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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur gangliniengestützten Verkehrsprognose
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei diesem Verfahren wird
eine Ganglinien-Datenbank unter Berücksichtigung von Mustern dichten
Verkehrs an effektiven Engstellen eines betrachteten Verkehrswegenetzes
aufgebaut, und Verkehrsprognosen werden unter Verwendung von aktuellen
Verkehrsmessungen und Vergleich derselben mit Daten aus der Ganglinien-Datenbank
erstellt.
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Derartige
Verkehrsprognoseverfahren sind in verschiedenen früheren Patentanmeldungen
der Anmelderin zu dieser Thematik beschrieben, siehe beispielsweise
die
DE 100 62 856
A1 ,
DE 100
57 796 A1 und die ältere
deutsche Patentanmeldung 103 36 590.7. Wie dort und zum Beispiel
auch in der
DE 199 44
075 A1 eingehend beschrieben, lässt sich die Dynamik von dichtem
Verkehr an den sogenannten effektiven Engstellen eines betrachteten
Verkehrswegenetzes, z.B. eines Straßenverkehrsnetzes, innerhalb
eines betrachteten Gebiets, durch die Bildung und das Verhalten
der sogenannten Muster dichten Verkehrs beschreiben, vorliegend
auch Verkehrsmuster bezeichnet. Solche Muster dichten Verkehrs bestehen
aus den unterscheidbaren Zustandsphasen "synchronisierter Verkehr", "gestauchter synchronisierter
Verkehr" und "sich bewegende breite Staus", mit denen sich
die Verkehrsdynamik unter zusätzlicher
Berücksichtigung
des Zustands "freier
Verkehr" adäquat beschreiben
lässt.
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In
der
DE 197 53 034
A1 wird ein Verfahren zur gangliniengestützten Verkehrsprognose
beschrieben, bei dem eine Gangli nien-Datenbank anhand von Verkehrsdaten
aufgebaut wird, die von mehreren Datenquellen geliefert werden,
wie ortsfeste Detektoren und sich im Verkehr mitbewegende Stichprobenfahrzeuge,
sogenannte FCD-Fahrzeuge. Zur Prognose wird durch eine probabilistische
Selektion eine wahrscheinlichste Ganglinie ausgewählt.
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Meist
arbeiten die herkömmlichen
gangliniengestützten
Prognoseverfahren auf der Basis stationärer Fahrzeugzählstellen
und anderer Mittel zur Messung von Verkehrsströmen, die dann in mittlere Geschwindigkeiten
und schließlich
benötigte
Reisezeiten umgerechnet werden. Untersuchungen zeigen, dass diese
Methode zwar bei frei fließendem Verkehr
meist zu befriedigenden Resultaten führt, da in diesem Fall dem
Verkehrsfluss über
das sogenannte Fundamentaldiagramm eine mittlere Geschwindigkeit
eindeutig zugeordnet werden kann. Hingegen ist die Zuverlässigkeit
dieser Methode begrenzt, wenn Zustände dichten Verkehrs vorliegen. Bei
diesen können
je nach den sonstigen Gegebenheiten unterschiedliche der oben erwähnten, individualisierbaren
Zustände "synchronisierter
Verkehr", "gestauchter synchronisierter
Verkehr" und "sich bewegende breite
Staus" bei gleichem
Verkehrsfluss vorliegen. Andererseits sind die mittlere Geschwindigkeit
und die Reisezeit stark davon abhängig, welcher dieser dichten
Verkehrszustände
vorliegt, siehe die Zeitschriftenaufsätze B.S. Kerner und P. Konhäuser, Phys.
Rev. E, 48, S. R2335, 1993 und Phys. Rev. E, 50, S. 54, 1994 sowie
B.S. Kerner und H. Rehborn, Phys. Rev. E, 53, S. 1297, 1996.
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Zwar
kann als eine Abhilfe daran gedacht werden, statt der Messung von
Verkehrsflüssen
und der darauf aufbauenden Abschätzung
der mittleren Geschwindigkeiten und Reisezeiten eine direkte Messung
von Reisezeiten unabhängig
von der Verkehrsflüssen
zum Beispiel durch FCD-Fahrzeuge vorzunehmen. Diese Vorgehensweise
wird bei feststehender Verkehrsinfrastruktur häufig gut funktionieren, trifft
jedoch auf Schwierigkeiten bei Veränderungen der Infrastruktur,
z.B. bei neu entstehenden Baustellen und anderen temporären effektiven
Engstellen. Denn eine Prognose der Reisezeiterhöhung durch eine neu entstandene
Baustelle erfordert bei dieser Methode neue, aufwendige Reisezeitmessungen
an verschiedenen Tagen durch FCD-Fahrzeuge, so dass auf diese Weise
Reisezeit-Ganglinienprognosen
nicht innerhalb kurzer Zeit nach Einrichtung einer Baustelle erstellt
werden können.
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Der
Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines
Verfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, mit dem sich gangliniengestützte Verkehrsprognosen
vergleichsweise zuverlässig
erstellen lassen, auch bei temporär auftretenden effektiven Engstellen
des betrachteten Verkehrswegenetzes.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den
Merkmalen des Anspruchs 1. Bei diesem Verfahren wird zum Aufbau
der Ganglinien-Datenbank eine Aggregation aller Verkehrsmuster an
permanenten effektiven Engstellen des betrachteten Verkehrswegenetzes durchgeführt. Zudem
wird bei Erkennen einer neu auftretenden temporären effektiven Engstelle ein
jeweils zugehöriges
aggregiertes Verkehrsmuster ermittelt und die Ganglinien-Datenbank
mit diesem aktualisiert. Jedem aggregierten Verkehrsmuster wird eine
bestimmte Reisezeit zugeordnet, und zur Erstellung der Verkehrsprognosen
werden auf dieser Grundlage Reisezeiten für alle oder einen auswählbaren
Teil der Streckenabschnitte des betrachteten Verkehrswegenetzes
ermittelt und angezeigt.
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Erfindungsgemäß sind folglich
Verkehrsmuster, die auf der Zusammensetzung der verschiedenen individualisierbaren
Zustände
dichten Verkehrs basieren, die grundlegenden Bausteine einer aggregierten
Ganglinienprognose. Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass jedem
derartigen Verkehrsmuster an einer effektiven Engstelle eine bestimmte
Reisezeiterhöhung
im Vergleich zum Zustand freien Verkehrs zugeordnet werden kann.
Deshalb lassen sich streckenbezogene Reisezeiten, gerade auch für das Passieren
effektiver Engstellen, direkt und automatisch aus den Verkehrsmustern
der Ganglinien-Datenbank ermitteln. Im Falle einer neu auftretenden, temporären effektiven
Engstelle, wie einer Baustelle, kann dieser relativ rasch ein bestimmtes
Verkehrsmuster zugeordnet werden, wenn die Verkehrsströme im Bereich
dieser temporären
effektiven Engstelle feststellbar sind.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 wird der Einfluss
eines Verkehrsmusters, das einer neu aufgetretenen, temporären effektiven Engstelle
zugeordnet wird, auf die anderen Verkehrsmuster stromaufwärts und
stromabwärts
von der neuen temporären
effektiven Engstelle im Rahmen der Aktualisierung der Ganglinien-Datenbank
prognostiziert und berücksichtigt.
Damit lässt
sich die Genauigkeit der gangliniengestützten Verkehrsprognose weiter
steigern.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 werden Verkehrsmuster-
und Reisezeitdaten bei einer Aktualisierung der Ganglinien-Datenbank
aufgrund einer neu aufgetretenen, temporären effektiven Engstelle selbsttätig ermittelt, und
die auf diese Weise automatisch erzeugten Ganglinien werden bei
Aufhebung der temporären
effektiven Engstelle selbsttätig
wieder gelöscht.
Damit kann der Einfluss temporärer
effektiver Engstellen auf die Verkehrslage bei der gangliniengestützten Verkehrsprognose
verhältnismäßig rasch
und beschränkt
auf die Dauer der Existenz dieser Engstelle berücksichtigt werden.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 sieht vorteilhafte Möglichkeiten
der Anzeige des prognostizierten Verkehrszustands für den Benutzer,
insbesondere einen Fahrzeugführer,
vor.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend
beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines ersten, verfahrensgemäß zur gangliniengestützten Verkehrsprognose
und insbesondere zur Reisezeitprognose im Bereich effektiver Engstellen
benutzten aggregierten Verkehrsmusters aus synchronisiertem Verkehr
und gestauchtem synchronisiertem Verkehr,
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2 eine
Darstellung entsprechend 1 für ein zweites aggregiertes
Verkehrsmuster aus synchronisiertem Verkehr, gestauchtem synchronisiertem
Verkehr und sich bewegenden breiten Staus,
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3 eine
Darstellung entsprechend 1, jedoch für ein weiteres aggregiertes
Verkehrsmuster in Form eines übergreifenden
Musters über
mehrere Engstellen aus synchronisiertem Verkehr und gestauchtem
synchronisiertem Verkehr und
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4 eine
Darstellung entsprechend 3, jedoch für ein viertes aggregiertes
Verkehrsmuster in Form eines übergreifenden
Musters über
mehrere Engstellen aus synchronisiertem Verkehr, gestauchtem synchronisiertem
Verkehr und sich bewegenden breiten Staus.
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Das
vorliegende Verfahren macht zur gangliniengestützten Verkehrsprognose von
aggregierten Verkehrsmustern an permanenten und temporären effektiven
Engstellen eines betrachteten Verkehrswegenetzes Gebrauch. Auf einige
wesentliche Verkehrsmuster wird unten unter Bezugnahme auf die Figuren
näher eingegangen.
Zur Verfahrensdurchführung
dienen beliebige geeignete Mittel, wie sie dem Fachmann für diesen
Zweck gebräuchlich
sind und die daher keiner näheren
Erläuterung
bedürfen. Es
kann dazu insbesondere auch auf die eingangs erwähnten Druckschriften und die
dort zitierte Literatur verwiesen werden.
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Verfahrensgemäß werden
zunächst
zum Aufbau einer Ganglinien-Datenbank
die erforderlichen Eingangsdaten gewonnen und dazu entsprechende
Verkehrsmessungen zum Beispiel über
Verkehrsmenge, Reisegeschwindigkeiten und Reisezeiten für ein betrachtetes
Verkehrswegenetz, zum Beispiel ein Straßennetz in einem bestimmten
Gebiet, gewonnen. Dabei werden im Bereich von permanenten effektiven
Engstellen des Verkehrswegenetzes Verkehrsmuster, die sich aus den
individualisierbaren dichten Verkehrszuständen "synchronisierter Verkehr", "gestauchter synchronisierter
Verkehr" und "sich bewegende breite
Staus" zusammensetzen,
ermittelt und als grundlegende Bausteine einer aggregierten Ganglinienprognose
verwendet.
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Zu
diesem Zweck wird eine Aggregation aller Verkehrsmuster an jeder
effektiven Engstelle im Verkehrswegenetz durchgeführt, und
jedem aggregierten Verkehrsmuster wird eine Reisezeit bzw. eine Reisezeiterhöhung im
Vergleich mit der Reisezeit im Zustand freien Verkehrs zugeordnet.
Zusätzlich
wird bei Erkennung einer neu auftretenden, temporären effektiven
Engstelle, zum Beispiel beim Empfang einer Meldung über eine
neu errichtete Baustelle oder eine länger andauernde Unfallstelle,
dieser temporären
effektiven Engstelle ein entsprechendes zugehöriges Verkehrsmuster zugeordnet
und der Einfluss dieses Verkehrsmusters auf die anderen Verkehrsmuster
stromaufwärts
und stromabwärts
von der neuen temporären
effektiven Engstelle prognostiziert.
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Mit
diesen Informationen wird die Ganglinien-Datenbank jeweils automatisch
aktualisiert, d.h. es werden automatisch zu der neuen temporären effektiven
Engstelle gehörende
Ganglinien für
die besagten Verkehrsmuster und zugehörige Reisezeiten erzeugt und
in der Ganglinien-Datenbank verwaltet. Dies beinhaltet bevorzugt
auch eine Prognose des Einflusses des Verkehrsmusters der neuen
temporären
effektiven Engstelle auf die anderen Verkehrsmuster in der Ganglinien-Datenbank
von permanenten oder derzeitigen temporären effektiven Engstellen stromaufwärts und
stromabwärts
der neuen Engstelle. Außerdem ist
bevorzugt vorgesehen, dass die in der geschilderten Weise automatisch
erzeugten Ganglinien des bestimmten Verkehrsmusters einer neu aufgetretenen,
temporären
effektiven Engstelle automatisch in der Ganglinien-Datenbank wieder
gelöscht
werden, sobald diese Engstelle nicht mehr existiert, zum Beispiel
wenn eine neue Baustelle wieder aufgehoben wurde.
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Als
weitere Option ist vorgesehen, die aggregierten Verkehrsmuster zum
Aufbau der entsprechenden Ganglinien-Datenbank bzw. der entsprechenden
verkehrsmustergestützten
Ganglinienprognosen zusammen mit automatisch zum Beispiel von einer
Zentrale generierten Verkehrsmeldungen, insbesondere solche auf
RDS/TMC-Basis, zu verarbeiten und ein solches Zusammenspiel von
Verkehrsmeldungen, wie RDS/TMC-Meldungen, und aggregierten Verkehrsmustern
auch zur aktualisierenden Pflege der Ganglinien-Datenbank zu verwenden.
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Die
auf der Basis von Verkehrsmustern an effektiven Engstellen erstellte
Ganglinien-Datenbank bildet dann Teil eines entsprechenden ganglinienbasierten
Verkehrsprognosesystems, bei dem aus einem Vergleich aktueller Verkehrsmessdaten
mit den abgespeicherten Ganglinien eine bestpassende Ganglinie nach
einem der dem Fachmann hierfür
geläufigen
Algorithmen ausgewählt
wird. Optional kann zusätzlich
eine Datenbank für
die erwähnten
Verkehrsmeldungen zum Beispiel im RDS/TMC-Format vorgesehen sein. Die repräsentativen
Muster dichten Verkehrs an effektiven Engstellen können ebenfalls nach
einem der hierfür
bekannten Algorithmen aus geeigneten Verkehrsmessdaten bestimmt
und in ihrem zeitlich/örtlichen
Verlauf prognostiziert werden.
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Durch
ein herkömmliches
Visualisierungssystem werden dem Benutzer die Resultate der gangliniengestützten Verkehrsprognose
in gewünschter
Weise angezeigt, zum Beispiel als textliche und/oder grafische Anzeige
aktueller und/oder zukünftiger
Verkehrsstörungen
auf einem Bildschirm. Insbesondere kann dies als grafische und/oder
textliche Anzeige von Verkehrsin formationen über den zeitlich und örtlichen
Verlauf der aggregierten Verkehrsmuster von effektiven Engstellen
auf einer digitalen Wegenetzkarte erfolgen, zum Beispiel in Form von
aktuellen und zukünftigen
Reiseverlustzeiten, die aufgrund des Musters dichten Verkehrs an
der betreffenden effektiven Engstelle prognostiziert werden. Anstelle
oder zusätzlich
zur Verlustzeit kann auch die jeweilige aktuelle bzw. zukünftige Reisezeit
für betreffende
Streckenabschnitte textlich und/oder grafisch auf der digitalen
Wegenetzkarte dargestellt werden. Eine weitere Darstellungsoption
besteht darin, den zeitlichen und örtlichen Verlauf der aggregierten Verkehrsmuster
in Form von aktuellen und zukünftigen
aggregierten Symbolen textlich und/oder grafisch auf einer Karte
für entsprechende
Streckenabschnitte wiederzugeben. Beispielsweise können die aggregierten
Symbole Zustände
mit dichtem Verkehr durch "Stau" und "zähfließender Verkehr" oder durch "hohe Staugefahr", "mittlere Staugefahr" und "geringe Staugefahr" oder durch andere
derartige Einklassifizierungen unterscheidend anzeigen.
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In
den 1 bis 4 sind zur Veranschaulichung
repräsentative
Typen aggregierter Verkehrsmuster gezeigt, die aus den individualisierbaren
dichten Verkehrszuständen "synchronisierter
Verkehr", "gestauchter synchronisierter
Verkehr" und "sich bewegende breite
Staus" aufgebaut
sind und für
das erfindungsgemäße Verfahren
verwendet werden, insbesondere zur raschen gangliniengestützten, prognostischen
Ermittlung von Reisezeiten auf Streckenabschnitten mit permanenten
und/oder temporären effektiven
Engstellen.
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Speziell
zeigt 1 ein erstes mögliches
aggregiertes Verkehrsmuster, das aus einem Bereich BS synchronisierten
Verkehrs und einem stromaufwärts
anschließenden
Bereich BGS gestauchten synchronisierten
Verkehrs zusammengesetzt ist und sich stromaufwärts einer effektiven Engstelle
an einem Streckenpunkt xS,F bilden kann.
Dieser Streckenpunkt xS,F der effektiven
Engstelle bildet die Grenze zu einem stromabwärts anschließenden Bereich
BF freien Verkehrs. Der Übergangspunkt zwischen synchronisiertem
Verkehr und gestauchtem synchronisiertem Verkehr ist mit xGS,S bezeichnet. Stromaufwärts der
stromaufwärtigen
Flanke xF,GS des Bereichs BGS gestauchten
synchronisierten Verkehrs schließt sich ebenfalls ein Bereich
BF freien Verkehrs an. Wie oben erwähnt und
in der eingangs zitierten Literatur ausführlich erläutert, stellen die einzelnen Bereiche
freien Verkehrs BF, synchronisierten Verkehrs
BS und gestauchten synchronisierten Verkehrs BGS individualisierbare Verkehrszustände mit
prognostizierbarem zeitlichörtlichem
Verlauf dar. Ebenso ist es daraus bekannt, dass sich Verkehrsmuster
aus den individualisierbaren Zuständen dichten Verkehrs stromaufwärts einer
jeweiligen effektiven Engstelle in einer von den Gegebenheiten der
effektiven Engstelle und dem Verkehrsaufkommen abhängigen Art
bilden.
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2 zeigt
einen Fall, bei dem sich ein aggregiertes Verkehrsmuster stromaufwärts des
Ortes xS,F einer effektiven Engstelle bildet,
das aus einem Bereich Bs synchronisierten
Verkehrs, einem daran stromaufwärts
anschließenden
Bereich BGS gestauchten synchronisierten
Verkehrs und einem daran stromaufwärts anschließenden Bereich
BSt sich bewegender breiter Staus zusammengesetzt
ist, während
stromabwärts
der effektiven Engstelle und stromaufwärts des aggregierten Verkehrsmusters wiederum
Bereiche BF freien Verkehrs vorliegen. Die Übergangsstellen
zwischen synchronisiertem Verkehr BS und
gestauchtem synchronisiertem Verkehr BGS sowie
zwischen letzterem und dem Bereich BSt sind
mit xGS,S bzw. xSt,GS bezeichnet,
die stromaufwärtige Übergangsstelle
zum freien Verkehr ist mit xF ,St bezeichnet.
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3 zeigt
als einen weiteren möglichen
Fall eines für
das vorliegende Verfahren und insbesondere die Ganglinien-Datenbank
verwendeten aggregierten Verkehrsmusters ein sogenanntes übergreifendes,
d.h. sich stromaufwärts über mehrere
effektive Engstellen erstreckendes Muster. Speziell erstreckt sich
dieses über
vier effektive Engstellen, die in Fahrtrichtung mit Abstand aufeinanderfolgend
im betrachteten Streckenabschnitt liegen und deren Ortslagen mit
xS,F1, xS,F2, xS,F3 bzw. xS,F4 bezeichnet sind.
Stromaufwärts
und stromabwärts
des übergreifenden,
aggregierten Verkehrsmusters liegt wiederum jeweils ein Bereich
BF freien Verkehrs vor. Das übergreifende
Muster besteht im gezeigten Beispiel aus einem stromabwärtigen Bereich
synchronisierten Verkehrs und einem stromaufwärtigen Bereich gestauchten
synchronisierten Verkehrs.
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4 zeigt
als weiteres mögliches
Beispiel eines aggregierten Verkehrsmusters an einer effektiven
Engstelle ein solches, das sich wie dasjenige von 3 übergreifend über vier
effektive Engstellen xS,F1, xS,F2,
xS,F3, xS,F4 zwischen
Bereichen BF freien Verkehrs erstreckt und
das in diesem Fall aus einem stromaufwärts an die am weitesten stromabwärtig gelegene
effektive Engstelle xS,F4 anschließenden Bereich
synchronisierten Verkehrs, einem daran stromaufwärts anschließenden Bereich
gestauchten synchronisierten Verkehrs und einem sich an diesen stromaufwärts anschließenden Bereich
sich bewegender breiter Staus besteht.
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Es
zeigt sich, dass durch die erfindungsgemäße Aggregation von Verkehrsinformationen
unter Benutzung aggregierter Muster dichten Verkehrs an effektiven
permanenten und temporären
Engstellen in der geschilderten Weise zuverlässige Prognosen aktueller und
zukünftig
zu erwartender Verkehrszustände
mit Hilfe gangliniengestützt
ermittelter Reisezeiten für
die einzelnen Streckenabschnitte eines betrachteten Verkehrswegenetzes
auch dann erzielt werden können,
wenn der Verkehrszustand signifikant von Mustern dichten Verkehrs
an effektiven Engstellen beeinflusst wird.