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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und ein System zur zentralenbasierten Datenerhebung auf wenigstens
einem Abschnitt eines Verkehrsnetzes durch eine Anzahl von Probefahrzeugen.
Solche Ansätze
sind auch bekannt unter dem Begriff FCD-Verfahren ("Floating Car Data"). Dabei senden und empfangen die teilnehmenden
Probefahrzeuge Daten zu bzw. von einer Zentrale. Die empfangenen
Daten werden im Probefahrzeug beispielsweise zur dynamischen Navigation
verwendet.
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In der
EP 0 892 379 A2 wird dargelegt, wie Verkehrsmeldungen
im Probefahrzeug empfangen und abgespeichert werden. Vor dem Versenden
von Daten vom Probefahrzeug an die Zentrale wird ein Vergleich der
im Probefahrzeug erhobenen Daten mit den im Probefahrzeug gespeicherten
Daten vorgenommen. Nur solche erhobenen Daten, die eine Änderung
gegenüber
den gespeicherten Daten enthalten bzw. nicht in diesen enthalten
sind, werden vom Probefahrzeug an die Zentrale übertragen.
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Die
EP 0 880 120 A2 schlägt vor, Abschnitte eines Verkehrsnetzes
zusammen mit dafür
erwarteten Reisezeiten im Probefahrzeug abzuspeichern. Für eine jeweils
letzte vom Probefahrzeug zurückgelegte
Wegstrecke wird die für
die tatsächliche
Reisezeit zu erwartende Position und/oder die für die tatsächliche Position zu erwartende
Reisezeit bestimmt. Nur wenn eine jeweilige Abweichung zwischen
tatsächlichem
und zu erwartendem Wert größer als
ein vorgebbarer Grenzwert ist, werden vom Probefahrzeug Daten an
die Zentrale übertragen.
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In der nicht vorveröffentlichten
DE 10252768.7 wird vorgeschlagen,
dass die Zentrale als Verkehrsmeldung einen Zustand des Verkehrs zusammen
mit einer erwarteten zeitlichen Entwicklung dieses Zustandes an
das Fahrzeug sendet und damit zu jedem Zeitpunkt die in der Zentrale
erwartete zeitliche Entwicklung des Zustandes auch im Fahrzeug bekannt
ist.
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Die
DE 196 04 084 A1 offenbart, durch eine Anzahl
von Probefahrzeugen Reisezeiten für Abschnitte eines Verkehrsnetzes
zu ermitteln. Beim Überschreiten
eines vorgebbaren Grenzwertes für die
Reisezeit eines Abschnittes ist vorgesehen, Daten vom Probefahrzeug
an die Zentrale zu senden. Weiterhin ist vorgesehen, per "Broadcast"-Funktion" mehrere Probefahrzeuge
gesammelt mit bestimmten Daten von der Zentrale zu versorgen.
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Schließlich legt die
DE 100 22 812 A1 dar, auf
Basis der von Probefahrzeug an die Zentrale gesendeten Reisezeiten
makroskopische Größen des Verkehrsflusses
im Ballungsraum zu rekonstruieren. Dabei werden für jede Richtungsspurmenge
jedes Abschnittes analytische Gleichungen aufgestellt, zur Bestimmung
der Grenze zwischen den Bereichen der Unter- und der Übersättigung.
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Diese nach dem Stand der Technik
bekannten Vorgehensweisen optimieren jeweils für spezielle Fälle die
beim Versenden von Daten vom Probefahrzeug an die Zentrale entstehenden
Kommunikationskosten. Jedoch ist bisher kein Ansatz bekannt, der eine
in jedem Fall ausreichende Datenmenge angibt, welche in der Zentrale
minimal von den Probefahrzeugen benötigt wird, um eine jeweils
vorgegebene Genauigkeit zu erreichen. Weiterhin wurde bisher kein
Verfahren darlegt, wie und in welcher Form diese Datenmenge mit
geringstmöglichen
Kosten an eine Zentrale übertragbar
ist. Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein derartiges Verfahren
anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein zur
Durchführung
des Verfahrens geeignetes System anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch das System
mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Die Unteransprüche betreffen
vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
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Hinter der Erfindung steht die von
generellen Überlegungen
zum Verkehrsablauf ausgehende Grundüberlegung, durch ein Probefahrzeug "rechtzeitig" das Zusammenbrechen
des Verkehrs auf einer Strecke zu detektieren und die Zentrale darüber zu informieren.
Zur Erreichung dieses Ziels ist erfindungsgemäß die Verwendung eines von
der Zentrale bestimmten, erwarteten zeitlichen Reisezeitverlauf auf
dieser Strecke vorgesehen. Dieser Reisezeitverlauf steht in engem
Zusammenhang mit der "rechtzeitigen" Detektion des Zusammenbrechens
des Verkehrs auf einer Strecke durch ein Probefahrzeug. Beispielsweise
aus Messungen ist bekannt, das der Vorgang des Zusammenbrechens
des Verkehrs auf einer Strecke sich meist über einen Zeitraum von etwa
20 bis 30 Minuten hinzieht. Anders gesprochen erfolgt das Zusammenbrechen
nicht spontan, sondern weist einen bestimmten zeitlichen Verlauf
auf. Dabei bedeutet "zeitlich" hier nicht, dass
das Zusammenbrechen stets zur selben Uhrzeit stattfindet, sondern
dass, falls der Verkehr zu irgend einer Uhrzeit an dieser Stelle
zusammenbricht, der zeitliche Ablauf des Zusammenbruchs stets einem ähnlichen
Muster folgt. Wenn nun dieser zeitliche Ablauf in einem frühen Stadium
von einem Probefahrzeug an die Zentrale gemeldet wird, so kann die
Zentrale den weiteren zeitlichen Ablauf "ergänzen", es müssen also
keine weiteren Reisezeiten von Probefahrzeugen abgewartet werden.
Unter Verwendung der vom Probefahrzeug an die Zentrale gesendeten,
aktuellen Reisezeit des Probefahrzeugs für das Durchfahren der Strecke
ist in der Zentrale eine Zuordnung dieser Reisezeit zum zeitlichen
Ablauf des Zusammenbruchs des Verkehrs – dargestellt durch beständig anwachsende
Reisezeiten – möglich. In
anderen Worten ausgedrückt
geht es darum, die Störflanke
durch ein Probefahrzeug zeitlich "punktuell" zu detektieren und anschließend in
der Zentrale durch Zuordnung dieser punktuellen Meldung die anderen
Teile der Störflanke zu
ergänzen.
Wird die Meldung vom Probefahrzeug nun so rechtzeitig an die Zentrale
gesendet, dass der Verkehr zwar noch nicht zusammengebrochen ist – das Probefahrzeug
also selbst keine unzumutbare Verzögerung erfährt – der Zusammenbruch des Verkehrs
jedoch demnächst
mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit stattfinden wird, so ist die Meldung
des Zusammenbruchs des Verkehrs mit minimalem Datenaufwand gelungen.
Hierfür
werden den Probefahrzeugen entsprechende Schwellwerte bereitgestellt, deren Überschreitung
nur in solchen Fällen
im Probefahrzeug detektiert werden wird, in denen der Verkehr mit
hoher Wahrscheinlichkeit demnächst
zusammenbrechen wird. Selbstverständlich ist dieses Vorgehen
auch "umgekehrt" anwendbar, d.h.
um eine Störflanke
von zusammengebrochenem zu freiem Verkehr zu detektieren.
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In Ballungsräumen, aber auch bei Überlandverbindungen
existieren meist einige Hauptstrecken, welche die Hauptmenge des
Verkehrs abwickeln. Solange diese Strecken auch nur halbwegs passierbar sind,
stellen sie meist die jeweils schnellste Verbindung dar. Wenn der
Verkehr jedoch auf ihnen einmal zusammengebrochen ist, sollten sie
umfahren werden. Denn in diesem Fall vergeht meist eine größere Zeitspanne,
bis diese Strecken wieder passierbar sind. Das Problem besteht nun
darin, das Zusammenbrechen des Verkehrs auf diesen Strecken als relevantes
Ereignis genau zu erkennen. Dies ist zuverlässig nur durch die Prüfung von
Reisezeiten auf diesen Strecken zu erreichen. Denn Reisezeiten als "integrale" Größen machen
eine Aussage über
die gesamte Strecke, während "differentielle" Größen wie
beispielsweise Momentangeschwindigkeiten nur lokale Aussagen liefern.
Dabei kann selbst eine erhöhte
Reisezeit auf diesen Strecken noch eine schnellere Passage sicherstellen
als ein Ausweichen auf Nebenstrecken. Somit ist es nicht sinnvoll,
eine Vielzahl von Daten von den Probefahrzeugen betreffend die Haupt-
und Nebenstrecke zu versenden. Vielmehr ist darauf abzustellen,
ob eine Hauptstrecke noch die "beste" Strecke ist oder
nicht. Damit müssen Daten
nur dann vom Probefahrzeug versendet werden, wenn der Verkehr auf
einer Hauptstrecke zusammenbrechen wird bzw. zusammengebrochen ist. Dabei
ist jedoch zu beachten, dass FCD-Verfahren eine "nachlaufende" Erfassungsmethode darstellen. Es müsste also
abgewartet werden, bis zumindest ein Probefahrzeug "steckengeblieben" ist, um das Zusammenbrechen
des Verkehrs auf einer Strecke zu erkennen. Genau dies ist jedoch
gerade bei den kostenpflichtigen, hochwertigen, FCD-basierten Diensten
dem teilnehmenden Probefahrzeug nicht zuzumuten. Es kommt also darauf
an, durch ein Probefahrzeug "rechtzeitig" das Zusammenbrechen
zu detektieren und die Zentrale darüber zu informieren. Die konkrete
Ausgestaltung des "rechtzeitig" wurde bereits dargelegt.
Zusätzlich
sind die anderen Probefahrzeuge zu informieren, damit sie keine
Daten betreffend diese Strecke mehr senden. Damit ist die minimal
erforderliche, von den Probefahrzeugen an die Zentrale zu versendende
Datenmenge dargestellt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Reisezeiten
für bestimmte
Abschnitte erhoben werden. Die Reisezeit (als Zeitdauer) besteht
für ein
Probefahrzeug in der Differenz des Zeitpunkts der Ausfahrt aus einem
Abschnitt abzüglich
des Zeitpunktes der Einfahrt in diesen Abschnitt. Natürlich ist
dabei eine jeweilige Strecke als jeweils ein Abschnitt darstellbar. Es
kann jedoch, wie noch dargelegt werden wird, aus verschiedenen Gründen sinnvoll
sein, eine feinere Unterteilung von Strecken vorzunehmen, beispielsweise
zur dynamischen Verfolgung von Störungsflanken. Aus diesem Grund
wird immer von Reisezeiten für
bestimmte Abschnitte gesprochen.
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Prinzipiell ist die Überschreitung
des Schwellwertes mit anschließender
Meldung nur durch eines der Probefahrzeuge auf einem Abschnitt nötig. Denn
die Störflanke
wird damit detektiert. Durch die den betroffenen Probefahrzeugen
von der Zentrale verfügbar
gemachten erwarteten zeitlichen Reisezeit verlauf werden weitere
Probefahrzeuge daran gehindert, den der Zentrale nun bekannten Zusammenbruch
des Verkehrs auf diesem Abschnitt erneut zu melden. Denn die von
der Zentrale verfügbar gemachten
Reisezeiten entsprechen ja den erwarteten, höheren Werten für die Reisezeit
auf dem Abschnitt. Damit wird zum einen das kostspielige Versenden
von der Zentrale nicht mehr benötigter
Meldungen verhindert. Zum anderen verfügen die betroffenen Probefahrzeuge
damit über
den erwarteten zeitlichen Reisezeitverlauf auf dem entsprechenden Abschnitt.
Sie können
somit beispielsweise prüfen, ob
sie diesen Abschnitt so rechtzeitig erreichen, dass sie noch eine
akzeptable Reisezeit erwarten können, oder
ob sie eine andere Route ohne diesen Abschnitt wählen sollten. Wichtig ist dabei,
dass der von der Zentrale bestimmte, erwartete zeitliche Reisezeitverlauf
für gewisse
Zeiten diejenigen Reisezeiten angibt, welche ein Probefahrzeug dann,
wenn es zu diesen Zeiten in den Abschnitt einfährt, zum Durchfahren des Abschnitts
benötigen
wird. Somit wird das oben dargelegte "nachlaufende" Verhalten von Reisezeiten geschickt
kompensiert.
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Der Hauptgedanke der Erfindung besteht also
darin, dass ein Verfahren zur zentralenbasierten, zeitlich vorausschauenden
Störungserkennung durch
Störflanken-Detektion
mittels abschnittsbezogenen Reisezeitenschätzung auf einem Verkehrsnetz
durch eine Anzahl Probefahrzeuge durchgeführt wird, wobei für einen
Abschnitt eine Reisezeit und eine Reisezeit-Maximalabweichung im Probefahrzeug verfügbar sind,
nach der Ausfahrt aus dem Abschnitt zum Zeitpunkt t1 mit einer aktuellen
Reisezeit T1 die Differenz zwischen gespeicherter Reisezeit und
aktueller Reisezeit T1 des Probefahrzeugs geprüft und beim Überschreiten
der Maximalabweichung eine Störflanke
detektiert und die Reisezeit T1 vom Probefahrzeug an die Zentrale
gesendet wird, und die Zentrale nach dem Empfang unter Verwendung
von T1 den auf dem Abschnitt erwarteten zeitlichen Reisezeitverlauf
Tp(t) bestimmt und betroffenen Probefahrzeugen bereitstellt, wobei
Tp(t) die Reisezeit Tp angibt, welche ein Probefahrzeug bei Einfahrt in
den Abschnitt zur Zeit t zum Durchfahren des Abschnitts benötigen wird.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen
darin, dass sie eine größtmögliche Reduzierung
des Kommunikationsaufwandes zwischen den Probefahrzeugen und der
Zentrale realisiert, indem nur die absolut nötige Information ausgetauscht
wird. Die Erfindung legt ein kostenoptimales FCD-Meldekonzept dar,
und zwar zeitlich durch eine minimale Anzahl von Meldungen pro Strecke
und Ereignis und räumlich
durch eine Reduzierung der Meldungen auf festlegbare Abschnitte
eines Verkehrsnetzes. Damit erhalten teilnehmende Probefahrzeuge
einen Zeitgewinn durch die Möglichkeit,
alternative Strecken zu berücksichtigen,
sowie genaue Information über
eine voraussichtliche Ankunftszeit an einem gewünschten Zielort. Die Erfindung
ist sowohl in Ballungsräumen, d.h.
in Verkehrsnetzen mit kurzen Kanten und vielen Knotenpunkten, als
auch in Außerortsgebieten,
d.h. in Verkehrsnetzen mit wenigen Knoten und langen Kanten, einsetzbar.
Weiterhin ist die Erfindung sowohl zur Detektion einer Störflanken
zwischen "ungestörtem" und "gestörtem", als auch zur Detektion
einer Störflanken
zwischen "gestörtem" und "ungestörtem" Verkehr anwendbar.
Mit anderen Worten ist sowohl die Ausbildung, als auch die Auflösung einer Störung auf
einem Abschnitt erkennbar.
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Mit Vorteil wird vorgeschlagen, dass
im Probefahrzeug Reisezeiten und Maximalabweichungen wenigstens
für solche
Abschnitte verfügbar
sind, die von Probefahrzeugen durch eine Befahrung alternativer
Abschnitte des Verkehrsnetzes umfahrbar sind. Damit ist eine gute
Verwertbarkeit der von der Zentrale bereitgestellten Reisezeiten
sichergestellt, indem gestörte
Abschnitte des Verkehrsnetzes von den Probefahrzeugen durch eine
Befahrung alternativer Abschnitte tatsächlich auch umfahren werden
können.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform
bestimmt die Zentrale den Reisezeitverlauf Tp(t) als Ganglinie,
wobei eine in der Zentrale für
diesen Abschnitt gespeicherte Störungs-Ganglinie
G(x) entsprechend dem Zeitpunkt t1 der gemeldeten aktuellen Reisezeit
T1 zeitlich zugeordnet wird mit Tp(x1) = G(x1) für x1 = t1 – T1 bei Tp(x1) = T1. Somit
wird durch die Verwendung eines bereits bekamen Ablaufs der Störung in
der Zentrale eine besonders einfache Bestimmung der aktuellen Störung erreicht,
indem diese Ganglinie einfach auf die entstehende aktuelle Störung "abgebildet" wird. Dabei gibt
der Reisezeitverlauf Tp(t) für
eine Zeit t diejenige Reisezeit Tp an, welche ein Probefahrzeug
bei Einfahrt in den Abschnitt zur Zeit t zum Durchfahren des Abschnitts benötigen wird.
Dies wird dadurch erreicht, dass die zugeordnete Ganglinie entlang
der Abszisse um den Betrag t1 – T1
verschoben wird. Der Ablaufs der Störung ist dabei beispielsweise
aus Schleifenmessungen bekannt, der zeitliche Verlauf des Aufbaus
der Störung,
d.h. die Störfront,
wird dann als Ganglinie, d.h. als funktionaler Zusammenhang oder "Kurve", in der Zentrale
gespeichert. Es sei hier noch einmal explizit darauf hingewiesen,
dass diese erfindungsgemäße Zuordnung
das zwangsläufige
Nachlaufen einer Reisezeitmessung kompensiert. Denn es wird ja (korrekterweise)
dem Probefahrzeug bei der Einfahrt in den Abschnitt die Reisezeit
zugeschrieben, die es dann benötigen
wird. In anderen Worten ausgedrückt wird
die Störflanke – eine funktionale
Abhängigkeit ("Kurve") der zum Durchfahren
des Abschnitts benötigten
Reisezeit (auf der Ordinate) von der (Uhr-)Zeit (auf der Abszisse) – derart "verschoben", dass die vom Probefahrzeug
zeitlich "punktuell" detektiere Reisezeit
auf den ihr entsprechenden Reisezeitwert gelegt wird. Damit ist
auf der Abszisse der dieser Reisezeit entsprechende Meldezeitpunkt
des Probefahrzeugs als angenommener Einfahrtszeitpunkt in den Abschnitt
aufgetragen. Somit ist der in der Zentrale gespeicherte Verlauf
der Ganglinie nun konkret zeitlich fixiert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
bestimmt die Zentrale den Reisezeitverlauf Tp(t) in Form einer Halbgeraden
zu Tp(t) = T1 + k*(t – (t1 – T1)),
mit k als mittlerer Steigung einer in der Zentrale für diesen
Abschnitt gespeicherten Störungs- Ganglinie. Hierdurch
ist eine besonders einfache Darstellung der Störung möglich, nämlich als Halbgerade, unter
Verwendung einer in der Zentrale für den Abschnitt gespeichert
Störungs-Ganglinie. Dabei
gibt der Reisezeitverlauf Tp(t) für eine Zeit t ebenfalls diejenige
Reisezeit Tp an, welche ein Probefahrzeug bei Einfahrt in den Abschnitt
zur Zeit t zum Durchfahren des Abschnitts benötigen wird.
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In einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
stellt die Zentrale nach dem Empfang einer Meldung mit der Reisezeit
T1 zum Zeitpunkt t1 in einem Zwischenschritt die gemeldete aktuelle
Reisezeit T1 betroffenen Probefahrzeugen bereit und bestimmt erst
nach dem Empfang einer zweiten, den Abschnitt betreffenden Meldung
von einem zweiten Probefahrzeug mit einer Reisezeit T2 zum Zeitpunkt t2 – wobei
T2 > T1 und t2 > t1 – den Reisezeitverlauf Tp(t)
in Form der Halbgeraden, wobei gilt Tp(t) = T2 + k*(t – (t2 – T2)),
mit k = (T2 – T1)/(t2 – T2 – (t1 – T1)). Damit
ist eine besonders einfache Darstellung der Störung kombiniert mit einer guten
Anpassung an den speziellen Verlauf der entstehenden aktuellen Störung.
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Eine besonders einfache Verarbeitung
bereitgestellter Reisezeiten im Probefahrzeug wird dadurch erreicht,
dass die Zentrale vom bestimmten Reisezeitverlauf Tp(t) nur die
zu einem Zeitpunkt ta auf dem Abschnitt erwartete Reisezeit Tp(ta)
betroffenen Probefahrzeugen bereitstellt.
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Wenn wenigstens ein weiteres Probefahrzeug
eine den Abschnitt betreffende Reisezeit an die Zentrale sendet,
ist einfach prüfbar,
ob ein von der Zentrale erwarteter Reisezeitverlauf Tp(t) tatsächlich eintritt.
Denn dieser erwartete Reisezeitverlauf tritt ja im allgemeinen nicht "sicher" ein, sondern "mit hoher Wahrscheinlichkeit". Beispielsweise
kann vorgesehen sein, in bestimmten Fällen solche Überprüfungen vorzusehen
und in anderen Fällen
aus Kostengründen
auf dieses zusätzliche
Versenden weiterer Reisezeiten zu verzichten. Dabei sind solche Überprüfungen für ein Probefahrzeug
dann nicht mit unzumutbaren Verzögerungen
verbunden, wenn sie noch vor der abgeschlossenen Ausbildung der
Störung stattfinden.
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Mit Vorteil wird vorgeschlagen, das
nach einer erwarteten, abgeschlossenen Ausbildung einer Störung auf
dem Abschnitt nur dann eine aktuelle Reisezeit vom Probefahrzeug
an die Zentrale gesendet wird, wenn diese Reisezeit kleiner als
eine gespeicherte Reisezeit ist. Dies eröffnet eine Möglichkeit,
die Zentrale über
die Rückbildung
einer Störung auf
einem Abschnitt zu informieren. Derartige aktuelle Reisezeiten können beispielsweise
von Probefahrzeugen versendet werden, die gerade keine dynamische
Navigation nutzen und einen solchen Abschnitt mithin "zufällig" befahren. Eine weitere
Möglichkeit stellt
eine testweise, "vorsätzliche" Umlenkung eines Probefahrzeugs
auf einen solchen Abschnitt dar.
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Vorteilhaft ist die zusätzliche
Bereitstellung einer abschnittsbezogenen Maximalabweichung durch
die Zentrale an betroffene Probefahrzeuge. Dies ermöglicht eine
besonders flexible und situationsangepasste Steuerung des Versendens
von aktuellen Reisezeiten durch die Probefahrzeuge. So wird günstigerweise
während
der Dauer eines erwarteten Störungsaufbaus
eine relativ große
Maximalabweichung bereitgestellt. Dies trägt den üblicherweise starken Schwankungen
der Werte der Reisezeit während
des Aufbaus der Störung
Rechnung, da diese Werte wegen der bereits im Gang befindlichen
Störungsbildung
der Zentrale keine Information liefern.
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Alternativ oder zusätzlich zur
Bereitstellung einer abschnittsbezogenen Maximalabweichung durch
die Zentrale ist vorgesehen, das die Zentrale die Probefahrzeuge
anweist, während
eines festlegbaren Zeitraums keine den Abschnitt betreffenden Reisezeiten
mehr zu versenden. So wird zuverlässig sichergestellt, das kein
kostenträchtiges
Versenden von Reisezeiten an die Zentrale stattfindet.
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Mit Vorteil wird vorgeschlagen, dass
eine maximale Reisezeit Tmax und/oder eine minimale Reisezeit Tmin
vorgesehen ist, wobei Tp(t = tx) = Tmax für Tp(tx) > Tmax bzw. Tp(t = ty) = Tmin für Tp(ty) < Tmin gesetzt wird.
Damit werden beispielsweise bei einer weiteren Verarbeitung der
im Probefahrzeug verfügbar
gemachten Reisezeiten geeignete Wertebereiche sichergestellt. Beispielsweise
wird als minimale Reisezeit Tmin für den Abschnitt eine Durchfahrtszeit
mit der erlaubten Höchstgeschwindigkeit
gesetzt.
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Besonders flexibel einsetzbar wird
die Erfindung dadurch, dass die Zentrale den auf dem Abschnitt erwarteten
zeitlichen Reisezeitverlauf um eine durchschnittliche Störungsdauer
ergänzt.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass nach dem Ablauf dieser
Dauer wieder absinkende Reisezeiten, d.h. eine Auflösung der
Störung,
von der Zentrale den Probefahrzeugen verfügbar gemacht werden. Damit bewirkt
die Zentrale eine eventuelle Prüfung
durch entsprechende Probefahrzeuge, ob der erwartete Störungsabbau
tatsächlich
eintritt; die Probefahrzeuge berücksichtigen
eine eventuell wieder günstigere Strecke.
Durchschnittliche Störungsdauern
können beispielsweise
aus Messungen in der Vergangenheit abgeleitet werden.
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Durch die Berücksichtigung einer mittleren Verzögerungszeit
dtv bei der Verfügbarmachung
des Reisezeitverlauf Tp(t) durch die Zentrale, indem der Reisezeitverlauf
Tp(t) für
die Zeit t diejenige Reisezeit Tp angibt, welche ein Probefahrzeug
bei Einfahrt in den Abschnitt zur Zeit t + dtv zum Durchfahren des Abschnitts
benötigen
wird, werden Verzögerungen beispielsweise
bei Aussendung, Verarbeitung und/oder Empfang der Reisezeiten berücksichtigt.
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In vorteilhafter Weise werden mehrere
Abschnitte zusammengefasst und es sind zusätzlich zu Reisezeit und Reisezeit-Maximalabweichung
für jeden
Abschnitt im Probefahrzeug eine Summen-Reisezeit und eine Summen-Reisezeit-Maximalabweichung
verfügbar.
Hierdurch werden insbesondere stärkere
Schwankun gen der Reisezeiten auf kurzen Abschnitten im Ballungsraum „geglättet", wenn diese Information
mit Bezug auf eine Gesamtstrecke nicht relevant ist.
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Mehrere Abschnitte, welche eine als "grüne Welle" ausgebildete Ampelphasenschaltung
aufweisen, werden ebenfalls zusammengefasst und zusätzlich sind
zu Reisezeit und Reisezeit-Maximalabweichung
für jeden
Abschnitt im Probefahrzeug eine Summen-Reisezeit und eine Summen-Reisezeit-Maximalabweichung
verfügbar.
Denn im Fall einer solchen grünen
Welle kann eine Störung
ja schon dann vorliegen, wenn das Probefahrzeug an nur einer der Ampeln
bei "Rot" warten müsste. Dieser
Fall würde jedoch
unter Verwendung von Reisezeit und Reisezeit-Maximalabweichung nur für den Abschnitt
nicht erkannt. Somit sind Summen-Reisezeit und eine Summen-Reisezeit-Maximalabweichung
vorteilhaft einsetzbar.
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Wenn relativ kurze Abschnitte vorgesehen sind,
so ist eine sich bewegende Störungsflanke räumlich aufgelöst zu detektieren,
d.h. ihre Bewegung über
die jeweiligen Abschnitte ist im zeitlichen Ablauf nachvollziehbar.
Hier ist im Einzelfall abzuwägen
zwischen der größeren Genauigkeit
dieser Ausgestaltung gegenüber
den höheren
dadurch verursachten Kosten.
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Noch universeller einsetzbar wird
das erfindungsgemäße Verfahren
dadurch, dass zusätzlich mit
den Reisezeiten Informationen über
den Straßenzustand
und/oder das Wetter versendet werden. Hierfür werden beispielsweise der
Regensensor, Scheibenwischerinformation oder Beleuchtungseinstellung
verwendet.
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Bei einem System zur zentralenbasierten, zeitlich
vorausschauenden Störungserkennung durch
Störflanken-Detektion
mittels abschnittsbezogenen Reisezeitenschätzung auf einem Verkehrsnetz
durch eine Anzahl Probefahrzeuge ist vorgesehen, dass in einem Speichermittel
im Probefahrzeug eine Reisezeit und eine Reisezeit-Maximalabweichung
für einen
Abschnitt gespeichert sind, dass in einer Recheneinheit im Probefahrzeugs nach
der Ausfahrt aus dem Abschnitt zum Zeitpunkt t1 mit einer aktuellen
Reisezeit T1 die Differenz zwischen gespeicherter Reisezeit und
aktueller Reisezeit T1 geprüft
und beim Überschreiten
der Maximalabweichung von der Recheneinheit eine Störflanke
detektiert und über
ein Kommunikationsmittel die aktuelle Reisezeit T1 vom Probefahrzeug
an die Zentrale gesendet wird, und dass ein in der Zentrale vorgesehenes
Kommunikationsmittel die Meldung empfängt und anschließend in
einer Recheneinheit den auf dem Abschnitt erwarteten zeitlichen
Reisezeitverlauf Tp(t), ausgehend von der empfangenen Meldung, bestimmt
und betroffenen Probefahrzeugen über
ein Sendemittel bereitstellt, wobei Tp(t) die Reisezeit Tp angibt,
welche ein Probefahrzeug bei Einfahrt in den Abschnitt zur Zeit
t zum Durchfahren des Abschnitts benötigen wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung sind Reisezeit und/oder Maximalabweichung für einen
Abschnitt zusammen mit einer digitalen Straßenkarte im Probefahrzeug gespeichert.
Somit sind diese Daten ständig
verfügbar
und bereits den entsprechenden Abschnitten des Verkehrsnetzes zugeordnet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung werden Reisezeit und/oder Maximalabweichung für einen
Abschnitt dem Probefahrzeug von der Zentrale bereitgestellt. Dies
ermöglicht eine
Versorgung des Probefahrzeuges mit besonders aktuellen Werten.
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Natürlich kann auch eine Kombination
der beiden Ausführungsform
vorgesehen sein, indem beispielsweise einige Reisezeiten und/oder
Maximalabweichungen zusammen mit einer digitalen Straßenkarte
im Probefahrzeug gespeichert und andere dem Probefahrzeug von der
Zentrale bereitgestellt werden. Dabei sind beliebige Kombinationen
möglich,
beispielsweise für
unterschiedliche Zeiträume des
gleichen Abschnitts oder für
unterschiedliche Abschnitte zu unterschiedlichen Zeiträumen.
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Besonders vorteilhaft ist es die
Ausbildung des Kommunikationsmittels als Mobilfunkeinheit. Die damit
verbundene Nutzung eines Mobilfunknetzes, beispielsweise nach dem
GSM- oder UMTS-Standard, stellen eine von den Probefahrzeugen flächendeckend
nutzbare Möglichkeit
des Sendens an die Zentrale bereit.
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Wenn ein Mittel zur Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation
in Probefahrzeugen vorgesehen ist, dann ist dieses Mittel durch
ein erstes Probefahrzeug verwendbar, um weiteren Probefahrzeugen mitzuteilen,
das eine aktuelle Reisezeit über
das Kommunikationsmittel vom ersten Probefahrzeug an die Zentrale
gesendet wird oder wurde. Dadurch werden Kosten gespart, indem die
Aussendung weiterer, von der Zentrale nicht benötigter Reisezeiten verhindert
wird. Denn diese weiteren Reisezeiten würden ja von den weiteren Probefahrzeugen
gesendet, bevor erwartete Reisezeiten durch die Zentrale bereitstellbar
sind.
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Mit Vorteil wird vorgeschlagen, dass
die Zentrale den auf einem Abschnitt erwarteten zeitlichen Reisezeitverlauf
betroffenen Probefahrzeug per Sammelmeldung bereitstellt. Derartige
Sammelmeldungen, auch "Broadcast" genannt, machen
es besonders einfach, einer Gruppe von Probefahrzeugen gleichzeitig
Informationen verfügbar
zu machen. Zusätzlich
ist es auch möglich,
nur Probefahrzeuge in einem begrenzten geographischen Gebiete gezielt anzusprechen.
Damit wird nur solchen Probefahrzeugen der auf einem Abschnitt erwartete
zeitliche Reisezeitverlauf verfügbar
gemacht, die sich innerhalb einer bestimmten Entfernung von diesem
Abschnitt befinden. Denn nur diese Probefahrzeuge sind ja von der
Informationen auch betroffen, da sie diesen Abschnitt eventuell
demnächst
befahren werden. Geeignete Formen der Sammelmeldung sind DAB („Digital
Audio Broadcast",
terrestrische Digitalausstrahlung), RDS („Radio Data System", im UKW-Band), GSM-Cell-Broadcast
oder UMTS-Broadcast.
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Die Erfindung ist vorzugsweise als
Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln realisiert, wobei eine
jeweilige Ausprägung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
durchgeführt
wird, wenn das jeweilige Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
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Eine weitere bevorzugte Realisierungsform der
Erfindung stellt ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln
dar, wobei die Programmcode-Mittel die auf einem computerlesbaren
Datenträger
gespeichert sind, um eine jeweilige Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens
durchzuführen,
wenn das jeweilige Programmprodukt auf einem Computer ausgeführt wird.
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Die Erfindung und vorteilhafte Ausführungen sind
in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
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Dabei zeigen:
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1 Schematisch
den Aufbau des erfindungsgemäßen Systems,
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2 die
prinzipielle Funktionsweise der Erfindung,
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3 beispielhaft
die Bestimmung des Reisezeitverlaufs als Halbgeraden,
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4 beispielhaft
die Bestimmung des Reisezeitverlaufs als Ganglinie,
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5 schematisch
die Konstruktion des Reisezeitverlaufs als Halbgeraden,
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6 schematisch
die Berücksichtigung
einer Verzögerungszeit,
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7 schematisch
den im Probefahrzeug lokalisierten Teil der Erfindung,
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8 ein
Beispiel zur Wahl von Reisezeit-Maximalabweichungen,
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9 beispielhaft
eine Ganglinienwahl in der Zentrale,
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10 ein
weiteres Beispiel zur Wahl von Reisezeit-Maximalabweichungen,
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11 schematisch
die Bestimmung der Reisezeit,
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12 schematisch
die Bereitstellung der erwarteten Reisezeit,
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13 schematische
die Wahl der Abschnitte,
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14 schematisch
die Verwendung einer digitalen Straßenkarte im Probefahrzeug,
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15 exemplarisch
den Vorteil der Erfindung,
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16 ein
Beispiel für
eine vom Probefahrzeug an die Zentrale gesendete Meldung.
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In 1 ist
schematisch der Aufbau des erfindungsgemäßen Systems dargelegt. Im Probefahrzeug
werden Reisezeiten gemessen und mit einer gespeicherten Reisezeit
verglichen. Für
den Fall, dass die Abweichung größer als
eine Maximalabweichung ist, wird über eine point-to-point Verbindung, z.B. über Mobilfunk,
die gemessene Reisezeit an die Zentrale gesendet. Die Zentrale versendet über Broadcast,
z.B. RDS oder DAB, Reisezeiten und/oder Maximalabweichungen an die
Probefahrzeuge.
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In 2 ist
die prinzipielle Funktionsweise der Erfindung dargestellt. Während des
Aufbaus der Störung
sind maximal 2 Messungen der Reisezeit von Probefahrzeugen erforderlich,
um die Störungsflanke
zu detektieren. Dies erfolgt zeitlich bevor der Stau sich ausgebildet
hat, d.h. ohne unzumutbare Verzögerungen
für die
Probefahrzeuge. Analog wird auch der Abbau der Störung detektiert.
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In 3 ist
beispielhaft die Bestimmung des Reisezeitverlaufs als zwei Halbgeraden
für einen
Abschnitt gezeigt. Ein erstes Probefahrzeug meldet eine Reisezeit
T(1) zum Zeitpunkt seiner Ausfahrt aus dem Abschnitt, zum Zeitpunkt
t(1)out. In der Zentrale wird diese Reisezeit T(1) nun dem Zeitpunkt
der Einfahrt t(1) in in den Abschnitt zugeordnet, wobei t(1) in
= t(1)out – T(1)
. Ein zweites Probefahrzeug meldet eine Reisezeit T(2) zum Zeitpunkt
seiner Ausfahrt aus dem Abschnitt, zum Zeitpunkt t(2)out. In der Zentrale
wird diese Reisezeit T(2) nun dem Zeitpunkt der Einfahrt t(2) in
in den Abschnitt zugeordnet, wobei t(2) in = t (2)out – T(2) .
Indem eine Halbgerade durch die Punkte (t(1) in; T(1)) und (t(2)
in; T(2 )) gelegt wird, ergibt sich der Reisezeitverlauf Tp(t) als erste
Halbgerade. Als größtmögliche,
erwartete Reisezeit für
jeden Einfahrtszeitpunkt t in den Abschnitt wird nach Ausbildung
der Störung
eine Reisezeit Tmax angesetzt. Damit ergibt sich die parallel zur
Abszisse verlaufende zweite Halbgerade Tmax.
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4 verdeutlicht
beispielhaft die Bestimmung des Reisezeitverlaufs als Ganglinie.
Eine mittlere Charakteristik des Störungsaufbaus auf dem Abschnitt
ist in der Zentrale gespeichert. Eine von einem Probefahrzeug zu
einem Zeitpunkt t1 gemeldete Reisezeit T1 wird benutzt, um die Ganglinie
zeitlich zuzuordnen. Die Zuordnung erfolgt durch "Verschieben" der Ganglinie auf
der Abszisse derart, dass der Wert T1 der Ganglinie zum Zeitpunkt
t1 – T1,
d.h. zum Einfahrtszeitpunkt des Probefahrzeugs in den Abschnitt,
angeordnet wird. Die Ganglinie wird als erwarteter Reisezeitverlauf
bestimmt und betroffenen Probefahrzeugen bereitgestellt.
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5 stellt
schematisch die Konstruktion des Reisezeitverlaufs als Halbgeraden
dar. Die Zentrale stellt nach dem Empfang der Reisezeit T1 zum Zeitpunkt
t1 als "erste FCD-Meldung" die gemeldete aktuelle
Reisezeit T1 betroffenen Probefahrzeugen bereit. Erst nach dem Empfang
einer zweiten, den Abschnitt betreffenden Reisezeit von einem zweiten Probefahrzeug
zum Zeitpunkt t2, wobei T2 > T1
und t2 > t1, als "zweite FCD-Meldung", bestimmt die Zentrale
den Reisezeitverlauf Tp(t) in Form einer Halbgeraden, wobei gilt
Tp(t) = T2 + k*(t – (t2 – T2)),
mit k = (T2 – T1)/(t2 – T2 –(t1 – T1)).
Für Reisezeitwerte
die einen bestimmten Grenzwert überschreiten,
wird eine maximaler Reisezeit als zur Abszisse parallele Halbgerade
gesetzt. Eine Auflösung
der Störung
auf dem Abschnitt wird analog behandelt.
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6 veranschaulicht
schematisch die Berücksichtigung
einer Verzögerungszeit
dtv. Eine von einem Probefahrzeug zum Zeitpunkt t0 gemeldete Reisezeit
wird einer mittleren Verzögerungszeit
dtv bei der Bereitstellung des daraus bestimmten Reisezeitverlaufs
Tp(t) durch die Zentrale ausgesetzt, beispielsweise durch Verarbeiturgs-
und Signallaufzeiten. Indem Tp(t) für die Zeit t diejenige Reisezeit
Tp angibt, welche ein Probefahrzeug bei Einfahrt in den Abschnitt
zur Zeit t + dtv zum Durchfahren des Abschnitts benötigen wird,
wird dieser Effekt kompensiert.
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In 7 ist
schematisch der im Probefahrzeug lokalisierte Teil der Erfindung
veranschaulicht. Wenn im Probefahrzeug eine Zentralen-Reisezeit Rkz
verfügbar
ist, welche von der Zentrale für
den Abschnitt per Broadcast ins Probefahrzeug übertragen wurde, so wird der
Wert Rkz verwendet. Ansonsten wird der Wert Rks verwendet, der für den Abschnitt
zusammen mit der digitalen Straßenkarte
im Probefahrzeug verfügbar
ist. Wenn im Probefahrzeug eine Zentralen-Reisezeit Rkz verfügbar ist,
so ist ebenfalls eine Zentralen-Reisezeit-Maximalabweichung dRkz verfügbar, welche
ebenfalls von der Zentrale für
den Abschnitt per Broadcast ins Probefahrzeug übertragen wurde. In diesem
Fall wird im Probefahrzeug geprüft,
ob eine aktuell gemessene Reisezeit Rkf um mehr als die Zentralen-Reisezeit-Maximalabweichung
dRkz von der Zentralen-Reisezeit Rkz abweicht. Wenn die Abweichung
größer ist
als dRkz, so wird die aktuell gemessene Reisezeit Rkf vom Probefahrzeug
an die Zentrale übertragen,
ansonsten wird die aktuell gemessene Reisezeit Rkf verworfen. Im
anderen Fall wird die für
den Abschnitt zusammen mit der digitalen Straßenkarte im Probefahrzeug verfügbare Reisezeit- Maximalabweichung dRks
verwendet, um zu prüfen,
ob eine aktuell gemessene Reisezeit Rkf um mehr als die Reisezeit-Maximalabweichung
dRks von der Reisezeit Rks abweicht. Wenn die Abweichung größer ist
als dRks, so wird die aktuell gemessene Reisezeit Rkf vom Probefahrzeug
an die Zentrale übertragen,
ansonsten wird die aktuell gemessene Reisezeit Rkf verworfen.
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Ein Beispiel zur Wahl von Reisezeit-Maximalabweichungen
zeigt 8. Es wird im
Zeitraum zwischen den Zeitpunkten tA und tB eine kleine Störung erwartet,
welche zwar die Reisezeiten etwas ansteigen lässt, aber nicht zu einem Zusammenbrechen des
Verkehrs auf dem Abschnitt führt.
In diesem fall wird für
den Zeitraum zwischen den Zeitpunkten tA und tB von der Zentrale
betroffenen Probefahrzeugen eine erhöhte Reisezeit-Maximalabweichung
für den
Abschnitt bereitgestellt um zu verhindern, dass die erwartete kleine
Störung
fälschlicherweise
als Zusammenbrechen des Verkehrs, d.h. als Störflanke, von Probefahrzeugen
detektiert wird.
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Die in 9 beispielhaft
dargelegte Ganglinienwahl in der Zentrale veranschaulicht den Fall, dass
in der Zentrale für
einen Abschnitt mehr als eine Störungs-Ganglinie
vorliegt. Hier entscheidet sich im Zeitraum zwischen tA und tB,
welche Ganglinie besser zur aktuellen Lage passt. Deshalb wird von
der Zentrale für
diesen Zeitraum eine Reisezeit-Maximalabweichung
von 0 bereitgestellt, d.h. die Probefahrzeuge senden immer an die
Zentrale. Damit werden auch Reisezeiten die einem ungestörten Verkehr
entsprechen an die Zentrale gesendet. Damit ist in der Zentrale
die Bestimmung der passenden Ganglinie möglich. Wenn Probefahrzeuge
beispielsweise für diesen
Abschnitt niedrige Reisezeiten, d.h. ungestörten Verkehr, melden, so wird
die Zentrale die Ganglinie 2 als passenden erwarteten Reisezeitverlauf
bestimmen.
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In 10 ist
ein weiteres Beispiel zur Wahl von Reisezeit-Maximalabweichungen veranschaulicht.
Während
des Auf- und Ab baus von Störungen kann
es zu starken Schwankungen in den gemessenen Reisezeiten kommen.
Obwohl diese Reisezeiten stark von dem von der Zentrale bereitgestellten
erwarteten Reisezeitverlauf abweichen, beinhalten sie keine wesentliche
Information und werden nicht gesendet. Dazu wird für diesen
Zeitraum eine hohe Reisezeit-Maximalabweichung bereitgestellt.
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In 11 und 12 ist noch einmal schematisch
die Bestimmung und Bereitstellung der Reisezeit dargelegt. Ein Probefahrzeug "FCD-Fahrzeug" fährt zum
Zeitpunkt t = tin in den Abschnitt "FCD-Meldestrecke" ein und zum Zeitpunkt t = tout wieder
aus dem Abschnitt aus. Die an die Zentrale "FCD-Zentrale" gesendete Reisezeit
beträgt
also TFCD = tout – tin.
Die von der Zentrale betroffenen Probefahrzeugen bereitgestellte
Reisezeit Tp ist mit Tp = fp(TFCD) eine Funktion von TFCD. Diese
Funktion Tp wird von der Zentrale derart bestimmt, dass einem Probefahrzeug,
welches zum Zeitpunkt t in den Abschnitt einfährt, die zu seinem Einfahrtszeitpunkt
t erwartete Reisezeit bereitgestellt wird.
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In 13 ist
schematische die Wahl der Abschnitte dargelegt. Ein Abschnitt wird
festgelegt durch Anfangspunkt A, Endpunkt B, je ein Punkt auf jeder
Kante zwischen Anfangs- und
Endpunkt sowie durch die Entfernung zwischen je zwei dieser Punkte. Damit
kann der interessierende Abschnitt "FCD-Meldestrecke" zuverlässig von
alternativen Strecken unterschieden werden, für die Probefahrzeuge keine Reisezeiten
melden sollen.
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Die Verwendung einer digitalen Straßenkarte im
Probefahrzeug in schematischer Form zeigt 14. Eine im Probefahrzeug vorgesehen
Onboard-Navigation wird um eine Schnittstelle zur Verwendung von
erfindungsgemäß bereitgestellten
abschnittsbezogenen Reisezeiten erweitert, beispielsweise zur Verwendung
für eine
dynamische Zielführung.
Dazu erfolgt ein "Matching" der entsprechenden
Abschnitte "FCD-Meldestrecke" mit der digitalen Karte
im Navigationsgerät
des Probefahrzeugs.
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In 15 ist
exemplarisch der Vorteil der Erfindung visualisiert. Es wird mit
minimalem Kommunikationsaufwand eine bestmögliche Routenwahl im Probefahrzeug
sichergestellt. Wenn die Reisezeit auf der Hauptroute die Reisezeit
auf der Alternativroute übersteigt,
wird mit einer "Verzögerungszeit" dt1 die Störflanke
erkannt und den Probefahrzeugen entsprechende Reisezeiten bereitgestellt.
Die Erkennung der Störflanke
beim Abbau der Störung
erfolgt ebenfalls mit einer "Verzögerungszeit" dt2. Außer in den
beiden Zeitabschnitten dt1 und dt2 wird zu jedem Zeitpunkt eine "ideale" Routenwahl im Probefahrzeug
durch die Bereitstellung abschnittsbezogener Reisezeiten sichergestellt,
und zwar mit minimalem Kommunikationsaufwand.
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Ein Beispiel für eine vom Probefahrzeug an die
Zentrale gesendete Meldung zeigt 16.
Es wird eine den Abschnitt identifizierende Nummer "Identifier" zusammen mit den
vom Probefahrzeug gemessenen Daten "Reisezeit" und "Witterung und Straßenzustand" versendet. Somit sind die erfindungsgemäß vom Probefahrzeug
an die Zentrale zu sendenden Meldungen äußerst kompakt ausführbar.