DE19963942A1 - V¶x¶->LiSA Geschwindigkeitsabhängige Bestimmung, Optimierung und Simulation dynamischer Meldepunkte und Fahrzeiten zur LSA-Beeinflussung über Zeitvorgaben - Google Patents

V¶x¶->LiSA Geschwindigkeitsabhängige Bestimmung, Optimierung und Simulation dynamischer Meldepunkte und Fahrzeiten zur LSA-Beeinflussung über Zeitvorgaben

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Abstract

Neben rechnergesteuerten Betriebsleitsystemen (RBL) und automatisch arbeitenden Fahrgastinformationssystemen (FIS) sorgen in vielen Städten vor allem funkgesteuerte LSA-Beeinflussungssysteme für einen reibungslosen und anschlußsichernden Ablauf im ÖPNV, indem sie von Bussen aus per Datenfunk die Ampelphasen so "beeinflussen", daß der Bus beim Erreichen der Ampel eine "GRÜN-Phase" erhält. Derzeitige LSA-Beeinflussungssysteme weisen folgende Schwachpunkte auf: Sie erfordern entlang der Straße exakt vermessene infrastrukturelle Maßnahmen, sind linien-/streckenbezogen, benötigen im Bus einen "Wegzähler", bieten zu den Ampelphasen keinen echten und realen Zeitbezug, lassen aus technischen und wirtschaftlichen Gründen nicht mehr als zwei Meldepunkte pro LSA zu, die Verfahren sind überwiegend firmenspezifische Lösungen. Das heißt, ein Einsatz außerhalb definierter (Stadt)Grenzen ist nicht möglich. DOLLAR A Mit modernen, satellitengestützten Standorterfassungssystemen ist man heute in der Lage, Standorte kontinuierlich, in sehr kurzen Zeitintervallen und sehr genau zu erfassen. Sie basieren auf der Grundlage digitaler Straßenkarten und verwenden zur Standortbeschreibung Koordinaten (Länge, Breite). DOLLAR A Auf dieser Grundlage aufbauend, werden mit V¶x¶ - LiSA die Meldepunkte und "Fahrzeiten bis zur LSA" an einem Rechner geschwindigkeitsabhängig und dynamisch ermittelt und über Simulationsabläufe optimiert. Um dies zu ermöglichen, dient als Vermessungsgrundlage eine sehr genaue und ...

Description

Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst werden soll
Neben rechnergesteuerten Betriebsleitsystemen (RBL) und automatisch arbeiten­ den Fahrgastinformationssystemen (FIS) sorgen in vielen Städten vor allem funk­ gesteuerte LSA-Beeinflussungssysteme für einen reibungslosen und anschluß­ sichernden Ablauf im ÖPNV, indem sie von Bussen aus per Datenfunk die Am­ pelphasen so "beeinflussen", daß der Bus beim Erreichen der Ampel eine "GRÜN-Phase" erhält. Derzeitige LSA-Beeinflussungssysteme weisen folgende Schwachpunkte auf: Sie erfordern entlang der Straße exakt vermessene infra­ strukturelle Maßnahmen, sind linien-/streckenbezogen, benötigen im Bus einen "Wegzähler", bieten zu den Ampelphasen keinen echten und realer Zeitbezug, lassen aus technischen und wirtschaftlichen Gründen nicht mehr als zwei Melde­ punkte pro LSA zu, die Verfahren sind überwiegend firmenspezifische Lösun­ gen. D. h., ein Einsatz außerhalb definierter (Stadt) Grenzen ist nicht möglich.
Mit Vx-LiSA sollen LSA-Beeinflussungssysteme effizienter und räumlich un­ begrenzt eingesetzt werden können. Dabei werden folgende Ziele verfolgt:
  • - Vereinheitlichung der LSA-Beeinflussungssysteme (Bus, Telegramme, LSA).
  • - Wegfall zusätzlicher Infrastrukturmaßnahmen durch die Verwendung koordina­ tenbezogener Referenzen.
  • - Geschwindigkeitsabhängige Bestimmung, Optimierung und Simulation dynami­ scher Meldepunkte sowie der "Fahrzeit bis zur LSA" auf einem Rechner.
  • - Übertragung der ermittelten Daten/Parameter auf einen Bus-Bordrechner. Da die Meldepunkte koordinatenbezogen sind, setzt dies im Bus ein satelliten­ gestütztes Standorterfassungs- u. Zielführungssystem voraus.
  • - Geschwindigkeitsabhängige Berechnung der "Fahrzeit bis zur LSA" an defi­ nierten Meldepunkten durch den Bus-Bordrechner und Übertragung (neben weiteren kreuzungsbeschreibenden Daten) an die Ziel-LSA.
  • - Echtzeitbezogene Steuerung der Ampelphasen durch den Kreuzungsrechner der Ziel-LSA.
Erfindungsgemäße Lösung
Die erfindungsgemäße Systemlösung umfaßt folgende Schwerpunkte:
  • 1. Geschwindigkeitsabhängige Bestimmung und Simulation von "Meldepunkten" und "Fahrzeit bis zur LSA" auf einem Rechner.
  • 2. Bereitstellung ermittelter Daten zur Anwendung auf einem Bordrechner.
  • 3. Geschwindigkeitsabhängige Berechnung der "Fahrzeit bis zur LSA" und Übertragung der Fahrzeit per LSA-Funktelegramm zur Ziel-LSA.
  • 4. Echtzeitbezogene Steuerung der Ampelphasen durch den Kreuzungsrech­ ner der Ziel-LSA.
Um dies zu ermöglichen, wird als Vermessungsgrundlage eine sehr genaue und leistungsstarke digitale Straßenkarte (Dig.Sk) verwendet, die sowohl Start-Ziel- Streckenangaben liefert, als auch ausgewählte Standorte mittels Koordinaten beschreibt. Aus dieser Dig:Sk holt sich Vx-LiSA die erforderlichen Daten (Strecken, Abstände, Koordinaten, . . .) und bildet damit eine simulierte Strecke zwischen Meldepunkten und LSA-Kreuzungen ab. Durch hinzufügen von Ob­ jekten, die entweder Meldepunktparameter oder LSA-Parameter (Ampelphasen) enthalten, sowie von Geschwindigkeitsprofilen kann die Zufahrt auf eine LSA ge­ schwindigkeitsabhängig simuliert und die Meldepunkte sowie die Fahrzeit bis zur LSA bestimmt bzw. berechnet werden.
Die so ermittelten meldepunktbezogenen Daten (Mp-Daten) werden dann in einer Meldepunkt-Datei abgespeichert und zur Übertragung auf einen Bus-Bordrech­ ner bereitgestellt.
Anhand der Mp-Daten und seiner am Meldepunkt xy gefahrenen Geschwindig­ keit (Tacho) berechnet der Bordrechner die Fahrzeit TLSA und überträgt sie (zusammen mit weiteren Daten) per LSA-Funktelegramm an den Kreuzungsrech­ ner der Ziel-LSA, der daraufhin seine Ampelphasen echtzeitbezogen steuern kann.
Vorteile der Erfindung
  • 1. Wegfall zusätzlich benötigter Infrastrukturen und standortunabhängiger Ein­ satz durch die Verwendung von Standortkoordinaten (Länge, Breite).
  • 2. Geschwindigkeitsabhängige Simulation der LSA-Zufahrten und Optimie­ rung der Abläufe.
  • 3. Echtzeitbezogene und einfachere Steuerung der Ampelphasen durch die Verwendung und Vorgabe eines Zeit-Parameters.
  • 4. Einfachere Entwicklung einheitlicher LSA-Beeinflussungssysteme und da­ durch einfachere und preiswertere Verkehrsplanung.
Bekannte Lösungen
Derzeit verwendete Systemlösungen sind nur in räumlich abgegrenzten Berei­ chen (Stadtgrenzen, Liniennetz, . . .) einsetzbar und benötigen den Aufbau zu­ sätzlicher Infrastrukturen:
  • - Am Straßenrand fest installierte Baken plus Wegzähler im Bus.
  • - In der Straßendecke eingelassenen Transponder plus Wegzähler im Bus.
  • - Genau vermessene Haltestellen plus Wegzähler im Bus.
  • - Bakensystem in Kombination mit GPS/D-GPS.
Prinzip
In Fig. 1 ist ein streckenbezogener Ablauf einer Zufahrt auf eine LSA-beein­ flußbare Kreuzung (LSA-Kreuzung) dargestellt. Dazu gehören: Eine mittels Da­ tenfunk beeinflußbare LSA-Kreuzung (LSA-Kr), drei LSA-Meldepunkte (LSA-Mpt), ein Haltestellen-Meldepunkt (HS-Mpt) und ein Bus-Bordrechner mit eingebauter LSA-Beeinflussungssteuerung.
Der Bus-Bordrechner kennt die Koordinaten der Meldepunkte und erkennt über seine Standorterfassungssteuerung, ob er gerade einen Meldepunkt erreicht hat. In der Meldepunkt-Datei (Mp-Datei) steht, was er an diesem Meldepunkt ausfüh­ ren muß. Im Falle einer "LSA-Beeinflussung" liest er aus der Mp-Datei die "Strecke", ermittelt die momentane Geschwindigkeit (Tacho), berechnet daraus die Fahrzeit bis zur LSA (TLSA) und überträgt diese anschließend über Funk an den Kreuzungsrechner der Ziel-LSA.
Simulation
Alle Standorte bzw. Meldepunkte und der dazugehörenden Daten wie Strecken, Abstände, Koordinaten, usw. werden aus der zu Vx-LiSA gehörenden Digita­ len Straßenkarte (Dig.Sk) in das Simulationsprogramm übernommen, das aus diesen Daten dann eine simulierte Strecke zwischen den Meldepunkten und einer/mehrerer LSA-Kreuzung(en) erzeugt und darstellt (Fig. 3). Im Simulationspro­ gramm wird jeder imaginäre Meldepunkt sowie auch die LSA-Kr als ein eigenes Objekt definiert, das alle objektbeschreibenden Daten und Parameter enthält. Durch hinzufügen von Geschwindigkeitsprofilen (Fig. 4) kann die Zufahrt auf ei­ ne LSA-Kr geschwindigkeitsabhängig simuliert und die Zeit bis zum Erreichen der Kreuzung (TLSA) berechnet werden.
Das zur LSA-Kr gehörende Objekt enthält die Parameter eines "normalen" Pha­ senablaufs, der mittels Balkendiagramm dargestellt wird. Mit Hilfe der Zeit TLSA und unter Berücksichtigung der Vorgaben aus den "Richtlinien für Lichtsignalan­ lagen Ri LSA" wird jetzt der "Beeinflußte Phasenablauf" berechnet und simultan in einem zweiten Balkendiagramm dargestellt.
Durch eine Verschiebung der Meldepunkte kann dann der optimale Phasenablauf bestimmt werden.
Meldepunkt-Datei
Die ermittelten Daten werden in einer Meldepunkt-Datei abgespeichert. Dazu gehören vor allem:
  • - Meldepunkt-Name (Kennzeichnung)
  • - Meldepunkt-Koordinaten (Länge, Breite)
  • - Abstand zur LSA (Strecke in Meter)
  • - Adresse des Kreuzungsrechners
  • - Priorität der Kreuzung
  • - Einfahrt in bzw. Ausfahrt aus der Kreuzung
  • - Zeitkennzeichnung.
Diese Daten können dann aus der Mp-Datei über eine Schnittstelle, PC-Card, etc. in einen Bordrechner geladen werden. Damit wird die LSA-Steuerung im Bus in die Lage versetzt, die LSA-Kr in Abhängigkeit koordinatenbeschreibender Meldepunkte und momentaner Geschwindigkeit optimal über die Zeit TLSA an­ zusteuern.
Zeitdefinition
Die Zeit, die der Bus ab dem "Meldepunkt xy" mit seiner momentanen Ge­ schwindigkeit bis zur LSA-Kr benötigt, wird TLSA bezeichnet. Bei der Genauig­ keitsdefinition wurden die Richtlinien für Lichtsignalanlagen "RiLSA" berücksich­ tigt und folgende Zeitgrenzen festgelegt bzw. Zeitkorrekturen einbezogen:
a Zeitbereich 1 bis 120 Sekunden
b Auflösung 1 Sekunde (die Zeitwerte werden "grundsätzlich aufgerundet")
c Zeitkorrektur Zusätzliche Zeitfenster, Zeitkorridore, Zeitdaten etc. Sie können zusätzlich definiert und verwendet werden
Die Vorgaben müssen sich an der "realen Umgebung" orientieren und entspre­ chend angepaßt werden. Denn eine Zufahrt auf eine LSA-Anlage erfolgt immer in Abhängigkeit des Verkehrsaufkommens und somit mit unterschiedlichen Ge­ schwindigkeiten, Fahrprofilen und Zeitkorrekturen. Dies muß alles in der Fahrzeit TLSA berücksichtigt werden. In aller Regel kann man davon ausgehen, daß Ver­ kehrsaufkommen und Fahrprofile typische tageszeitliche Merkmale aufweisen. Und so könnte man von vornherein Fahrprofile mit festgelegten Zeitkorridoren de­ finieren, wie z. B.:
a Fahrprofil 1 5 : 00 bis 11 : 00 Uhr
b Fahrprofil 2 11 : 00 bis 14 : 00 Uhr
c Fahrprofil 3 14 : 00 bis 17 : 00 Uhr
d Fahrprofil 4 17 : 00 bis 19 : 00 Uhr
e Fahrprofil 5 19 : 00 bis 24 : 00 Uhr
LSA-Funktelegramm
Vx-LiSA setzt kein bestimmtes Funksystem oder Funkstandard voraus, son­ dern definiert lediglich die Inhalte des Funktelegramms.
LSA-Beeinflussungsmaßnahmen basieren derzeit hauptsächlich noch auf der Grundlage der Empfehlungen nach VDV 420. Daher wird für den in Fig. 2 dargestellten und nachfolgend beschriebenen beispielhaften Aufbau eines LSA- Funktelegramms diese Empfehlung herangezogen.
Um der LSA-Anlage den von der Verkehrssituation abhängigen Eintreffzeitpunkt mitteilen zu können, wird im Bus die Fahrzeit berechnet und im LSA-Telegramm an den Kreuzungsrechner übertragen. Neben der Anlehnung an das Telegramm­ format VDV 420 hatte bei der Telegrammdefinition vor allem die Telegrammlän­ ge, d. h. die Anzahl zu übertragender Telegramm-Bytes, oberste Priorität.
Zudem war ein weiterer wichtiger Grundsatz, kein Telegramm zu definieren, das ausschließlich zur Übertragung im VDV-Protokoll vorgesehen ist, sondern das auch in andere und zukünftige Protokolle eingebunden werden kann. Da die VDV- Telegramme sich anhand des ersten Info-Bytes identifizieren, wurde dieses Byte auch zur Kennung des Vx-Telegramms herangezogen.
Telegrammaufbau und Daten nach VDV 420/R 09.xx
Synch. Pattern Telegrammsynchronisation
Startbit 1. Synchronisationsbit ⇒ nach Telesynchr., vor Infobytes
Infobyte Nutzdaten (3 Byte)
Zusatzbyte Nutzdaten (1. bis 6 Byte)
CRC-Byte Checksummen-Byte (CRC = Cyclic Redundancy Check)
Datenrate 2.400 bit/s
Beispielhafter Tele.aufbau und Daten nach VDV 420/R 09. Vx-LiSA
Synch. Pattern Telegrammsynchronisation
Startbit 1. Synchronisationsbit ⇒ nach Telesynchr., vor Infobytes
Infobyte 1 Mode, Type
Infobyte 2 Priorität, Einfahrt, Ausfahrt
Infobyte 3 Kreuzungsadresse
Zusatzbyte 1 Zeitkennzeichnung (1 = Anmeldung, 0 = Abmeldung), Fahrzeit TLSA (in Sekunden)
Zusatzbyte 2 Zufahrtinformation (zur Fahrzeug-Unterscheidung)
CRC-Byte Checksummen-Byte (CRC = Cyclic Redundancy Check)
Datenrate 2.400 bit/s
Optionale Erweiterungen 1 Möglichkeiten, Beispiele
Zusatzbyte 3, 4 Linien-Nummer
Zusatzbyte 5, 6 frei definierbar
Der Telegrammaufbau beinhaltet die wichtigsten Parameter, die für eine LSA- Beeinflussungsmaßnahme benötigt werden.
Bis auf die Zeitkennzeichnung (Anmeldung, Abmeldung) und Fahrzeit (Zeit) TLSA (in Sekunden) können die Telegramminhalte anwendungsbezogen geändert werden. Die Unterscheidung erfolgt dann in der Typenbeschreibung "Type".
Bordrechner und Standorterfassung
Der Bus-Bordrechner oder ein anderer im Fahrzeug eingebauter Rechner - all­ gemein "Fahrzeug-Rechner" genannt - kennt anhand der mitgeführten Melde­ punkt-Datei die Koordinaten der "gesuchten" Meldepunkte.
Um zu erkennen, ob gerade ein Meldepunkt erreicht wurde, muß die Standorter­ fassungssteuerung ebenfalls koordinatenbezogen arbeiten und in regelmäßigen und kurzen Intervallen Standortkoordinaten ermitteln und an den Fahrzeug- Rechner weiterleiten. Dieser vergleicht dann die laufend gemeldeten Standort­ koordinaten mit den in den Meldepunkt-Dateien mitgeführten Meldepunkt- Koordinaten und überprüft, ob der gerade gemeldete Standort einem Melde­ punkt entspricht. Ist dies der Fall, liest der Fahrzeug-Rechner aus der Melde­ punkt-Datei die dazugehörenden Daten und Vorgaben und führt sie anschlie­ ßend aus.
Um eine ausreichend hohe Standortgenauigkeit zu erreichen, sollte die Standort­ erfassung möglichst 2× pro Sekunde erfolgen. Ferner muß die Standorterfas­ sungssteuerung auch dann Standortdaten "liefern", wenn durch Funkabschat­ tungen oder anderen Störungen kurzzeitig kein Satellitenempfang besteht.

Claims (9)

1. Das LSA-Simulations- und Beeinflussungssystem Vx-LiSA ist dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Rechner anhand von definierten/imaginären Meldepunkten mit dazugehörenden Parametern die Zufahrt auf eine LSA-Kreuzung sowie de­ ren Ampelphasen geschwindigkeitsabhängig und zeitabhängig simuliert und optimiert werden können. (Siehe Fig. 5, Fig. 6).
2. Das LSA-Simulations- und Beeinflussungssystem Vx-LiSA ist dadurch gekennzeichnet, daß es zur Steuerung der Ampelphasen eine Zeit TLSA verwendet, die von ei­ nem Fahrzeug aus per Funktelegramm an den Kreuzungsrechner der Ziel- LSA übertragen wird. (Siehe Fig. 7).
3. Das LSA-Simulations- und Beeinflussungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bestimmung und Beschreibung der Meldepunkte Koordinaten (Länge, Breite) und Streckenangaben (Meldepunkt bis Ziel-LSA) verwendet werden und
daß diese Daten von einer digitalisierten Karte übernommen und als Mel­ depunkt-Daten in eine Meldepunkt-Datei eingetragen werden oder
daß diese Daten vor Ort ermittelt und als Meldepunkt-Daten in eine Mel­ depunkt-Datei eingetragen werden.
4. Das LSA-Simulations- und Beeinflussungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Simulation der Zufahrt auf die LSA-Kreuzung und deren Ampelphasen ein Geschwindigkeitsprofil verwendet wird und
anhand des Geschwindigkeitsprofils und der Meldepunkt-Daten die Zeit bis zur LSA-Kreuzung berechnet wird und
die Zufahrt und die Ampelphasen geschwindigkeits- und zeitabhängig simu­ liert werden.
5. Das LSA-Simulations- und Beeinflussungssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die ermittelten Meldepunkt-Daten in eine Meldepunkt-Datei geladen und von dort aus auf einen Fahrzeug-Rechner (Bordrechner) übertragen werden oder
die ermittelten Meldepunkt-Daten direkt auf einen Fahrzeug-Rechner (Bordrechner) übertragen werden.
Meldepunkt-Daten können zum Beispiel sein:
  • - Meldepunkt-Name (Kennzeichnung)
  • - Meldepunkt-Koordinaten (Länge, Breite)
  • - Abstand eines Meldepunktes zur LSA-Kreuzung (Ziel-LSA)
  • - Adresse des Kreuzungsrechners oder des LSA-Datenempfängers
  • - Priorität der Kreuzung
  • - Einfahrt in bzw. Ausfahrt aus der Kreuzung
  • - Zeitkennzeichnung
  • - Zufahrtsinformation (zur Unterscheidung der Busse)
  • - Zeitkorrektur-Daten, z. B.: Zeitfenster, Zeitkorridore, Fahrprofile, Zeitdaten.
6. Das LSA-Simulations- und Beeinflussungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Steuerung einer beeinflußbaren LSA-Kreuzung der Fahrzeug-Rechner anhand der Meldepunkt-Daten (siehe 5.) und der am Meldepunkt gefahre­ nen Geschwindigkeit die Zeit TLSA berechnet und
die berechnete Zeit TLSA per Vx-LiSA-Funktelegramm an den Kreuzungs­ rechner der Ziel-LSA überträgt und
der Kreuzungsrechner die Zeit TLSA zur echtzeitbezogenen Steuerung der Ampelphasen verwendet.
7. Das LSA-Simulations- und Beeinflussungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Vx-LiSA-Funktelegramm unabhängig ist vom verwendeten Funksystem, Funkstandard oder Funkprotokoll und
die Telegramminhalte sich an der Anwendung orientieren und
die Telegramminhalte und der Telegrammaufbau sich am verwendeten Funk­ system orientieren.
8. Das LSA-Simulations- und Beeinflussungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die zur Erkennung eines Meldepunkts, an dem eine Aktion wie z. B. "Über­ tragung des Funktelegramms" erfolgen soll, benötigte Standorterfassungs­ einheit kontinuierlich die Standortkoordinaten des Fahrzeugs ermittelt und
die Standorterfassungseinheit aus einem satellitengestützten System, wie z. B. einem GPS- oder GPS + DGPS-basierenden System, besteht und
die Ermittlung des Fahrzeugstandorts auch dann erfolgt, wenn durch Funk­ abschattungen oder anderen Störungen kein Satellitenempfang besteht.
9. Das LSA-Simulations- und Beeinflussungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Fahrzeug-Rechner von der Standorterfassungseinheit kontinuierlich Standortkoordinaten erhält und diese mit den in den Meldepunkt-Dateien mitgeführten Meldepunkt-Koordinaten vergleicht um festzustellen, ob das Fahrzeug gerade einen Meldepunkt erreicht hat und
der Fahrzeug-Rechner beim Erreichen eines Meldepunktes die in der Meldepunkt-Datei zu diesem Meldepunkt gehörende Aktion wie z. B. "Berechnen der Zeit TLSA und Übertragung des Funktelegramms an den Kreuzungsrechner" durchführt.
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