DE19528895A1 - Autarkes intelligentes Verkehrszeichen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verkehrszeichen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Verkehrszeichen mit veränderbarer Information erlauben den Eingriff in das aktuelle Verkehrsgeschehen. Mit ihrer Hilfe läßt sich der Verkehr zeitnah beeinflussen. Zielgröße ist dabei die optimale Straßennutzung, d. h. kurze Reisezeiten, sichere Verkehrsführung und möglichst geringe Umweltbelastung.

Besonders sinnvoll erscheint die Verkehrslenkung zum Verringern der Staugefahr bei hoher Verkehrsdichte, sowie zur Minderung der Unfallgefahr bei meßtechnisch erfaßbaren Risiken, z. B. Stau, Glätte oder Nebel.

Ebenfalls nützlich erscheint eine zeitabhängige Verkehrslenkung: Unterschiedliche Sichtverhältnisse und Lärmminderung bei Nacht lassen sich so berücksichtigen, desgleichen der Berufsverkehr bzw. die Arbeitszeiten an Baustellen.

Liegt ein Ausnahmezustand vor, z. B. Ozonalarm, Naturkatastrophe, Staatsbesuch, so kann ein Eingriff in das Verkehrsgeschehen ebenfalls erforderlich werden.

Aufgrund der hohen Investitionskosten kommen Systeme zur Verkehrslenkung mit Wechsel-Verkehrszeichen, die über einen weiteren Bereich verteilt sind, nur ganz vereinzelt zum Einsatz.

Der hohe Aufwand erklärt sich aus dem herkömmlichen Konzept der Signaltechnik, die zur Versorgung mit Energie und Information die Verkabelung eines jeden Signales erfordert.

Die hohen Verkabelungsinvestitionen rechtfertigen dann eine aufwendige Gestaltung der eigentliche Verkehrszeichen, z. B. übergroße Tafeln, Trägerbrücken, Beleuchtung, Tafeln mit Zusatzinformation.

Bei der Bewertung dieses Aufwandes sollte jedoch bedacht werden, daß in den allermeisten Fällen die vom Gesetzgeber vorgegebene einfache Gestalt und Aufstellung von Verkehrszeichen zur Wahrnehmung ausreicht, ohne die Aufmerksamkeit unnötig abzulenken und ohne dabei das Landschaftbild mehr als notwendig zu belasten.

Der Verzicht auf eine Verkabelung erscheint zunächst nicht praktikabel, da er eine ebenfalls aufwendige autarke Energieversorgung bedingt, sowie drahtlose Kommunikation, die bei Systemen mit einer großen Zahl von Verkehrszeichen gleichfalls problematisch ist.

Eine Teillösung, z. B. für Baustellenbereiche, stellen funkgesteuerte Ampelanlagen dar. Aufgrund ihres Energiebedarfes sind sie jedoch nur für eine begrenzte Zeit autark.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein in großer Anzahl einsetzbares, kostengünstiges Verkehrszeichen mit veränderbarer Information zu verwirklichen.

Das Problem wird gelöst durch Verbindung eines Wechselzeichens, welches außer zum Umschalten keine Energiezufuhr benötigt, eines Datenfunksystems äußerst geringer Bandbreite, einer Steuereinheit und einer kleinen batteriegepufferten Solarstromversorgung.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich auf diese Weise neuartige Verkehrzeichen, die aus der Ferne modifiziert und abgefragt werden können, jedoch in Abmessungen und Handhabung den herkömmlichen Schildern gleichen, zu geringen Kosten herstellen und betreiben lassen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Benötigt das Wechselzeichen außer zum Umschalten keine oder nur wenig Energie, so verringert sich der gesamte Energieverbrauch außerhalb der Schaltzeiten auf die Versorgungsleistung der Steuerung und des Datenempfängers. Dadurch kann die Solarstromversorgung klein und kostengünstig sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist im Patentanspruch 3 angegeben. Mittels einer Mikroprozessorsteuerung läßt sich der Betriebszustand überwachen und kommunizieren.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist im Patentanspruch 4 angegeben. Durch direkt mit der Steuerung verbundene Sensoren, z. B. für Sichtweite, Verkehrsfluß oder Abgase lassen sich lokale Informationen in das System einspeisen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Patentanspruch 8-12 angegeben. Die Steuerung und Überwachung einer großen Anzahl von Wechselzeichen über Datenfunk bei akzeptabler Belastung des Funkfrequenzspektrums wird durch die äußerst geringe Datenrate möglich. Durch Synchronisierung des Taktgebers mit der übergeordneten Instanz läßt sich der Zeitpunkt für das Senden eines Informationsbits genau festlegen.

Durch Zuordnen zu einer Gruppe lassen sich viele Wechselzeichen parallel ansprechen. Die Quittierung kann zeitversetzt erfolgen. Eine Statusabfrage erlaubt es, lokale Informationen sowie Wartungsbedarf zu ermitteln.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Patentanspruch 6-7 angegeben. Das Solarpanel sollte nach Süden ausgerichtet und etwa 60 Grad gegen die Senkrechte geneigt sein. Ist das Solarpanel starr mit dem Wechselzeichen verbunden, so entfällt der Aufwand für die Installation und die Möglichkeit der Beschädigung des Verbindungskabels. Zum Abdecken der Himmelsrichtungen wären 4 verschiedene Bauformen erforderlich.

Als Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung ein Verkehrszeichen für unterschiedliche Geschwindigkeitsbeschränkungen dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Im Innenbereich der Tafel 1 befindet sich eine veränderbare Ziffernanzeige 2. Diese ist z. B. als 7-Segment-Anzeige mit mechanisch beweglichen Segmenten ausgeführt. Für andere Aufgaben sind natürlich auch Anzeigen mit Buchstaben oder Grafikelementen möglich. Ggf. muß auch die Ungültigkeit des Zeichens dargestellt werden können.

Die Tafel 1 wird mit Befestigungsschellen 6 an einem Pfosten 7 angebracht. Auf dem oberen Ende des Pfostens oder zeitlich kann das Solarpanel 3 mit einer Klemmvorrichtung 4 befestigt sein, welche die Ausrichtung nach Süden erlaubt.

Das Solarpanel ist über ein Kabel mit der Elektronikeinheit 15 verbunden. Diese befindet sich mit der Anzeige 2 unter einer gemeinsamen Abdeckung 5.

Die Elektronikeinheit enthält einen Stromspeicher 8 (mit Laderegelung und Spannungsüberwachung), sowie einen Mikroprozessor 9 als Kontroll- und Steuereinheit. Dieser ist ggf. mit zusätzlichen Sensoren 11 verbunden.

Eine Datenfunkeinheit 10 erlaubt den Austausch von Informationen mit einer übergeordneten Instanz, z. B. einer zentralen Leitstelle 30 mit einer weiteren Datenfunkeinheit 31 und einem Leitrechner 32. Die von der Datenfunkeinheit 10 empfangenen Signale werden vom Mikroprozessor fortlaufend daraufhin ausgewertet, ob sie die individuelle Kennung des Verkehrszeichens oder eine gültige Gruppenkennung enthalten. Ist dies der Fall, so werden die zugehörigen Daten entgegengenommen und quittiert.

Die Größe des Solarpanels 3 ist durch den Energieverbrauch des Wechselzeichens vorgegeben. Dieser kann sehr gering gehalten werden. Nur einige 10 Sekunden pro Tag wird Energie benötigt um die Anzeige zu ändern oder um Statusinformationen zu senden. Ansonsten sind nur der Mikroprozessor und der Datenempfänger in Betrieb, die sich mit äußerst geringer Leistungsaufnahme realisieren lassen. Für einen geschätzten Energieverbrauch von insgesamt 50 mWh/Tag wäre ein Solarpanel mit einer Fläche von einigen 10 cm² erforderlich.

Der Leitrechner 32 steuert und überwacht die Funktion einer großen Anzahl von Wechselzeichen. Da die Information, die zwischen Leitrechner und Wechselzeichen ausgetauscht werden muß, jeweils nur wenige Bit beträgt, i. A. aber nur wenige Schaltvorgänge pro Tag anfallen, lassen sich selbst bei einer nutzbaren Datenrate von nur einigen 100 Bit/sec im Laufe weniger Minuten Zehntausende von Wechselzeichen neu setzen.

Durch Gruppenzuordnung für die Wechselzeichen läßt sich die Kapazität weiter erhöhen. Die Rückmeldung vom Wechselzeichen besteht typischerweise aus einem einzelnen Bit (ok). Nur beim Ausbleiben dieser Quittung ist eine Statusabfrage erforderlich.

Aufgrund von Sensorsignalen sowie von mathematischen Modellen und expliziten Vorgaben übernimmt der Leitrechner Optimierungsaufgaben. Er kann aber auch direkten Zugriff auf Gruppen von Wechselzeichen ermöglichen, z.B durch Weiterleitung von telefonischen Anforderungen (z. B. bei Arbeitsbeginn auf einer Straßenbaustelle).

Claims (14)

1. Verkehrszeichen mit veränderbarer Information zur Beeinflussung von Straßen-, Wasser- oder Luftfahrzeugen oder von Fußgängern, dadurch gekennzeichnet, daß der Informationsaustausch und die Energiezufuhr auf immateriellem Wege erfolgen.

2. Verkehrszeichen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigemittel passive schaltbare Elemente verwendet werden.

3. Verkehrszeichen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuerung das Setzen der Anzeige regelt und ihren Zustand überwacht.

4. Verkehrszeichen nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung über Sensoren aktiviert wird.

5. Verkehrszeichen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei unkontrolliertem Betriebszustand eine sinnvolle Anzeige erfolgt.

6. Verkehrszeichen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Energieversorgung Solarenergie Verwendung findet, die einen Energiespeicher lädt.

7. Verkehrszeichen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Solarenergiewandler mit der Anzeige und Steuerung eine einstückige Einheit bildet, deren Ausrichtung optimale Belichtung ermöglicht.

8. Verkehrszeichen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung über Datenfunk mit einer übergeordneten Instanz in Verbindung treten kann, so daß sich Anweisungen für die Anzeige übertragen und quittieren lassen.

9. Verkehrszeichen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß daß dem Verkehrszeichen eine individuelle Kennung zugeordnet ist, unter der es angesprochen werden kann.

10. Verkehrszeichen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung zu einer Gruppe von Verkehrszeichen über Datenfunk eingerichtet werden kann.

11. Verkehrszeichen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Statusabfrage des Verkehrszeichens erfolgen kann.

12. Verkehrszeichen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Taktgeber der Datenfunkstation mit der übergeordneten Instanz synchronisiert, so daß einzelne Informationsbits abgefragt und übertragen werden können.

13. Verkehrszeichen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne für den Datenfunk in das Verkehrszeichen integriert ist.

14. Verkehrszeichen nach Anspruch 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschirmung gegen Blitzschlag gegeben ist.