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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Verkehrsüberwachung und -steuerung von Fahrzeugen in einem Straßennetz, bei dem mittels eines Routen-Service prognostizierte mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi für jeweilige Streckenabschnitte Si einer jeweiligen von einem jeweiligen Startpunkt zu einem jeweiligen Zielpunkt verlaufenden Route innerhalb eines Routenkorridors des Straßennetzes bereitgestellt werden.
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Verkehrsfluss-Geschwindigkeitsvorhersagen, kurz Verkehrsflussvorhersagen, für Straßen, damit verbunden prognostizierte mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten v für ein Abfahren eines kompletten Straßenabschnittes, sind Informationen, die bei Routenberechnungen von einem Startpunkt über ggfs. Zwischenpunkte zu einem Zielpunkt genutzt werden, um mit einer Routenberechnungseinheit, im Folgenden auch Routingeinheit genannt, eine geeignete Route berechnen zu können, die i.d.R. möglichst schnell an den Zielpunkt führt, indem sie ungünstige Verkehrsflüsse, wie bspw. Staus berücksichtigt. Inwieweit ein Fortkommen behindernde Verkehrssituationen berücksichtigt werden, hängt von jeweiligen Optionen ab, die bei einer Routenanfrage durch einen jeweiligen Fahrer eines die Route anfragenden Fahrzeugs angegeben werden. Insbesondere bei einer hohen Priorität der Option „Schnellste Route“ kann die Verkehrssituation entlang möglicher Wege zum Zielpunkt im Extremfall maximal berücksichtigt werden. Die Routingeinheit liefert unter anderem Manöver bis zum Zielpunkt und eine Ankunftszeit oder eine Dauer beim Befahren einer jeweiligen Route bis zum Zielpunkt. Bei allen Routingeinheiten sind aber die mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten v immer zu berücksichtigen, da man zumindest immer einen größeren Stau berücksichtigen will und muss.
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Wird eine Route initial durch die jeweilige Routingeinheit ermittelt oder während einem Abfahren der Route überprüft und erneut ermittelt, so liefern die bekannten Verkehrsflussvorhersagen, aus aktuellen Positionen von jeweiligen Fahrzeugen und von ihnen erhobenen Bewegungsinformationen, aus Überwachungssystemen an Straßen, aus Prognosen abgeleitet aus früheren vergleichbaren Situationen, wie Tageszeit oder Arbeitstag/Feiertag, aus Straßen- oder Spurensperrungen, aus Baustelleninformationen, aus einer gewichteten Kombination der vorhergehenden Informationen, sehr gute Informationen für eine kurze Zeitspanne nach der Routenanfrage, also somit auch für eine begrenzte Strecke von einer aktuellen jeweiligen Fahrzeugposition zum Zeitpunkt der Routenanfrage aus gesehen. Je weiter der Punkt auf der Route entfernt ist, desto ungenauer wird im statistischen Mittel die Vorhersage des Verkehrsflusses im Umkreis dieses Punktes.
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Diese generelle „je desto“-Tendenz in Abhängigkeit einer fahrtstreckenmäßigen und/oder zeitlichen Entfernung einer Position vom Startpunkt wird im statistischen Mittel auf alle Situationen bezogen immer vorliegen.
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Im Folgenden wird der Begriff „Route“ bzw. „Routen“ auch für Routenführungen verwendet. Eine geänderte Straßenauswahl bei einem in einer Routingeinheit implementierten Routing Algorithmus basiert letztendlich nur auf einem vorliegenden unveränderlichen Straßennetz und den mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten v seiner Straßen- bzw. Streckenabschnitte S.
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Das Problem, dass je weiter ein Punkt auf einer jeweiligen Route von einem Startpunkt entfernt ist, desto ungenauer eine Vorhersage des Verkehrsflusses im Umkreis dieses Punktes ist, wird seit einiger Zeit in der resultierenden Auswirkung auf eine Qualitätsgrenze der prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten v als notwendigerweise tolerierbar angesehen, da bisher keine Lösungen auffindbar waren, diese „je desto“-Tendenz weiter abzuschwächen. Ferner wird argumentiert, dass bei guten Routingeinheiten bei einer detektierten relevanten Änderung des Verkehrsflusses für eine verbleibende Reststrecke dem jeweiligen Fahrzeug durch eine jeweilige Routenneuanfrage eine korrigierte Route von der aktuellen Routenzwischen-Position des jeweiligen Fahrzeugs bis zum Zielpunkt lieferbar ist, was bei relevanten Veränderungen in den Verkehrsflussvorhersagen auch realisiert wird.
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Bei der üblichen Vorgehensweise tritt allerdings möglicherweise das Problem auf, dass eine Verkehrssituation am Ende einer jeweiligen Route sich im Laufe des Abfahrens der Route erst kurz vor dem Ende derart verändert, bspw. stark verschlechtert oder stark verbessert, dass, wenn diese Veränderung bereits am Routenanfang oder in der Routenmitte bekannt gewesen wäre, die Routingeinheit (der Router) z.B. nicht eine spezielle Autobahn oder eine spezielle Passstraße gewählt hätte, die am Ziel dann zwangsläufig in den z.B. Stau führt. Es hätte z.B. günstiger gewesen sein können, eine andere Hauptroute zu nehmen, die den Zielpunkt von einer anderen Seite, bspw. sogar von hinten, also von einer anderen Himmelsrichtung, anfahren würde. Das beschriebene Problem kann nicht durch die bisherige Vorgehensweise mit Berechnungen auf Basis von jeweils aktuellen Verkehrssituationen gelöst werden, wenn hierzu Berechnungen erfolgen, die in zu großem zeitlichen Abstand erfolgen und/oder auf oft zu schlechten Prognosen basieren, welche nur auf Vergleichen mit alten bekannten Zuständen basieren. Wenn bis zum Zeitpunkt einer Routenanfrage bekannte Verkehrsflusswerte v sich zeitlich z.B. gar nicht ändern, wird auch eine erneute Routenanfrage - an welchem Routenpunkt auch immer ausgelöst - keine verbesserte Routenführung bewirken als die aktuell schon genutzte Routenführung.
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Als markantes Beispiel für den Nachteil von zu schlechter Qualität bei Verkehrsvorhersagen, ggf. gefolgt von einer Wahl einer Routenabzweigung z.T. weit vor dem Zielpunkt, die dann kurz vor dem Zielpunkt in eine ungünstige z.B. Stausituation führt, die dann trotz Routenneuanfragen kurz vor dem Zielpunkt nicht mehr zu umfahren ist, sei folgendes Beispiel genannt:
- Je länger eine Route ist und je spezieller (bis zu unumkehrbar alternativ z.B. wegen Autobahnführungen oder Einbahnstraßen oder geographischen Hindernissen) mögliche Routenverzweigungen z.T. weit vor dem Zielpunkt sind und je spezieller Straßenführungen am Zielpunkt sein können, indem sie im Zielbereich nicht mehr beliebig zu wechseln sind, da z. B. der Zielpunkt in der Mitte eines langen Tales liegt oder die Zuwege zum Zielpunkt nur durch Autobahnen erfolgt, die eine lange Strecke vorher keine Verzweigungen oder Abfahrten beinhalten, desto eher liegt eine bisher nicht optimal berechnete Route vor, die es gilt zu verbessern.
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Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, zur Verkehrsüberwachung und -steuerung Verkehrsprognosen und damit jeweilige Routenführungen durch eine Bereitstellung besser prognostizierter mittlerer Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten zu verbessern.
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Eine Lösung dieser Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein System mit den Merkmalen der jeweils unabhängigen Ansprüche gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind den jeweiligen abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verkehrsüberwachung und -steuerung, bei dem mittels eines zentralen Routen-Services prognostizierte mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi für jeweilige Streckenabschnitte Si einer jeweiligen von einem jeweiligen Startpunkt zu einem jeweiligen Zielpunkt verlaufenden Route innerhalb eines Routenkorridors eines Straßennetzes zu einem aktuellen Zeitpunkt bereitgestellt werden, wobei der zentrale Routen-Service auf einer Recheneinheit eines Verkehrsüberwachungs- und -steuerungssystems bereitgestellt und ausgeführt wird, wobei der Routen-Service
- a) zu dem aktuellen Zeitpunkt eine Mehrzahl von aktuellen den Routenkorridor betreffenden Routenanfragen einer Mehrzahl von Fahrzeugen über eine jeweilige Telekommunikationsverbindung zu den Fahrzeugen erfasst, über eine erste Telekommunikationsschnittstelle zu dem aktuellen Zeitpunkt vorliegende verkehrsrelevante Daten empfängt, und mittels mindestens eines Routing-Algorithmus für jedes der Mehrzahl von Fahrzeugen eine jeweils angefragte Route auf Basis des Straßennetzes und der zu dem aktuellen Zeitpunkt vorliegenden verkehrsrelevanten Daten berechnet,
- b) ausgehend von den berechneten Routen für zukünftige Aufenthaltszeitpunkte auf jeweiligen Streckenabschnitten Si ermittelt, wie viele Fahrzeuge der Mehrzahl von Fahrzeugen auf welchem Streckenabschnitt Si sein werden, und davon eine Fahrzeugdichte je Streckenabschnitt Si zu den jeweils zukünftigen Aufenthaltszeitpunkten ableitet,
- c) den Fahrzeugdichten je Streckenabschnitt Si in Abhängigkeit des Zeitabstands des jeweiligen Aufenthaltszeitpunkts zu dem aktuellen Zeitpunkt je einen unterschiedlichen Gewichtungsfaktor zuordnet und die gewichteten Fahrzeugdichten für die jeweiligen Aufenthaltszeitpunkte auf den jeweiligen bestimmten Streckenabschnitten Si in prognostizierte unterschiedlich gewichtete mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerte vpi für die jeweiligen Aufenthaltszeitpunkte auf den jeweiligen bestimmten Streckenabschnitten Si umrechnet,
- d) mit den berechneten Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerten vpi die jeweiligen Routen für die erfassten Routenanfragen neu berechnet,
- e) mit den neu berechneten Routen die Schritte b) bis d) iterativ wiederholt bis die Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerte vpi ein vorgegebenes Konvergenzkriterium erfüllen und/oder ein Abbruchkriterium erfüllt ist, und
- f) die iterativ berechneten Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi, bspw. dem mindestens einen Routing-Algorithmus, zur Berechnung einer jeweils besten Route zwischen dem jeweiligen Startpunkt und dem jeweiligen Zielpunkt über eine zweite Telekommunikationsschnittstelle bereitstellt.
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Die Begriffe „Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten“ und „Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerte“ werden im Rahmen der vorliegenden Offenbarung synonym zueinander verwendet.
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In möglicher Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das vorgegebene Konvergenzkriterium durch ein Erreichen eines vorgegebenen Konvergenzwerts erfüllt. Es ist denkbar, dass das Konvergenzkriterium dann erfüllt ist, wenn die Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi sich gegenüber der zuletzt durchgeführten Iteration jeweils nur maximal um einen vorgegebenen Toleranzwert von den jeweiligen bei der zuletzt durchgeführten Iteration berechneten Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten ändern. Alternativ zu dem Konvergenzkriterium kann auch ein Abbruchkriterium vorgegeben werden, das bspw. besagt, dass nach Durchführung einer vorgegebenen Anzahl von Iterationen das Verfahren mit Schritt f) fortgeführt bzw. abgeschlossen wird bzw. keine weiteren Iterationen zu dem aktuellen Zeitpunkt durchgeführt werden.
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Ein Streckenabschnitt Si einer jeweiligen Route ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung definiert durch eine exakte Anfangs- und Endposition und durch eine Bogenlänge als zu fahrende Wegstrecke von der Anfangs- bis zur Endposition. Eine jeweilige prognostizierte mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeit vpi für einen Streckenabschnitt Si gibt dabei die Durchschnittsgeschwindigkeit von der Anfangsposition bis zur Endposition des jeweiligen Streckenabschnitts Si an.
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Verknüpfungsstellen zwischen angrenzenden Streckenabschnitten sind durch eine Übergangsposition definiert und durch die Geometrie der Streckenverläufe der angrenzenden Streckenabschnitte, um eine richtige Einfahrt und eine richtige Ausfahrt in eine Kreuzung von einem jeweiligen Fahrzeug bzw. dessen Navigationssystem erkennen zu können, so dass das Navigationssystem hilfreiche akustische oder optische Ansagen machen kann und damit auch Fehlfahrten schnell erkennen kann. Eine Kreuzung ist hierbei auch eine 1:1 Kreuzung, also ein Streckenabschnitt, der nur in einen einzigen anderen Streckenabschnitt übergehen kann. Letzteres ist wichtig, um die prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi eindeutig einem jeweiligen Streckenabschnitt Si zuweisen zu können. Die Unterschiede so angrenzender Streckenabschnitte können bspw. aufgrund geänderter Spuranzahl/-breiten oder geänderter erlaubter StVO Maximal-Geschwindigkeiten, aber auch aufgrund aktueller Fahrzeugdichten auf Streckenabschnitten entstehen. Die prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten hängen somit von zeitlich statischen und von zeitlich veränderlichen Größen ab.
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Erfindungsgemäß werden durch Erfassung und Berücksichtigung der Routenanfragen, die einen jeweiligen Routenkorridor eines jeweiligen Fahrzeugs einer Mehrzahl von Fahrzeugen betreffen, Zusatzinformationen, welches Fahrzeug aus der Mehrzahl von Fahrzeugen aus welcher seiner aktuellen Verkehrssituation wann zu welchem Ziel navigiert werden will und wie und warum sich diese Routen der Mehrzahl der Fahrzeuge in Zukunft, d.h. beim Fortschreiten der Zeit und damit beim Abfahren der angefragten Routen, gegenseitige Nachteile verursachen können, genutzt.
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Alle anderen bisherigen bekannten Informationen können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weiterhin verwendet werden. Allerdings werden diese Informationen nun aber situationsspezifisch anders gewichtet werden, da erfindungsgemäß nun auch die Zusatzinformation einer zukünftigen gegenseitigen Beeinflussung aller angefragten Routen von der Mehrzahl am Verfahren teilnehmenden Fahrzeuge berücksichtigt werden, sofern daraus eine für die einzelne Routenführung beeinflussende Information abgeleitet werden kann, d.h. sofern jeweilige Routenanfragen jeweils anderer Fahrzeuge den Routenkorridor eines einzelnen Fahrzeugs beeinträchtigen. Letzteres wird im statistischen Mittel tendenziell möglich sein. Es ist zu betonen, dass die bisherigen Routenberechnungen sich im statistischen Mittel durch Berücksichtigung der Routenanfragen nicht verschlechtern können.
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Wie Routingeinheiten bzw. Routing-Algorithmen zur Berechnung einer Route von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt, basierend auf vorgegebenen mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerten von Straßen- bzw. Streckenabschnitten, arbeiten ist allgemein bekannt. In der Regel kann ein jeweiliges Fahrzeug mit geeigneten Sensoren, bspw. GPS, seine Position kontinuierlich in einem Koordinatensystem bestimmen, das einen eindeutigen Bezug zu dem Koordinatensystem hat, in welchem das Straßennetz in digitaler Form in einer dem zentralen Routen-Service zugänglichen Speichereinheit abgelegt ist. Optional kann das digitale Straßennetz komplett oder zumindest in Teilen in einem Speicher eines jeweiligen Fahrzeugs vorliegen, wodurch der Datenaustausch zwischen dem zentralen Routen-Service und dem jeweiligen Fahrzeug minimiert wird, da das jeweilige Fahrzeug mittels des digitalen Straßennetzes und seiner aktuellen Position selbst erkennen kann, wo genau es ist und ob es sich noch auf der ihm vom zentralen Routen-Service mitgeteilten Route befindet oder ob es eine Fehlfahrt begonnen hat und sich abseits der mitgeteilten Route befindet. Im Fall, dass das jeweilige Fahrzeug mit seiner Routingeinheit eine Fehlfahrt detektiert hat, wird es beim Routen-Service eine neue Route anfragen.
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Der Routen-Service wird dem Fahrzeug aufgrund der Routenanfrage neue prognostizierte mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi und ggf. auch direkt eine neue Route übermitteln, wobei die Kommunikation bspw. über ein xG Mobilfunknetz erfolgen kann, wobei x ausgewählt sein kann aus 2, 3, 4 und 5 und ggf. zukünftig noch mit x>5 zu bezeichnenden Mobilfunktechnologien.
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Da es bei Routingeinheiten bzw. Routern bei einem verzweigten Straßensystem in bekannter Weise keinen Algorithmus geben kann, der direkt nur eine einzige Route, d.h. die gesuchte Route bei vorgegebenen Optionen, sofort als die beste Route berechnet, ohne parallel auch andere Routen zwecks Vergleich zu berechnen, berechnet der Router bzw. die Routingeinheit vom Startpunkt, d.h. Position des Fahrzeugs bei der Routenanfrage, sehr viele immer verschiedene Routen zum Zielpunkt und wählt danach erst die eine beste Route aus. Oft werden auch zwei bis drei Routen als Alternativrouten zur Auswahl für den Fahrer angeboten, wenn sich z.B. die Fahrtzeiten nicht wesentlich unterschieden, nach der das Fahrzeug dann navigiert. Die Auswahl der besten Route erfolgt dann über eine Gewichtsfunktion, die die verschiedenen Routenoptionen, wie bspw. Fahrtdauer, Fahrtstrecke, schöne Strecke, mit/ohne Autobahn, mit/ohne Maut, etc., entsprechend vorgegebener Gewichtungen berücksichtigt.
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Zwar wird die beste Route auch bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens exakt auf die gleiche Art und Weise berechnet, d.h. es werden viele verschiedene Routen berechnet und danach wird mittels Gewichtsfunktion die beste Route ausgesucht, nur dass durch das erfindungsgemäße Verfahren eine jeweilige Verkehrssituation je näher diese am Zielpunkt liegt umso besser vorhergesagt werden kann als es bisher möglich ist. Um bessere verschiedene Routen und damit auch eine bessere beste Route ermitteln zu können, werden dem Router bzw. der Routingeinheit durch das erfindungsgemäße Verfahren verbesserte prognostizierte mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi für ein jeweiliges Fahrzeug auf allen Streckenabschnitten Si als Input bereitgestellt. Dieser verbesserte Input kann dann in den üblichen Verfahren zur Auswahl der Streckenführung genutzt werden.
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Erfindungsgemäß werden in Schritt a) als Zusatzinformationen die Routenanfragen, und damit später potenzielle reale Fahrten, einer Mehrzahl von Fahrzeugen, d.h. möglichst vieler Fahrzeuge, die einen Verkehrsfluss vom Startpunkt der Route eines einzelnen Fahrzeugs in einem ausreichend breiten Routenkorridor bis zum Zielpunkt der Route des jeweiligen Fahrzeugs beeinflussen werden, genutzt. Damit sind auch Routenanfragen und spätere potenzielle reale Fahrten gemeint, die den Routenkorridor des jeweiligen Fahrzeugs kreuzen können. Es sei angemerkt, dass sich theoretisch potenziell alle Routen von allen Fahrzeugen bzw. deren reale Fahrten in der Zukunft gegenseitig beeinflussen, so dass möglichste viele (alle) Routenanfragen und spätere reale Fahrten und ggf. deren Routen-Updateanfragen, die als neue Routenanfragen zu behandeln sind, zu berücksichtigen sind. Verbesserte Durchschnitts-Geschwindigkeiten bzw. prognostizierte mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten werden erfindungsgemäß für alle Streckenabschnitte Si einer jeweiligen Route alle zugleich in einem iterativen Prozess ermittelt.
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Sind alle aktuellen Routenanfragen der Mehrzahl der Fahrzeuge dem Routen-Service bekannt, so ermittelt der Routen-Service im ersten Schritt a) für jedes Fahrzeug die jeweilige Route und kann daraus auch die Zeiten ermitteln, wann welches Fahrzeug sich auf welchem Straßenabschnitt bzw. Streckenabschnitt Si einer jeweiligen Route befinden wird. Hieraus kann die Fahrzeugdichte je Straßenabschnitt bzw. Streckenabschnitt Si zu unterschiedlichen Zeitpunkten berechnet werden, wobei diese Fahrzeugdichten jedoch immer schlechter bestimmbar werden je weiter der Zeitpunkt in der Zukunft liegt. Im Vergleich zu bisherigen Verfahren sei nochmals darauf hingewiesen, dass bisherige Verfahren alle Durchschnitts-Geschwindigkeiten für alle Straßenabschnitte einer Route immer nur zu dem aktuellen Zeitpunkt der Routenanfrage berücksichtigen, was immer zu ungenaueren Werten der Durchschnitts-Geschwindigkeiten führt, da sie zeitlich statisch sind und damit für die zukünftig befahrenen Streckenabschnitte veraltet sind, was sich mit fortschreitender Zeit stärker auswirkt. Auch ein späteres Routenupdate nach bekannten Verfahren aufgrund von geänderter Stauinformation ist oft nicht mehr hilfreich, da auch dieses Routenupdate wiederum nur Durchschnitts-Geschwindigkeiten zum gleichen statischen Zeitpunkt nutzt oder das Routenupdate ggf. zu spät getriggert wurde.
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In einem darauffolgenden Schritt b) wird der Routen-Service in Abhängigkeit des Zeitfortschritts die Fahrzeug-Dichten zu dem jeweiligen relevanten Aufenthaltszeitpunkt auf dem jeweiligen Streckenabschnitt verwenden (ggfs. interpolieren) und in einem Schritt c) je nach Zeitabstand vom aktuellen Zeitpunkt unterschiedlich gewichten (je später desto geringer) und in mittlere prognostizierte unterschiedlich gewichtete Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerte bzw. Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten für den Zeitpunkt des Aufenthalts auf dem jeweiligen Streckenabschnitt umrechnen. Je mehr Fahrzeuge auf einem Straßen- bzw. Streckenabschnitt Si sind, desto geringer (oder z.T. noch identisch) wird der Verkehrsfluss und damit die mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeit vpi sein. Mit diesen verbesserten Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerten vpi werden alle bisherigen Routenanfragen in Schritt d) nochmals berechnet, was zu nochmals verbesserten Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerten führt. Dies wird iterativ so oft durchgeführt bis sich die Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerte auf den Straßen- bzw. Streckenabschnitten Si nicht mehr signifikant ändern, d.h. ein Konvergenzpunkt erreicht ist, oder bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Durch die bloße Bereitstellung der verbesserten prognostizierten Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten wird erreicht, dass jeweilige Fahrtzeiten der jeweiligen Routen im statistischen Mittel realistischer berechnet werden können, was zur Verkehrsüberwachung bereits eine Verbesserung ist.
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Wird eine Route berechnet, so werden für jeden Streckenabschnitt Si, die zu dem zum Zeitpunkt to prognostizierten Aufenthaltszeitpunkt tp_zwischen(to) bzw. in dem prognostizierten Aufenthaltszeitintervall [tp_vorher(to), tp_nachher(to)] auf diesem Streckenabschnitt Si prognostizierten Durschnitts-Geschwindigkeiten bzw. prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten genutzt, die auch aus linearen Interpolationen von zwei zeitlichen Nachbarwerten (vpi(t_vorher(to)) und vpi(t_nachher(to))) ermittelt werden können. Die damit realistischer vorhergesagten Fahrtdauern entlang der jeweiligen Route führen dann zwangsläufig zu realistischeren und den Routenoptionen besser genügenden Routen, da über die besser prognostizierten Fahrtzeiten auch frühzeitig bessere Routing-Entscheidungen für weiter entfernte Verzweigungsstellen getroffen werden können. Diese Vorgehensweise der verbesserten Ermittlung von zukünftigen Durchschnitt-Geschwindigkeiten bzw. prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten basierend auf den aktuellen Verkehrssituationen und deren Entwicklungen durch aktuelle bekannte Routenanfragen erlaubt eine verbesserte Routenführung der jeweiligen Fahrzeuge im Straßennetz.
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Der erfindungsgemäß bereitgestellte Routen-Service kann in einem Straßennetz allen anfragenden Fahrzeugen eine potenziell bessere Route liefern oder zumindest das Potenzial für eine bessere Routenberechnung im jeweiligen Fahrzeug liefern, da der Routen-Service einem jeweiligen Router des jeweiligen Fahrzeugs einen verbesserten Input bzgl. der Durchschnitts-Geschwindigkeiten, d.h. der prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten liefert. Dies wird umso relevanter, je länger eine jeweilige Route ist und je spezieller mögliche Routenführungen vor und am Zielpunkt sind, indem sie sich weitestgehend ausschließen und nicht mehr ohne z.B. sehr große zeitliche Nachteile oder überhaupt nicht zu wechseln sind, da z. B. das Ziel in der Mitte eines langen Tales liegt oder die Zuwege zum Zielpunkt nur durch Autobahnen erfolgen, die eine lange Strecke vorher keine Verzweigungen oder Abfahren beinhalten.
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Diese Iterationen bis zum Konvergenzpunkt kann der Routen-Service bei Bedarf erneut durchführen, d.h. in möglicher Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Routen-Service bei Bedarf ausgeführt. Der Bedarf kann durch ein Trigger-Ereignis zu dem aktuellen Zeitpunkt im Routen-Service automatisch angestoßen bzw. ausgelöst werden.
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Ausgelöst durch ein jeweiliges Trigger-Ereignis werden die mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten iterativ berechnet und bereitgestellt. Eines der Trigger-Ereignisse ist bspw. ein zeitlicher Abstand zu der zuletzt durchgeführten iterativen Berechnung der Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten. So kann bspw. vorgesehen werden, dass die prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten bspw. periodisch, bspw. für alle 30 Minuten automatisch berechnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten bei signifikanten Änderungen iterativ berechnet werden.
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In fortgeführter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Trigger-Ereignis mindestens eines aus der folgenden Gruppe an vorgefallenen Ereignissen verwendet: Initialisierung des Routen-Service, Zeitfortschritt gegenüber dem Zeitpunkt der letzten Ausführung des Routen-Service, bspw. automatisches periodisches Wiederholen des Routen-Service, ein von einem Prognosemodell über die erste Telekommunikationsschnittstelle bereitgestelltes prognostiziertes Verkehrsaufkommen, gegenüber der letzten Ausführung des Routen-Services über die erste Telekommunikationsschnittstelle als verkehrsrelevante Daten neu gemeldete Straßenschließungen und Umleitungen und/oder Unfälle, über die erste Telekommunikationsschnittstelle bereitgestellte Wetterereignisse, wie Glatteis, Starkregen, Sturm, etc., gegenüber der letzten Ausführung des Routen-Services über jeweilige Telekommunikationsverbindungen zu jeweiligen Fahrzeugen neu zu erfassende Routenanfragen und/oder aktualisierte Routenanfragen.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Initialisierung des Routen-Services in Schritt a) mittels des Routing-Algorithmus für jedes der Mehrzahl von Fahrzeugen eine jeweils angefragte Route auf Basis des Straßennetzes und von zu dem aktuellen Zeitpunkt vorliegenden tatsächlichen mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerten vi für die jeweiligen Streckenabschnitte Si als verkehrsrelevante Daten berechnet, wobei die vorliegenden tatsächlichen mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerte vi aus aktuell vorliegenden Informationen, wie aktuellen Positionen von Fahrzeugen und von ihnen erhobenen Bewegungsinformationen, Informationen aus Überwachungssystemen an Straßen des Straßennetzes, Informationen aus Prognosen abgeleitet aus früheren vergleichbaren Situationen, wie Wochentag, Tageszeit, Datum, Informationen aus Straßen- und Spurensperrungen und/oder aus Baustellen, oder aus gewichteten Kombinationen der aktuell vorliegenden Informationen abgeleitet werden.
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Dabei ist in möglicher Ausgestaltung weiterhin vorgesehen, dass in Schritt a) über einen gegebenen Initialisierungszeitraum, insbesondere über 24 Stunden, bis zu dem aktuellen Zeitpunkt Routenanfragen, davon umfasst auch RoutenUpdate-Anfragen als neue Routenanfragen, gesammelt werden und die Schritte b) bis d) erst nach dem Initialisierungszeitraum, d.h. zum aktuellen Zeitpunkt iterativ durchgeführt werden.
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Der erfindungsgemäß bereitgestellte Routen-Service enthält in einer für ihn zugänglichen digitalen Karte des Straßennetzes alle Positionen, an denen sich mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vp signifikant ändern können und wird die prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi in seiner Routenantwort derart kodiert enthalten, dass eine Routingeinheit bzw. ein Navigationssystem eines jeweiligen Fahrzeugs erkennt, wo ein Gültigkeitsbereich einer prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeit beginnt und wo er endet. Durch eine kontinuierliche Positionsbestimmung eines jeweiligen Fahrzeugs erkennt das jeweilige Fahrzeug seine aktuelle Geschwindigkeit und eine bereits auf einem jeweiligen Straßenabschnitt zurückgelegte Fahrstrecke. Durch Erfassung der Zeitpunkte der Positionsbestimmungen kennt die Routingeinheit eines jeweiligen Fahrzeugs auch zu jedem Zeitpunkt, ob es sich bisher langsamer oder schneller oder exakt wie mit der jeweiligen prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeit vpi prognostiziert bewegt hat. Um dem Routen-Service seine Position zu übermitteln, kann das jeweilige Fahrzeug bei einer initialen Routenanfrage seine Position senden und zusätzlich optional noch seine Fahrtrichtung und ggf. auch seine Fahrtgeschwindigkeit und ggf. auch eine Kennung des Streckenabschnitts (falls bekannt). Ferner kann die Routingeinheit des jeweiligen Fahrzeugs alternativ oder zusätzlich eine aktuell abgefahrene Teilstrecke senden. Der Routen-Service kann eine ihm mitgeteilte Position eines jeweiligen Fahrzeugs eindeutig einem Streckenabschnitt zuweisen. Auf Basis noch weiterer Positionsdaten von anderen Fahrzeugen und noch weiterer verkehrsrelevanter Daten kann der Routen-Service dann prognostizierte mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten für die jeweiligen Streckenabschnitte Si berechnen. Diese prognostizierte mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi gelten dann für die bestimmten Zeitschlitze dt bzw. Zeitintervalle tm bis tn und werden bspw. nur bis zu 24 Stunden in die Zukunft ermittelt. Nimmt man bspw. konstante Zeitschlitze dt von 10 Minuten an, so wird ein jeder Streckenabschnitt bis zu 144 verschiedene mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten prognostiziert bekommen, die dann für eine Auswahl von Routen nach Bedarf auszugsweise genutzt werden.
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Ein jeweiliges Fahrzeug wird neben initialen Routenanfragen und Routenanfragen bei erkannten Fehlfahrten und auch in anderen Fällen Routen beim Routen-Service anfragen können, so z. B., wenn die Routingeinheit des jeweiligen Fahrzeugs erkennt, dass es sich wesentlich zu langsam oder zu schnell auf der Route befindet und somit seine aktuell vorhandenen vpi-Werte für überprüfungswürdig erachtet. Dann könnte der Routen-Service entweder nur verbesserte prognostizierte mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi senden oder sogar eine auf Basis der verbesserten prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi berechnete neue Route bzw. Routenführung. Diese Überwachungsfunktion kann aber auch direkt im Routen-Service erfolgen, wenn der Routen-Service alle aktuellen Positionsdaten von einem jeweiligen Fahrzeug erhält. Dann würden die verbesserten prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi und/oder Routen von dem Routen-Service an das jeweilige Fahrzeug gesendet bzw. gepushed werden.
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Wie bereits beschrieben, erhält der Routen-Service zur Berechnung der vpi und der Routen noch weitere verkehrsrelevante Daten, die es ihm ermöglichen zusammen mit den jeweils aktuellen Routenanfragen einer Mehrzahl von Fahrzeugen verbesserte mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi zu prognostizieren. Der Routen-Service kann bspw. in einem festen Rhythmus alle vpi für die nächsten 24 Stunden erneut bestimmen und jeweils auch die Historiendaten der vpi für einen jeweiligen Streckenabschnitt Si über einen bestimmten Zeitraum abspeichern, bspw. maximal über 24 Stunden, da damit bei einer Routenupdateanfrage schneller entschieden werden kann, ob ein Um-Routen in Betracht gezogen werden sollte oder nicht - hierzu wird ein Vergleich gezogen zwischen den vpi Werten der letzten Routenermittlung mit den vpi-Werten zum Zeitpunkt der Routenupdateanfrage. Nicht für jede Routenanfrage wird der Routen-Service die vpi Werte mit dem beschriebenen Iterationsprozess neu berechnen, sondern er wird auf aktuell vorliegende vpi-Werte der letzten vpi Berechnungen zugreifen.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, wie bereits voranstehend erwähnt, vorgesehen, dass der Routen-Service ferner g) unter Verwendung der bereitgestellten prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi für die jeweiligen Streckenabschnitte Si einer jeweiligen von dem jeweiligen Startpunkt zu dem jeweiligen Zielpunkt verlaufenden Route mittels des Routing-Algorithmus vom jeweiligen Startpunkt zum jeweiligen Zielpunkt eine Mehrzahl von Routen berechnet und mittels einer Gewichtsfunktion bzw. Zielfunktion, die verschiedene Routenoptionen, wie bspw. Fahrtdauer, Fahrtstrecke, schöne Strecke, mit/ohne Autobahn, mit/ohne Maut, etc., entsprechend vorgegebener Gewichtungen berücksichtigt, eine jeweilig beste Route aus der Mehrzahl von Routen auswählt und zu einer Routenführung an eines die jeweilige Route anfragenden Fahrzeugs ausgibt.
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In weiterer Ausgestaltung wird die jeweils beste Route mittels einer Zielfunktion für eine jeweilige Routenanfrage ermittelt, wobei die Zielfunktion durch mindestens eine in der jeweiligen Routenanfrage festgelegte Option definiert wird.
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Dabei ist es denkbar, dass der Routen-Service unter Verwendung von in den erfassten Routenanfragen gewählten Optionen für eine Auswahl der Fahrzeuge der Mehrzahl von Fahrzeugen und auf Basis der bereitgestellten prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi für die jeweiligen Streckenabschnitte Si ein jeweiliges Re-Routing vorschlägt und damit einhergehend eine jeweilige neue beste Route für die jeweiligen Fahrzeuge der Auswahl der Fahrzeuge bestimmt.
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Dies führt dann weiterhin dazu, dass der Routen-Service ferner auf Basis der ausgewählten jeweiligen besten Route oder der bestimmten neuen besten Route die Schritte b) bis d) iterativ wiederholt bis die Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerte vpi das vorgegebene Konvergenzkriterium erfüllen und/oder das Abbruchkriterium erfüllt ist.
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Welche der Fahrzeuge ein Re-Routing machen sollen und welche nicht, kann durch eine spezielle weitere Option bei einer jeweiligen Routenanfrage durch das jeweilige anfragende Fahrzeug festgelegt werden oder es kann durch eine Gewichtung der Optionen innerhalb einer jeweiligen Routenanfrage und/oder der Gesamtfahrtzeit definiert werden. Eine einfache Gewichtung wäre bspw. zu prüfen, ob eine Routenanfrage mit der Option „Schnellste Route“ erfolgt ist. Diese Anfrage-Option würde dann auch bei der Abwägung, wer welchen „Stau“ wann umfährt, am ehesten als Zwang berücksichtigt und das entsprechende Fahrzeug würde ein ganz spezielles Re-Routing erhalten, wobei die dadurch erhaltene Route bevorzugt die kürzeren Fahrtdauern umfasst im Vergleich zu Routen, die andere Anfrage-Optionen berücksichtigen, wie bspw. keine Maut, keine Autobahnen, etc.
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Der Routen-Service kann durch Analyse von Änderungen in den Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten in Abhängigkeit der Trigger-Ereignisse und eines örtlichen Verkehrslagenetzes ebenfalls für sich selbst sein Prognosemodell justieren, das er in Zukunft nutzen kann, um bessere Trigger-Ereignisse für die Iterationen zu erarbeiten und zu nutzen.
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Erst mit diesen besseren prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi im Konvergenzpunkt wird eine Routingeinheit bzw. ein Routingalgorithmus dann potenziell bessere Routenzeiten und Routenführungen liefern als bisher. Der Routingalgorithmus bzw. die Routingeinheit kann als Teil des Routen-Services oder zumindest auf dem Server, auf dem auch der Routen-Service ausgeführt ist, implementiert und ausgeführt werden (off-board) oder in einem jeweiligen Fahrzeug selbst (on-board), wenn das Fahrzeug die besseren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten über eine Telekommunikationsschnittstelle zu dem Routen-Service zur Verfügung gestellt bekommt.
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Gemäß möglicher Ausgestaltung überwacht der Routen-Service im zentralen Server relevante Veränderungen von verkehrsrelevanten Daten, insbesondere der aktuell tatsächlich vorliegenden Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten laufend und erstellt bei relevanten Veränderungen (die bspw. Hinweis geben auf eine Fahrzeitverlängerung von mehr als 5 Minuten bei der Ankunftszeit bei kurzen Routen, von mehr als 10 Minuten bei langen Routen, von mehr als 20 Minuten bei extrem langen Routen) neue prognostizierte mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten und berechnet darauf basierend optional auch neue Routen, die dann ggfs. auch eine geänderte Streckenführung beinhalten und sendet diese an die jeweiligen Fahrzeuge. Wird die Streckenführung bei einer Route eines jeweiligen Fahrzeugs nicht geändert, so kann der Routen-Service auch nur das Zeitupdate an das entsprechende Fahrzeug senden, also die korrigierten Zeiten, wann das Fahrzeug den Zielpunkt oder welche Zwischenpunkte erreichen wird. Der Routen-Service muss also keine fertigen Routen an die jeweiligen Fahrzeuge senden, sondern es reicht die prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi je Streckenabschnitt Si zu senden und je Fahrzeug auch nur in dessen jeweiligem Routenkorridor.
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Der jeweilige Routenkorridor eines Fahrzeugs umfasst die von dem Fahrzeug angefragte Route, die dann auch potentiell befahren wird, sowie alle angefragten Routen anderer Fahrzeuge, die zumindest einen Teil der gleichen Streckenabschnitte passieren oder diese zumindest kreuzen und dadurch die von dem Fahrzeug angefragte Route potentiell beeinflussen. Der jeweilige Routenkorridor eines jeweiligen Fahrzeugs kann ferner immer eine Fehlfahrt an jeder Straßenkreuzung der eigentlich angefragten Route mit beinhalten, um wieder zurück zur Route zu gelangen, d.h. ein sozusagen Einmal-Fehlfahrt-Korridor mit Rückroute auf die bisherige Route als beste Route und mittleren Geschwindigkeiten auf dieser Rückroute.
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Das jeweilige Fahrzeug kann in möglicher Ausgestaltung seine Route anhand der bereitgestellten prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi mittels einer fahrzeugseitigen Routingeinheit selbst berechnen. Die vpi(to) wurden vom zentralen Routen-Service zum Zeitpunkt des Eintreffens der Routenanfrage t=to gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren berechnet oder zum Zeitpunkt des Eintreffens der Routenanfrage t=to einem Speicher entnommen, in dem zuletzt berechnete prognostizierte mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi(t≤to) abgelegt sind, die aber für das anfragende Fahrzeug noch für das jeweilige prognostizierte Zeitintervall des Abfahrens eines Straßenabschnitts Si gelten.
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Es ist denkbar, dass der Routingeinheit, die bspw. in einem jeweiligen Fahrzeug verortet ist, alle für ein den Anfragezeitpunkt to umfassendes Zeitintervall berechnete vpi bereitgestellt werden, so dass die Routingeinheit anhand dieser vpi die jeweilig beste Route für das jeweilige Fahrzeug berechnet. Alternativ kann aber die in einem jeweiligen Fahrzeug verortete Routingeinheit bei einer Fehlfahrt auch eine neue Routenanfrage an den zentralen Routen-Service stellen, so dass der Routen-Service dann neue prognostizierte mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi(to_neu) berechnen und bereitstellen wird, mit deren Hilfe eine neue beste Route berechnet wird. Dabei kann seitens des Routen-Service auch ein komplett neues Gesamtschema von prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi(to_neu) für alle Streckenabschnitte Si erstellt werden, sofern ein entsprechender Zeitfortschritt seit der letzten Berechnung als Trigger-Ereignis erreicht ist.
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Hat ein jeweiliges Fahrzeug den Zeitplan gemäß der berechneten besten Route nicht innerhalb der für die beste Route vorgesehenen Zeitspanne eingehalten, kann das jeweilige Fahrzeug neue prognostizierte mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi von Streckenabschnitten Si beim zentralen Routen-Service anfragen.
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Je mehr Routenanfragen von verschiedenen Fahrzeugen im Straßennetz von dem zentralen Routen-Service erfasst werden, umso zuverlässiger können die prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi berechnet und bereitgestellt werden.
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Wie bereits voranstehend beschrieben wird in möglicher Ausgestaltung die Routingeinheit bzw. der von dieser umfasste Routing-Algorithmus auf einer Recheneinheit in einem jeweiligen Fahrzeug ausgeführt und ist mit dem Routen-Service zum Austausch von Daten über eine Telekommunikationsverbindung verbunden.
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In alternativer Ausgestaltung wird der Routing-Algorithmus auf einem zentralen Server des Verkehrsüberwachungs- und -steuerungssystems, insbesondere auf dem zentralen Server, auf dem auch der Routing-Service ausgeführt wird, ausgeführt.
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Für eine Routenanfrage ist eine beispielhafte Zielfunktion zur Berechnung der angefragten Route gegeben durch eine Fahrtdauer auf einer jeweiligen Route, d.h. die Zielfunktion ist gegeben durch eine Summe über die Quotienten von jeweiliger Streckenabschnittslänge Li und der durch den zentralen Routen-Service zuletzt bereitgestellten mittleren prognostizierten Verkehrsfluss-Geschwindigkeit vpi für den jeweiligen Streckenabschnitt Si, wobei die kürzeste und damit beste Route durch Minimierung der Zielfunktion, d.h. der Summe erhalten wird. Dabei fließen, wie voranstehend erläutert, bei der Berechnung der mittleren prognostizierten Verkehrsfluss-Geschwindigkeit vpi für einen jeweiligen Streckenabschnitt Si als verkehrsrelevante Daten die Anzahl der Fahrzeuge auf dem jeweiligen Streckenabschnitt Si und der Typ (Geschwindigkeitsbeschränkung) und Zustand (Sperrung, Baustelle, Glatteis, ...) des jeweiligen Streckenabschnitts Si mit ein. Für alle Routen zu einer Routenanfrage wird dann die Zielfunktion berechnet und diejenige Route als beste Route gewählt, die die kleinste Summe liefert.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen zentralen Server in einem Verkehrsüberwachungs- und -steuerungssystem eines Straßennetzes, wobei auf dem zentralen Server ein Routen-Service implementiert ist, welcher ausgebildet ist, bei Ablauf auf dem zentralen Server gemeinsam mit mindestens einem Routing Algorithmus ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
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Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Assistenzsystem für ein Fahrzeug mit einer Eingabeeinheit zum Eingeben von Routenanfragen, einer Routingeinheit mit einem Routingalgorithmus und einer Telekommunikationsschnittstelle zu dem voranstehend beschriebenen zentralen Server, wobei das Assistenzsystem dazu ausgebildet ist, zum Steuern des Fahrzeugs gemeinsam mit dem voranstehend beschriebenen zentralen Server ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. In weiter bevorzugter Ausgestaltung ist das Assistenzsystem ein Assistenzsystem für ein autonom fahrendes Fahrzeug und dazu ausgestaltet, die von dem Routen-Service bereitgestellten iterativ berechneten Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi zur Berechnung einer besten Route zwischen einem jeweiligen Startpunkt und einem jeweiligen Zielpunkt mit dem Routingalgorithmus zu nutzen und das autonom fahrende Fahrzeug entsprechend der berechneten besten Route anzusteuern.
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Ferner wird ein Fahrzeug, vorzugsweise ein autonom fahrendes Fahrzeug, mit einem voranstehend beschriebenen Assistenzsystem beansprucht, das mit einem voranstehend beschriebenen zentralen Server verbunden ist und dazu ausgebildet ist, zusammen mit dem zentralen Server zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens Daten auszutauschen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Fahrzeugflotte mit einer Mehrzahl von Fahrzeugen, wobei jedes Fahrzeug der Fahrzeugflotte ein voranstehend beschriebenes Assistenzsystem aufweist und mit einem voranstehend beschriebenen zentralen Server verbunden ist, wobei die Fahrzeugflotte dazu ausgebildet ist, zusammen mit dem zentralen Server ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. In weiter bevorzugter Ausgestaltung ist zumindest ein Fahrzeug, vorzugsweise jedes Fahrzeug der Fahrzeugflotte ein autonom fahrendes Fahrzeug, das ferner dazu ausgelegt ist, bei Empfang der von dem Routen-Service bereitgestellten prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi und der auf Basis dieser prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten berechneten besten Route für eine jeweilige Route zwischen einem jeweiligen Startpunkt und einem jeweiligen Zielpunkt diese beste Route autonom zu befahren. Die auf Basis dieser prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten berechnete beste Route wird dabei von einer Routingeinheit berechnet, die Teil des jeweiligen autonomen Fahrzeugs sein kann, die über eine Telekommunikationsverbindung mit dem zentralen Routen-Service in Verbindung steht und Daten austauscht oder die Routingeinheit kann Teil des Routen-Service oder zumindest auf dem Server installiert sein, auf dem auch der zentrale Routen-Service installiert ist, und über eine Telekommunikationsverbindung mit dem jeweiligen autonomen Fahrzeug Daten zur Steuerung des Fahrzeugs austauschen.
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Die prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi, die für eine beste Route genutzt wurden, beeinflussen/bewirken die Zeitpunkte, zu denen das Fahrzeug z.B. an Manöver-Punkten oder Zwischenzielen oder am Endziel prognostiziert ankommen wird, wenn das Fahrzeug genau mit den prognostizierten vpi auf den jeweiligen Streckenabschnitten Si fährt. Dies ist durch ein autonom fahrendes Fahrzeug, das entsprechend der von dem Verkehrserfassungs- und -steuerungssystem ausgegebenen besten Route von einer fahrzeuginternen Steuerung oder einer Fernsteuerung angesteuert wird, einfach umzusetzen. Dies hat den Vorteil, dass das Verkehrserfassungs- und - steuerungssystem von diesem Fahrzeug tendenziell seltener geänderte Informationen (andere Positionen als in der Prognose ermittelt) in der Zukunft erwarten sollte und somit seine vpi Werte i.d.R. seltener oder nur geringfügiger verändern muss. Gerade bei Fahrzeugflotten, die vollautonom gesteuert werden, werden sich diese positiven Effekte besonders stark auf die jeweiligen Routingeinheiten auswirken.
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Eine geänderte Route wird einem Fahrer eines jeweiligen Fahrzeugs als Änderungshinweis und auch als andere Manöver-Angaben an einem ersten möglichen „Verlassenspunkt“ der alten bisherigen Route angezeigt. Der Fahrer kann diesem folgen oder bewusst eine „Fehlfahrt“ machen. Wird das Fahrzeug z. B. vollautonom gesteuert (autonom fahrendes Fahrzeug), wird das Fahrzeug per setup-Vorgabe automatisch der neuen (besseren) Route folgen und die bisherige Route am „Verlassenspunkt“ verlassen.
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Ferner wird ein System mit einer derartigen Fahrzeugflotte und einem voranstehend beschriebenen zentralen Server bereitgestellt, das dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
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Der voranstehend beschriebene zentrale Server mit dem darauf implementierten zentralen Routen-Service erhält von einer Mehrzahl von Fahrzeugen zu einem aktuellen Zeitpunkt jeweilige Routenanfragen und stellt den jeweiligen Fahrzeugen, bspw. sendet den jeweiligen Fahrzeugen, prognostizierte mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi von jeweiligen Streckenabschnitte Si oder darauf basierend berechnete jeweils angefragte Routen bereit. Der zentrale Routen-Service muss dabei auch neben den Routenanfragen andere verkehrsrelevante Daten ausreichend zeitnah (zum Zeitpunkt der Routenanfrage bzw. zum aktuellen Zeitpunkt) erhalten und über eine jeweilige Telekommunikationsschnittstelle mit den jeweiligen Fahrzeugen kommunizieren.
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Es ist anzumerken, dass der Routen-Service zum einen ohne ein Um-routen jeweiliger Fahrzeuge arbeiten kann und dabei auf Grundlage der prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi nur verbesserte Zeitpunkte liefert, wann sich ein jeweiliges Fahrzeug auf welchem Streckenabschnitt Si befinden wird. Zum anderen kann bei Vorschlag einer jeweils neuen Route für ein jeweiliges Fahrzeug seitens des zentralen Routen-Service, d.h. mit Um-routen bisheriger Routen der jeweiligen Fahrzeuge einem möglichen Kritikpunkt des Um-routens in einen neuen Stau an anderer Stelle dadurch begegnet werden, das der Routen-Service dieses gezielt verhindert, indem er bevorzugt nur die Fahrzeuge mit einer geeigneten Anfrageoptions-Kombination in der jeweiligen Routenanfrage, die bspw. auch eine „schnellste Route“ enthält, um-routet, also nicht alle Fahrzeuge um-routet, die sich zu dem gleichen Zeitpunkt an einer kritischen Staustelle befinden würden. Würden zu viele Fahrzeuge mit der Option „Schnellste Route“ anfragen, so könnte der Routen-Service in Abhängigkeit der Stauausprägung und der Um-routing Möglichkeiten aufgrund einer Gewichtsfunktion nur einige der Fahrzeuge mit identischen hohen Prioritäten „Schnellste Route“ um-routen, in einem speziellen Beispiel z. B. nur 60% um-routen, um damit einen neuen Stau auf der Um-routing Strecke zu vermeiden und auch den alten sonstigen Stau etwas abzumildern, z. B. pro Zeiteinheit 70% mehr Fahrzeuge passieren zu lassen, wobei auch diese 70% als Parameterwert in die Gewichtung einfließen könnten, um den 60% Um-routing Wert zu ermitteln. Dabei tritt natürlich der Fall auf, dass ein Fahrzeug mal willkürlich umgeroutet wird und ein anderes nicht, obwohl beide die identische Anfrageoption in ihrer jeweiligen Routenanfrage nutzen. Will ein Fahrzeug in dieser Situation gezielt zu den bevorzugten umzuroutenden Fahrzeugen gehören, ist es denkbar, dass hierfür ein gesonderter Service buchbar ist. Diese Information sollte bei der Routenanfrage dem Routen-Service entsprechend auch bekannt sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren liefert für jeden Streckenabschnitt Si somit prognostizierte mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi zu verschiedenen Zeitintervallen tm bis tn und diese Zeitintervalle können auch kürzer als die Dauer sein, mit der ein jeweiliges Fahrzeug den Streckenabschnitt Si passieren könnte, da dies von der Wahl der gewählten Zeitfortschritte dt, d.h. der Länge der jeweiligen Zeitintervalle tm bis tn abhängt, nach welchen jeweils eine Neuberechnung der prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi erfolgt. Dabei ist ferner zu berücksichtigen, dass diese gewählten Zeitfortschritte dt, d.h. die Längen der jeweiligen Zeitintervalle tm bis tn nicht immer gleich groß sein müssen.
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Der Routen-Service sendet den Fahrzeugen, bzw. deren Fahrer bessere prognostizierte mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerte vpi von Streckenabschnitten Si, die dann zu den relevanten Aufenthaltszeitpunkten genutzt werden oder er sendet alternativ oder zusätzlich komplette Routen auf Basis der prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerte vpi.
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Das Senden von zeitabhängigen Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerten vpi(t) für Streckenabschnitte Si kann vereinfacht auch als differenzierter Stauservice bezeichnet werden, der aber nicht nur aktuelle Stauwerte liefert, sondern auch zukünftige Stauwerte.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es zeigt
- 1 in einem Flussdiagramm ein Verfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt in einem Flussdiagramm ein Verfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung.
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In einem ersten Schritt (1) liefert der Routen-Service zunächst bei Initialisierung, ähnlich einer bekannten Vorgehensweise, mit rein statischen verkehrsunabhängigen mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten für die verschiedenen Streckenabschnitte zum Zeitpunkt to eine Fahrtdauer zum Abfahren von j Streckenabschnitten Tj = tj-to = Summe relevanter Anteile Sa/va(to) mit a von 1 bis j. Bei der Initialisierung des Routen-Service werden ferner für die prognostizieren mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi andere verkehrsrelevante Daten, bspw. Wochentag und Uhrzeit genutzt.
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In einem weiteren Schritt (2) werden nach Initialisierung des Routen-Service die prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi unter Berücksichtigung zum Zeitpunkt to einer aktuellen Routenanfrage vorliegender konkurrierender Routenanfragen einer Mehrzahl anderer Fahrzeuge bestimmt. Dabei werden von dem Routen-Service zu dem aktuellen Zeitpunkt to eine Mehrzahl von aktuellen den Routenkorridor betreffenden Routenanfragen einer Mehrzahl von Fahrzeugen über eine jeweilige Telekommunikationsverbindung zu den Fahrzeugen erfasst, über eine erste Telekommunikationsschnittstelle zu dem aktuellen Zeitpunkt to vorliegende verkehrsrelevante Daten empfangen, und mittels mindestens eines Routing-Algorithmus für jedes der Mehrzahl von Fahrzeugen eine jeweils angefragte Route auf Basis des Straßennetzes und der zu dem aktuellen Zeitpunkt to vorliegenden verkehrsrelevanten Daten (Verkehrsfluss-Werten vi für die jeweiligen Streckenabschnitte Si) berechnet. In der Regel werden dabei zunächst für jede Routenanfrage mehrere Routen ermittelt, sozusagen eine Schar an Routen, unter denen mittels einer Minimierung einer gegebenen Zielfunktion eine jeweils beste Route für ein jeweiliges Fahrzeug ermittelt wird. Das bedeutet, für jedes der anfragenden Fahrzeuge liegt nun eine beste Route vor.
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In einem weiteren Schritt (3) ermittelt der Routen-Service ausgehend von den berechneten (besten) Routen für zukünftige Aufenthaltszeitpunkte tpi auf jeweiligen Streckenabschnitten Si, wie viele Fahrzeuge der Mehrzahl von Fahrzeugen auf welchem Streckenabschnitt Si sein werden, und leitet davon eine Fahrzeugdichte je Streckenabschnitt Si zu den jeweils zukünftigen Aufenthaltszeitpunkten tpi ab. Dabei ist zu beachten, dass die jeweiligen prognostizierten Aufenthaltszeitpunkte tpi auf einem jeweiligen Streckenabschnitt Si für jedes Fahrzeug unterschiedlich sind und von der jeweiligen Route eines jeweiligen Fahrzeugs und von dem aktuellen Zeitpunkt to der Routenanfrage abhängen.
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In einem weiteren Schritt (4) ordnet der Routen-Service den Fahrzeugdichten je Streckenabschnitt Si in Abhängigkeit des Zeitabstands des jeweiligen Aufenthaltszeitpunkts zu dem aktuellen Zeitpunkt to je einen unterschiedlichen Gewichtungsfaktor zu und rechnet die gewichteten Fahrzeugdichten für die jeweiligen Aufenthaltszeitpunkte tpi auf den jeweiligen bestimmten Streckenabschnitten Si in prognostizierte unterschiedlich gewichtete mittlere Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerte vpi für die jeweiligen Aufenthaltszeitpunkte tpi auf den jeweiligen bestimmten Streckenabschnitten Si um. Das bedeutet, dass für den aktuellen Zeitpunkt to für alle Streckenabschnitte Si prognostizierte mittlere Verkehrfluss-Geschwindigkeiten vpi(to) vorliegen, wie sie für die jeweiligen prognostizierten Aufenthaltszeitpunkte tpi(to) ausgehend von dem aktuellen Zeitpunkt to Gültigkeit haben.
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In einem weiteren Schritte (5) berechnet der Routen-Service mit den berechneten Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerten vpi die jeweiligen (besten) Routen für die erfassten Routenanfragen neu und wiederholt die Schritte (3) bis (5) mit den neu berechneten Routen iterativ bis die Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerte vpi ein vorgegebenes Konvergenzkriterium erfüllen, bspw. je einen Konvergenzwert erreichen, d.h. bis bspw. die jeweiligen vpi in zwei aufeinanderfolgenden Iterationsschritten weniger als einen gegebenen Toleranzwert voneinander abweichen, oder bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist, d.h. bis bspw. x Iterationsschritte durchlaufen sind, mit x>2.
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Ein jeweiliges Fahrzeug kann je nach Größe eines Zeitabstands dt bzw. eines Zeitintervalls tmn := (tm bis tn) mit tn - tm = dt, nach welchem eine Neuberechnung der prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi in iterativer Form erfolgt, zu mehreren Zeitintervallen auf dem gleichen Streckenabschnitt Si sein. Nach einem vorgegebenen Zeitabstand dt werden die zuletzt bereitgestellten prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi bei gleicher Routenführung zu neuen prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi korrigiert (der Übersichtlichkeit wegen werden die prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten in beiden Fällen mit vpi bezeichnet). Mit den neuen prognostizierten Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi werden die Routen ohne Routenführungsänderung neu berechnet, was wiederum zu neuen ggf. weiter verbesserten prognostizierten Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi führt. Die Schritte (3) bis (5) können nun so oft durchgeführt werden, bis die Summe über die Zeitschritte dt > 24 h beträgt. Damit sind alle vpi für alle Streckenabschnitte Si des Straßennetzes zu allen möglichen Tageszeiten korrigiert, wobei die Routenführung noch unverändert gegenüber der initial berechneten Routenführung ist.
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In einem weiteren Schritt (6) stellt der Routen-Service die pro Zeitabstand dt jeweils iterativ berechneten Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi mindestens einer Routingeinheit bzw. einem jeweiligen Routing-Algorithmus zur Berechnung einer jeweils besten Route zwischen dem jeweiligen Startpunkt und dem jeweiligen Zielpunkt einer jeweils angefragten Route über eine zweite Telekommunikationsschnittstelle bereit.
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In einem weiteren Schritt (7) berechnet der Routen-Service unter Verwendung der bereitgestellten prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi für die jeweiligen Streckenabschnitte Si einer jeweiligen von dem jeweiligen Startpunkt zu dem jeweiligen Zielpunkt verlaufenden Route mittels mindestens einen Routing-Algorithmus vom jeweiligen Startpunkt zum jeweiligen Zielpunkt eine Mehrzahl von Routen und berücksichtigt mittels einer Gewichtsfunktion verschiedene Routenoptionen (Fahrtdauer, Fahrtstrecke, schöne Strecke, mit/ohne Autobahn, mit/ohne Maut) entsprechend vorgegebener Gewichtungen und wählt eine jeweilig beste Route aus der Mehrzahl von Routen aus und gibt die jeweilig beste Route zu einer Routenführung an ein die jeweilige Route anfragendes Fahrzeug aus.
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Dabei wird die jeweils beste Route mittels einer Zielfunktion für eine jeweilige Routenanfrage ermittelt, wobei die Zielfunktion durch mindestens eine in der jeweiligen Routenanfrage festgelegte Option definiert wird.
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Dabei ist es denkbar, dass der Routen-Service unter Verwendung von in den erfassten Routenanfragen gewählten Optionen für eine Auswahl der Fahrzeuge der Mehrzahl von Fahrzeugen und auf Basis der bereitgestellten prognostizierten mittleren Verkehrsfluss-Geschwindigkeiten vpi für die jeweiligen Streckenabschnitte Si ein jeweiliges Re-Routing (Um-Routen) vorschlägt und damit einhergehend eine jeweilige neue beste Route bestimmt.
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Infolgedessen ist es wiederum denkbar, dass der Routen-Service ferner auf Basis der ausgewählten jeweiligen besten Route oder der bestimmten neuen besten Route die Schritte (3) bis (5) iterativ wiederholt bis die Verkehrsfluss-Geschwindigkeitswerte vpi das vorgegebene Konvergenzkriterium erfüllen (je einen Konvergenzwert erreichen) und/oder das Abbruchkriterium erfüllt ist.
