DE19647127C2

DE19647127C2 - Verfahren zur automatischen Verkehrsüberwachung mit Staudynamikanalyse

Info

Publication number: DE19647127C2
Application number: DE19647127A
Authority: DE
Inventors: Boris Kerner; Heribert Kirschfink; Hubert Rehborn
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1996-11-14
Filing date: 1996-11-14
Publication date: 2000-04-20
Anticipated expiration: 2016-11-15
Also published as: NL1007521A1; NL1007521C2; DE19647127A1; US5861820A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Verkehrsüberwachung mit Staudynamikanalyse, bei dem an mehreren Meßstellen des Verkehrsnetzes Verkehrsmeßdaten aufgenommen werden. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird laufend eine Schätzung der zeitabhängigen Positionen der stromaufwärtigen Stauflanke und der stromabwärtigen Stauflanke nach charakteristischen Beziehungen vorgenommen, welche den Fluß und die Dichte des Verkehrs im Stau, den Zeitpunkt, zu dem die stromaufwärtige Stauflanke eine jeweilige erste Meßstelle passiert, den Zeitpunkt, zu dem die stromabwärtige Stauflanke diese Meßstelle passiert sowie den Fluß und die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit an dieser ersten sowie an einer stromaufwärts der stromaufwärtigen Stauflanke gelegenen, zweiten Meßstelle berücksichtigen. Das Verfahren enthält nur wenige bis gar keine zu validierende Parameter und erlaubt eine Staudynamikanalyse mit der Möglichkeit von Reisezeitprognosen und der automatischen Steuerung von Verkehrsbeeinflussungsanlagen. DOLLAR A Verwendung z. B. in Verkehrsleitsystemen für Straßenverkehrsnetze.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Verkehrsüberwachung mit Staudynamikanalyse, bei dem an mehreren Meßstellen des Verkehrsnetzes Verkehrsmeßdaten aufgenommen wer den.

Verfahren dieser Art sind auf dem Gebiet der Verkehrsleittechnik zur Störfall- bzw. Stauerkennung gebräuchlich. Bei diesen Ver fahren werden an Meßstellen z. B. mittels Induktionsschleifen- und/oder Bakensystemen die den Verkehrszustand charakterisieren de Meßdaten, wie Verkehrsfluß und mittlere Fahrzeuggeschwindig keit, aufgenommen und die erhaltenen Meßdaten geeignet analy siert. Um die Dynamik von Staus auch zwischen zwei benachbarten Meßstellen prognostizieren zu können, wurden verschiedene Ver kehrsmodelle entwickelt. Bei der Entwicklung und Anwendung sol cher Verkehrsmodelle treten zwei ernsthafte Schwierigkeiten auf. Zum einen ist die Bestimmung der Modellparameter häufig abhängig von äußeren Einflüssen, wie von den momentanen Umfeld- und Wit terungsbedingungen, so daß sich ein einmal validierter Parame teransatz eines Modells für den gleichen Fahrbahnabschnitt des Verkehrsnetzes plötzlich sehr stark ändern kann, z. B. wegen feucht werdender Fahrbahn. Zum anderen ist es schwierig, ein für den gesamten möglichen Fahrzeugdichtebereich und für verschiede ne Verkehrssituationen gültiges Modell zu entwickeln.

Zu den Details verschiedener herkömmlicher Verfahren dieser Art wird auf die Literatur verwiesen. Explizit erwähnt seien in die sem Zusammenhang F. Busch: Automatische Störfallerkennung auf Schnellverkehrsstraßen - Ein Verfahrensvergleich, Dissertation, Karlsruhe, 1986; K. Everts et al.: Hinweise zur Verkehrsflußana lyse, Störfallentdeckung und Verkehrsflußprognose für die Ver kehrsbeeinflussung in Außerortsbereichen, Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, FGSV-Bericht 358, 1992; J. Acha- Datsa und F. L. Hall: Implementation of a Catastrophe Theory Model for the Incident Detection Component of an Intelligent Highway System, 12th Congreso Mundial IRF, Madrid, 1993, Seite 579; G. J. Forbes: Identifying Incident Congestion, ITE Journal, Juni 1992, Seite 17; H. Zackor et al.: Untersuchungen des Ver kehrsablaufs im Bereich der Leistungsfähigkeit und bei instabi lem Fluß, Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik, Heft 524, 1988; und L. Kühne: Verkehrsablauf auf Fernstraßen, Phys. Bl., 47 (1991), Seite 201.

In der Offenlegungsschrift DE 44 08 547 A1 ist ein Verfahren zur Verkehrserfassung und Verkehrssituationserkennung offenbart, bei dem an mehreren Meßstellen Verkehrsdaten, wie Fahrzeuggeschwin digkeiten, Verkehrsstärke und Verkehrsdichte, ermittelt und aus den Verkehrsdaten je zweier benachbarter, einen Meßabschnitt be stimmter Streckenlänge bildender Meßstellen Verkehrskenngrößen gebildet werden, und zwar eine Geschwindigkeitsdichtedifferenz gemäß einer speziellen, angegebenen Beziehung, ein Trendfaktor, gebildet aus dem Verhältnis der Verkehrsstärken an den jeweili gen beiden Meßstellen, und ein Verkehrsstärketrend der jeweili gen Meßstelle, abgeleitet aus der Steigung der Tangente des zeitabhängigen Verkehrsstärkeverlaufs. Diese drei Verkehrskenn größen werden in einer Fuzzy-Logik zur Erkennung kritischer Ver kehrssituationen im betrachteten Meßabschnitt bearbeitet, wobei das Ergebnis zur Erzeugung entsprechender Steuersignale für Wechselverkehrszeichen genutzt wird.

Bei einem in der Offenlegungsschrift DE 43 00 650 A1 bekannten Verfahren werden fahrzeugklassenbezogene Verkehrsflußdaten auf Fahrwegen ermittelt, indem an verschiedenen Beobachtungspunkten fahrtrichtungsbezogen die Anzahl passierender Fahrzeuge und de ren Längen in aufeinanderfolgenden Meßintervallen erfaßt und die daraus gewonnenen Daten in einer speziellen Weise zur Ermittlung einer Belegungszustandsgröße ausgewertet werden. Der Wert der Belegungszustandsgröße wird mit einem Grenzwert verglichen, wo bei aus der Abweichung zum Grenzwert in Größe und Richtung auf einen Staubeginn, einen bestehenden Stau oder eine Stauauflösung geschlossen wird.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, mit dem bei gegebener Meßstellenverteilung über das Verkehrsnetz hinweg die zeitliche und räumliche Veränderung von Verkehrsstaus mit verhältnismäßig geringem Aufwand vergleichsweise zuverlässig er mittelt werden kann und das sich dadurch auch als Basis zur Er stellung von Reisezeitprognosen und zur automatischen Steuerung von Verkehrsbeeinflussungsanlagen eignet.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei diesem Verfah ren wird unter Verwendung plausibler Annahmen laufend eine Schätzung der zeitabhängigen Positionen der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Flanke eines Verkehrsstaus nach charakteristi schen, die aufgenommenen Verkehrsmeßdaten in einfach auszuwer tender Weise nutzenden Beziehungen vorgenommen. Dabei ist mit der Bezeichnung stromabwärts die Fahrtrichtung auf der jeweils betrachteten Fahrspur, d. h. im Fall eines Staus die zum Stauan fang weisende Staurichtung, und mit dem Begriff stromaufwärts die entgegengesetzte Richtung, d. h. im Fall eines Staus auf der betrachteten Fahrspur die zum Stauende weisende Staurichtung, gemeint. Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht dar in, daß es ohne eine zusätzliche Validierung der Parameter theo retisch für unbegrenzte Meßstellenabstände bei unterschiedlichen Verkehrssituations-Szenarien, wie un terschiedliche Fahrbahnzustände in Form von Nässe, Schnee usw., zuverlässig arbeitet. Im Gegensatz dazu benötigen Modelle, die den Verkehrsablauf durch Lösung von Differentialgleichungssyste men zu rekonstruieren versuchen, eine Vielzahl zu validierender Parameter.

Bei einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Verfahren wird die Auswahl der jeweiligen beiden Meßstellen, deren Verkehrsmeßdaten in die Staudynamikanalyse eingehen, der Ortsveränderung eines Staus passend nachgeführt, so daß immer die Verkehrsmeßdaten von möglichst nah an den Stauflanken gelegenen Meßstellen verwendet werden, was sich günstig auf die Genauigkeit der Staudynamikana lyse auswirkt.

In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 wird das Verfah ren zur Reisezeitprognose für Fahrten auf staubelasteten Ver kehrsnetzabschnitten eingesetzt.

Ein nach Anspruch 4 weitergebildetes Verfahren ermöglicht eine adäquate Berücksichtigung von zwischen je zwei Meßstellen eines Fahrbahnabschnitts liegenden Zu- oder Abfahrten, die ihrerseits mit entsprechenden Meßstellen zur Aufnahme von dort zu- bzw. ab fließendem Verkehr ausgerüstet sind.

Ein nach Anspruch 5 weitergebildetes Verfahren berücksichtigt in adäquater Weise eine Änderung der Anzahl von Fahrspuren eines staubelasteten Fahrbahnabschnitts zwischen den betreffenden Meß stellen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeich nungen illustriert und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines dreispurigen Autobahnabschnitts mit mehreren, voneinander beabstandeten Meßstellen,

Fig. 2 ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung eines zwischen zwei Meßstellen propagierenden Staus,

Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrbahnabschnitts mit einer Zufahrt vor einem Stau,

Fig. 4 ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrbahnabschnitts mit einer Abfahrt vor einem Stau,

Fig. 5 ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrbahnabschnitts mit einer Spurverengung vor einem Stau,

Fig. 6 eine Ansicht entsprechend Fig. 3, jedoch mit hinter dem Stau gelegener Zufahrt,

Fig. 7 eine Ansicht entsprechend Fig. 4, jedoch mit hinter dem Stau gelegener Abfahrt,

Fig. 8 eine Ansicht entsprechend Fig. 5, jedoch mit hinter dem Stau gelegener Spurverengung,

Fig. 9 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Stauauflösungs prognose und

Fig. 10 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Reisezeitprog nose.

In Fig. 1 ist beispielhaft ein dreispuriger Autobahnabschnitt AF zwischen einem stromaufwärtigen Autobahnkreuz AK1 und einem stromabwärtigen Autobahnkreuz AK2 dargestellt, in welchem acht Meßstellen Q1 bis Q8 in Form jeweiliger Induktionsschleifende tektoren mit Meßstellenabständen zwischen 500 m und 1200 m vorge sehen sind. Die Meßstellen Q1 bis Q8 liefern an eine herkömmli che, nicht gezeigte Verkehrsleitzentrale, die mit einem geeigne ten Großrechner zur Verkehrsüberwachung und Verkehrsleitung aus gerüstet ist, minütlich Verkehrsmeßdaten in Form der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit und des Verkehrsflusses getrennt nach den Fahrzeugarten Personenkraftwagen und Lastkraftwagen und in dividuell für jede der drei Fahrspuren. Je nach Bedarf kann jede Fahrspur individuell ausgewertet werden, oder es werden über al le Fahrspuren gemittelte Werte verwendet.

In Fig. 2 ist beispielhaft ein in den Bereich zwischen zwei be trachteten Meßstellen M1, M2 hinein propagierender Stau zusammen mit den für das erfindungsgemäße Verfahren relevanten Größen bzw. Variablen dargestellt. Die Fahrtrichtung auf der bzw. den hierbei betrachteten Fahrspuren soll dabei in der gezeigten, po sitiven x-Richtung verlaufen. Die x-Koordinate einer ersten, stromabwärtigen Meßstelle M1 wird auf den Wert 0 gesetzt, so daß die x-Koordinate der zweiten, um einen Abstand L von der ersten Meßstelle M1 stromaufwärts entfernt liegenden Meßstelle M2 den Wert -L hat. Der Fluß und die mittlere Geschwindigkeit, wie sie laufend an der ersten Meßstelle M1 gemessen werden, sind mit q_out bzw. w_max bezeichnet. Analog sind der Fahrzeugfluß und die mittle re Fahrzeuggeschwindigkeit, wie sie an der zweiten Meßstelle M2 gemessen werden, mit q₀ bzw. w₀ bezeichnet.

Ein sich entwickelnder Stau S breitet sich mit seiner stromauf wärtigen Stauflanke S_l durch die auf den Staus auffahrenden Fahr zeuge stromaufwärts aus. Analog propagiert die stromabwärtige Stauflanke S_r mit beginnender Stauauflösung ebenfalls stromauf wärts, indem die Fahrzeuge an der Stauvorderfront dann wieder freie Fahrt haben. Das obere Teilbild von Fig. 2 zeigt die Situ ation zu einem Zeitpunkt t = t₀, zu welchem die gemessene mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit an der stromabwärtigen, ersten Meßstelle M1 massiv einbricht, d. h. innerhalb kurzer Zeit stark absinkt, woraus geschlossen wird, daß sich ein Stau S gebildet hat, der mit seiner stromaufwärtigen Stauflanke S_l die erste Meßstelle M1 er reicht hat. Die Ortskoordinate x_l der stromaufwärtigen Stauflanke S_l hat somit zu diesem Zeitpunkt den Wert 0, d. h. x_l(t₀) = 0. Wenn zu einem späteren Zeitpunkt t = t₁ festgestellt wird, daß die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit an der ersten Meßstelle M1 wieder stark anwächst, deutet dies an, daß der Verkehr wieder frei fließt, d. h. daß soeben die stromabwärtige Stauflanke S_r die erste Meß stelle M1 passiert. Dies bedeutet, daß zu diesem Zeitpunkt t₁ die Ortskoordinate x_r der stromabwärtigen Stauflanke S_r den Wert 0 hat, d. h. x_r(t₁). Dies ist im mittleren Teilbild von Fig. 2 ver anschaulicht, dem darüber hinaus zu entnehmen ist, daß die stromaufwärtige Stauflanke S_l zwischenzeitlich um die Wegstrecke x_l(t₁) stromaufwärts weitergewandert ist.

Im weiteren Verlauf propagiert dann der Stau S von der ersten Meßstelle M1 stromaufwärts in Richtung der zweiten Meßstelle M2, wie im unteren Teilbild von Fig. 2 veranschaulicht. Mit dem er findungsgemäßen Verfahren lassen sich nun der Ort x_l(t) der strom aufwärtigen Stauflanke S_l sowie derjenige x_r(t) der stromabwärtigen Stauflanke S_r zwischen den beiden benachbarten Meßstellen M1 und M2 kontinuierlich relativ genau schätzen. Als Folge davon ist auch ein laufender, recht genauer Schätzwert für die jeweilige Staulänge L_S verfügbar. Das aus dieser automatischen Verkehrs überwachung hinsichtlich Staus resultierende Ergebnis kann dann in der Verkehrsleitzentrale nicht nur zur Abgabe von Staumeldun gen und Stauwarnungen, sondern zu weiterführenden, verkehrslei tenden Maßnahmen benutzt werden, wie zur Erstellung von Reise zeitprognosen, zur Steuerung von Verkehrsbeeinflussungsanlagen und/oder zur Erstellung von Umleitungsempfehlungen.

Verfahrensgemäß erfolgt die Vorausschätzung der Positionen x_l und x_r der stromaufwärtigen S_l bzw. der stromabwärtigen Stauflanke S_r für die Koordinatenwahl gemäß Fig. 2 nach folgender Beziehung:

In diese Gleichungen gehen neben den bereits oben genannten Meß größen q₀, w₀, q_out, w_max noch der gemessene Fluß q_min im Stau und die Verkehrsdichte ρ_max ein, die über die Beziehung

bestimmt wird, wobei im vorliegenden Beispielsfall von zwei ver schiedenen Fahrzeugarten, nämlich Personenkraftwagen und Last kraftwagen, ausgegangen wird. Es ist dabei bekannt, daß geeig nete Sensoren zwischen Personenkraftwagen und Lastkraftwagen si cher unterscheiden können, wozu auf die eingangs genannte Litera tur verwiesen werden kann. A_LKW bezeichnet dabei den Anteil von Lastkraftwagen am Verkehrsfluß, während der Restanteil der Per sonenwagenanteil A_PKW ist, d. h. A_PKW= 1 - A_LKW. Die durchschnittliche Fahrzeuglänge einschließlich des Fahrzeugabstandes im Stau wird durch L_PKW bzw. L_LKW für die Personen- bzw. die Lastkraftwagen je weils geeignet vorgegeben, z. B. L_PKW = 7 m und L_LKW = 17 m. Aus den Ortskoordinaten-Schätzwerten x_r und x_l für die stromabwärtige SR bzw. die stromaufwärtige Stauflanke S_l ergibt sich dann der Schätzwert L_S für die Staulänge zeitabhängig zu

L_S(t) = x_r(t) - x_l(t), t ≧ t₁.

Dieses Verfahren zur automatischen Verkehrsüberwachung mit Stau dynamikanalyse kommt folglich mit den drei zu validierenden Pa rametern q_min, L_PKW und L_LKWaus. Der Parameter q_min kann im Zeitraum t₀ < t < t₁ über die erste Meßstelle M1 meßtechnisch erfaßt werden, für den folgenden Zeitraum t < t₁ könnte eine aus den bisherigen Ver kehrsdichtewerten gemittelte Verkehrsdichte approximativ verwen det werden. In dem meist vorliegenden Fall großen Verkehrsauf kommens ist jedoch q_min jedenfalls sehr klein sowohl gegenüber q₀ als auch gegenüber q_out, so daß dann q_min in den obigen Beziehungen in guter Näherung vernachlässigt werden kann. In diesem Fall hat das Verfahren nur noch die zu validierenden Parameter L_PKW und L_LKW, die beide nicht gravierend von lokalen Situationsänderungen auf dem überwachten Fahrbahnabschnitt, z. B. von den Witterungs bedingungen, abhängig sind. Diese verschiedenen charakteristi schen Längen der jeweils beteiligten, unterschiedlichen Fahr zeugarten können daher im Modell fest vorgegeben werden, so daß das Verfahren dann keine zu validierenden Parameter mehr auf weist.

Erreicht die stromaufwärtige Stauflanke S_l die stromaufwärtige Meßstelle M2 in Fig. 2, bevor sich der Stau S aufgelöst hat, so können die Meßdaten q₀, w₀ dieser Meßstelle M2 nicht mehr zur Schätzung der Stauflankenpositionen x_l und x_r nach den obigen Be ziehungen verwendet werden. Es wird in diesem Fall zur meßtech nischen Gewinnung der Größen q₀ und w₀ von dieser bisherigen zweiten Meßstelle M2 zu der stromaufwärts nächsten Meßstelle übergegangen. Bin durch diesen Meßstellenwechsel bedingter Posi tionsfehler zwischen geschätzter und realer Position der strom aufwärtigen Stauflanke S_l läßt sich entweder durch Addition eines Übergangszusatzterms dx, der beispielsweise typisch zwischen 200 m und 300 m liegt, kompensieren oder dadurch vermeiden, daß der Zeitpunkt, zu dem die stromaufwärtige Stauflanke S_l die betref fende Meßstelle M2 erreicht, meßtechnisch bestimmt wird, wie oben zur ersten Meßstelle M1 zum Zeitpunkt t₀ erläutert. Ein ana loger Übergang von einer bisherigen ersten Meßstelle M1 zur stromaufwärts nächsten Meßstelle erfolgt, sobald die Meßdaten der letzteren für die Gewinnung der Größen q_out und w_max geeignet sind, d. h. sobald die stromabwärtige Stauflanke S_r diese strom aufwärts nächste Meßstelle passiert hat. Wiederum kann ein Über gangsfehler durch diesmal subtraktive Hinzufügung eines entspre chenden Kompensationsterms dx oder durch direkte Ermittlung des Zeitpunktes, zu dem die stromabwärtige Stauflanke S_r die betref fende Meßstelle erreicht, wie in Fig. 2 bezüglich des Zeitpunk tes t₁ erläutert, vermieden werden.

Das Verfahren erlaubt außerdem die Berücksichtigung von Zu- und Abfahrten sowie Änderungen in der Anzahl von Fahrspuren zwischen je zwei benachbarten Meßstellen. Die verschiedenen Möglichkeiten sind in den Fig. 3 bis 8 schematisch für zwei aufeinanderfol gende Meßstellen M_i, M_i+1 dargestellt, wobei jeweils eine von links nach rechts verlaufende Fahrtrichtung vorausgesetzt und ein jeweils angenommener Stau schraffiert wiedergegeben ist.

Fig. 3 zeigt den Fall einer vor dem Stau liegenden Zufahrt Z zwischen den beiden Meßstellen M_i und M_i+1. Die Zufahrt Z ist in nicht gezeigter Weise ebenfalls mit einer Verkehrsmeßdaten auf nehmenden Meßstelle ausgerüstet, mit welcher der über die Zu fahrt Z in den überwachten n-spurigen Fahrbahnabschnitt zusätz lich eintretende Verkehrsfluß q_ein erfaßt wird. Zur Berücksichti gung dieses Zusatzflusses q_ein wird in den obigen Beziehungen zur Schätzung der Position x_l der stromaufwärtigen Stauflanke S_l die Größe q₀ durch q₀ + q_ein/n ersetzt, d. h. der Fluß q_ein der Zufahrt Z liefert den additiven Zusatzterm q_ein/n. Dieser Zusatzterm ent fällt, sobald die stromaufwärtige Stauflanke die nächstgelegene Meßstelle M_i+1 stromaufwärts der Zufahrt Z erreicht hat.

Analog zeigt Fig. 4 den Fall einer Abfahrt A zwischen zwei be nachbarten Meßstellen M_i, M_i+1 stromaufwärts des Staus, wobei der über die Abfahrt A abfließende Verkehrsfluß q_aus mittels einer dortigen Meßstelle erfaßt wird. Dieser abgeleitete Verkehrsfluß q_aus wird in der obigen Schätzwertgleichung für die Ortskoordinate x_l der stromaufwärtigen Stauflanke S_l durch den zu q₀ subtraktiv hinzutretenden Zusatzterm q_aus/n berücksichtigt, d. h. q₀ wird er setzt durch q₀ - q_aus/n.

Fig. 5 zeigt den Fall einer Spurverengung von einer Anzahl m von Fahrspuren an einer stromaufwärtigen Meßstelle M_ix1 auf eine An zahl n von Fahrspuren an einer stromabwärtigen Meßstelle M_i stromaufwärts des Staus. In diesem Fall ist die Größe q₀ in obi ger Schätzwertgleichung für x_l mit dem Faktor m/n zu multiplizie ren, d. h. anstelle q₀ tritt q₀.m/n. Es versteht sich, daß bei kom biniertem Auftreten von Zufahrten, Abfahrten und/oder Spurveren gungen gemäß der Fig. 3 bis 5 die Größe q₀ in entsprechender Weise mit den additiven, subtraktiven bzw. multiplikativen Zu satztermen zu versehen ist. Die für den Fall der Spurverengung von Fig. 5 angegebene, multiplikative Modifikation der Größe q₀ bleibt im übrigen auch richtig, wenn es sich um eine Spurerwei terung handelt.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen die zu den Fig. 3 bis 5 analogen Beispiele für den Fall, daß der Stau jeweils vor der betreffen den Zufahrt Z, Abfahrt A bzw. Spurverengung liegt. In diesem Fall ist anstelle der Größe q₀ die Größe q_out in entsprechender Weise zu modifizieren. Speziell ist im Fall einer Zufahrt Z stromabwärts des Staus, wie in Fig. 6 dargestellt, q_out in der Schätzwertgleichung für die Position x_r der stromabwärtigen Stauflanke S_r durch q_out - q_ein/n zu ersetzen. In gleicher Weise ist q_out in dieser Schätzwertgleichung im Fall der in Fig. 7 gezeigten Ausfahrt A stromabwärts des Staus durch q_ou + q_aus/n zu ersetzen. Bei der in Fig. 8 gezeigten Spuranzahländerung hinter dem Stau von m Fahrspuren auf n Fahrspuren wird q_out zu q_out.n/m modifiziert. Damit lassen sich in allen Fällen Zufahrten, Abfahrten und Änderungen in der Fahrspuranzahl sehr einfach in der erfindungsgemäßen Staudynamikanalyse berücksichtigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht des weiteren eine Pro gnose hinsichtlich des Zeitpunktes, zu dem sich ein gebildeter Stau wieder aufgelöst hat. Das Ergebnis einer solchen Stauauflö sungsprognose läßt sich dazu verwenden, den Zeitpunkt zu bestim men, ab wann die durch geeignete, dem Stau entgegenwirkende Steuerung vorhandener Verkehrsbeeinflussungsanlagen, wie fern steuerbare Geschwindigkeitsbegrenzungsschilder und/oder Umlei tungsschilder, getroffenen Verkehrsbeeinflussungsmaßnahmen wie der aufgehoben werden können. Eine solche Stauauflösungsprognose ist in Fig. 9 diagrammatisch veranschaulicht. Unter plausiblen Annahmen ergibt sich anhand des Diagramms von Fig. 9 der Zeit punkt t_st der Auflösung eines Staus, dessen stromaufwärtige Flanke gemäß Fig. 2 zum Zeitpunkt t₀, die dortige erste Meßstelle M1 bei x = 0 passiert hat, aus der Beziehung:

wobei mit ν_gl bzw. ν_gr die Geschwindigkeiten der stromaufwärtigen S_l bzw. der stromabwärtigen Stauflanke S_r bezeichnet sind und der Zeitpunkt t_z derjenige ist, zu welchem die Geschwindigkeit ν_gl der stromaufwärtigen Stauflanke S_l ihren betragsmäßig kleinsten Wert erreicht hat. Dabei ist plausibel vorausgesetzt, daß die Ge schwindigkeiten ν_gl und ν_gr der stromaufwärtigen S_l bzw. der strom abwärtigen Stauflanke S_r nach diesem Zeitpunkt t_z bis zur erreich ten Stauauflösung zum Zeitpunkt t_st, konstant bleiben. Die obige Beziehung zur Ermittlung des Zeitpunkts t_st, der vollständigen Stauauflösung resultiert dabei aus der Bedingung verschwindender Staulänge, d. h. L_S(t_st) = 0.

Als weitere Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 10 die Erstellung einer Kurzzeit-Reisezeitprognose für eine Fahrt auf einem überwachten Streckenabschnitt veranschaulicht, speziell für die Fahrtdauer zwischen zwei Meßstellen mit zwi schenliegendem Stau, wie in Fig. 2 allgemein veranschaulicht. Die Reisezeitschätzung läßt sich unter Verwendung der Situation von Fig. 2 für einen Fahrtantrittszeitpunkt t_p ermitteln, der später als der Zeitpunkt t₁ liegt, zu welchem die stromabwärtige Stauflanke S_r die stromabwärtige Meßstelle M1 erreicht hat. In Fig. 10 ist die Reisedauerschätzung anhand eines entsprechenden Fahrliniendiagramms repräsentiert. Zunächst werden in dem Dia gramm von Fig. 10 die Position x_l der zum Zeitpunkt t₀ bei x = 0, d. h. an der ersten Meßstelle M1, auftretenden, stromaufwärtigen Stauflanke S_l und die Position x_l der zu dem späteren Zeitpunkt t₁ dieselbe Stelle x = 0 passierenden stromabwärtigen Stauflanke S_r eingetragen, wie gestrichelt gezeichnet. Dann wird in das Dia gramm die Fahrlinie FL eingetragen, die sich für eine zum Zeit punkt t_p an der stromaufwärtigen Meßstelle M2 begonnene Fahrt in Richtung der stromabwärtigen Meßstelle M1 ergibt.

Während eines ersten Fahrtabschnitts bis zum Erreichen der stromaufwärtigen Stauflanke S_l zu einem Zeitpunkt t_zu wird dieser Fahrlinie FL die mittlere Fahrgeschwindigkeit w₀ der stromaufwär tigen Meßstelle M2 zugrundegelegt. Für den anschließenden Fahr tabschnitt im Stau, d. h. bis zum Erreichen der stromabwärtigen Stauflanke S_r zu einem Zeitpunkt t_ab, wird die mittlere Fahrzeug geschwindigkeit w_st, im Stau zur Erzeugung des entsprechenden Fahr linienabschnitts verwendet. Da diese Geschwindigkeit w_st typi scherweise viel kleiner als die mittlere Fahrgeschwindigkeit au ßerhalb des Staus ist, verläuft der entsprechende Fahrlinienab schnitt annähernd horizontal. Einem letzten Fahrtabschnitt von der stromabwärtigen Stauflanke S_r bis zum Zielort, d. h. der stromabwärtigen Meßstelle M1, wird entsprechend die an dieser Meßstelle M1 gemessene mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit w_max zu grundegelegt. Aus dem Schnittpunkt der Fahrlinie FL mit der ho rizontalen Linie bei x = 0 ergibt sich dann unter Setzen des Zeit nullpunktes auf den Fahrtantrittszeitpunkt, d. h. t_p = 0, die Reise zeit t_R zu

Dabei kann die Geschwindigkeit w_st meist vernachlässigt werden, so daß sich für die geschätzte Reisezeitdauer t_Rvon der stromauf wärtigen M2 zur stromabwärtigen Meßstelle M1 einschließlich des Durchfahrens des in diesem Bereich liegenden Staus die Nähe rungsformel

ergibt. Es versteht sich, daß bei Reisezeitprognosen für Fahrt strecken, die sich über mehrere derartige Fahrtabschnitte zwi schen je zwei Meßstellen erstrecken, die Fahrtzeiten für die Fahrt zwischen je zwei benachbarten Meßstellen einzeln in der erläuterten Weise unter Berücksichtigung eventuell gebildeter Verkehrsstaus ermittelt und dann zur gesamten, geschätzten Rei sedauer aufaddiert werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Fälle behandelt werden, bei denen zwischen je zwei Meßstellen mehrere Staus auf treten. Dabei wird unter der Annahme, daß sich keine Zu- und Ab fahrten im überwachten Bereich zwischen den jeweiligen Meßstel len befinden, die plausible Annahme verwendet, daß der Fluß und die mittlere Geschwindigkeit der Fahrzeuge vor der stromaufwär tigen Flanke des stromabwärtigen Staus dem Fluß bzw. der mittle ren Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechen, wie sie stromabwärts des stromaufwärtigen Staus zu dem Zeitpunkt vorlagen, zu dem dessen stromabwärtige Stauflanke die stromabwärtige Meßstelle passiert hat.

Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur, wie beschrieben, zur automatischen Überwachung von Straßen verkehrsnetzen, sondern in gleicher Weise auch zur entsprechen den Überwachung von Schienenverkehrsnetzen eingesetzt werden kann.

Claims

1. Verfahren zur automatischen Verkehrsüberwachung mit Staudyna mikanalyse, bei dem

1. an mehreren Meßstellen des Verkehrsnetzes Verkehrsmeßdaten aufgenommen werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

1. laufend eine Schätzung der zeitabhängigen Positionen x_l und x_r der in Fahrtrichtung der jeweils betrachteten Fahrspur stromaufwärtigen Stauflanke (S_l) und der in Fahrtrichtung der jeweils betrachteten Fahrspur stromabwärtigen Stauflanke (S_r) nach den Beziehungen

vorgenommen wird, wobei

a) q_min der Verkehrsfluß im Stau und ρ_max die nach der Beziehung
ermittelte Verkehrsdichte im Stau mit einer Anzahl Fz un terschiedlicher, mit jeweiligen Anteilen A_Fz beteiligter Fahrzeugarten unterschiedlicher durchschnittlicher Länge L_Fz sind,
b) t₀ der Zeitpunkt ist, zu dem die an einer jeweiligen ersten Meßstelle (M1) mit der Ortskoordinate x = 0 aufgenommenen Verkehrsmeßdaten anzeigen, daß die stromaufwärtige Stauf lanke (S_l) diese Meßstelle (M1) erreicht hat,
c) t₁ der Zeitpunkt ist, zu dem die an der jeweiligen ersten Meßstelle (M1) aufgenommenen Verkehrsmeßdaten anzeigen, daß die stromabwärtige Stauflanke (S_r) diese Meßstelle (M1) er reicht hat,
d) q_out und w_max der Fluß bzw. die mittlere Fahrzeuggeschwindig keit des Verkehrs an der jeweiligen ersten Meßstelle (M1) sind und
e) q₀ und w₀ der Fluß und die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit des Verkehrs an einer jeweiligen zweiten, stromaufwärts von der stromaufwärtigen Stauflanke (S_l) gelegenen Meßstelle (M2) sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß

1. von einer bisherigen Meßstelle zu der dieser stromaufwärts be nachbarten Meßstelle als der jeweiligen zweiten Meßstelle (M2) übergegangen wird, sobald die stromaufwärtige Stauflanke (S_l) diese bisherige Meßstelle passiert hat und/oder
2. von einer bisherigen Meßstelle zu der dieser stromaufwärts be nachbarten Meßstelle als jeweiliger erster Meßstelle (M1) übergegangen wird, sobald die stromabwärtige Stauflanke (S_r) diese stromaufwärts benachbarte Meßstelle passiert hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeit (t_R) für eine Fahrt auf dem staubelasteten Abschnitt von der zweiten (M2) zur ersten Meßstelle (M1) vorausgeschätzt wird als Summe der Zeitdauer (t_zu) bis zum Erreichen der voraus geschätzten stromaufwärtigen Stauflanke (S_l), wobei die an der zweiten Meßstelle (M2) gemessene durchschnittliche Fahrgeschwin digkeit zugrundegelegt wird, plus der Zeitdauer (t_ab-t_zu) bis zum Erreichen der vorausgeschätzten stromabwärtigen Stauflanke (S_r), wobei eine mittlere Fahrgeschwindigkeit (w_st) im Stau zugrunde gelegt wird, plus der Zeitdauer (t_R-t_ab) bis zum Erreichen der ersten Meßstelle (M1), wobei die an der ersten Meßstelle ge messene durchschnittliche Fahrgeschwindigkeit (w_max) zugrundege legt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß eine Zufahrt (Z) oder eine Abfahrt (A) zwischen den jeweiligen beiden Meßstellen (M1, M2) durch den Zusatzterm q_ein/n bzw. q_aus/n mit n als Anzahl der Fahrspuren berücksichtigt wird, der bei stromaufwärts des Staus liegender Zufahrt additiv zu q₀ und bei stromabwärts des Staus liegender Zufahrt subtraktiv zu q_out bzw. bei stromaufwärts des Staus liegender Abfahrt subtraktiv zu q₀ und bei stromabwärts des Staus liegender Abfahrt additiv zu q_out hinzutritt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung der Anzahl von Fahrspuren zwischen den jeweiligen beiden Meßstellen (M1, M2) von m Spuren auf n Spuren durch einen multiplikativen Faktor berücksichtigt wird, der bei vor dem Stau liegender Änderung der Spuranzahl den Wert m/n hat und multipli kativ zu q₀ hinzutritt und bei hinter dem Stau liegender Änderung der Spuranzahl den Wert n/m hat und multiplikativ zu q_out hinzu tritt.