DE3128578C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Stau­ detektion und Stauprognose für den Straßenverkehr gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (DE-OS 29 11 734).

Automatische bzw. halbautomatische Stauwarnanlagen sind be­ reits auf Bundesautobahnen in Betrieb. Bei den bekannten An­ lagen wird mit gleitender Mittelung die mittlere Geschwindig­ keit 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 Wechsel­ verkehrszeichen veranlaßt. Aufgrund des einfachen Vergleichs der mittleren Geschwindigkeit mit einem Schwellenwert sind die vorbekannten Lösungen nicht inder Lage, exogene Einflüs­ se, 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.

Ein Verfahren zur automatischen Staudetektion und Stauprognose für den Straßenverkehr mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist bereits aus der DE-OS 29 11 734 bekannt. In vorgegebenen Intervallen wird die Geschwindigkeitsverteilung der Fahrzeuge ermittelt und die ermittelte Geschwindigkeitsverteilungs­ kurve mit einer vorgegebenen Referenzkurve verglichen. Aus den Prognosewerten wird die Größe des Staus ermittelt oder ein Störungssignal erzeugt, wenn die Differenz zwischen Prognosewert und Meßwert einen vorgegebenen Sollwert übersteigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Staudetektion und Stauprognose auch bei ungünstigen Wetterlagen zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Durch die Bestimmung einer vollständigen Geschwindig­ keitsverteilung anstelle einer einfachen gleitenden Mittelung ist es nunmehr möglich, exogene Einflüsse auf den Verkehrszu­ stand in die Stauprognose und Staudetektion mit einzubeziehen, 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 außerordent­ lich aktuelle Information der Verkehrsteilnehmer.

Als Intervalle, zur Ermittlung der Geschwindigkeitsvertei­ lung, haben sich vorgebbare Zeitintervalle und/oder Fahrzeug­ anzahlen als besonders günstig erwiesen. Die Breite der Ge­ schwindigkeitsverteilungskurve ist ein Maß für die Instabili­ tät des Verkehrsflusses. Die beste Stauprognose wird erzielt, wenn die Breite der Geschwindigkeitsverteilungskurve bei etwa 50% des maxima­ len Wertes der Geschwindigkeitsverteilungskurve bestimmt wird. Wird der Schwellenwert bei einer Breite der Verteilungskurve zwi­ schen 20 und 40 km/h festgelegt, so kann der Stau bereits 10 Minuten vor seiner eigentlichen Ausbildung erkannt wer­ den.

Ein einfaches Kriterium für Staugefahr läßt sich durch ei­ nen Schwerpunktvergleich zwischen Verteilungskurve und Re­ ferenzkurve ableiten, da ein Absinken der mittleren Ge­ schwindigkeit der Fahrzeuge auf eine wachsende Verkehrs­ dichte schließen läßt.

Vor einer Staubildung ist eine sehr starke zeitliche Verän­ derung des Geschwindigkeitsverkehrsflusses zu beobachten. Das äußert sich darin, daß die Verteilungskurve zunächst breiter wird und schließlich mindestens zwei relative Maxima zeigt. Die Aus­ gestaltung der Erfindung nach Anspruch 7 hat daher den Vor­ teil, daß eine modifizierte Stauwarnung angezeigt werden kann, die beispielsweise darin besteht, daß fahrstreifen­ abhängig zumindest eine Stauwarnung angezeigt werden kann. Zur Stauwarnung können straßenseitige Kommunikationsmittel, wie z. B. ein einfaches Warnschild mit dem Zusatz "Stau" dienen.

Die Erfindung wird nun anhand von zwei Figuren näher erläu­ tert. Es zeigen im einzelnen

Fig. 1a bis d Geschwindigkeitsverteilung auf einem Fahr­ streifen für vier verschiedene Verkehrs­ dichten;

Fig. 2 Geschwindigkeitsverteilungskurve und Breite der Geschwindigkeitsverteilungskurve.

In den Fig. 1a bis d ist eine gemessene Geschwindigkeits­ verteilung von Fahrzeugen auf einem Fahrstreifen einer Fahr­ bahn in Abhängigkeit von der Verkehrsdichte dargestellt. Abs­ zisse ist die Fahrzeuggeschwindigkeit, Koordinate die relati­ ve 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 Kilome­ ter, 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 Fahr­ zeuge mit zunehmender Verkehrsdichte ab und die Breite der Geschwindigkeitsverteilungskurven nimmt zu. In Fig. 1c zeigt die Geschwindigkeitsverteilungs­ kurve bei 38 Fahrzeugen pro Kilometer zwei Höcker, einen er­ sten 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 Breite der Geschwindigkeitsverteilungskurve näher er­ läutert werden. Über ein Intervall von z. B. 5 Minuten oder 100 Fahrzeugen wird eine laufende Bestimmung der Geschwindig­ keitserteilung der zum betrachteten Ensemble gehörenden Fahr­ zeuge vorgenommen. Die Geschwindigkeiten werden hierzu zweck­ mäßigerweise in Geschwindigkeitsbereiche von jeweils bestimm­ ter Breite z. B. 5 km/h aufgeteilt und beispielsweise über die Beobachtungsdauer bereichsweise aufsummiert. Die Fahrzeug­ geschwindigkeiten können z. B. durch Verlegen einer Induktions­ schleife in jeden Fahrstreifen der Fahrbahn in an sich be­ kannter Weise erfaßt werden. Die Auswertung der Meßergeb­ nisse 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 Geschwindigkeitsverteilungskurve kann beispielsweise die Streuung der Meßwerte verwendet werden. Eine andere Methode, die Breite zu bestimmen, besteht darin, daß vom Rechner der Geschwindigkeitsbereich mit der höchsten Fahrzeuganzahl er­ mittelt wird und er von der ermittelten Fahrzeuganzahl ei­ nen 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 Diffe­ renz dieser Geschwindigkeitsbereiche ergibt dann die Breite der Geschwindigkeitsverteilungskurve.

Wurde, wie in Fig. 2 dargestellt, der maximale Wert eines Speichers mit 70 Fahrzeugen pro Bereich ermittelt, so ist mit einem angenommenen Bruchteil von 0,5 die Breite der Geschwindigkeitsver­ teilungskurve 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 gewähl­ ten Bruchteils werden bei mehrhöckerigen Geschwindigkeitsverteilungskurven Meßfehler vermieden.

Die Breite der Geschwindigkeitsverteilungskurve 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 Schwel­ lenwert verglichen. Überschreitet die ermittelte Breite die­ sen Schwellenwert, so besteht Staugefahr. Beobachtungen ha­ ben gezeigt, daß mit einem Schwellenwert von etwa 35 km/h etwa 10 Minuten vor der eigentlichen Stauausbildung eine Stauwarnung gegeben werden kann. Bei einer Geschwindigkeits­ verteilung 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 Verkehrszustand "Staugefahr" bzw. "Stau" können entweder mittels Wechselverkehrszeichen, Wech­ selwegweiser, Verkehrszustandsmeldungen über einen entspre­ chend ausgebauten Autonotfunk und/oder durch eine direkte Darstellung auf einem Anzeigegerät im Fahrzeug an den Ver­ kehrsteilnehmer weitergeleitet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den besonderen Vorteil, daß der Schwellenwert für die kritische Geschwindigkeisver­ teilung, bei dem also Stau vorausgesagt werden kann, völlig unabhängig von exogenen Einflüssen wie Wind, Regen, Nebel und Dunkelheit ist und lediglich von den stationären Straßen­ gegebenheiten (z. B. Steigung, Krümmung) abhängt.

Weitere wertvolle Hilfen zur automatischen Staudetektion und Stauprognose, die aus Abweichungen der Form und Lage der Geschwindigkeitsver­ teilungskurve von einer vorgegebenen Referenzkurve ermittelt werden können, sind die Lage des Schwerpunktes der Geschwindigkeitsvertei­ lungskurve, die ein Maß für die aktuelle mittlere Fahrzeug­ geschwindigkeit ist, die Anzahl der Höcker der Geschwindigkeitsverteilungs­ kurve, die ein Maß für die Inhomogenität des Verkehrsflusses sind und die Summe der Beträge oder Quadrate der Abweichungen der Geschwindigkeitsverteilungskurve von der Referenzkurve.

Claims (7)

1. Verfahren zur automatischen Staudetektion und Stauprognose für den Straßenverkehr unter Verwendung eines Detektors, mit welchem unter anderem die Geschwindigkeiten von Fahrzeugen min­ destens eines Fahrstreifens ermittelt werden, bei dem in vorge­ gebenen Intervallen die Geschwindigkeitsverteilung der Fahrzeuge ermittelt und die Geschwindigkeitsverteilungskurve mit einer vorgegebenen Referenzkurve verglichen wird und aus den Prognose­ werten die Größe des Staus ermittelt und ein Störungssignal erzeugt wird, wenn die Differenz zwischen Prognosewert und Meß­ wert einen vorgegebenen Sollwert übersteigt, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Absenkung des Schwerpunktes der Geschwindigkeitsver­ teilungskurve gegenüber dem Schwerpunkt der Referenzkurve und/oder bei Überschreiten eines vorgegebenen oder aus der Referenzkurve abgeleiteten Schwellenwertes für die Breite der Geschwindig­ keitsverteilungskurve und/oder beim Auftreten mindestens eines gegenüber der Referenzkurve zusätzlichen relativen Maximum der Geschwindigkeitsverteilungskurve und/oder beim Überschreiten eines Schwellenwertes für die Summe aller Beträge oder Quadrate der Abweichungen der Geschwindigkeitsverteilungskurve von der Referenzkurve über den gesamten Kurvenverlauf das Störungssignal augelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Intervall jeweils ein bestimmtes Zeitintervall verwen­ det wird und die Geschwindigkeitsverteilung 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 Geschwindigkeitsverteilung mit dieser Anzahl nor­ miert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Breite der Geschwindigkeitsverteilungskurve bei etwa 50% ihres maximalen Wertes bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Geschwindigkeitsverteilungskurve mit einem ersten Schwellen­ wert verglichen wird, der zwischen 20 und 40 km/h liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schwerpunkt der Geschwindigkeitsverteilungskurve mit einem zweiten Schwellenwert verglichen wird, der zwischen 40 und 60 km/h liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für Fahrzeuge unterschiedlicher Fahrzeug­ klassen getrennte Geschwindigkeitsverteilungskurven ermit­ telt werden, daß die jeweilige Geschwindigkeitsverteilungskurve mit einer der jeweiligen Fahrzeugklasse zugeordneten Referenzkurve verglichen wird, daß von jeder Geschwindigkeitsverteilungskurve die Anzahl der relativen Maxima bestimmt wird und daß, falls die Anzahl der relativen Maxima einer Geschwindigkeitsverteilungskurve einer Fahrzeug­ klasse größer als 1 ist, Stauwarnung ausgelöst wird.