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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Reisezeit für ein Fahrzeug
in einem in Streckenabschnitte unterteilbaren Streckennetz gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Die
internationale Veröffentlichung
WO 98/59329 offenbart ein
Verfahren zum Ermitteln tageszeitabhängiger Reisezeiten für Streckenabschnitte,
die in Verkehrsleit- und Informationssystemen für die optimale Routenzusammenstellung
benötigt
werden. Dabei wird mit Hilfe einer Reisezeitmesseinrichtung, beispielsweise
einem Radimpulsgeber, die Reisezeit auf einem Streckenabschnitt
gemessen, der auf einer digitalisierten Karte, die in einem Navigationsrechner
im Fahrzeug gespeichert ist, als Strecke zwischen zwei Verkehrsknoten
eines vermaschten Straßennetzes
definiert ist. Die gemessene Reisezeit wird vom Navigationsrechner über eine
Sende- und Empfangseinrichtung an die Sende- und Empfangsvorrichtung
eines Verkehrsrechners einer Verkehrsleitzentrale übermittelt.
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Aus
der
EP 1 045 358 A2 ist
ein System zum Ermitteln von Reisezeiten von Kraftfahrzeugen auf
mindestens einem durch Kontrollstellen beiderseits begrenzten Streckenabschnitt
eines Verkehrsweges bekannt. Auf dem entsprechenden Streckenabschnitt
sind Messvorrichtungen zum Bestimmen der Zeiten für Zufahrten in
den bzw. Ausfahrten aus dem Streckenabschnitt für bestimmte Kraftfahrzeuge
vorgesehen. Ferner sind Auswerteeinrichtungen zum Ermitteln von
individuellen Reisezeiten der einzelnen Kraftfahrzeuge auf dem entsprechenden
Streckenabschnitt aus der Differenz von Ausfahrtszeiten zu Einfahrtszeiten
des einzelnen Kraftfahrzeugs bzw. zum Ermitteln einer über eine
Mehrzahl von Kraftfahrzeugen gemittelten, aktuellen mittleren Reisezeit
vorgesehen. Mindestens einzelne Kraftfahrzeuge führen jeweils eine Transponderkarte
mit. An den Kontrollstellen des Streckenabschnittes ist jeweils
eine Einrichtung zum Aktivieren einer Transponderkarte des passierenden
Kraftfahrzeuges und ferner eine Einrichtung zum Empfangen und Auswerten
des daraufhin von der Transponderkarte abgegebenen Datensignales
vorgesehen.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
102 01 106 A1 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen einer Reisezeit
für eine Reisestrecke
für ein
in einer Abfolge von Fahrzeugen reisendes Nachfolgefahrzeug. Es
werden Reiseverlaufsdaten durch mindestens ein in der Abfolge vorausreisendes
Fahrzeug ermittelt, wobei die Reiseverlaufsdaten mindestens eine
Fahrzeit oder Daten, aus denen diese ermittelbar ist, für eine Teilstrecke
zwischen zwei Positionen auf der Reisestrecke umfassen. Aus den
Reiseverlaufsdaten wird die Reisezeit für eine die Teilstrecke umfassende
Strecke berechnet. Reiseverlaufsinformationen, welche die Reiseverlaufsdaten
oder die Reisezeit umfassen, werden mittels Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation
von mindestens einem versendenden vorausreisenden Fahrzeug an mindestens
ein empfangendes Nachfolgefahrzeug übertragen. Zur Reisezeitbestimmung
werden bevorzugt die Reiseinformationen von mehreren Fahrzeugen
an nachfolgende Fahrzeuge durch Bildung einer Übertragungskette übermittelt.
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Aus
dem Tagungsband „PROCEEDINGS:
The Second World Congress an Intelligent Transport Systems, 1995,
Yokohama", Bd. I,
Seiten 289 bis 297, ist ein Verkehrssteuerungssystem bekannt, welches
ein neues Signalsteuersystem zur Vermeidung von Verkehrsstaus, zur
Verteilung des Verkehrs und zur Verminderung der Verkehrsunfallzahlen
aufweist. Das System umfasst Kreuzungssteuergeräte, an welchen Fahrzeugdetektoren
und Lichtsignalgeber angeschlossen sind. Die Steuergeräte eines
Verkehrsgebietes sind mit einem Gebietsverkehrsrechner verbunden,
wobei eine ggf. Vielzahl an Gebietsverkehrsrechnern über ein
lokales Datennetzwerk (LAN) mit einem Rechner zur Verarbeitung von
Verkehrsinformationen sowie mit einem Rechner zur Überwachung
der Signalisierungssteuerung verbunden ist. In einer Zufahrt zu
einer kritischen Straßenkreuzung
sind Detektoren zur Messung des Verkehrsaufkommens und der Sättigungsverkehrsstärke in allen Fahrspuren
etwa alle 30 m bis zu einem Abstand von 150 m vor der Haltelinie
angeordnet. Weitere Detektoren zur Abschätzung der Rückstaulänge und der Reisezeit sind
im Abstand von 150 m, 300 m und 500 m vor der Haltelinie platziert.
Aus den Detektionspulsen werden die Verkehrsstärke und -belegung, daraus eine
mittlere Geschwindigkeit und daraus ein Maß für einen Verkehrsstau berechnet.
Durch Einbeziehung des Signalisierungszustands der Signalgeber können die
Sättigungsverkehrsstärke, sowie
Staulängen
und Reisezeiten berechnet werden.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
100 22 812 A1 offenbart ein Verfahren zur Verkehrslagebestimmung
auf Basis von Meldefahrzeugdaten für ein Verkehrsnetz mit verkehrsgeregelten
Netzknoten. Durch sich im Verkehr mitbewegende Meldefahrzeuge werden
für die
Reisezeiten auf den Streckenkanten indikative Verkehrsdaten gewonnen,
daraus die Reisezeiten streckenkantenspezifisch ermittelt und anhand
dieser die mittlere Warteschlangen-Fahrzeuganzahl, die mittlere
Fahrzeuganzahl, die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit außerhalb
der Warteschlange, die mittlere Wartezeit in der Warteschlange und/oder
die mittlere Fahrzeugdichte außerhalb der
Warteschlange für
die jeweilige Streckenkante bestimmt.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE
101 08 611 A1 ist ein Verfahren zur Simulation und Prognose
der Bewegung von Einzelfahrzeugen auf einem Verkehrswegenetz mit
Netzknotenpunkten und diese verbindende Streckenabschnitte durch
mikroskopische Größen unter
Verwendung von aktuell gemessenen und historischen Verkehrsdaten
bekannt. In einem ersten Schritt werden makroskopische Verkehrsgrößen bestimmt
und in einem weiteren Schritt werden daraus die mikroskopischen
Einzelfahrzeuggrößen getrennt
für jedes
Fahrzeug erzeugt.
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Diese
bekannten Verfahren beruhen auf der Messung von Reisezeiten individueller
Fahrzeuge, die mit entsprechenden Einrichtungen, wie Radimpulsgeber,
Navigationsgeräte,
Transponderkarten, Kommunikationseinrichtungen und dergleichen,
ausgestattet sind. Sie sind außerdem
für die
Ermittlung von Reisezeiten auf Fernverkehrsstraßen ausgelegt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ermitteln
einer Reisezeit für
ein Fahrzeug in einem in Streckenabschnitte unterteilbaren Streckennetz
anzugeben, das ohne fahrzeugseitige Einrichtungen auskommt und speziell
für lichtsignalgesteuerte
Streckennetze geeignet ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen. Die besondere
Eignung des Verfahrens für
lichtsignalgesteuerte Streckennetze ergibt sich aus der Unterteilung
des Streckennetzes in Streckenabschnitte, die sich an den Lichtsignalanlagen
orientieren. So kann sich ein typischer Streckenabschnitt zwischen
zwei Knotenpunkten des Streckennetzes erstrecken, an welchen der
Verkehrsfluss durch Lichtsignalanlagen geregelt wird. Als definierte
Enden eines solchen Streckenabschnittes können beispielsweise die der jeweiligen
Lichtsignalanlage zugeordneten Haltelinien dienen, wodurch gleichzeitig
die Länge
des Streckenabschnittes vorgegeben ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
handelt es sich um ein rein Messwert-basiertes Verfahren, bei dem
keine aktuell geschalteten Signalisierungsdaten von Lichtsignalanlagen
erforderlich sind. Als straßenseitige
Messeinrichtungen kommen Induktionsschleifen, Radardetektoren, Infrarotsensoren, Videodetektoren
und dergleichen zum Einsatz, die laufend die Messstelle passierende
Fahrzeuge detektieren. Die Messwerte werden in bestimmten Zeitintervallen
aggregiert und daraus geglättete
Verkehrsdaten ermittelt. Als den Verkehrsstrom auf dem Streckenabschnitt
charakterisierende Verkehrsdaten kommen insbesondere die Verkehrsstärke, d.
h. die Anzahl der pro Zeiteinheit die Messstelle passierenden Fahrzeuge,
und die Geschwindigkeit der passierenden Fahrzeuge in Betracht.
Aus dem zeitlichen Verhalten der laufend erfassten Verkehrsdaten,
d. h. dem Größenvergleich
der Geschwindigkeit und der Verkehrsstärke zweier aufeinanderfolgender
Aggregationsintervalle, kann auf die aktuelle Verkehrssituation
geschlossen werden. Als Verkehrssituationen werden im Wesentlichen
unterschieden eine Stauaufbau-Situation, eine Stauauflösungs-Situation, eine Überlastungs-Situation
und ein unkritischer Zustand des Streckenabschnittes. Aus diesen
Erkenntnissen kann eine Reisezeit für diesen Streckenabschnitt
berechnet werden. Erfindungsgemäß wird die
aktuelle Verkehrssituation auf dem Streckenabschnitt aus dem Vergleich
aktuell ermittelter Verkehrsdaten mit zuvor ermittelten Verkehrsdaten
und mit parametrierbaren Schwellenwerten berechnet. Bei den Schwellenwerten
handelt es sich um kritische Werte für die Verkehrsdaten, also Verkehrsstärke und
Geschwindigkeit, bei welchen sich eine gegebene Verkehrssituation
grundsätzlich ändern kann.
Für nähere Ausführungen
hierzu wird auf das weiter unten beschriebene Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
verwiesen. Erfindungsgemäß werden
die Schwellenwerte der wenigstens teilweise aktuellen Verkehrssituation
angepasst. Eine Dynamisierung dieser kritischen Verkehrsmesswerte
erfolgt, da sich unter bestimmten äußeren Bedingungen diese Werte
verändern.
Solche Randbedingungen sind zum Beispiel unterschiedliche Signalprogramme
mit unterschiedlichen Leistungsfähigkeiten
der betrachteten Zufahrt mit entsprechendem Einfluss auf die Verkehrsstärke oder
unterschiedliche Wetterbedingungen mit Einfluss auf das Geschwindigkeitsniveau.
Die Anpassung der Schwellenwerte erfolgt erfindungsgemäß nur, wenn
die aktuell erfassten Verkehrsdaten innerhalb vorgebbarer Bandbreiten
der Schwellenwerte liegen. Hierdurch wird vermieden, dass durch
unplausible Messwerte die Schwellenwerte falsch angepasst werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird aus der aktuellen Verkehrssituation die aktuelle Länge eines
rückstauenden
Bereiches berechnet, auf dem sich Fahrzeuge stromauf der Lichtsignalanlage
auf dem Stre ckenabschnitt zurückstauen.
Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der die Reisezeit auf einem
Streckenabschnitt maßgeblich
bestimmende Einflussfaktor die Länge
des Rückstaues ist,
den ein Fahrzeug im langsamen Stop-and-Go-Verkehr durchfahren muss.
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Vorzugsweise
wird die Reisezeit für
einen Streckenabschnitt als Summe aus einer Reisezeit für den staufreien
Bereich, einer Reisezeit für
den rückstauenden
Bereich und einer Signalverlustzeit berechnet. Die Reisezeit für den staufreien
Be reich ergibt sich aus der Länge
und einer mittleren Geschwindigkeit für den staufreien Bereich. Die
aktuelle Länge
des staufreien Bereiches resultiert aus der Gesamtlänge des
Streckenabschnittes abzüglich
der aktuellen Länge
des rückstauenden
Bereiches. Durch die Signalverlustzeit wird berücksichtigt, dass durch weitere
Lichtsignalanlagen auf dem Streckenabschnitt, welche keine gesonderte
Erfassung besitzen, zusätzliche
Reisezeitverluste auftreten.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Reisezeit für
den rückstauenden
Bereich aus einer Fahrdauer mit verminderter Geschwindigkeit und
einer Zeitdauer für
Zwischenhalte berechnet. Als verminderte Geschwindigkeit kann die
aktuell ermittelte Geschwindigkeit eingesetzt werden, wenn die Messstelle
sich im rückstauenden
Bereich befindet. Die Zeitdauer für Zwischenhalte beim Durchfahren
des rückstauenden
Bereiches ergibt sich aus der Anzahl der Halte multipliziert mit
einem die Rotzeit der Lichtsignalanlage charakterisierenden Parameter.
Die Anzahl der Halte wird errechnet aus dem Quotienten aus der aktuellen
Länge des
rückstauenden
Bereiches und der Länge
der während
einer Freigabezeit der Lichtsignalanlage vom Knotenpunkt abfließenden Fahrzeuge.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Reisezeit für
eine aus mehreren Streckenabschnitten zusammengesetzte Reiseroute
als Summe aus den Reisezeiten für
die einzelnen Streckenabschnitte berechnet. Damit lassen sich beispielsweise
Reisezeiten für
unterschiedliche, jeweils denselben Start- und Zielpunkt verbindende
Reiserouten miteinander vergleichen und als Grundlage für Routenempfehlungen
heranziehen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist je Streckenabschnitt nur eine Messstelle vorgesehen und diese
stromauf eines natürlichen
Rückstaubereiches
der Lichtsignalanlage angeordnet. Durch diese Anordnung der einzigen
Messstelle wird eine aktuelle Verkehrssituation erst als kritisch
eingestuft, wenn die Verkehrsstärke
und die Geschwindigkeit sich jenseits des natürlichen Rückstaubereiches verändern. Als
natürlicher
Rückstaubereich
vor der Lichtsignalanlage kann eine Länge von Fahrzeugen angesehen
werden, welche während
der gesamten Signalumlaufzeit an der Lichtsignalanlage eintreffen
und dann während
einer Freigabezeit abfließen
können.
Wächst
der Rückstau
an, vermindert sich die aktuell erfasste Geschwindigkeit, da die
Messstelle dann in den Verkehrsbereich gerät, in dem die Fahrzeuge sich
mit verminderter Geschwindigkeit dem Stauende nähern. Bei noch weiter anwachsender
Staulänge kommt
die Messstelle in den Rückstaubereich
zu liegen. In diesem Fall wird als aktuelle Geschwindigkeit die Fahrzeuggeschwindigkeit
erfasst, mit der sich die Fahrzeuge im Stop-and-Go-Verkehr zwischen
zwei Zwischenhalten bewegen.
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In
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird bei einer Störung
der Verkehrsdatenerfassung über
eine vorgebbare Anzahl von Aggregationsinter vallen die vor Eintreten der
Störung
berechnete Reisezeit beibehalten. Wenn innerhalb dieses Zeitraums
die Störung
behoben ist, wird die Berechnung der Reisezeiten auf Basis der beibehaltenen
Werte fortgesetzt.
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Weitere
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahren
ergeben sich aus den Erläuterungen
zur nachfolgenden Zeichnung, in deren
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1 ein
einen Streckenabschnitt enthaltender Ausschnitt eines Streckennetzes
und
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2 ein
q-v-Fundamental-Diagramm dargestellt ist.
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1 zeigt
einen Ausschnitt aus einem Streckennetz, beispielsweise einem innerstädtischen
Straßennetz,
mit einem ersten Knotenpunkt K1 und einem zweiten Knotenpunkt K2.
An den Knotenpunkten K1 bzw. K2 wird ein Verkehrsweg 2,
der sich in 1 in Blattlängsrichtung erstreckt, von
je einem querverlaufenden Verkehrsweg gekreuzt. Die Verkehrsströme werden
an den Knotenpunkten K1 bzw. K2 durch Lichtsignalanlagen SG1 bzw.
SG2 geregelt, von welchen der Einfachheit halber lediglich die Signalgeber
in Richtung des Verkehrsweges 2 dargestellt sind.
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Zum
Ermitteln einer Reisezeit für
ein Fahrzeug 4 wird das Streckennetz in Streckenabschnitte
unterteilt, von welchen einer in 1 dargestellt
und mit i bezeichnet ist. Der dargestellte Streckenabschnitt i erstreckt
sich längs
des Verkehrsweges 2 in Fahrtrichtung F2 von der Haltelinie
H1 des ersten Knotenpunktes K1 bis zur Haltelinie H2 am zweiten
Knotenpunkt K2. Der Streckenabschnitt i weist damit eine definierte
Länge l(i)
auf. Erfindungsgemäß werden
an einer Messstelle 6 längs
des Streckenabschnittes i mittels einer straßenseitigen Messeinrichtung
den Verkehrsstrom charakterisierende Verkehrsdaten, nämlich die
Verkehrsstärke
q und die Ge schwindigkeit v, erfasst. Die in einem Messintervall
aggregierten Messdaten werden geglättet, wobei die aktuell erfassten
Verkehrsdaten qt und vt mit
den zuvor – d.
h. im vorangegangenen Aggregationsintervall – erfassten Verkehrsdaten qt-1 und Vt-1 verglichen
werden.
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Aus
dem zeitlichen Verhalten der laufend erfassten Verkehrsdaten qt und vt wird die
aktuelle Verkehrssituation SIT auf dem Streckenabschnitt i abgeleitet.
Dabei werden parametrierbare Schwellenwerte qmax,
qmess, vopt, vab, vgleich, zu deren
näherer
Erläuterung
auf 2 Verwiesen wird, sowie die im davor liegenden
Aggregationsintervall sich ergebende Rückstaulänge lt-1,stau(i)
von sich von der Haltelinie H2 aus zurückstauenden Fahrzeugen 4 berücksichtigt.
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Die
aktuell ermittelte Verkehrssituation SIT sowie daraus abgeleitete
Maßnahmen
ergeben sich aus der nachfolgenden Entscheidungstabelle:
| Verkehrsdatenvergleich | Vekehrssituation
(SIT) | Maßnahmen |
| vt ≥ vt-1 | qt > qt-1 | vt > vopt | lt-1,stau = 0 | freier/dichter Verkehr | - |
| vt ≥ vt-1 | qt > qt-1 | vt > vopt | lt-1,stau > 0 | Staureduzierung | Rücksetzen von
lt-1,stau auf 0 |
| vt ≥ vt-1 | qt > qt-1 | vt > vopt | lt-1,stau = 0 | dichter
Verkehr | - |
| vt ≥ vt-1 | qt > qt-1 | vt > vopt | lt-1,stau > 0 | Staureduzierung | Reduzierung von
lt-1,stau falls vt > vab;
Stau bleibt gleich falls vt ≤ vab |
| vt ≥ vt-1 | qt > qt-1 | vt > vopt | lt-1,stau = 0 | freier/dichter Verkehr | - |
| vt ≥ vt-1 | qt > qt-1 | vt > vopt | lt-1,stau > 0 | theoretischer Fall/Staureduzierung | Reduzierung von
lt-1,stau; beim zweiten mal wird lt-1,stau = 0 gesetzt |
| vt ≥ vt-1 | qt > qt-1 | vt > vopt | lt-1,stau = 0 | dichter
Verkeht | - |
| vt ≥ vt-1 | qt > qt-1 | vt > vopt | lt-1,stau > 0 | theoretischer Fall | Reduzierung von
lt-1,stau falls vt > vab;
Stau bleibt gleich falls vt ≤ vab |
| vt < vt-1 | qt > qt-1 | vt > vopt | lt-1,stau = 0 | freier/
dichter Verkehr | neues
qmax und/oder vopt falls
qt > qmess; falls die Bedingung nicht erfüllt ist,
wird nur vopt innerhalb der Bandbereiten
verändert; kein
Rückstau |
| vt < vt-1 | qt > qt-1 | vt > vopt | lt-1,stau > 0 | theoretischer Fall | -,
Stau bleibt gleich |
| vt < vt-1 | qt > qt-1 | vt ≤ vopt | lt-1,stau =
0 | freier/
dichter Verkehr | neues
qmax und/oder vopt falls
die Bedingung nicht erfüllt
ist, wird nur vopt innerhalb der Bandbereiten
verändert; kein
Rückstau |
| vt < vt-1 | qt > qt-1 | vt ≤ vopt | lt-1,stau > 0 | Stauberechnung/theoretischer
Fall | Stau
bleibt gleich falls vt > vgleich; Stau wächst falls
vt ≤ vgleich |
| vt < vt-1 | qt ≤ qt-1 | vt > vopt | lt-1,stau =
0 | dichter Verkehr | neues
qmax und/oder vopt; der
neue Wert muss innerhalb der Bandbreiten lie gen, wobei die neuen Vergleichswerte
den vorhergehenden Messwerten entsprechen; kein Rückstau |
| vt < vt-1 | qt ≤ qt-1 | vt > vopt | lt-1,stau > 0 | theoretischer Fall | -,
Stau bleibt gleich |
| vt < vt-1 | qt ≤ qt-1 | vt ≤ vopt | lt-1,stau = 0 | Stauaufbau | neues
qmax und/oder vopt; der
neue Wert muss innerhalb der Bandbreiten liegen, wobei die neuen Vergleichswerte
den vorhergehenden Messwerten entsprechen; Berechnung von lt,stau |
| vt < vt-1 | qt ≤ qt-1 | vt ≤ vopt | lt-1,stau > 0 | Stauverlängerung | Erhöhung von lt-1,stau |
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Je
nach vorliegender Verkehrssituation (SIT) wird als Grundlage für eine Ermittlung
der Reisezeit t(i) für
den Streckenabschnitt i die aktuelle Länge l
t,stau(i)
des rückstauenden
Bereiches nach der Formel
lt,stau(i)
= lt-1,stau(i) + at(i) berechnet,
wobei a
t(i) für die Änderung der Staulänge steht.
Die aktuelle Rückstaulänge l
t,stau(i) kann dabei zwischen Null und der
gesamten Länge
l(i) des Streckenabschnittes i liegen. Für die Verkehrssituationen "Stauauflösung" und "Stauaufbau" werden dabei verschiedene
Formeln zugrunde gelegt. Für
die Stauauflösung
gilt
während für den Stauaufbau
gilt. Dabei bedeuten l
fz den mittleren Abstand zweier im Rückstaubereich
aufeinander folgender Fahrzeuge
4 inklusive Sicherheitsabstand,
beispielsweise 6 m bis 8 m; stab und stauf sind Kalibrierfaktoren,
die aus einer Vorortanalyse gewonnen werden. Zu v
ab und
v
opt wird wieder auf
2 verwiesen.
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Zur
Berechnung der Reisezeit t(i) für
den Streckenabschnitt i wird nun die Länge l(i) des Streckenabschnittes
i in einen rückstauenden
Bereich mit der Länge
l
t,stau(i) und einen staufreien Bereich
der Länge
l
t,frei(i) mit unbehinderter Fahrt unterteilt.
Es gilt:
lt,frei(i) =
l(i) – lt,stau(i)und für die Reisezeit
wobei v
frei eine
mittlere, parametrierbare Geschwindigkeit ist, mit der sich ein
Fahrzeug
4 aufgrund des Streckenverlau fes und der zugelassenen
Höchstgeschwindigkeit
auf dem Streckenabschnitt i bewegen kann.
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Die
Reisezeit t
stau(i) für den rückstauenden Bereich ergibt
sich aus der aktuell ermittelten Geschwindigkeit v
t an
der Messestelle
6 und der Zeit für anfallende Zwischenhalte
bis zum Passieren der Haltelinie H2. Die Anzahl der Zwischenhalte
resultiert aus der aktuell berechneten Rückstaulänge l
t,stau(i)
geteilt durch die Länge l
ab der während
einer Freigabezeit der Lichtsignalanlage SG2 abfließenden Fahrzeuge
4.
Die Zeit für
einen Zwischenhalt entspricht der Rotzeit t
rot der
Lichtsignalanlage SG2, die im erfindungsgemäßen Verfahren als fester Parameter
vorgegeben wird. Damit ergibt sich für den Streckenabschnitt i der
formale Zusammenhang
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Für den Streckenabschnitt
i wird zusätzlich
zu den reinen Reisezeiten ein Betrag für Signalverlustzeiten tvz berücksichtigt,
der über
die Parameterversorgung vorgegeben wird, so dass sich für die Reisezeit
im Streckenabschnitt i ergibt: t(i) = tfrei(i) + tstau(i)
+ tvz
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Die
Berechnung der Gesamtreisezeit t
route für eine sich
aus n Streckenabschnitten i zusammensetzende Route durch das Streckennetz
ergibt sich als Summe der Reisezeiten t(i) der einzelnen Streckenabschnitte i:
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Zusätzlich erfolgt
eine dynamische Ermittlung kritischer Schwellenwerte für die Verkehrsstärke und
die Geschwindigkeit, für
die zunächst
auf das in 2 dargestellte q-v-Fundamental-Diagramm
verwiesen wird. Dieses Diagramm ist dem Verkehrsingenieur an sich
bekannt und wird hier nur zur Er läuterung der oben genannten
Schwellenwerte kurz erläutert.
Dieses Diagramm gibt die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit v in Abhängigkeit
der Verkehrsstärke
q an einer Messstelle eines Streckenabschnittes i wieder. Das Diagramm
zeigt eine nach links geöffnete
liegende Parabel p, die einen idealisierten Verlauf für gemessene
Verkehrsdaten qt, vt vorgibt;
die realen Messwerte liegen dagegen in einer gewissen Umgebung um
diesen parabolischen Verlauf p. Bei geringer Verkehrsstärke q, also
bei einer niedrigen Anzahl von Fahrzeugen pro Zeiteinheit, können sich Fahrzeuge
unbeeinflusst voneinander mit einer mehr oder weniger großen freien
Geschwindigkeit v auf dem Streckenabschnitt i bewegen – wir befinden
uns auf dem oberen Ast der Parabel p. Mit zunehmender Verkehrsstärke q, also
bei dichter werdendem Verkehr, nimmt die mittlere Geschwindigkeit
v der Fahrzeuge auf dem Streckenabschnitt i ab, da sich die Fahrzeuge
beispielsweise wegen der Einhaltung von Sicherheitsabständen nicht
mehr unabhängig
voneinander bewegen können.
Dieser Trend setzt sich fort, bis die Verkehrsstärke q den größtmöglichen
Messwert qmess erreicht hat. An diesem Kulminationspunkt
der Parabel p liegt die größtmögliche Verkehrsstrecke
qmax bei einer Geschwindigkeit vopt an der Messstelle 6 vor.
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Die
Streckung bzw. Stauchung der Parabel p hängt dabei von äußeren Bedingungen
ab; während
die Größe der Verkehrsstärke (qmess bzw. qmax) von
der Leistungsfähigkeit
der Zufahrt abhängt,
hat der Ausbauzustand des Streckenabschnittes i, die Verkehrszusammensetzung
oder die Lage der Messstelle 6 auf dem Streckenabschnitt
i Einfluss auf die Geschwindigkeit vopt.
Selbst bei weitestgehend freiem Verkehr bildet sich vor der Haltelinie
H2 während
der Rotzeit der Lichtsignalanlage SG2 ein natürlicher Rückstau von Fahrzeugen 4 aufgrund
von individuellen Fahrzeuggeschwindigkeiten bzw. aufgrund von Zuströmen aus
Nebenrichtungen. Um diesen natürlichen
Rückstau
von einer Überlastungssituation
auf dem Streckenabschnitt i unterscheiden zu können, wird die Messstelle 6 stromauf
dieser natürlichen
Rückstaulänge, beispielsweise
150 m bis 250 m vor der Haltelinie H2, vorgesehen sein.
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Bei
weiter steigendem Verkehrsaufkommen befinden sich die aufgenommenen
Messdaten auf dem unteren Ast der Parabel p. Mit steigendem Verkehrsaufkommen
nehmen dabei die Geschwindigkeit v und die Verkehrsstärke q ab,
da durch den zunehmend langsameren Kolonnenverkehr auch die Anzahl
der Fahrzeuge, die pro Zeiteinheit die Messstelle passieren, abnimmt.
Solange sich die mittlere Geschwindigkeit v oberhalb einer Schwellengeschwindigkeit
vgleich bewegt, bleibt dabei die Rückstaulänge unverändert; sinkt
die Geschwindigkeit v dagegen unter die Schwellengeschwindigkeit
vgleich, so wächst der Stau an. Sobald die
Geschwindigkeit v den weiteren Schwellenwert vab übersteigt,
nimmt die Staulänge
wieder ab. Die mittlere Geschwindigkeit v und die Verkehrsstärke q steigen
bei sich entlastendem Verkehrsaufkommen wieder in Richtung Kulminationspunkt
an.
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Erfindungsgemäß erfolgt
die Ermittlung der kritischen Schwellenwerte für die Verkehrsstärke qmess und die Geschwindigkeit vopt,
bei welchen eine maximale Auslastung des Streckenabschnittes gegeben
ist, dynamisch. Eine Veränderung
dieser Schwellenwerte ergibt sich nur dann, wenn die aktuellen Verkehrsdaten
qt und vt innerhalb
von Bandbreiten [vopt,min, vopt,max]
und [qmess,min, qmess,max]
bzw. [qmax,min, qmax,max]
liegen. Bei Start des Systems wird mit vorversorgten Eingangswerten
gearbeitet, die vom Anwender aufgrund einer Messwertanalyse vorgeben
werden. Im laufenden Prozess werden diese gegebenenfalls vom Algorithmus
folgendermaßen verändert: Falls
die Verkehrsstärke
qt bei Rückstau
freier Verkehrssituation anwächst,
d. h. qt > qt-1 und qt > qmess und
lt-1 = 0 wird qmess auf
den neuen Messwert qt gesetzt und daraus
qmax gemäß qmax = fmax·qmess berechnet. Falls die Verkehrsstärke qt und die Geschwindigkeit vt bei
Rückstau-freier
Verkehrssituation sinken, d. h. qt < qt-1 und
qt < qmess und vt ≤ vt-1 und lt-1 = 0,
wird qmess auf den neuen Messwert qt gesetzt und daraus qmax gemäß qmax = fmax·qmess berechnet. Der Maximal- und der Minimalwert
für qmax, qmess und vopt darf sich nur innerhalb definierter Grenzen
gemäß Versorgung
des Systems bewegen. fmax ist in beiden
Fällen
ein Abminderungsfaktor, der beispielsweise bei 0,8 liegen kann.
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Die
Dynamisierung der kritischen Schwellenwerte für die Verkehrsdaten erfolgt
deshalb, da sich unter bestimmten äußeren Bedingungen diese Werte
verändern.
Das erfindungsgemäße Verfahren
setzt eine gute Qualität
der gemessenen Verkehrsdaten voraus, da es vollständig von
diesen Messwerten abhängig
ist.
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Im
Falle von Störungen
in der Verkehrsdatenerfassung kann keine Berechnung der Rückstaulängen und
somit der Reisezeiten erfolgen. In diesem Falle werden für eine bestimmte
parametrierbare Anzahl von Aggregationsintervallen die letzten berechneten
Werte beibehalten. Wenn innerhalb dieses Zeitraums die Störungskennung
zurückgesetzt
wird, wird die Berechnung auf Basis dieser Werte fortgesetzt; ansonsten
wird die Rückstaulänge auf
Null gesetzt. Wird die Störungserkennung
danach aufgehoben, erfolgt sofort intern eine Berechnung der Reisezeiten,
die Werte werden aber erst nach der oben genannten Anzahl von Aggregationsintervallen,
beispielsweise 3 oder 4, weitergegeben.
gilt. Dabei bedeuten lfz den mittleren Abstand zweier im Rückstaubereich aufeinander folgender Fahrzeuge
