DE3128578A1

DE3128578A1 - "verfahren zur automatischen staudetektion und stauprognose fuer den strassenverkehr"

Info

Publication number: DE3128578A1
Application number: DE19813128578
Authority: DE
Inventors: Reinhart Dr.rer.nat. 7900 Ulm Kühne
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1981-07-20
Filing date: 1981-07-20
Publication date: 1983-02-03
Also published as: DE3128578C2

Description

Beschreibung
"Verfahren zur automatischen Staudetektion und Stauprognose für den Straßenverkehr" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Stau detektion und Stauprognose für den Straßenverkehr unter Verwendung eines Detektors, mit welchem unter anderem die Geschwindigkeiten von Fahrzeugen mindestens eines Fahrstreifene ermittelt werden.
Automatische bzw. halbautomatische Stauwarnanlagen -sind bereits auf Bundesautobahnen in Betrieb. Bei den bekannten Xnlagen wird mit gleitender Mittelung die mittlere Geschwindigkeit der Fahrzeuge auf den einzelnen Fahrstreifen-ermittelt und mit einem Schwellenwert verglichen. Liegt der Mittelwert während einer vorgegebenen Zeitspanne unter dem Schwellenwert, so wird eine Warnung der Verkehrsteilnehmer durch I Wechselverkehrszeichen veranlaßt. Aufgrund des einfachen Vergleichs der mittleren Geschwindigkeit mit einem Schwellenwert sind die vorbekannten Lösungen nicht in der Lage, exogene Einflüsse, wie Wind, Regen, Nebel und Dunkelheit bei dem Vergleich mit zu berücksichtigen, Die vorbekannten Lösungen eignen sich auch nicht zur Stauprognose und führen mit ihren häufigen Fehlanzeigen zu einer schlechten Akzeptanz der Warnung durch die Verkehrsteilnehmer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Systeme zu vermeiden. Insbesondere soll ein Verfahren angegeben werden, das eine zuverlässige Staudetektion und Stauprognose auch bei ungünstigen Wetterlagen erlaubt.
Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst. Durch die Bestimmung einer vollständigen Geschwindigkeitsverteilung anstelle einer einfachen gleitenden Mitteilung ist es nunmehr möglich, exogene Einflüsse auf den Verkehrssustand in die Stauprognose und Staudetektion mit eizubeziehen, den Stau zuverlässig zu prognostizieren und den nachfolgenden Verkehr rechtzeitig zu warnen und so Folgeunfälle und weitere Störungen des Verkehrsflusses zu vermeiden. Die verbesserte Staudetektion und Prognose erhöht die Akzeptanz.einer derartig konzipierten Stauwarnanlage und ermöglicht eine außerõrdentlich aktuelle Information der Verkehrsteilnehmer.
Als Intervalle, zur Ermittlung der Geschwindigkeitsverteilung,haben sich vorgebbare Zeitintervalle und/oder Fahrzeuganzahlen als besonders günstig erwiesen. Die Breite der Geschwindigkeitsverteilungskurve ist ein Maß für die Instabilität des Verkehrsflusses. Die beste Stauprognose wird erzielt, wenn die Breite der Verteilungskurve bei etwa 50 % des maxima- len Wertes der Verteilungskurve bestimmt wird. Wird der Schwellenwert bei einer Breite der Verteilungskurve zwischen 20 und 40 km/h festgelegt, so kann der Stau bereits 10 Minuten vor seiner eigentlichen Ausbildung erkannt werden.
Ein einfaches Kriterium für Staugefahr läßt sich durch einen Schwerpunktvergleich zwischen Verteilungskurve und Referenzkurve ableiten, da ein Absinken der mittleren Geschwindigkeit der Fahrzeuge auf eine wachsende Verkehrsdichte schließen läßt, Vor einer Staubildung ist eine sehr starke zeitliche Veränderung des Verkehrsflusses zu beobachten. Das äußert sich darin, daß die Verteilungskurve zunächst breiter wird und schließlich mindestens zwei relative Maxima zeigt. Die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 7 hat daher den Vorteil, daß eine modifizierte Stauwarnung angezeigt werden kann, die beispielsweise darin besteht, daß fahrstreifenabhängig zumindest eine Stauwarnung angezeigt werden kann.
Zur Stauwarnung können straßenseitige Kommunikationsmittel, wie z. B. ein einfaches Warnschild mit dem Zusatz "Stau" dienen. Die Weiterbildung nach Anspruch 9 gestattet z. B.
eine von der Größe der Schwellenwertüberschreitung sbhängige Geschwindigkeitsbeschränkung oder ein fahrzeugartenspezifisches tberholverbot. Auch ist hiermit eine von der Größe der Schwellenwertüberschreitung abhängige Fahrspurzuteilung möglich.
Die Erfindung wird nun anhand von zwei Figuren näher erläutert. Es zeigen im einzelnen: FIG. 1a bis d Geschwindigkeitsverteilung auf einem Fahrstreifen für vier verschiedene Verkehrsdichten; FIG. 2 Geschwindigkeitsverteilungskurve und Breite der Vetteilungskurve.
-In den Figuren 1a bis d ist eine gemessene Geschwindigkeitsverteilung von Fahrzeugen auf einem Fahrstreifen einer Fahrbahn in Abhängigkeit von der Verkehrsdichte dargestellt. Abszisse ist die Fahrzeuggeschwindigkeit, Koordinate die relative Häufigkeit der ermittelten Geschwindigkeit während einer bestimmten Zeitdauer, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeiten in Bereichen von je 2 km/h-Breite zusammengefaßt sind. FIG.1a wurde bei einer Verkehrsdichte von 25 Fahrzeugen pro Kilometer, FIG. 1b bei 30, FIG. 1c bei 38 und FIG. 1d bei einer Verkehrsdichte von 40 Fahrzeugen pro Kilometer ermittelt.
Wie ersichtlich, nimmt die mittlere Geschwindigkeit der Fahrzeuge mit zunehmender Verkehrsdichte ab und die Breite der Verteilungskurven nimmt zu. In FIG. 1c zeigt die Verteilungskurve bei 38 Fahrzeugen pro Kilometer zwei Höcker, einen ersten bei etwa 40 km/h und einen zweiten bei etwa 80 km/h, was daraus schließen läßt, daß hier eine kritische Verkehrsdichte mit beginnendem "Stop and go"-Wellen vorliegt.
Anhand der FIG. 2, die im wesentlichen der FIG. 1b entspricht, soll nun das erfindungsgemäße Verfahren zur Stauprognose für den Fall der Auswertung der Verteilungskurvenbreite näher erläutert werden. ober ein Intervall von z.B. 5 Minuten oder 100 Fahrzeugen wird eine laufende Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung der zum betrachteten Ensemble gehörenden Fahrzeuge vorgenommen. Die Geschwindigkeiten werden- hierzu zweckmäßigerweise in Geschwindigkeitsbereiche von jeweils bestimmter Breite z. B. 5 km/h aufgeteilt und beispielsweise über die Beobachtungsdauer bereichsweise aufsummiert. Die Fahrzeuggeschwindigkeiten können z. B. durch Verlegen einer Induktions- schleife in jeden Fahrstreifen der Fahrbahn in an sich bekannter Weise erfaßt werden. Die Auswertung der Meßergebnisse übernimmt ein Rechner mit einer Speicherkapazität, die mindestens so groß sein muß, daß sämtliche, jeweils in einen Geschwindigkeitsbereich fallende Werte abgespeichert werden können. Jeweils am Ende des Meßintervalls ermittelt der Rechner die Geschwindigkeitsverteilungskurve und deren Breite.
Als Breite der Verteilungskurve kann beispielsweise die Streuung der Meßwerte verwend werden. Eine andere Methode, die Breite zu bestimmen, besteht darin, daB vom Rechner der Geschwindigkeitsbereich mit der höchsten Fahrzeuganzahl ermittelt wird und er von der ermittelten Fahrzeuganzahl einen bestimmten Bruchteil für die Bestimmung der Breite der Verteilungskurve verwendet. Hierzu ermittelt er, welcher niedrigste und welcher höchste Geschwindigkeitsbereich den ermittelten Bruchteil über- bzw. unterschreitet. Die Differenz dieser Geschwindigkeitsbereiche ergibt dann die Breite der Verteilungskurve.
Wurde, wie in FIG. 2 dargestellt, der maximale Wert eines Speichers mit 70 Fahrzeugen pro Bereich ermittelt4 so ist mit einem angenommenen Bruchteil von 0,5 die Breite der Verteilungskurve dort zu ermitteln, wo zum ersten Mal mehr als 35 Fahrzeuge pro Bereich gezählt werden, also im Beispiel im Bereich 75 - 80 km/h und zum letzten Mal weniger als 35 Fahrzeuge pro Bereich gezählt worden, also im Beispiel im Bereich 115 - 120 km/h. Durch die Bestimmung des ersten Überschreitens und des letzten Unterschreitens des gewählten Bruchteils werden bei mehrhöckerigen Verteilungskurven Meßfehler vermieden.
Die Breite der Verteilungskurve ist im in FIG. 2 gewählten Beispiel 120 km/h - 80 km/h = 40 km/h. Diese Breite wird nun gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem Schwellenwert verglichen. Uberschreitet die ermittelte Breite diesen Schwellenwert, so besteht Staugefahr. Beobachtungen haben gezeigt, daß mit einem Schwellenwert von etwa 35 km/h etwa 10 Minuten vor der eigentlichen Stauausbildung eine Stauwarnung gegeben werden kann. Bei einer Geschwindigkeitsverteilung gemäß FIG. 2 besteht folglich Staugefahr.
Zeigt die Geschwindigkeitsverteilung bei Breiten über 35 km/h zusätzlich zwei Maxima, so herrscht Stau, Die Informationen über den Verkehrs zustand "Staugefahr" bzw.
"Stau" können entweder mittels Wechselverkehrszeichen, Wechselwegweiser, Verkehrszustandsmeldungen über einen entsprechend ausgebauten Autonotfunk und/oder durch eine direkte Darstellung auf einem Anzeigegerät im Fahrzeug an den Verkehrsteilnehmer weitergeleitet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den besonderen Vorteil, daß der Schwellenwert für die kritische Geschwindigkeitsverteilung, bei dem also Stau vorausgesagt werden kann, völlig unabhängig von exogenen Einflüssen wie Wind, Regen, Nebel und Dunkelheit ist und lediglich von den stationären Straßengegebenheiten (z. B. Steigung, Krümmung) abhängt.
Weitere wertvolle Hilfen zur automatischen Staudetektion und Stauprognose, die aus Abweichungen der Form und Lage der Verteilungskurve von einer vorgegebenen Referenzkurve ermittelt werden können, sind die Lage des Schwerpunktes der Verteilungskurve, die ein Maß für die aktuelle mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit ist, die Anzahl der Höcker der Verteilungskurve, die ein Maß für die Inhomoginität des Verkehrsflusses sind und die Summe der Beträge oder Quadrate der Abweichungen der Verteilungskurve von der Referenzkurve.

Claims

Patentansprüche rß 9 Verfahren zur automatischen Staudetektion und Stauprognose für den Straßenverkehr unter Verwendung eines Detektors, mit welchem unter anderem die Geschwindigkeiten von Fahrzeugen mindestens eines Fahrstreifens ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in vorgegebenen Intervallen die Geschwindigkeitsverteilung der Fahrzeuge ermittelt wird, daß die Verteilungskurve mit einer vorgegebenen Referenzkurve verglichen wird und daß bei Absenkung des Schwerpunkts der Verteilungskurve gegenüber dem Schwerpunkt der Referenzkurve und/oder bei Uberschreitet eines vorgegebenen oder aus der Referenzkurve abgeleiteten Schwellenwertes für die Breite der Verteilungskurve und/oder beim Auftreten mindestens eines gegenüber der Referenzkurve zusätzlichen relativen Maxima der Verteilungskurve und/oder beim Uberschreiten beines Schwellenwertes für die Summe aller Beträge oder Quadrate der Abweichungen der Verteilungskurve von der Referenzkurve über den gesamten Kurvenverlauf eine Stauwarnung ausgelöst wird und/ oder eine verkehrs abhängige Geschwindigkeitsbegrenzung und/oder eine Fahrspurzuteilung und/oder eine Umleitungsempfehlung angezeigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Intervall jeweils ein bestimmtes Zeitintervall verwendet wird und die Verteilung mit der Anzahl der in diesem Zeitintervall erfaßten Fahrzeuge normiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Intervall jeweils eine bestimmte Anzahl von Fahrzeugen verwendet wird, wobei die Verteilung mit dieser Anzahl normiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Verteilungskurve bei etwa 50 * ihres maximalen Wertes bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Verteilungskurve mit einem ersten Schwellenwert verglichen wird, der zwischen 20 und 40 km/h liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt der Verteilungskurve mit einem zweiten Schwellenwert verglichen wird, der zwischen 40 und 60 km/h liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß. für Fahrzeuge unterschiedlicher Fahrzeugklassen getrennte Geschwindigkeitsverteilungskurven ermit- telt werden daß die jeweilige Verteilungskurve mit einer der jeweiligen Fahrzeugklasse zugeordneten Referenzkurve verglichen wird, daß von jeder Verteilungskurve die Anzahl der relativen Maxima bestimmt wird und daß, falls die Anzahl der relativen Maxima einer Verteilungskurve einer Fahrzeugklasse größer als 1 ist, Stauwarnung ausgelöst wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite und der Schwerpunkt der Verteilungskurve ermittelt wird und daß, falls die Breite einen vorgegebenen vierten Schwellenwert überschreitet, jedoch die Lage des Schworpunktes einen bestimmten fünften Schwellenwert nicht überschreitet, eine Stauwarnung und gleichzeitig eine Geschwindigkeitsbegrenzung ausgelöst wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Höhe und der Art der Schwellenwertüberschreitungen zusätzliche Anweisungen an die Verkehrsteilnehmer gegeben werden.