DE202017000293U1

DE202017000293U1 - Closed-Loop Verkehrsleitsystem auf Basis einer vorausschauenden Kapazitätsplanung der Bundesautobahnen

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Publication number: DE202017000293U1
Application number: DE202017000293.0U
Authority: DE
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Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2017-02-13
Anticipated expiration: 2027-01-12

Abstract

Closed-Loop Verkehrsleitsystem auf Basis einer vorausschauenden Kapazitätsplanung der Bundesautobahnen (1). Vorausschauende Beplanung der zur Verfügung stehenden Autobahnkapazitäten und und einer daraus resultierenden Leitung des Verkehrsaufkommens zwecks Verhinderung bzw. Minimierung von Staus, mit dem Merkmal eines geschlossenen Regelkreises (Closed-Loop) zwischen Zentralrechnersystem (1) und Smartphones (2) der Systemteilnehmer bei Fahrtplanung (5) und Fahrtdurchführung (7). Berücksichtigung der Spezifika von PKW und LKW.

Description

Nordrhein-Westfalen ist das „Stauland” Nummer 1 in Deutschland. Die weit über 4 Millionen Autopendler in NRW hatten im Jahr 2015 unter mehr als einer Million Staukilometer zu leiden. Die Kapazität der Bundesautobahnen in NRW zu den Haupt-Berufsverkehrszeiten von ca. 6 bis mittlerweile 10 Uhr sowie von 16 bis 19 Uhr ist bei weitem erschöpft. Das dieser Zustand auch im Jahr 2017 weiter anhalten wird, darüber ist sich NRW Verkehrsminister Groschek sicher (Zitat): ”Auch im kommenden Jahr werden baustellenbedingte Staus nicht weniger werden. Wir stehen vor einem Jahrzehnt der Baustellen. Das ist keine Drohung, das ist ein Versprechen” (Zitat Ende).
Das Zitat des Landesverkehrsministers zeigt, wie wichtig es ist, dass größte infrastrukturelle und damit volkswirtschaftliche Problem des Landes zu lösen. Das Problem täglicher kilometerlanger, zeitraubender Staus, der Verschwendung wertvoller Ressourcen und der großen Umweltbelastung wird durch die im Schutzanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Zu diesem Zweck dient das nachfolgend beschriebene „Closed-Loop Verkehrsleitsystem auf Basis einer vorausschauenden Kapazitätsplanung der Bundesautobahnen”, im Folgenden vereinfachend Verkehrsleitsystem genannt. Es besteht aus dem Zentralrechnersystem 1 und den Smartphones 2 der Systemteilnehmer. Mit der Erfindung wird erreicht, dass die Verkehrsströme vorrausschauend beplant und anschließend derart geleitet werden, dass es im besten Fall auf keinem Streckenabschnitt der Bundesautobahnen in NRW zu Kapazitätsengpässen und damit zu Staus kommt.
Aktuell besteht hinsichtlich der Verkehrsströme keine vorausschauende Planung. Die bei Staugefahr oder bei sich bereits gebildeten Staus zur Anwendung kommenden Maßnahmen und Eingriffe in den Verkehrsfluss wie Zuflussregulierung oder Geschwindigkeitsbegrenzung bekämpfen nur die Symptome, nicht aber die Ursachen des Staus, nämlich ein temporär zu hohes Fahrzeugaufkommen. Der Verkehrsfluss auf den Autobahnen entspricht einem chaotischen System. Gemäß dem freien Spiel der Kräfte, wählt jeder Verkehrsteilnehmer den Startzeitpunkt seiner Fahrt und seine Route selbst aus. Eine Koordinierung oder Abstimmung der Routen und Abfahrtzeiten aller Verkehrsteilnehmer hinsichtlich der zur Verfügung stehenden Autobahnkapazitäten findet nicht statt. Die Verkehrsteilnehmer planen große Pufferzeiten als Sicherheit ein, um trotz staubedingter Verzögerungen ihre persönliche Terminplanung einzuhalten. In der geschilderten Verhaltensweise der Verkehrsteilnehmer liegt das Grundproblem des täglichen Stau-Wahnsinns in NRW, welches durch vorausschauende Beplanung der begrenzten Autobahnkapazitäten und Leiten der Verkehrsströme gelöst werden kann. Die Lösung dieses Problems wird mit dem Verkehrsleitsystem 1 gemäß Schutzanspruch 1 erreicht.
Mit der hier beschriebenen Erfindung können die zur Verfügung stehenden Autobahnkapazitäten schon im Vorfeld vorausschauend beplant und das Verkehrsaufkommen anschließend im Closed-Loop Verfahren optimal geleitet werden, so dass das Auftreten von Staus minimiert bzw. gänzlich verhindert wird.
Das Verkehrsleitsystem sieht vor, dass die Benutzer der Autobahnen, im Folgenden Systemteilnehmer genannt, die Daten über die geplante Fahrt, also den Start- und Zielort, die gewünschte Abfahrzeit sowie die Ankunftszeit dem Zentralrechner 1, bekannt geben. Der späteste Zeitpunkt zur Anmeldung einer geplanten Fahrt durch die Systemteilnehmer ist abhängig von der zur Verfügung stehenden Rechenleistung des Zentralrechners 1 und beträgt optimaler Weise nicht mehr als einen Tag. Die Anmeldung einer Fahrt beim Zentralrechner 1 geschieht mittels eine Software-Applikation (Schutzanspruch 2) welche auf den Smartphones 2 der Systemteilnehmer installiert ist. Mit Hilfe dieser Applikation senden die Systemteilnehmer über ihr Smartphone 2 die Daten der geplanten Fahrt an den Zentralrechner 1, welcher das Routing der individuellen Strecken incl. Abfahrtszeiten der Systemteilnehmer berechnet.
Als Stellgrößen legt der Zentralrechner 1 hierbei den Startzeitpunkt und die von den Systemteilnehmern zu wählende Route fest und schickt diese Daten an die Smartphones 2 der Systemteilnehmer zurück. Diese Rückmeldung an die Systemteilnehmer erfolgt, in Abhängigkeit der gesamten Berechnungsdauer aller Teilroutings, so früh wie möglich, damit die Systemteilnehmer möglichst noch am Vortag darüber informiert werden, für welchen Zeitpunkt der Zentralrechner 1 den Abfahrtzeitpunkt für den Folgetag vorgesehen hat. Alternativ – sofern die Berechnung der Teilroutings aller Systemteilnehmer nicht mehr am Vortag beendet ist – kann der Zentralrechner 1 auch über die Verbindung zur Software-Applikation auf dem Smartphone 2 der Systemteilnehmer ein Wecksignal erzeugen, um diese rechtzeitig zu wecken. In der Smartphone-Applikation haben die Systemteilnehmer darüber hinaus die Möglichkeit den Zeitbereich, während dessen ein Weckruf durch den Zentralrechner 1 zulässig ist, sowie den persönlichen Zeitbedarf vor Fahrtantritt, festzulegen. Die Software-Applikation auf den Smartphones bietet darüber hinaus die Möglichkeit, häufig vorkommende Fahrten als Vorlage zu speichern und bei Bedarf abzurufen und, falls notwendig, anzupassen.
Die Software des Zentralrechners 1, die Routing-Algorithmen und auch die Software der Smartphone Applikation berücksichtigt darüber hinaus, dass sowohl PKW wie auch LKW mit ihren spezifischen Geschwindigkeiten am Verkehrsleitsystem teilnehmen können. Die Kommunikation und Interaktion von Zentralrechnersystem 1 und Smartphone 2 der Systemteilnehmer, der Weckruf durch den Zentralrechner 1, die Sperrung und Freigabe des Weckrufes durch die Systemteilnehmer in der Smartphone-Applikation, in einem frei wählbaren Zeitintervall, dass Abspeichern von Fahrtvorlagen, sowie die Berücksichtigung der Spezifika von PKW und LKW stellen den Schutzanspruch 3 dar.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Erfindung liegt im geschlossenen Regelkreis zwischen Zentralrechner 1 und den Smartphones 2 der Systemteilnehmer. Während der Fahrt besteht eine Datenverbindung der Smartphones 2 zum Zentralrechner 1. Die Positionsdaten sowie die aktuell gefahrenen Geschwindigkeiten der Systemteilnehmer werden dem Zentralrechner über die Datenverbindung übermittelt. Das Zentralrechnersystem 1 hat mit Hilfe dieser Telemetriedaten aller Systemteilnehmer jederzeit einen vollständigen Überblick über die aktuelle Auslastung jedes Autobahnabschnittes. Es ist somit in der Lage, ständig einen Soll-Ist Vergleich zwischen Planungsdaten und Ist-Daten vorzunehmen und – ggf. bedingt durch unvorhersehbare Ereignisse wie z. B. Unfälle – korrigierend einzugreifen. Wird ein Korrektureingriff durch den Zentralrechner 1 notwendig um einen Stau zu verhindern, besteht durch Verändern der Vorgaben bezüglich Fahrtantritt, Fahrtrouten und Geschwindigkeiten der Systemteilnehmer die Möglichkeit, den Verkehrsfluss auf die aktuelle Situation zu adaptieren. Die vom Zentralrechner 1 ggf. geänderten Startzeiten, Fahrtrouten und/oder die zu fahrenden Geschwindigkeiten werden in diesem Fall umgehend über die Datenverbindung an die Smartphones 2 der betreffenden Systemteilnehmer gesendet und damit die individuellen Vorgaben entsprechend angepasst. Die Interaktion von Zentralrechner 1 und Systemteilnehmer während der Fahrt sowie der geschlossene Regelkreis (Closed-Loop) aus Zentralrechner 1 und Smartphones 2 der Systemteilnehmer stellt den Schutzanspruch 4 dar.
Durch Vernetzung mit den Straßenbehörden (z. B. Straßen-NRW) sind dem Verkehrsleitsystem alle Baustellen, Sperrungen und Unfälle, welche zu Kapazitätsengpässen führen können, bekannt. Das Verkehrsleitsystem ist dadurch in der Lage, bestehende Engpässe in das Gesamt-Routing aller Systemteilnehmer einzubeziehen. Das Einbeziehen von temporären Kapazitätsengpässen sowie geplanten Engpässen durch die Straßen-Behörden auf der Basis eines regelmäßigen elektronischen Datenaustausches, stellt den Schutzanspruch 5 dar.
Das „Closed-Loop Verkehrsleitsystem auf Basis einer vorausschauenden Kapazitätsplanung der Bundesautobahnen” besteht somit aus folgenden Komponenten:

– Zentralrechnersystem 1
– Smartphone der Systemteilnehmer 2
– Spezielle, für die Funktion des Gesamtsystems notwendige Software-Applikation auf den Smartphones der Systemteilnehmer, welche die zuvor beschriebenen Anforderungen erfüllt

Bezugszeichenliste

1: Zentralrechnersystem
2: Smartphones der Systemteilnehmer mit spezieller Software-Applikation
3: Häuslichkeit der Systemteilnehmer (beispielhaft für einen möglichen Aufenthaltsort)
4: Streckenabschnitt einer Bundesautobahn auf dem sich Systemteilnehmer befinden
5: Datenrichtung Smartphone Systemteilnehmer zu Zentralrechner; Upload bzw. Senden eines Fahrtwunsches mit entsprechenden Details
6: Datenrichtung Zentralrechner zu Smartphone Systemteilnehmer; Download bzw. Senden der Fahrtparameter
7: Datenrichtung zwischen Zentralrechner und Smartphone Systemteilnehmer bidirektional während der Fahrt
8: Datenrichtung Bereitstellung von kurz-/mittel- und langfristigen Kapazitätsengpässen durch die zuständigen Straßenbehörden an den Zentralrechner (Master)
9: Symbol für Straßen-Behörden

Claims

Closed-Loop Verkehrsleitsystem auf Basis einer vorausschauenden Kapazitätsplanung der Bundesautobahnen (1). Vorausschauende Beplanung der zur Verfügung stehenden Autobahnkapazitäten und und einer daraus resultierenden Leitung des Verkehrsaufkommens zwecks Verhinderung bzw. Minimierung von Staus, mit dem Merkmal eines geschlossenen Regelkreises (Closed-Loop) zwischen Zentralrechnersystem (1) und Smartphones (2) der Systemteilnehmer bei Fahrtplanung (5) und Fahrtdurchführung (7). Berücksichtigung der Spezifika von PKW und LKW.
Closed-Loop Verkehrsleitsystem auf Basis einer vorausschauenden Kapazitätsplanung der Bundesautobahnen (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Smartphone Software-Applikation (Bestandteil von 2) als Bindeglied zwischen Zentralrechner und Smartphone (2) der Systemteilnehmer Interaktion und Kommunikation in der Planungsphase (5) der Fahrt sowie während der Fahrt (online) (7) ermöglicht.
Closed-Loop Verkehrsleitsystem auf Basis einer vorausschauenden Kapazitätsplanung der Bundesautobahnen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Datenaustausch und Interaktion von Zentralrechnersystem (1) und Smartphone (2) der Systemteilnehmer mittels einer speziellen Softwareapplikation welche auf den Smartphones 2 installiert ist, erfolgt. Diese Software-Applikation erlaubt einen Weckruf (6) durch den Zentralrechner (1), die Sperrung und Freigabe des Weckrufes durch die Systemteilnehmer in einem frei wählbaren Zeitintervall, die Vorgabe persönlichen, individuellen Zeitbedarfs vor Fahrtantritt, häufig vorkommende Fahrten als Vorlage zu speichern und wieder abzurufen und ggf. anzupassen sowie die Berücksichtigung von PKW und LKW hinsichtlich ihrer spezifischen Geschwindigkeiten.
Closed-Loop Verkehrsleitsystem auf Basis einer vorausschauenden Kapazitätsplanung der Bundesautobahnen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Interaktion von Zentralrechner (1) und Smartphones (2) der Systemteilnehmer während der Fahrt einen geschlossenen Regelkreis (Closed-Loop) (7) bilden und eine Variation der zuvor geplanten Fahrtrouten und Geschwindigkeiten der Systemteilnehmer durch den Zentralrechner (1) während der Fahrt erreicht wird, mit dem Ziel, Kapazitätsengpässe und daraus resultierende Staus zu verhindern.
Closed-Loop Verkehrsleitsystem auf Basis einer vorausschauenden Kapazitätsplanung der Bundesautobahnen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kurz-/mittel- und langfristige Kapazitätsengpässe auf Grund von Maßnahmen der Straßenbehörden (9) durch regelmäßigen Datenaustausch auf elektronischer Basis (8) zwischen dem Zentralrechner (1) des Verkehrsleitsystems (1) und den Straßenbehörden (9) beim Routing-Prozess durch den Zentralrechner (1) Berücksichtigung finden.