheneinheit übermittelt werden, nachdem zunächst ein Prognosemodell durch die zentrale Recheneinheit bereitgestellt wurde. Ergibt sich nun, dass ein mittels des bisherigen Prognosemodells berechneter Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt von einem tatsächlichen Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt abweicht, kann es sinnvoll sein, die Ausgabe des prognostizierten Schaltzustandes und/oder Schaltzeitpunktes der Signalanlage zu unterbrechen. Dies kann von der zentralen Recheneinheit dadurch ausgelöst werden, dass der Abbruchbefehl ausgegeben wird.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird anschließend das Prognosemodell anhand der ersten Zustandsdaten und/oder zweiten Zustandsdaten trainiert, wobei nach dem Trainieren des Prognosemodells dieses in einem Speicher abgelegt wird. Dies ermöglicht, mittels der aktuellen Zustandsdaten ein neu trainiertes Prognosemodell bereitzustellen.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird überprüft, ob das neu trainierte Prognosemodell besser geeignet ist, den Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt zu prognostizieren als das bisherige Prognosemodell. Anschließend werden das trainierte Prognosemodell und ein Wiederaufnahmebefehl über die Recheneinheitsschnittstelle ausgegeben, wenn das trainierte Prognosemodell besser geeignet ist, den Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt zu prognostizieren als das bisherige Prognosemodell. Ist das trainierte Prognosemodell schlechter geeignet, den Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt zu prognostizieren als das bisherige Prognosemodel, wird ein Wiederaufnahmebefehl über die Recheneinheitsschnittstelle ausgegeben.
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Das Prognosemodell kann datengetrieben sein. Das datengetriebene Prognosemodell kann insbesondere als neuronales Netz ausgebildet sein.
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Auch dieses Verfahren zum Trainieren eines Prognosemodells kann in Form eines Computerprogrammprodukts oder computerlesbaren Speichermediums umgesetzt werden. Ferner kann eine zentrale Recheneinheit eingerichtet sein, dieses Verfahren durchzuführen.
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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 durch die Erläuterungen der folgenden, stark vereinfachten, schematischen Darstellungen bevorzugter Ausführungsbeispiele. Hierbei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
- 1 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 2 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 3 ein Fahrzeug; und
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Evaluationsverfahrens.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm 100 eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Prognose eines Schaltzustands und/oder eines Schaltzeitpunkts einer Signalanlage. In einem Erfassungsschritt 101 werden erste Zustandsdaten und zweite Zustandsdaten erfasst, wobei die im Erfassungsschritt 101 erfassten ersten Zustandsdaten und zweiten Zustandsdaten Einfluss auf den Schaltzustand und/oder den Schaltzeitpunkt haben. Das Erfassen der ersten Zustandsdaten umfasst ein Auslesen von Zustandsdaten eines Signalanlagensteuergeräts der Signalanlage mittels einer Signalanlagenschnittstelle. Das Erfassen der zweiten Zustandsdaten umfasst ein Einlesen von über eine Kommunikationsschnittstelle bereitgestellten Zustandsdaten. In einem anschließenden Bereitstellungsschritt 102 wird ein Prognosemodell bereitgestellt, das eingerichtet ist, eine Prognose des Schaltzeitpunkts und/oder des Schaltzustands der Signalanlage in Abhängigkeit der ersten Zustandsdaten und zweiten Zustandsdaten durchzuführen. In einem daran anschließenden Prognoseschritt 103 wird der Schaltzustand und/oder der Schaltzeitpunkt der Signalanlage mittels des Prognosemodells anhand der ersten Zustandsdaten und zweiten Zustandsdaten prognostiziert. In einem daran anschließenden Ausgabeschritt 104 wird der prognostizierte Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt der Signalanlage ausgegeben. Ebenfalls in 1 dargestellt sind drei weitere optionale Verfahrensschritte 105, 106, 107. In einem Steuerschritt 106 wird ein Fahrzeug anhand des prognostizieren Schaltzustands und/oder Schaltzeitpunkts der Signalanlage gesteuert. In einem Trainingsschritt 105 wird das Prognosemodell anhand der erfassten ersten Zustandsdaten und/oder zweiten Zustandsdaten trainiert. Dabei kann es vorgesehen sein, dieses Training in jedem Fall durchzuführen, so dass der Trainingsschritt 105 direkt nach dem Ausgabeschritt 104 durchgeführt wird. Dies ist mittels eines gestrichelten Pfeils vom Ausgabeschritt 104 zum Trainingsschritt 105 angedeutet. Im Trainingsschritt können die im Erfassungsschritt 101 erfassten ersten Zustandsdaten und zweiten Zustandsdaten zum Training des Prognosemodells verwendet werden. Das neu trainierte Prognosemodell kann dann im Bereitstellungsschritt 102 bereitgestellt werden. Alternativ, wie in 1 mittels durchgehenden Pfeilen dargestellt, kann zunächst ein Evaluationsschritt 107 durchgeführt werden, bei dem evaluiert wird, ob ein mittels des bisherigen Prognosemodells berechneter Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt mit einem tatsächlichen Schaltzustandes und/oder Schaltzeitpunkts übereinstimmt und der Trainingsschritt 105 nur ausgeführt wird, wenn dies nicht der Fall ist. Dabei kann es vorgesehen sein, sowohl einen tatsächlichen Schaltzustandes und/oder Schaltzeitpunkts mit einem berechneter Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt zu vergleichen oder mehrere tatsächliche Schaltzustände und/oder Schaltzeitpunkte mit mehreren berechneten Schaltzuständen und/oder Schaltzeitpunkten zu vergleichen. Hierzu kann auf die im Erfassungsschritt 101 erfassten ersten Zustandsdaten und zweiten Zustandsdaten zurückgegriffen werden.
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2 zeigt eine Vorrichtung 200 zur Durchführung des in 1 dargestellten Verfahrens. Die Vorrichtung 200 umfasst eine Recheneinheit 201. Ferner umfasst die Vorrichtung 200 eine Signalanlagenschnittstelle 202, mit der die Vorrichtung 200 mit einem Signalanlagensteuergerät 111 einer Signalanlage 110 verbunden ist. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung 200 mehrere Kommunikationsschnittstellen 203. Eine Kommunikationsschnittstelle 203 ist mit einem externen Sensor 210 verbunden. Eine weitere Kommunikationsschnittstelle 203 ist mit einem internetbasierten Drittanbieter 211 verbunden. Eine weitere Kommunikationsschnittstelle 203 ist mit einer Road-Side-Unit 230 verbunden. Über eine Cloud-Schnittstelle 204 ist die Vorrichtung 200 mit einer externen zentralen Recheneinheit 220 verbunden. Die zentrale Recheneinheit 220 weist hierfür eine Recheneinheitstelle 223 sowie einen Prozessor 221 und einen Speicher 222 auf. Die Verbindung der Kommunikationsschnittstelle 203 zum externen Sensor 210 ist als drahtgebundene Verbindung dargestellt, ebenso die Verbindung der Kommunikationsschnittstelle 203 zur Road-Side-Unit 230. Die Verbindung zum internetbasierten Drittanbieter 211 ist als Funkverbindung dargestellt. Alternativ können die Kommunikationsverbindungen der Kommunikationsschnittstellen 203 jeweils drahtgebunden oder drahtlos sein, beide Varianten sollen jeweils vom Schutzumfang der Erfindung abgedeckt sein. Die Kommunikationsschnittstellen 203 können auch zusammen als eine Kommunikationsschnittstelle, beispielsweise zum Internet, ausgestaltet sein. Ebenso kann die Cloud-Schnittstelle 204 und eine oder mehrere der Kommunikationsschnittstellen 203 als eine physikalische Schnittstelle ausgestaltet sein. Die Road-Side-Unit 230 ist mittels Funkverbindung mit einem Fahrzeug 240 verbunden. Dadurch können Fahrzeugdaten des Fahrzeugs 240 an die Road-Side-Unit 230 und über die Kommunikationsschnittstelle 203 an die Vorrichtung 200 weitergegeben werden.
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Das Erfassen der ersten Zustandsdaten im Erfassungsschritt 101 beinhaltet ein Auslesen der ersten Zustandsdaten des Signalanlagensteuergeräts 111 mittels der Signalanlagenschnittstelle 202. Dadurch können erste Zustandsdaten, die dem Signalanlagensteuergerät 111 zur Steuerung der Signalanlage 110 vorliegen, zur Prognose des Schaltzustands beziehungsweise Schaltzeitpunkts genutzt werden. Die ersten Zustandsdaten können dabei Steuerungsdaten der Signalanlage 110 umfassen und beispielsweise Daten eines Signalanlagendetektors 112, der mit dem Signalanlagensteuergerät 111 verbunden ist, beinhalten. Der Signalanlagendetektor 112 kann dabei eingerichtet sein, einen Verkehrsfluss, Fahrzeuge oder andere Daten im Bereich der Signalanlage 110 zu erfassen. Das Signalanlagensteuergerät 111 kann eingerichtet sein, anhand dieser Daten des Signalanlagendetektors 112 Schaltzyklen, Schaltzustände und/oder Schaltzeitpunkte der Signalanlage 110 zu verändern. Die Steuerungsdaten können zusätzlich weitere, dem Signalanlagensteuergerät 111 zur Verfügung stehende Daten umfassen, beispielsweise Daten, die dem Signalanlagensteuergerät 111 über das Internet bereitgestellt werden. Ferner können die Signalanlagensteuerungsdaten auch Outputdaten wie beispielsweise die Schaltzustände der Signalanlage 110 beinhalten.
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Das Erfassen der zweiten Zustandsdaten im Erfassungsschritt 101 beinhaltet ein Einlesen von über eine der Kommunikationsschnittstellen 203 bereitgestellten zweiten Zustandsdaten, beispielsweise von einem externen Sensor 210 und/oder dem internetbasierten Drittanbieter 211 und/oder der Road-Side-Unit 230.
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In einem Ausführungsbeispiel wird anhand des prognostizierten Schaltzustands und/oder Schaltzeitpunkts eine Steuerungsempfehlung für die Signalanlage 110 ermittelt und die Steuerungsempfehlung über die Signalanlagenschnittstelle 202 an die Signalanlage 110 und insbesondere das Signalanlagensteuergerät 111 ausgegeben.
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In einem Ausführungsbeispiel kann über die Signalanlagenschnittstelle 202 eine Fernwartung des Signalanlagensteuergeräts 111 durchgeführt werden.
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Insgesamt kann dabei vorgesehen sein, die über die Signalanlagenschnittstelle 202 und/oder die Kommunikationsschnittstellen 203 bereitgestellten ersten Zustandsdaten und zweiten Zustandsdaten in das Prognosemodell der Vorrichtung 200 einzuarbeiten und anhand dieser ersten Zustandsdaten und zweiten Zustandsdaten den prognostizieren Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt zu ermitteln. Dabei kann es vorgesehen sein, dass das Prognosemodell anhand von früher aufgenommenen oder von früheren erfassten ersten Zustandsdaten und zweiten Zustandsdaten entsprechend trainiert wurde.
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Das Bereitstellen des Prognosemodells im Bereitstellungsschritt 102 kann mittels Übertragung über die Cloud-Schnittstelle 204 von der zentralen Recheneinheit 220 erfolgen. Dabei kann es vorgesehen sein, die im Erfassungsschritt 101 ermittelten ersten Zustandsdaten und zweiten Zustandsdaten über die Cloud-Schnittstelle 204 an die zentrale Recheneinheit 220 weiterzugeben und das Training des Prognosemodells auf der zentralen Recheneinheit 220 durchzuführen. Dies ermöglicht insbesondere, der der Vorrichtung 200 zugeordneten Recheneinheit 220 eine geringere Rechenleistung zur Verfügung zu stellen und die zentrale Recheneinheit 220 mit einem starken Prozessor 221 auszustatten. Alternativ kann das Training des Prognosemodells auch durch die Recheneinheit 201 der Vorrichtung 200 erfolgen.
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In einem Ausführungsbeispiel wird von der Vorrichtung 200 über die Cloud-Schnittstelle 204 ein Abbruchbefehl empfangen und nach Empfang des Abbruchbefehls die Ausgabe des prognostizierten Schaltzustandes und/oder Schaltzeitpunktes der Signalanlage 110 beendet. In einem Ausführungsbeispiel wird nach dem Empfang des Abbruchbefehls ein Wiederaufnahmebefehl über die Cloud-Schnittstelle 204 empfangen und nach Empfang des Wiederaufnahmebefehls die Ausgabe des prognostizierten Schaltzustandes und/oder Schaltzeitpunktes der Signalanlage 110 wieder aufgenommen.
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In einem Ausführungsbeispiel wird der prognostizierte Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt im Ausgabeschritt 104 an ein Fahrzeug 240 ausgegeben. Dies kann beispielsweise über die Road-Side-Unit 230, aber auch über andere Kommunikationswege erfolgen.
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In einem Ausführungsbeispiel wird ein Konfidenzintervall für den prognostizieren Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt im Ausgabeschritt 104 ebenfalls mitausgegeben, wodurch eine zusätzliche Information über die Prognosegüte zur Verfügung steht.
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In einem Ausführungsbeispiel erfolgt das Erfassen der ersten Zustandsdaten und/oder zweiten Zustandsdaten im Erfassungsschritt 101 und wird nach einer vorgegebenen Zeitdauer wiederholt. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die vorgegebene Zeitdauer maximal fünf Sekunden, bevorzugt maximal eine Sekunde und insbesondere bevorzugt maximal eine Zehntelsekunde beträgt. Dadurch stehen hinreichend genaue Zustandsdaten, beziehungsweise Zustandsdaten mit einer hinreichend guten Zeitauflösung zur Verfügung, mit denen der Prognoseschritt 103 durchgeführt werden kann. Ferner kann die gute Zeitauflösung der Zustandsdaten beim Trainieren des Prognosemodells hilfreich sein.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Prognosemodell datengetrieben. Das datengetriebene Prognosemodell kann dabei insbesondere als neuronales Netz ausgebildet sein.
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Auf der Recheneinheit 201 der Vorrichtung 200 läuft ein Computerprogramm, umfassend Programmcode, ab, wobei das Ausführen des Programmcodes die Recheneinheit 201 dazu veranlasst, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
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Die Signalanlagenschnittstelle 202, die Kommunikationsschnittstellen 203 und die Cloud-Schnittstelle 204 sind in 2 als jeweils einzelne Schnittstellen dargestellt, können jedoch als eine einzige Schnittstelle ausgestaltet sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Signalanlagenschnittstelle 202 dazu dient, die Vorrichtung 200 dem Signalanlagensteuergerät 111 einer bestehenden Signalanlage 110 zuzuordnen und somit eine kostengünstige Möglichkeit darstellt, der Signalanlage 110 eine Vorrichtung zur Erstellung einer Schaltzeitpunktsbeziehungsweise Schaltzustandsprognose zuzuordnen. Dadurch kann bestehende Straßeninfrastruktur kostengünstig an die bestehenden Kommunikationserfordernisse angepasst werden.
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3 zeigt ein Fahrzeug 240, welches eine Fahrzeugkommunikationsschnittstelle 241, eine Fahrzeugrecheneinheit 242 sowie eine Vorrichtung zum automatisierten Ausführen einer Fahrfunktion 243 und eine Anzeigevorrichtung 244 aufweist. Die Vorrichtung zum automatisierten Ausführen einer Fahrfunktion 243 und die Anzeigevorrichtung 244 können dabei beide vorgesehen sein oder es kann vorgesehen sein, eine der beiden Vorrichtungen wegzulassen. Über die Anzeigevorrichtung 244 kann der prognostizierte Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt ausgegeben werden und somit einem Fahrer des Fahrzeugs 240 zur Verfügung gestellt werden. Über die Vorrichtung zum automatisierten Ausführen einer Fahrfunktion 243 kann eine Fahrzeugbewegung des Fahrzeugs 240 gesteuert werden, wobei die Fahrzeugbewegung eine Lenkbewegung und/oder einer Beschleunigung des Fahrzeugs 240 umfassen kann. Beschleunigung umfasst hierbei wiederum eine Erhöhung, aber auch eine Verminderung einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 240.
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Die Erfindung umfasst ebenfalls ein System, bestehend aus der Vorrichtung 200 der 2 und dem Fahrzeug 240 der 3.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm 300 eines Verfahrens zum Evaluieren eines Prognosemodells. In einem Bereitstellungsschritt 301 wird ein bisheriges Prognosemodells bereitgestellt, wobei das bisherige Prognosemodell über eine Recheneinheitsschnittstelle 223 an eine Vorrichtung 200 ausgegeben wird. In einem daran anschließenden Einleseschritt 302 werden erste Zustandsdaten und/oder zweite Zustandsdaten in eine zentrale Recheneinheit 220 über die Recheneinheitsschnittstelle 223 eingelesen. In einem anschließenden Vergleichsschritt 303 wird ein mittels des bisherigen Prognosemodells berechneter Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt mit einem tatsächlichen Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt verglichen. Daran anschließend wird in einem Ausgabeschritt 304 ein Abbruchbefehl über die Recheneinheitsschnittstelle 223 ausgegeben, wenn der berechnete Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt zu stark vom tatsächlichen Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt abweicht.
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In einem Ausführungsbeispiel wird nicht nur ein berechneter Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt mit einem tatsächlichen Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt verglichen, sondern mehrere tatsächliche Schaltzustände und/oder Schaltzeitpunkte mit mehreren berechneten Schaltzuständen und/oder Schaltzeitpunkten verglichen.
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Ebenfalls in 4 dargestellt ist ein optionaler Trainingsschritt 305. Im Trainingsschritt 305 wird das Prognosemodell anhand der ersten Zustandsdaten und/oder zweiten Zustandsdaten trainiert, wobei nach dem Trainieren des Prognosemodells ein neu trainiertes Prognosemodell im Speicher 222 abgelegt wird. Zusätzlich ist ein optionaler Überprüfungsschritt 306 gezeigt, in dem überprüft wird, ob das neu trainierte Prognosemodell besser geeignet ist, den Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt zu prognostizieren als das bisherige Prognosemodell. Anschließend wird im Überprüfungsschritt entweder das neu trainierte Prognosemodell und ein Wiederaufnahmebefehl über die Recheneinheitsschnittstelle (223) ausgegeben, wenn das trainierte Prognosemodell besser geeignet ist, den Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt zu prognostizieren als das bisherige Prognosemodell oder es wird ein Wiederaufnahmebefehl über die Recheneinheitsschnittstelle (223) ausgegeben, wenn das trainierte Prognosemodell schlechter geeignet ist, den Schaltzustand und/oder Schaltzeitpunkt zu prognostizieren als das bisherige Prognosemodel.
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Auf der zentralen Recheneinheit 220 läuft ein Computerprogramm, umfassend Programmcode, ab, wobei das Ausführen des Programmcodes die Recheneinheit 220 dazu veranlasst, das in 4 dargestellte Verfahren durchzuführen.
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Obwohl die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen genauer erläutert wurde, ist sie nicht auf diese beschränkt. Es können insbesondere Kombinationen der gezeigten Merkmale vom Fachmann vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
