DE19835979A1 - Verfahren zur Verkehrszustandsüberwachung und Fahrzeugzuflußsteuerung in einem Straßenverkehrsnetz - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verkehrszustandsüberwachung in einem Straßenverkehrsnetz, bei dem für eine oder mehrere Stellen des Verkehrsnetzes der aktuelle oder ein zukünftig zu erwartender Verkehrszustand ermittelt und zwischen den drei Verkehrszustandsarten freier Verkehr, synchronisierter Verkehr und Stau unterschieden wird, sowie auf ein Verfahren zur Fahrzeugzuflußsteuerung, bei dem der Verkehrszustand eines Verkehrsnetzabschnitts überwacht und der Fahrzeugzufluß zu diesem Verkehrsnetzabschnitt in Abhängigkeit vom erkannten Verkehrszustand gesteuert wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist das Zustandsüberwachungsverfahren so ausgelegt, daß Phasenübergänge zwische freiem und synchronisiertem Verkehr und/oder Stauzustände anhand spezieller Kriterien erkannt bzw. prognostiziert werden können. Weiter wird erfindungsgemäß der Fahrzeugzufluß zum überwachten Verkehrsnetzabschnitt in Abhängigkeit von erkannten Phasenübergängen zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr gesteuert. DOLLAR A Verwendung z. B. für Schnellstraßennetze.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung des Verkehrszustands in einem Straßenverkehrsnetz nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zur verkehrszu­ standsabhängigen Fahrzeugzuflußsteuerung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Verfahren dieser Art sind auf dem Gebiet der Verkehrsleittechnik verschiedentlich bekannt. Der Verkehrszustand wird hierbei für die jeweilige Überwachungsstelle des Straßenverkehrsnetzes durch Anbringen entsprechender Sensorik meßtechnisch aktuell erfaßt, und/oder es wird der dortige Verkehrszustand im voraus progno­ stiziert. Hierzu dient üblicherweise ein entsprechend ausgeleg­ ter Verkehrsleitrechner, der die Meßdaten und vorzugsweise auch empirisch ermittelte Verkehrszustands-Erwartungswerte über den an der betreffenden Üoerwachungstelle zum betreffenden Zeitpunkt zu erwartenden Verkehrszustand geeignet auswertet. Die solcher­ maßen ermittelten Verkehrszustandsinformationen können dann für verschiedene Zwecke verwendet werden, z. B. zur Reisezeitprogno­ se, zur dynamischen Routenplanung und zu verkehrsleitenden Ein­ griffen, wie die Steuerung des Fahrzeugzuflusses an Zufahrten zu einem jeweiligen Abschnitt des Verkehrsnetzes, wobei der Begriff "Steuerung" vorliegend der Einfachkeit halber in seinem weite­ ren, neben eigentlichen Steuerungen auch Regelungen umfassenden Sinne zu verstehen ist.

Untersuchungen haben gezeigt, daß sich die Verkehrszustände in Straßenverkehrsnetzen in drei wesentlich verschiedene Zustands­ arten einteilen lassen, und zwar in den Zustand freien Verkehrs, den Zustand synchronisierten Verkehrs und den Stauzustand, siehe B. S. Kerner und H. Rehborn, Experimental features and characte­ ristics of traffic jams, Phys. Rev. E, Band 53, Seite 1297, 1996 sowie B. S. Kerner und H. Rehborn, Experimental properties of complexity in traffic flow, Phys. Rev. E, Band 53, Seite R4275, 1996. Unter freiem Verkehr wird dabei der Zustand verstanden, bei dem jeder Verkehrsteilnehmer seine Geschwindigkeit frei wäh­ len kann und beliebige Überholmanöver möglich sind. Der Stauzu­ stand bedeutet einen Fahrzeugstillstand bei maximaler Verkehrs­ dichte auf der Straße. Synchronisierter Verkehr, auch zähflie­ ßender Verkehr oder Kolonnenverkehr genannt, stellt einen zwischen freiem Verkehr und dem Stauzustand liegenden Verkehrs­ zustand dar, bei dem die Verkehrsstärke, d.h der Verkehrsfluß, relativ groß sein kann, die Verkehrsdichte jedoch deutlich höher und damit die Geschwindigkeit der Fahrzeuge deutlich kleiner ist als im freien Verkehr, was die Reisezeit sehr stark erhöht. Auf­ grund der höheren Verkehrsdichte sind kaum noch Überholmanöver möglich, weshalb sich die Fahrzeuggeschwindigkeit an einem Ort auf den verschiedenen Fahrspuren einer mehrspurigen (Schnell-)Straße synchronisiert, wenn alle Fahrspuren auf einer Fahrtroute lie­ gen.

Zur Erkennung des Stauzustands gibt es bereits zahlreiche Ver­ fahren, bei denen die lokal gemessenen Verkehrsdaten entspre­ chend analysiert werden, unter Einschluß einer Störfallerkennung und -analyse. Es sei hierzu auf die Offenlegungsschrift DE 196 47 127 A1 und die dort genannte Literatur verwiesen.

Die Fahrzeugzuflußsteuerung, auch Zuflußdosierung genannt, stellt eine der Möglichkeiten dar, bei einer erkannten oder pro­ gnostizierten Verkehrsstörung steuernd in den Verkehrsfluß ein­ zugreifen und dadurch das Auftreten von Störungen zu verhindern oder jedenfalls deren Folgen so gering wie möglich zu halten, um Reisezeitverluste zu minimieren und die Leistungsfähigkeit der Straßen zu maximieren. Hierzu existieren bereits zahlreiche un­ terschiedliche Verfahren zur Zuflußdosierung für Zufahrten von Schnellstraßen. So kam in den USA häufig eine einfache Strategie zum Einsatz, die Zufahrten bei Auftreten von Staus einfach zu schließen, es kamen dort jedoch auch Verfahren zum Einsatz, bei denen die Summe aus Zufluß und stromaufwärtiger Messung im Ver­ gleich zur stromabwärtigen Kapazität der Straße als Kriterium zur Zuflußbeschränkung herangezogen wurde, siehe L. E. Lipp, L. J. Corcoran, A. H. Hickman, Benefits of central computer control for Denver ramp-metering system, Transportation Res. Board Nr. 1320, Washington D. C., 1991 und N. L. Nihan, M. G. H. Bell, A predictive algorithm for real-time ramp control system, ITE Journal, 6/1992. In Großbritannien wurde ein vielschichtiger Algorithmus zur Zu­ flußregelung eingesetzt, bei dem eine Kontrolle der Straßenkapa­ zitäten durchgeführt wurde und eine Zuflußregelung bei zu klei­ nen Geschwindigkeiten erfolgte, wobei Verkehrsstärkewellen in ihrem räumlich-zeitlichen Verlauf verfolgt und die Warteschlan­ genlänge gestauter Fahrzeuge herangezogen wurde, siehe D. Owens, M. J. Schofield, Access control on the M6 motorway: evaluation of Britain's first ramp-metering scheme, Traffic Engineering + Con­ trol, Seite 616, 1988. In den Niederlanden wurde ein Konzept der Einzeldosierung bei Fahrzeugumlaufzeiten zwischen 4, 5 Sekunden und 12 Sekunden mit äem letztgenannten als maximal möglichem Wert verfolgt, was einer Dosierung zwischen 300 Fahrzeugen/h und 800 Fahrzeugen/h entspricht, siehe H. Bujin, F. Midelham, Ramp metering control in the Netherlands, Road Traffic Control 5/1990 und Projektbericht DRIVE I Project V 1035 CHRISTIANE - Isolated Ramp Metering: Real Life Study in The Netherlands, Deliverable 7a, März 1991 des EU-Projekts CHRISTIANE. In Frankreich wurde innerhalb des EU-Projekts CHRISTIANE und anschließend bei Feld­ versuchen in Deutschland der ALINEA-Algorithmus entwickelt und eingesetzt, in Deutschland in einer Modifikation mit der Ver­ kehrsstärke statt des Belegungsgrades, siehe den Projektbericht DRIVE I Project V 1035 CHRISTIANE - Isolated Ramp Metering: Real Life Study in France and Software Prototypes, Deliverable 7b, 10/1991 und P. Stöveken, Verfahren zur Steuerung des Verkehrsab­ laufs auf Stadtautobahnen mittels Geschwindigkeits- und Zufluß­ regelung, Straßenverkehrstechnik, 6/1992.

Zur Erhaltung einer möglichst hohen Leistungsfähigkeit der Stra­ ße ist nicht nur der Stauzustand, sondern auch der Zustand syn­ chronisiertem Verkehrs von großer Bedeutung. Die Reisezeiten sind bei synchronisiertem Verkehr im Vergleich zum freien Ver­ kehr deutlich erhöht, was schon an sich und zudem für damit zu­ sammenhängende Anwendungen, z. B. Telematikanwendungen, uner­ wünscht ist. Es besteht daher Bedarf an einem Verfahren, mit dem der Zustand synchronisierten Verkehrs zuverlässig erkannt und insbesondere von demjenigen des freien Verkehrs unterschieden werden kann, um diese Information dann geeignet nutzen zu kön­ nen, insbesondere auch für eine die Leistungsfähigkeit der Stra­ ße bestmöglich ausnutzende Zuflußdosierung und/oder zur Kurz­ zeitprognose von Reisezeiten.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens zur Verkehrszustandsüberwachung der eingangs genannten Art sowie eines ein solches Überwachungsverfahren nut­ zenden Fahrzeugzuflußsteuerungsverfahrens zugrunde, mit denen der Verkehrszustand insbesondere hinsichtlich Phasenübergängen zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr und/oder hinsicht­ lich Stauzuständen zuverlässig überwacht und bei Bedarf voraus­ geschätzt und eine hohe Leistungsfähigkeit des jeweils überwach­ ten Verkehrsnetzabschrittes mit relativ geringem Aufwand in vor­ teilhafter Weise bewerkstelligt werden kann.

Dieses Problem wird durch die Bereitstellung eines Verkehrszu­ standsüberwachungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 2, 6 oder 7 sowie eines Fahrzeugzuflußsteuerungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.

Die Überwachungsverfahren gemäß den Ansprüchen 1, 2 und 6 ermög­ lichen mit relativ einfachen Mitteln eine vergleichsweise zuver­ lässige Erkennung der Phasenübergänge vom freien zum synchroni­ sierten Verkehr bzw. umgekehrt vom synchronisierten zum freien Verkehr. Es hat sich gezeigt, daß die hierfür in diesen Ansprü­ chen angegebenen Bedingungen einerseits eine ausreichend sichere Unterscheidung zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr er­ geben und andererseits meß- und rechentechnisch mit vertretbarem Aufwand überprüfbar sind. Die hierzu verwendeten Meßgrößen, wie die mittlere Geschwindigkeit, d. h. die mittlere Fahrzeugge­ schwindigkeit der die jeweilige Überwachungsstelle auf einer oder mehreren Fahrspuren der Straße passierenden Fahrzeuge, und der Verkehrsfluß, d. h. die Anzahl der pro Zeiteinheit die Über­ wachungsstelle passierenden Fahrzeuge, sind sensorisch einfach zu erfassen. Unter Verkehrsfluß wird hier und im weiteren immer ein Verkehrsfluß pro Fahrspur verstanden, d. h. entweder für jede Fahrspur oder gemittelt über alle Fahrspuren einer Richtungs­ fahrbahn. Entsprechend werden Zu- bzw. Abflüsse immer auf die jeweilige Anzahl n der Fahrspuren bezogen, d. h. durch n geteilt. Die große Bedeutung gerade des Phasenübergangs vom freien zum synchronisierten Verkehr für die Gewährleistung der maximal mög­ lichen Leistungsfähigkeit der Straße und zur Verkehrsprognose liegt vor allem auch darin, daß bei synchronisiertem Verkehr der Durchsatz an Fahrzeugen trotz der sehr stark erhöhten Reisezeit nahezu demjenigen bei freiem Verkehr gleichen kann. Die Erken­ nung des Phasenübergangs zum synchronisierten Verkehr sowie die Auflösung desselben und Rückkehr zum Zustand freien Verkehrs er­ möglicht, daß bei auftretendem synchronisiertem Verkehr recht­ zeitig geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden können. Diese Phasenübergänge können sowohl für den aktuellen Zeitpunkt als auch bei Bedarf darüber hinaus im Rahmen einer Prognose über den zukünftigen Verkehrszustand als ein zu erwartender Phasenüber­ gang ermittelt werden.

Beim Verfahren nach Anspruch 1 werden zur Erkennung eines Pha­ senübergangs auf synchronisierten Verkehr speziell die mittlere Geschwindigkeit und der Verkehrsfluß daraufhin geprüft, ob die mittlere Geschwindigkeit stärker als vorgegeben abnimmt und der Verkehrsfluß über einem vorgebbaren Flußschwellwert liegt. Die erstgenannte Bedingung nutzt die Erkenntnis, daß beim Übergang von freiem zu synchronisiertem Verkehr die mittlere Geschwindig­ keit verhältnismäßig rasch abnimmt. Mit der zweiten Bedingung wird der Zustand synchronisierten Verkehrs vom Stauzustand un­ terschieden, da in letzterem der Verkehrsfluß deutlich niedriger als bei synchronisiertem Verkehr ist.

Beim Verfahren nach Anspruch 2 werden zur Erkennung des Phasen­ übergangs auf synchronisierten Verkehr speziell die Bedingungen abgefragt, ob erstens die mittlere Geschwindigkeit abnimmt, ob zweitens der Verkehrsfluß über einem vorgebbaren Flußschwellwert liegt und ob drittens der Quotient aus der Änderung der mittle­ ren Geschwindigkeit dividiert durch die Verkehrsflußänderung be­ traglich einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Die letzt­ genannte Bedingung nutzt die Erkenntnis aus, daß beim Übergang vom freien zum synchronisierten Verkehr die mittlere Geschwin­ digkeit verhältnismäßig rasch und deutlich abnimmt, während der Verkehrsfluß keine so starke Änderung zeigt.

Bei einem nach Anspruch 3 weitergebildeten Überwachungsverfahren werden im Rahmen einer Verkehrsprognose, d. h. einer Vorausbe­ rechnung des zu erwartenden Verkehrszustands in dem Straßenver­ kehrsnetz bzw. bestimmten Abschnitten hiervon, zukünftige Pha­ senübergänge vom freien auf den synchronisierten Verkehr voraus­ geschätzt, die durch aktuell erkannte derartige Phasenübergänge stromaufwärts hiervon induziert werden. Diese Vorauserkennung zu­ künftiger Zustände synchronisierten Verkehrs läßt sich vorteil­ haft zur verbesserten Schätzung voraussichtlicher Reisezeiten und zur frühzeitigen Einleitung geeigneter Gegenmaßnahmen nut­ zen, mit denen dieser zu erwartenden Kolonnen- oder gar Staubil­ dung durch entsprechende verkehrsleitende Eingriffe entgegenge­ wirkt werden kann. Das zur Prognose herangezogene Kriterium be­ rücksichtigt auch den Fall, daß Zu- und/oder Abfahrten zwischen der Stelle des aktuell erkannten und derjenigen des prognosti­ zierten stromaufwärtigen synchronisierten Verkehrszustands lie­ gen.

Bei einem nach Anspruch 4 weitergebildeten Überwachungsverfahren wird die Dauer eines durch einen aktuell erkannten Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr induzierten synchronisier­ ten Verkehrszustands stromaufwärts von einer Zu- oder Abfahrt durch spezielle, geeignete Kriterien vorausgeschätzt. Unter Zu­ fahrt ist dabei vorliegend in weiterem Sinne auch eine Engstelle zu verstehen, an der sich die Anzahl der Fahrspuren reduziert. Analog erlaubt ein nach Anspruch 5 weitergebildetes Überwa­ chungsverfahren eine Prognose der räumlichen Ausdehnung eines solchen induzierten synchronisierten Verkehrszustands anhand entsprechender Kriterien.

Beim Verfahren nach Anspruch 6 wird speziell auf einen Phasen­ übergang vom synchronisierten auf den freien Verkehr geschlos­ sen, wenn die mittlere Geschwindigkeit einen vorgebbaren Ge­ schwindigkeitsschwellwert überschreitet oder oberhalb eines vor­ gebbaren Geschwindigkeitswerts stärker als ein vorgebbares Maß ansteigt. Die Auflösung von synchronisiertem Verkehr und damit der Übergang zum freien Verkehr erfolgt wegen eines entsprechen­ den Hysteresephänomens erst wieder bei deutlich kleineren Ver­ kehrsstärken als umgekehrt die Bildung von synchronisiertem Ver­ kehr aus zuvor freiem Verkehr. Es zeigt sich daher, daß die er­ findungsgemäße Beobachtung der mittleren Geschwindigkeit dahingehend, ob sie einen gewissen Schwellwert überschreitet oder oberhalb eines vorgebbaren Geschwindigkeitswerts stärker als ein vorgebbares Maß ansteigt, ein sehr zuverlässiges Krite­ rium dafür darstellt, ob sich der Zustand synchronisierten Ver­ kehrs aufgelöst hat und in freien Verkehr übergegangen ist.

Das Überwachungsverfahren nach Anspruch 7 stellt eine Weiterent­ wicklung des in der genannten Offenlegungsschrift DE 196 47 127 A1 beschriebenen Verfahrens dar und erlaubt eine vergleichsweise zuverlässige Vorausschätzung der Entwicklung eines aktuell ent­ standenen, detektieren oder eines zukünftig entstehenden, prog­ nostizierten Stauzustands. Diese Stauentwicklungsprognose kann dann z. B. bei einer Reisezeitprognose berücksichtigt werden. Es zeigt sich, daß mit diesem Verfahren der Stauanfang und das Stauende und folglich der Stauzustand insgesamt vergleichsweise zuverlässig in ihrer Entwicklung vorhergesagt werden können.

Bei einer Weiterbildung dieser Stauentwicklungsprognose können gemäß Anspruch 8 die Geschwindigkeitswerte der stromaufwärtigen und/oder der stromabwärtigen Staufront aus bisher vorhandenen Verkehrszustandsdaten für einen zukünftigen Zeitraum vorausge­ schätzt werden, wenn in diesem Zeitraum keine aktuelleren Ver­ kehrszustandsdaten gewonnen werden können. Damit sind dann ent­ sprechend auch die zukünfigten Positionen der stromaufwärtigen und/oder stromabwärtigen Staufront ermittelbar.

Das Zuflußsteuerungsverfahren nach Anspruch 9 nutzt die Erken­ nung von Phasenübergängen zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr durch eine Verkehrszustandsüberwachung, wie z. B. insbe­ sondere einer Überwachung nach den Ansprüchen 1 bis 8, zur ent­ sprechenden Steuerung des Fahrzeugzuflusses an einer jeweiligen Zuflußstelle, indem dort der Zufluß in Abhängigkeit dieser Pha­ senübergänge gesteuert wird. Durch diese Verwendung erkannter Phasenübergänge vom freien zum synchronisierten Verkehr als Grundlage einer Zuflußsteuerung läßt sich der Verkehrsfluß im Straßennetz optimieren, ohne daß dazu sehr häufige Steuerein­ griffe in den Verkehrsfluß erforderlich sind. Diese geringe Häu­ figkeit von Steuereingriffen in den Verkehrszufluß hält vorteil­ hafterweise auch deren Auswirkungen auf die sekundären Verkehrs­ netzabschnitte, von denen der Zufluß erfolgt, gering. Insgesamt gewährleistet auf diese Weise das erfindungsgemäße Zuflußsteuer­ verfahren unter den gegebenen Bedingungen eines ständig wachsen­ den Verkehrsaufkommens ein Optimum an Leistungsfähigkeit des Verkehrsnetzes, insbesondere auf Schnellstraßenabschnitten hier­ von.

Gemäß einem nach Anspruch 10 weitergebildeten Zuflußsteuerver­ fahren wird der Zufluß beschränkt, wenn ein Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr an einer der Zuflußstelle stromabwärts und/oder stromaufwärts nächstgelegenen Überwa­ chungsstelle festgelegt wird.

Bei einem nach Anspruch 11 weitergebildeten Zuflußsteuerungsver­ fahren wird die zuvor beim Übergang auf synchronisierten Verkehr aktivierte Zuflußbeschränkung dann wieder aufgehoben, wenn ein Phasenübergang auf freien Verkehr an der stromaufwärts und/oder stromabwärts nächstgelegenen Überwachungsstelle festgestellt wird, d. h. daß sich der zuvor erkannte synchronisierte Verkehr wieder in freien Verkehr aufgelöst hat.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen zei­ gen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines dreispurigen Auto­ bahnabschnitts mit mehreren, voneinander beabstandeten Überwachungsstellen zur Verkehrszustandsüberwachung und

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf einen Streckenteil des Autobahnabschnitts von Fig. 1 mit einer Zufahrt.

Das im folgenden anhand eines beispielhaft wiedergegebenen Auto­ bahnabschnittes erläuterte, erfindungsgemäße Verfahren dient zur Minimierung der Reisezeiten im jeweiligen Verkehrsnetz, insbe­ sondere einem Schnellstraßennetz, und zur Erzielung einer mög­ lichst hohen Leistungsfähigkeit dieser Straßen. Hierzu beinhal­ tet das Verfahren eine Verkehrszustandsüberwachung mit Erkennung von Phasenübergängen zwischen freiem und synchronisiertem Ver­ kehr sowie eine vom solchermaßen erkannten Verkehrszustand ab­ hängige Zufahrtdosierung an Zufahrten, d. h. Einfahrten, von ins­ besondere mehrspurigen Schnellstraßen, die somit auf der Erken­ nung der Phasenübergänge zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr aufbaut. Mit dieser speziellen verkehrszustandsabhängi­ gen Zuflußsteuerung kann eine maximale Straßenleistungsfähigkeit bei gleichzeitig möglichst geringen Reisezeiten erzielt werden, wobei relativ wenig Eingriffe in den fließenden Verkehr in Form der Zuflußbeschränkungen vorgenommen werden. Denn eine Zuflußbe­ schränkung braucht vorliegend immer erst dann erfolgen, wenn der überwachte Verkehrszustand vom freien Verkehr zum synchronisier­ ten Verkehr übergeht. Die weiteren Einzelheiten werden nun unter Bezugnahme auf den gezeigten Verkehrsnetzabschnitt erläutert.

Fig. 1 zeigt beispielhaft einen dreispurigen Autobahnabschnitt AF zwischen einem stromaufwärtigen Autobahnkreuz AK1 und einem stromabwärtigen Autobahnkreuz AK2. Über den Autobahnabschnitt AF hinweg sind zehn Meßstellen M₁ bis M₁₀ in Form jeweiliger Induk­ tionsschleifendetektoren mit Meßstellenabständen zwischen 500 m und 1200 m vorgesehen- Die Meßstellen M₁ bis M₁₀ liefern an eine herkömmliche, nicht gezeigte Verkehrsleitzentrale, die mit einem Großrechner zur Verkehrsüberwachung und Verkehrsleitung ausgerü­ stet ist, minütlich Verkehrsmeßdaten in Form der mittleren Fahr­ zeuggeschwindigkeit und des Verkehrsflusses individuell für jede der drei Fahrspuren. Je nach Bedarf kann jede Fahrspur indivi­ duell ausgewertet werden, oder es werden über alle Fahrspuren gemittelte Werte von Geschwindigkeit und Verkehrsfluß, d. h. Ver­ kehrsstärke, verwendet. Alternativ können auch andere herkömmli­ che Techniken zur Erfassung und Auswertung der verkehrszustands­ relevanten Daten zur Anwendung kommen, z. B. aus Verkehrsmessun­ gen mittels Infrarotdetektoren oder Videokameras, aus Stichpro­ benfahrzeugdaten, d. h. sogenannten Floating-Car-Daten, oder aus Messungen des Belegungsgrades oder des Fahrzeugabstands. Des weiteren können die Daten auch aus einer Ganglinienprognose ge­ wonnen werden.

In Fig. 2 ist beispialhaft ein Bereich des Autobahnabschnitts von Fig. 1 gezeigt, der eine Zufahrt Z beinhaltet, wobei schema­ tisch die dieser Zufahrt Z stromabwärts nächstgelegene Meß- bzw. Überwachungsstelle M_i+1 und die ihr stromaufwärts nächstgelegene Meß- bzw. Überwachungsstelle Mi wiedergegeben sind. An der Zu­ fahrt Z sind geeignete Zuflußsteuermittel 1, z. B. in Form einer steuerbaren Schranke oder Lichtsignalanlage, vorgesehen, mit de­ nen der Zufluß q_e an Fahrzeugen, die über die Zufahrt Z in den Autobahnabschnitt einfahren, verkehrszustandsabhängig gesteuert werden kann. Dazu stehen die Zuflußsteuermittel mit der Ver­ kehrsleitzentrale in Datenaustauschverbindung. Speziell ist für diese Zuflußregelung vorgesehen, daß der Zufluß ge dann be­ schränkt, d. h. ausreichend reduziert wird, wenn im angrenzenden Autobahnabschnitt ein Phasenübergang von freiem Verkehr zu syn­ chronisiertem Verkehr festgestellt wird, sei es aktuell oder als ein mittels einer Verkehrsprognose zukünftig erwarteter Ver­ kehrszustand. Sobald dann später wieder die Auflösung des syn­ chronisierten Verkehrs, d. h. ein Phasenübergang zum freien Ver­ kehr, festgestellt wird, wird die Zuflußbeschränkung wieder auf­ gehoben.

Um diese verkehrszustandsabhängige Zuflußregelung zu bewerkstel­ ligen, beinhaltet das Zustandsüberwachungsverfahren folgende Maßnahmen. Für alle Meßstellen oder allgemeiner Uberwachungs­ stellen, welche die "Stützstellen" für die Auswertung der Ver­ kehrszustandsmeßdaten und gegebenenfalls für die Prognose zu­ künftiger Verkehrszustände durch den Verkehrsleitrechner dar­ stellen, werden mit einer beliebigen herkömmlichen Erfassungs­ methode die mittlere Geschwindigkeits- und Verkehrsstärkewerte sowie deren zeitliche Änderungen für die Fahrspuren einzeln oder insgesamt ermittelt bzw. prognostiziert und ausgewertet. Diese Auswertung beinhaltet neben weiteren, herkömmlichen und daher hier nicht weiter interessierenden Maßnahmen die Feststellung, ob sich an der betreffenden Überwachungsstelle ein Phasenüber­ gang zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr ereignet. Je nach Systemauslegung kann zusätzlich die Erstellung diverser Verkehrszustandsprognosen vorgesehen sein, z. B. eine Prognose über die weitere Entwicklung des Verkehrsablaufs nach einem er­ kannten Phasenübergang, eine Prognose über Phasenübergänge, die von einem erkannten Phasenübergang stromaufwärts desselben indu­ ziert werden, eine Prognose über Stauentstehung und/oder eine Prognose der weiteren Entwicklung des synchronisierten Verkehrs durch aktuelle Messungen in der Hauptfahrtrichtung, durch eine Vorhersage des Ergebnisses der Zuflußregelung und/oder durch ei­ ne Ganglinienprognose des Zuflusses. Unter Ganglinienprognose ist hierbei eine solche zu verstehen, die auf empirischen Daten über den am betreffenden Ort zum betreffenden Zeitpunkt wahr­ scheinlich zu erwartenden Verkehrszustand basiert. Wenn durch eine beliebige Prognose oder entsprechende Messungen des Ver­ kehrsablaufs eine Stauentstehung erkannt worden ist, kann eine Prognose der weiteren Entwicklung bzw. eine entsprechende Reise­ zeitprognose beispielsweise durch das in der oben zitierten Pa­ tentanmeldung DE 196 47 127 A1 beschriebene Verfahren oder ein demgegenüber wie folgt modifiziertes Verfahren durchgeführt wer­ den.

Bei diesem Verfahren werden die Positionen x₁ und/oder x_r der stromaufwärtigen bzw. stromabwärtigen Stauflanke des meßtech­ nisch oder durch Prognose erfaßten aktuellen oder zukünftig er­ warteten Staus nach den folgenden Beziehungen vorausgeschätzt:

Dabei bezeichnen ρ_min die stromabwärtige Verkehrsdichte hinter dem Stau, die durch eine beliebige Methode bestimmt oder anhand der Beziehung ρ_min = q_out (t) /W_max (t) bestimmt wird, und ρ₀ die stromaufwär­ tige Verkehrsdichte vor dem Stau, die ebenfalls durch eine be­ liebige herkömmliche Methode bestimmt oder durch die Beziehung ρ₀ = q₀ (t) /w₀ (t) berechnet werden kann. Weiter bedeuten q_out und w_max der Fluß bzw. die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit des Verkehrs an der betreffenden stromabwärtigen Überwachungsstelle hinter dem Stau und q₀ sowie w₀ den Fluß und die mittlere Fahrzeugge­ schwindigkeit des Verkehrs an der entsprechenden stromaufwärti­ gen Überwachungsstelle vor dem Stau. Der Zeitpunkt t₀ ist derje­ nige, zu dem an einem bestimmten Ort durch eine beliebige Meß- oder Prognosemethode die stromaufwärtige Stauflanke eines Staus erkannt bzw. prognostiziert wird, während t₁ den Zeitpunkt be­ zeichnet, zu dem an einem Ort durch eine beliebige Meß- oder Prognosemethode die stromabwärtige Stauflanke des Staus erkannt bzw. prognostiziert wird. Bei einer Messung des Belegungsgrades, wie z. B. in USA üblich, sind in den angegebenen Beziehungen die Verkehrsdichtewerte ρ_min, ρ_max und ρ₀ durch die entsprechenden, mit einem Faktor λ skalierten Belegungsgradwerte B_min B_max bzw. B₀ zu ersetzen. Vorzugsweise werden zur Durchführung einer Prognose der Stauentwicklung und Staufortpflanzung alle Werte des In­ tegranten, d. h. q_min, q_out, q_0, ρ_max, ρ_min und ρ₀, durch eine belie­ bige herkömmliche Ganglinienprognose bestimmt. Im übrigen er­ folgt die Vorgehensweise entsprechend dem in der Offenlegungs­ schrift DE 196 47 127 A1 offenbarten Verfahren, worauf für weitere Details verwiesen kann.

Im Rahmen dieser Stauverlaufsprognose kann der Fall auftreten, daß bestimmte Meß- bzw. Überwachungsstellenwerte ab einem Zeit­ punkt t^(k) stromaufwärts des Staus und/oder ab einem Zeitpunkt t^(m) stromabwärts des Staus nicht mehr verwendet werden können, d. h. die Verkehrszustandsparameter stromaufwärts und stromab­ wärts des Staus können nur bis zum Zeitpunkt t^(k) bzw. t(^m) gemes­ sen oder durch eine Ganglinienprognose bestimmt werden. In die­ sem Fall ist erfindungsgemäß vorgesehen, für die weitere Progno­ se mittlere Geschwindigkeitswerte v_gr, v_gl für die stromabwärtige bzw. stromaufwärtige Stauflanke aus den bislang erfaßten Ver­ kehrszustandsdaten nach den folgenden Beziehungen abzuleiten:

wobei Δt die Zykluszeit des Prognoseverfahrens bedeutet und ein zu validierender Parameter desselben ist. Aus den so vorausge­ schätzten mittleren Geschwindigkeiten v_gr, v_gl für die stromabwär­ tige und stromaufwärtige Stauflanke lassen sich dann die zugehö­ rigen Stauflanken-Ortskoordinaten x_r, x₁ nach den folgenden Be­ ziehungen vorausbestimmen:

x_r(t) = x_r (t^(k))-|V_gr| (t-t^(k)), mit t ≧ t ^(k)x₁
(t) = x₁ (t^(m)) - |V_gl| (t-t^(m)), mit t ≧ t^(m).

Analog dazu kann die Geschwindigkeit v_gr der stromabwärtigen Stauflanke auch als charakteristischer Erfahrungswert einer be­ liebigen Straße ermittelt und verwendet werden. Die Geschwindig­ keitswerte v_gr, v_gl der stromabwärtigen bzw. stromaufwärtigen Stauflanke können auch direkt mit einem Ganglinienverfahren be­ stimmt werden.

Die Feststellung eines Phasenübergangs vom freien zum synchroni­ sierten Verkehr ist zuverlässig mit folgender Vorgehensweise möglich. Für eine jeweilige Überwachungsstelle werden die Diffe­ renzen dv_t1, _t2 der mittleren Geschwindigkeitswerte v_t1, v_t2 zweier zeitlich hintereinanderliegender, zu den Zeitpunkten t1 bzw. t2 = t1+Δt durchgeführter Meßzyklen bestimmt, wobei Δt ein belie­ big größer null wählbares Zeitintervall ist, das einen zu vali­ dierenden Parameter des Verfahrens darstellt. Daraufhin wird festgestellt, ob die betreffenden Geschwindigkeitsdifferenzen dv_t1,t2 = v_t2-v_t1 zum einen kleiner als null sind und zum anderen be­ traglich über einem vorgebbaren Geschwindigkeitsschwellwert v_G liegen, d. h. ob di e Bedingungen dv_{t1, t2} < 0 und |dv_{t1, t2}, | < v_G er­ füllt sind. Des weiteren wird der Verkehrsfluß q_t2 zum betreffen­ den Zeitpunkt t₂ ermittelt und festgestellt, ob er einen vorgeb­ baren Flußgrenzwert q_G überschreitet, d. h. ob die Bedingung q_t2 < q_G erfüllt ist. Sind alle drei oben genannten Bedingungen er­ füllt, wird dies als ein auftretender Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr interpretiert. Es zeigt sich, daß die Methode hierfür sehr zuverlässig ist. Die beiden Geschwin­ digkeitsbedingungen tragen der Tatsache Rechnung, daß gerade bei diesem Phasenübergang ein vergleichsweise schneller Abfall der mittleren Geschwindigkeit auftritt. Mit der Verkehrsflußbedin­ gung wird der synchronisierte Verkehr zum einen sicher vom Stau­ zustand und zum andren von Zuständen freien Verkehrs mit gerin­ gerem Verkehrsfluß unterschieden.

Bei einer alternativen Vorgehensweise zur Erkennung eines auf­ tretenden Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr werden, wie bei der obigen Methode, die mittleren Geschwindig­ keiten v_t1, v_t2 zweier zeitlich hintereinanderliegender Meßzyklen erfaßt und geprüft, ob deren Differenzen dv_t1,t2 = v_t2-v_t1 kleiner als null sind. Ebenso wird der Verkehrsfluß q_t2 zum Zeitpunkt t2 erfaßt und geprüft, ob dieser größer als ein vorgegebener Fluß­ schwellwert q_G ist. Des weiteren werden im Unterschied zur obigen Methode die Differenz dq_t1,t2 = q_t2-qt1 der Verkehrsstärkewer­ te q_t1, q_t2 zu den beiden zeitlich hintereinanderliegenden Meßzy­ kluszeitpunkten t1, t2 und anschließend der Quotient dv_t1,t2/dq_t1,t2 der Differenz dv_t1,t2 der mittleren Geschwindigkeiten dividiert durch die Differenz dq_t1,t2 der zugehörigen Verkehrsflüsse gebil­ det. Dann wird geprüft, ob dieser Quotient dv_t1,t2/dq_t1,t2 betrags­ mäßig einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Diese Bedin­ gung an den gebildeten Quotienten tritt an die Stelle der Ge­ schwindigkeitsschwellwertbedingung der zuvor oben angegebenen Methode. Wenn alle drei Bedingungen erfüllt sind, wird dies wie­ derum als ein auftretender Phasenübergang vom freien zum syn­ chronisierten Verkehr interpretiert. Es zeigt sich, daß auch die Quotientenbedingung hierfür gut geeignet ist. Sie trägt der Tat­ sache Rechnung, daß sich beim Übergang vom freien zum synchroni­ sierten Verkehr die mittlere Geschwindigkeit stärker ändert, d. h. verringert, als der Verkehrsfluß, welcher bekanntlich dem Produkt aus Verkehrsdichte und mittlerer Geschwindigkeit ent­ spricht. Die Abnahme der mittleren Geschwindigkeit wird beim Übergang vom freien zum synchronisierten Verkehr wenigstens teilweise von der zunehmenden Verkehrsdichte kompensiert, die erst das Auftreten von synchronisiertem Verkehr verursacht.

Wenn auf eine der obigen Arten ein auftretender Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr an einer bestimmten Überwachungsstelle zu einem gewissen Zeitpunkt erkannt wird, ist vorzugsweise des weiteren vorgesehen, eine Prognose durchzufüh­ ren, ob durch den erkannten, aufgetretenen Phasenübergang strom­ aufwärts desselben ein entsprechender Phasenübergang zu einem späteren Zeitpunkt induziert wird. Dies wird dann angenommen, wenn zum gegenwärtigen Zeitpunkt, zu dem der Phasenübergang an der betreffenden Überwachungsstelle festgestellt wurde, dort ein kleinerer Verkehrsfluß festgestellt wird als an einer davon stromaufwärts liegenden Stelle. Denn in diesem Fall ist der Zu­ fluß an Fahrzeugen zum Ort des sich bildenden synchronisierten Verkehrs höher als der Fahrzeugabfluß, so daß sich die Zone mit synchronisiertem Verkehr in stromaufwärtiger Richtung ausbrei­ tet. Das obige Kriterium gilt streng genommen für den Fall, daß sich zwischen den beiden betreffenden Stellen keine Zu- und Ab­ fahrten befinden. Dieser Fall kann jedoch durch eine einfache Modifikation dieses Kriteriums berücksichtigt werden, bei wel­ cher der Verkehrsfluß am Ort des aktuellen Phasenübergangs um eventuelle Zuflüsse an Zufahrten reduziert bzw. um eventuelle Abflüsse an Abfahrten erhöht wird. Das Kriterium ist daher, daß der Verkehrsfluß am Ort des aktuellen Phasenübergangs kleiner ist als die Summe des Verkehrsflusses an der stromaufwärtigen Stelle zuzüglich der Differenz etwaiger Zu- und Abflüsse zwi­ schen den beiden Stellen.

In ähnlicher Weise kann bei Bedarf eine Prognose über Dauer und/oder räumliche Ausdehnung eines synchronisierten Verkehrszu­ stands nach Erkennung eines entsprechenden Phasenübergangs vom freien zum synchronisierten Verkehr stromaufwärts von einer Zu- oder Abfahrt erfolgen, wenn die oben genannten Bedingungen für einen induzierten stromaufwärtigen Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr vorliegen. Unter dem Begriff Zufahrt sind hierbei auch Engstellen zu verstehen, an denen sich die An­ zahl der Fahrspuren verringert. Für die Prognose über die Dauer dieses bleibenden synchronisierten Verkehrs wird angenommen, daß dieser andauert, solange der Verkehrsfluß auf der Zufahrt einen bestimmten, vorgebbaren Wert überschreitet oder die Geschwindig­ keit der Fahrzeuge in der Abfahrt geringer als ein bestimmter, vorgebbarer Wert ist und darüber hinaus als zweite Bedingung der Verkehrsfluß stromaufwärts auf der Hauptfahrbahn einen bestimm­ ten, vorgebbaren Wert überschreitet. Für die Prognose über die räumliche Ausdehnung des synchronisierten Verkehrszustands stromaufwärts einer Zu- bzw. Abfahrt wird angenommen, daß die stromabwärtige Grenze des andauernden synchronisierten Verkehrs­ zustands bei der betreffenden Zu- bzw. Abfahrt verbleibt oder sich an dem Ort befindet, bei dem ein Phasenübwergang vom syn­ chronisierten zum freien Verkehr erkannt wird, und die stromauf­ wärtige Grenze desselben sich daraus ergibt, daß dort entweder die oben genannten Bedingungen für einen induzierten stromauf­ wärtigen Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr nicht mehr erfüllt sind oder ein breiter Stau entsteht, dessen weiterer Verlauf dann mit der erwähnten Stauentwicklungsprognose weiterverfolgt werden kann. Die stromabwärtige Grenze des Staus bestimmt in diesem Fall die stromaufwärtige Grenze des vorausge­ schätzten synchronisierten Verkehrszustands.

Die Auflösung von synchronisiertem Verkehr und damit der Über­ gang zum freien Verkehr geht nicht so leicht vonstatten wie um­ gekehrt die Bildung von synchronem Verkehr aus freiem Verkehr bei zunehmenden Verkehrsaufkommen. Erfahrungsgemäß steigt dann in der Endphase eins Auflösungsprozesses von synchronem Vekehr, d. h. am Phasenübergang zum freien Verkehr, die mittlere Ge­ schwindigkeit auf deutlich höhere Werte als zuvor an. Zur Erken­ nung von Phasenübergängen vom synchronen zum freien Verkehr ge­ nügt daher in der Praxis das Kriterium, daß die mittlere Ge­ schwindigkeit einen vorgebbaren weiteren Geschwindigkeits­ schwellwert überschreitet. Alternativ kann auch das Kriterium herangezogen werden, ob die zeitliche Änderung der mittleren Ge­ schwindigkeit einen zugehörigen Schwellwert überschreitet und die mittlere Geschwindigkeit ihrerseits über einen zugehörig vorgegebenen Schwellwert liegt.

Die oben erläuterte Erkennung von Phasenübergängen zwischen freiem und synchronxsiertem Verkehr wird nun in einem Fahrzeug­ zuflußsteuerungsverfahren dazu genutzt, den Fahrzeugzufluß in Abhängigkeit vom Auftreten dieser Phasenübergänge zu regeln. Die verschiedenen Möglichkeiten dieser Zuflußregelung werden im Fol­ genden anhand des Beispiels von Fig. 2 beschrieben. In einer er­ sten Variante wird diejenige Überwachungsstelle M_i+1, die der je­ weiligen Zuflußstelle Z stromabwärts am nächsten liegt, auf das Auftreten solcher Phasenübergänge hin überwacht. Solange der Verkehrsleitrechner hier freien Verkehr erkennt, hält er die Zu­ flußsteuermittel 1 der Zufahrt Z inaktiv, d. h. Fahrzeuge können von dort unbeschränkt einfahren. Sobald der Leitrechner einen auftretenden Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Ver­ kehr an der stromabwärtigen Überwachungsstelle M_i+1 feststellt, aktiviert er die Zuflußsteuermittel 1 und beschränkt dadurch den Fahrzeugzufluß g_e über die Zufahrt Z auf ein vorgebbares Maß, das vorzugsweise situationsabhängig variabel vorgegeben werden kann, z. B. in Abhängigkeit von der Anzahl von Fahrspuren auf der Hauptstrecke und/oder von gemessenen oder prognostizierten Wer­ ten für den Verkehrsfluß auf der Hauptstrecke stromaufwärts des entstehenden synchronisierten Verkehrs. In einer vereinfachten Realisierung kann auch ein komplettes Schließen der Zufahrt Z in den Zeiträumen synchronisierten Verkehrs vorgesehen sein. Wenn dann der Leitrechner anhand der mittleren Geschwindigkeitswerte an der betreffenden Überwachungsstelle M_i+1 feststellt, daß dort ein umgekehrter Phasenübergang vom synchronisierten zum freien Verkehr stattgefunden hat, d. h. daß sich der synchrone Verkehr in freien Verkehr aufgelöst hat, hebt er durch entsprechende An­ steuerung der Zuflußsteuermittel 1 die Zufahrtsbeschränkung wie­ der auf.

Eine zweite Variante besteht in einem zur obigen, ersten Varian­ te analogen Vorgehen, das sich von diesem nur dadurch unter­ scheidet, daß statt der der Zufahrt Z stromabwärts nächstgelege­ nen Überwachungsstelle M_i+1 die stromaufwärts nächstgelegene Überwachungsstelle M_i verwendet wird, d. h. der Verkehrsleitrech­ ner detektiert das Auftreten von Phasenübergängen vom freien zum synchronisierten Verkehr und umgekehrt an dieser stromaufwärti­ gen Stelle M_i. Liegt dort freier Verkehr vor, erfolgt keine Be­ schränkung des Zuflusses über die Zufahrt Z, während bei einem Übergang zum synchronisierten Verkehr die Zuflußsteuermittel 1 diesen Zufluß q_e situationsabhängig beschränken.

In zwei weiteren Varianten wird das Auftreten von Phasenübergän­ gen zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr sowohl an der stromaufwärts nächstgelegenen Überwachungsstelle M_i als auch an der stromabwärts nächstgelegenen Überwachungsstelle M_i+1 der je­ weiligen Zufahrt Z überwacht. Eine Beschränkung des Zuflusses q_e über die Zufahrt Z wird dann in der einen dieser beiden Varian­ ten zu dem Zeitpunkt ausgelöst, zu welchem ein auftretender Pha­ senübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr an der der Zufahrt Z stromaufwärts nächstgelegenen Überwachungsstelle M_i festgestellt wird. Die Zuflußbeschränkung wird anschließend zu dem Zeitpunkt wieder aufgehoben, zu dem an der der Zufahrt Z stromabwärts nächstliegenden Überwachungsstelle M_i+1 der umge­ kehrte Phasenübergang vom synchronen zum freien Verkehr festge­ stellt wird, z. B. indem dort die mittlere Geschwindigkeit einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Bei der anderen, von bei­ den Überwachungsstellen M_i, M_i+1 Gebrauch machenden Variante sind deren Rollen vertauscht, d. h. eine Zufahrtsbeschränkung wird ausgelöst, wenn an der stromabwärts nächstgelegenen Überwa­ chungsstelle M_i+1 ein Phasenübergang vom freien zum synchroni­ sierten Verkehr festgestellt wird, und die Zufahrtsbeschränkung wird wieder aufgehoben, wenn an der stromaufwärts nächstgelege­ nen Überwachungsstelle M_i der umgekehrte Phasenübergang vom syn­ chronisierten zum freien Verkehr registriert wurde.

Die Anwendung des oben in vorteilhaften Realisierungen erläuter­ ten Verfahrens zur Zuflußsteuerung in Abhängigkeit von auftre­ tenden Phasenübergängen zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr ermöglicht eine hohe Leistungsfähigkeit entsprechend überwachter und zuflußgeregelter Straßen, verringerte Reisezei­ ten und zuverlässige Verkehrsprognosen, indem auch bei großem Verkehrsaufkommen so lange wie möglich der Zustand freien Ver­ kehrs aufrechterhalten wird und optional eine Vorhersage über die Entwicklung des synchronisierten Verkehrs bzw. eines entste­ henden Staus getroffen wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Lebensdauer der Zustände synchronisierten Verkehrs durch den zuflußbeschränkenden Steuereingriff minimiert. Es ver­ steht sich, daß neben den oben beschriebenen weitere Realisie­ rungen der Erfindung möglich sind. Insbesondere ist klar, daß die erwähnten Schwellwerte und Phasenübergangskriterien je nach Anwendungsfall vom Fachmann geeignet und bei Bedarf situations­ abhängig variabel festgelegt werden können.

Claims (11)

1. Verfahren zur Verkehrszustandsüberwachung in einem Straßen­ verkehrsnetz, bei dem

• 1. für eine oder mehrere Stellen (M1 bis M10) des Verkehrsnet­ zes der aktuelle oder ein zukünftig zu erwartender Verkehrszu­ stand ermittelt und
• 2. zwischen den drei Verkehrszustandsarten freier Verkehr, synchronisierter Verkehr und Stau unterschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß
• 3. auf einen Phasenübergang von freiem zu synchronisiertem Verkehr geschlossen wird, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:
• 4. die mittlere Geschwindigkeit (v) nimmt stärker als ein vorgebbares Maß ab und
• 5. der Verkehrsfluß (q) liegt über einem vorgebbaren Flußschwellwert (q_G).

2. Verfahren zur Verkehrszustandsüberwachung in einem Straßen­ verkehrsnetz, bei dem

• 1. für eine oder mehrere Stellen (M1 bis M10) des Verkehrsnet­ zes der aktuelle oder ein zukünftig zu erwartender Verkehrszu­ stand ermittelt und
• 2. zwischen den drei Verkehrszustandsarten freier Verkehr, synchronisierter Verkehr und Stau unterschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß
• 3. auf einen Phasenübergang von freiem zu synchronisiertem Verkehr geschlossen wird, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:
• 4. die mittlere Geschwindigkeit (v) nimmt ab,
• 5. der Verkehrsfluß (q) liegt über einem vorgebbaren Flußschwellwert (q_G) und
• 6. der Betrag des Quotienten (dv/dq) aus der Änderung (dv) der mittleren Geschwindigkeit (v) dividiert durch die Änderung (dq) des Verkehrsflusses (q) überschreitet einen vorgebbaren Schwellwert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennung eines aktuellen Phasenübergangs von freiem zu syn­ chronisiertem Verkehr der Verkehrsfluß am Ort des aktuellen Pha­ senübergangs und derjenige stromaufwärts davon erfaßt und mit­ einander verglichen werden und auf das Auftreten eines induzier­ ten zukünftigen Phasenübergangs von freiem zu synchronisiertem Verkehr an einer stromaufwärtigen Stelle geschlossen wird, wenn der Verkehrsfluß am Ort des aktuellen Phasenübergangs kleiner ist als die Summe des Verkehrsflusses an der stromaufwärtigen Stelle zuzüglich der Differenz etwaiger Zu- und Abflüsse zwi­ schen den beiden Stellen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennung eines aktuellen Phasenübergangs von freiem zu syn­ chronisiertem Verkehr stromaufwärts einer Zu- oder Abfahrt die Dauer eines dadurch induzierten, stromaufwärtigen synchronisier­ ten Verkehrszustands prognostiziert wird, indem auf dessen An­ dauern geschlossen wird, solange zum einen der Verkehrsfluß auf der Zufahrt einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet oder die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit in der Abfahrt geringer als ein vorgebbarer Schwellwert ist und zum anderen der Verkehrsfluß stromaufwärts der Hauptfahrbahn einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennung eines aktuellen Phasenübergangs von freiem zu syn­ chronisiertem Verkehr stromaufwärts einer Zu- oder Abfahrt die räumliche Ausdehnung eines dadurch induzierten, stromaufwärtigen synchronisierten Verkehrszustands prognostiziert wird, indem ei­ nerseits angenommen wird, daß die stromabwärtige Flanke des syn­ chronisierten Verkehrszustands bei der Zu- bzw. Abfahrt ver­ bleibt oder sich an dem Ort befindet, bei dem ein Phasenübwer­ gang vom synchronisierten zum freien Verkehr erkannt wird, und andererseits auf die Position der stromaufwärtigen Flanke des synchronisierten Verkehrszustands dadurch geschlossen wird, daß entweder die Bedingungen für einen induzierten Phasenübergang von freiem zu synchronisiertem Verkehr dort nicht mehr erfüllt sind oder die Entstehung eines breiten Staus festgestellt wird.

6. Verfahren zur Verkehrszustandsüberwachung in einem Straßen­ verkehrsnetz, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem

• 1. für eine oder mehrere Stellen (M1 bis M10) des Verkehrsnet­ zes der aktuelle oder ein zukünftig zu erwartender Verkehrszu­ stand ermittelt und
• 2. zwischen den drei Verkehrszustandsarten freier Verkehr, synchronisierter Verkehr und Stau unterschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß
• 3. auf einen Phasenübergang von synchronisiertem zu freiem Verkehr geschlossen wird, wenn die mittlere Geschwindigkeit (v) einen vorgebbaren Geschwindigkeitsschwellwert (v_G) überschreitet oder oberhalb eines vorgebbaren Geschwindigkeitsschwellwertes stärker als ein vorgebbares Maß ansteigt.

7. Verfahren zur Verkehrszustandsüberwachung in einem Straßen­ netz, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem

• 1. für eine oder mehrere Stellen (M1 bis M1) des Verkehrsnet­ zes der aktuelle oder ein zukünftig zu erwartender Verkehrszu­ stand ermittelt und
• 2. zwischen den drei Verkehrszustandsarten freier Verkehr, synchronisierter Verkehr und Stau unterschieden, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erkennung eines Staus dessen weiterer Verlauf prognosti­ ziert wird, indem laufend eine Schätzung der zeitabhängigen Po­ sitionen (x₁) und/oder (x_r) der stromaufwärtigen Stauflanke bzw. der stromabwärtigen Stauflanke nach den Beziehungen
  

vorgenommen wird, wobei

• a) q_min in der Verkehrsfluß im Stau und ρ_max die Verkehrsdichte im Stau sind,
• b) t₀ der Zeitpunkt ist, zu dem an einem Ort die stromaufwärti­ ge Stauflanke eines Staus erkannt oder prognostiziert wird,
• c) t₁ der Zeitpunkt ist, zu dem an einem Ort die stromabwärti­ ge Stauflanke des Staus erkannt oder prognostiziert wird,
• d) q_out und ρ_min der Fluß bzw. die Verkehrsdichte stromabwärts hinter dem Stau und
• e) q₀ und ρ₀ der Fluß bzw. die Verkehrsdichte stromaufwärts vor dem Stau sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeiten (v_gr,v_gl) für die stromabwärtige und/oder die stromaufwärtige Stauflanke aus bislang erfaßten Verkehrszu­ standsdaten ab einem Zeitpunkt t^(k) bzw. t^(m) gemäß den nachfol­ genden Beziehungen vorausgeschätzt werden:
wobei Δt die zu validierende Prognosezykluszeit und k bzw. m die Anzahl berücksichtigter, durchgeführter Überwachungszyklen be­ deuten.

9. Verfahren zur Zuflußsteuerung in einem Straßenverkehrsnetz, bei dem

• 1. der Verkehrszustand eines Verkehrsnetzabschnittes überwacht und
• 2. der Fahrzeugzufluß zu diesem Verkehrsnetzabschnitt in Ab­ hängigkeit vom erkannten Verkehrszustand gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß
• 3. die Verkehrszustandsüberwachung eine Erkennung von Phasen­ übergängen zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr, insbe­ sondere durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, beinhaltet und
• 4. der Fahrzeugzufluß an der jeweiligen Zuflußstelle (Z) in Abhängigkeit von den durch die Verkehrszustandsüberwachung er­ kannten Phasenübergängen zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr gesteuert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrzeugzufluß an der jeweiligen Zuflußstelle (Z) beschränkt wird, wenn ein Phasenübergang von freiem zu synchronisiertem Verkehr alternativ nur an einer der Zuflußstelle stromabwärts nächstgelegenen Uberwachungsstelle (M_i+1) oder nur an einer der Zuflußstelle stromaufwärts nächstgelegenen Überwachungsstelle (M_i) oder an beiden Überwachungsstellen festgestellt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Zuflußbeschränkung aufgehoben wird, wenn ein Phasenübergang von synchronisiertem zu freiem Verkehr alternativ nur an der der Zuflußstelle (Z) stromabwärts nächstgelegenen Überwachungsstelle (M_i+1) oder nur an der der Zuflußstelle (z) stromaufwärts nächst­ gelegenen Überwachungsstelle (M_i) oder an beiden Überwachungs­ stellen festgestellt wird.