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Kurze Einführung in
die Erfindung.
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und Mittel zum Steuern von Verkehr
in einem Netz mit Routensteuerung. Das Verfahren und die Mittel
basieren auf Funktionen in einem Verkehrsleitsystem. Die Erfindung
umfasst Verkehrssteuerung von einer ersten Route, die durch einen
Engpass verläuft,
welcher einen Teil des Netzes darstellen kann, z. B. einen Knotenpunkt
oder einen Verbindungsweg, mit niedriger Kapazität in bezug zu der Verkehrsanforderung durch
den Knotenpunkt oder Verbindungsweg – zu mindestens einer anderen
alternativen Route. Die Erfindung betrifft die Verkehrssteuerung
von Fahrzeugen in einem Straßennetz
als eine primäre
Anwendung. Das Verfahren kann jedoch auch für andere Anwendungen wie zum
Beispiel Verkehrssteuerung von Fahrzeugen in Bahnnetzen, Luftverkehrsnetzsteuerung
und Seeverkehrsnetzsteuerung, und als Verkehrssteuerung von Datenpaketen
in einem Kommunikationsnetz verwendet werden. Diese Anwendung wird
auch behandelt.
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Hintergrund der Erfindung.
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Gebiet der Erfindung und
Beschreibung der verwandten Technik.
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Während der
Hauptverkehrszeiten sind die Verkehrsvolumina groß, und es
bilden sich Staus im Netz innerhalb und außerhalb großer Städte. Es ist schwierig, Platz
für weitere Straßen zu finden
und deren Bau ist teuer. Durch Verwendung moderner Informationstechnik
kann die vorhandene Kapazität
des Straßennetzes
besser genutzt werden, und dadurch können größere Verkehrsvolumen bei geringeren
Erweiterungen der Straßenkapazität bewältigt werden.
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Dies
reflektiert sich in dem großen
Interesse, das ITS, Intelligent Transport Systems innerhalb der EU,
den USA und Japan etc. in den neunziger Jahren gewidmet wurde. Es
ist jedoch unklar, wie die Lösungen
aussehen würden,
und deshalb werden große Geldsummen
in die Untersuchung in diesem Gebiet investiert, und mehrere verschiedene
Ideen werden untersucht.
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Traditionell
haben Menschen versucht, Kapazitätsprobleme
im Straßennetz
durch Bauen weiterer Straßen
oder durch Ergreifen von Maßnahmen
an denjenigen Punkten zu lösen,
wo Probleme auftreten. Wenn lange Staus auf einer Straße stromaufwärts von
einer Kreuzung auftreten, versucht man die Fähigkeit, die Kreuzung zu durchqueren,
für die
Autos auf der besagten Straße
zu verbessern. Dies ist die traditionelle Weise, Verkehrsprobleme
zu betrachten. Die Probleme beruhen auf engen Abschnitten im Straßennetz.
An diesen Punkten entstehen Verkehrsstaus, und man ist daher der
Ansicht, dass die Lösung
auf eine Vergrößerung der
Verkehrsflusskapazität
an diesen Punkten begrenzt ist.
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Mit
einer vertieften Kenntnis des Verkehrs und von Verkehrsnetzcharakteristiken
erscheint die traditionelle "punktorientierte" Arbeitsweise als überflüssig und
unzureichend. Ausgeführte "Lösungen" können
größere Probleme
erzeugen, als sie Probleme lösen.
Ein Beispiel ist im Folgenden angeführt.
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Während der
Hauptverkehrszeiten sind Staus auf den Einfallstraßen der
großen
Städte nichts
Ungewöhnliches.
Wenn ein Stau an einem engen Abschnitt entstanden ist, z. B. an
einem Zufahrtsverbindungsweg zu einer Einfallsstraße, und
die Durchfahrtsfähigkeit
an dieser Stelle z. B. durch Hinzufügen einer zusätzlichen
Spur vergrößert wird, kann
der vergrößerte Verkehrsfluss
an einem neuen engen Abschnitt eingefangen werden, wodurch Staus
stattdessen dort aufgebaut werden. Staus an der neuen Stelle können größere Probleme
als der Stau an der ehemaligen Stelle erzeugen.
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Es
besteht ein Bedarf an einer stärker
systemorientierten Arbeitsweise zum Lösen der mit "der Durchfahrtsfähigkeit" verknüpften Probleme
in einem Netz.
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Routensteuerung
ist traditionell für
bestimmte Anlässe
verwendet worden, z. B. bei Straßenarbeiten auf einer Verbindungsstrecke,
wenn Verkehrszeichen den Verkehr in andere Verbindungswege um den
Verbindungsweg mit den Straßenarbeiten
herumleiten, oder z. B., wenn ein größerer Unfall auf einem Verbindungsweg
geschehen ist und die Polizei vor Ort den Verkehr zu anderen Verbindungswegen um
den Unfallort herumleitet. Dies kann nicht immer ohne sekundäre Probleme
erfolgen. Wenn die Straßenarbeiten
oder der Unfall auf einem Verbindungsweg mit großem Verkehr vorliegen, kann
die neu ernannte Route möglicherweise
nicht ausreichende Kapazität
zum zusätzlichen
Aufnehmen des neuen Verkehrs aufweisen, und lange Staus können entstehen.
In großen
Städten
ist das Straßennetz
während Hauptverkehrszeit
allgemein schwer belastet, und Vorfälle, die plötzlich die Kapazität eines
vielbefahrenen Verbindungswegs reduzieren, können leicht lange Staus hervorrufen.
Diese Staus blockieren ihrerseits Verkehr auch auf anderen Routen,
aus welchem Grunde die Durchfahrtsfähigkeit für große Teile des Netzes stark reduziert
werden würde.
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Traditionell
ist Routensteuerung in entsprechenden punktorientierten, oben beschriebenen
Vorgehensweisen verwendet worden. Wenn ein Problem an einem Punkt
in dem Netz auftritt, wird Verkehr von diesem Punkt weggeleitet.
Dann kann das Problem an diesem Punkt gelöst werden, aber der Verkehr kann
schwerwiegendere Probleme an anderen Punkten im Netz verursachen.
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Es
besteht ein Bedarf an stärker
systemorientierten Verfahren zum Lösen von Verkehrsproblemen in
einem Straßennetz.
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Während der
neunziger Jahre haben die internationalen Investitionen für Informationstechnik
für Fahrzeugverkehr,
ITS, einige neue Konzepte und Ideen entstehen lassen, von denen
einige im Folgenden erörtert
werden sollen.
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Routenleitung
in Form von DRG "Dynamic Route
Guidance" ist in
TTS-Projekten in Forschungsprogrammen der EU und der USA behandelt
worden. (Der Erfinder hat an einem solchen EU-Projekt teilgenommen).
In dem Konzept werden Fahrzeuge mit Navigationsgeräten, Neq.,
ausgestattet, und ein zentrales System versorgt die Neq. mit Verkehrszeiten für Verbindungswege
im Netz. Das Neq. kann dann "die
beste Route" (z.
B. die schnellste) durch das Netz auswählen. Es ist noch heute die
Meinung verbreitet, dass Verkehr dadurch in einer beinahe "optimalen" Weise bei einem
Minimum von Staus ablaufen würde.
Oberflächlich
mag es scheinen, dass DRG diese Funktion erreicht: Wenn das Neq
die "schnellste
Route" auswählt, würde das
Fahrzeuge Stellen mit langen Staus meiden, und wenn viele (oder
alle) Fahrzeuge Neqs aufweisen würden,
würde das
Ergebnis darin bestehen, dass nie irgendwelche langen Staus auftreten
würden,
da die Fahrzeuge dann andere Routen wählen würden, und der Verkehr würde in dem
Netz in solcher Weise verteilt werden, dass alternative Routen etwa
die gleiche Zeit erfordern würden.
Das Straßennetz
würde optimal
genutzt werden und die Verkehrsroutensteuerung würde beinahe perfekt sein.
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Ein
anderes diskutiertes Konzept, im Folgenden als "Lisb" bezeichnet,
(wahrscheinlich von Siemens) sieht auch Ausrüstung im Auto vor, die mit
einem zentralen System kommuniziert. Hier besteht die Idee darin,
dass der Fahrer zu Beginn seinen Bestimmungsort eingibt. Das zentrale
System meldet eine Route zurück,
der der Fahrer folgen würde.
An mehreren Positionen (Stationen) entlang des Straßennetzes,
z. B. an Kreuzungen, befinden sich lokale Nahbereichskommunikationsverbindungen
für Informationstransfer,
wo die Fahrzeuge sich selbst identifizieren und bei Bedarf eine
aktualisierte Route erhalten.
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Es
ist eine verbreitete Meinung, dass das zentrale System, das die
Positionen und Bestimmungsorte der Fahrzeuge kennt, jedem Fahrzeug eine
optimale Route zuweisen kann. Wenn viele (oder alle) Fahrzeuge an
dem System teilnehmen und das zentrale System oft aktualisiert wird,
hat das zentrale System "vollständige Kontrolle" der Fahrzeuge und
des Verkehrs und kann dadurch den Verkehr auf dem Straßennetz
optimieren. Das Straßennetz
würde optimal
genutzt werden und die Verkehrsroutensteuerung würde beinahe perfekt sein.
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Die
vorliegende Erfindung folgt weder dem DRG- noch dem Lisb-Konzept.
Diese weisen Probleme oder Mängel
auf, die wahrscheinlich bei einer oberflächlichen Analyse nicht deutlich
werden, jedoch im Folgenden erörtert
werden sollen. Nach Meinung des Erfinders stellt Verkehr ein schwieriges
Gebiet dar. Die meisten Verkehrssysteme (alle dem Erfinder bekannten
außer
denen des Erfinders) haben grundlegende Mängel. Der allgemeine Mangel
besteht darin, dass die Systeme nicht die Echtzeit- und Netzcharakteristiken
des Verkehrs berücksichtigen. Die
Folgen daraus werden sein, dass die Systeme nicht in der Weise arbeiten
werden, in der es die Systemhersteller offensichtlich annahmen.
Die Systeme werden keine bedeutende positive Verkehrsfunktion erbringen,
sondern können
die Verkehrssituation sogar verschlechtern.
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Das
Problem bei dem DRG-Konzept ist mit der Echtzeitanforderung und
den Netzcharakteristiken verknüpft.
Das zentrale System sendet Verkehrsinformationen. Jedes Fahrzeug
wählt unabhängig voneinander
seine Route basierend auf diesen Informationen aus. Niemand weiß, wie das
summierte Verkehrsergebnis aussehen wird. Das zentrale System weiß nicht,
wo sich die Autos befinden, welche Routen sie auswählen, und
kann dann nicht vorhersehen oder verhindern, dass Verkehrsprobleme
entstehen, z. B. weil zu viele Autos zum gleichen Zeitpunkt an einer
Kreuzung ankommen. Wenn das zentrale System mit Sensoren am Straßennetz
ausgerüstet
wäre, würden diese
nach einer Weile die Verkehrsauswirkungen von den individuell gewählten Fahrzeugrouten
messen. Dann können
Verkehrsprobleme bereits entstanden sein oder entstehen. Wenn das
zentrale System schließlich
diese Informationen erhält,
kann es neue Verkehrsinformationen einschließlich der ermittelten Probleme
verschicken, wodurch jedes Neq seine neue Route auswählen wird.
Diejenigen, die die Möglichkeit
haben, werden wahrscheinlich den bekannten Problembereich meiden.
Die neuen Routen sind jedoch weder bekannt noch koordiniert, sodass
nun Probleme an anderen Stellen auftreten werden. Die Echtzeitanforderung wird
außer
Acht gelassen, da das DRG-System zu langsam in bezug zur Verkehrsanwendung
ist, welche jedoch den Handhabungsschwerpunkt des Systems darstellen
sollte.
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Die
Netzcharakteristiken des Verkehrs werden außerachtgelassen, da einzelne
Fahrzeuge freie Routenauswahl treffen, anstelle eines Systems, das Routensteuerung
basierend auf Koordinierung von Verkehrsflüssen in einem Netz durchführt.
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Bei
einer bekannten Umsetzung von DRG (Socrates) erfolgt die Verkehrsrückmeldung
an das zentrale System nicht durch straßengestützte Sensoren, sondern von
den Fahrzeugen selbst durch Senden von Mitteilungen, die die Zeit
angeben, die beim Zurücklegen
einer durchquerten Strecke vergangen ist. Dies bedeutet noch längere Verzögerungszeiten der
Rückmeldung,
z. B. war Zeit zum Aufbau bedeutender Staus vorhanden, bevor ein
Fahrzeug später Informationen
liefern kann, welche eine veränderte Verkehrssituation
belegen.
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Die
Probleme des Lisb-Konzepts finden sich auch auf anderer Ebene. Es
ist erforderlich, dass im Prinzip alle Fahrzeuge die Geräte haben
und an das System angeschlossen sein und in diesem arbeiten. Ansonsten
wird die zentrale Einheit nicht die Kenntnis über Verkehr erhalten, die sie
benötigt.
Das bedeutet, dass das System nicht in kleinem Maßstab realisiert
und der Reihe nach ausgeweitet werden kann. Wenn ferner mehr als
die Hälfte
der Autos eingeschlossen wären,
was eine enormes Ausmaß in
einer großen
Stadt bedeutet, würde
die Unkenntnis über
die Routen der anderen und ihre Auswirkung auf die Verkehrsflüsse die
Routensteuerung für
die bekannten Fahrzeuge sinnlos gestalten. Sicherlich sind es oft
nur wenige Prozent des durchschnittlichen Verkehrsflusses auf einem
ersten Verbindungsweg, die zu einer anderen Route umgleitet werden
müssen, um
den durchschnittlichen Verkehrsfluss auf dem ersten Verkehrsfluss
unter dem Kapazitätswert
des Verbindungswegs zu erhalten. Daher ist es nicht die Zahl steuerbarer
Fahrzeuge, die das Problem darstellt, sondern das zu geringe Wissen
bezüglich
der Größe der Verkehrsflüsse. Die
Echtzeitanforderungen verursachen auch dann System schwierigkeiten, wenn
alle Fahrzeuge in dem System in Betrieb wären. Nehmen wir an, dass das
System wirklich in der Lage wäre,
allen Fahrzeugen optimale Routen zum Zeitpunkt t = t1 zuzuweisen.
Diese Fahrzeuge sind über
das gesamte Netz verteilt.
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Während der
nächsten
Minute beginnt eine große
Anzahl neuer Fahrzeuge ihre Fahrt. Sie werden an Kreuzungen in Zeitspannen
ankommen, die bereits für
die früher
t < t1 von weiter
entfernteren Ausgangspunkten im Netz Losfahrenden optimiert wurden,
und so weiter für
die nächste
Minute etc. Außerdem
sind während
dieser einen oder zwei Minuten viele Dinge während der Bewegung der Fahrzeuge
durch das Netz geschehen. Bestimmte Fahrzeuge haben eine Kreuzung
zum Durchqueren während
der geplanten Grünphase
nicht rechtzeitig erreicht, sondern müssen auf die nächste warten,
was bedeuten kann, dass wenige Sekunden Verspätung zu 1,5 Minuten werden,
etc. Dies bedeutet, dass für
eine Zeitspanne von wenigen Minuten das gesamte System mit vielen
Fahrzeugen und ihren individuellen Routen für die neue Situation neu berechnet
und wieder optimiert werden muss. Fahrzeuge erhalten neue Routen,
was in der neuen Perspektive bedeutet, dass einige von ihnen nicht
die Route gefahren wären,
die sie tatsächlich
zurückgelegt
haben. Ihre reale Route ist nicht mehr optimal. Optimierung für eine neue
Situation bedeutet, dass die ursprünglichen Route nicht mehr ihre
frühere
Optimalität
aufweisen. Die Originalroutensteuerung kann auch so falsch an die
neuen geänderten
Umstände
angepasst sein, dass sie Verkehrszusammenbrüche und Staus impliziert, die schwer
zu korrigieren sind. Es können
auch zu viele Autos in einem Bereich angekommen sein, die gegenseitige
Blockierung verursachen, und Fahrzeuge, die routengerichtet sein
können,
bewegen sich kreuz und quer durch das Netz und absorbieren mehr
Verbindungswegkapazität,
als effektiv wäre.
Wenn mehrere Verbindungswege in einem Bereich des Netzes stark belastet
sind, d. h. auf Verbindungswegen erfolgen Stockungen oder sie sind
an der Grenze dazu, dass Stockungen auftreten, bleibt wenig Raum
für Leitung
von ankommendem Verkehr. Wohin auch immer der überschüssige Verkehr geleitet wird,
bricht Verkehr zusammen und Staus werden entstehen, was das System
empfindlich gestaltet. Verschiedene Arten von Problemen können auftreten,
z. B. die oben genannten, dass das System die Tendenz hat, Fahrzeuge
kreuz und quer in dem Netz zu leiten.
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Das
Echtzeitproblem beruht hauptsächlich auf
dem Versuch des Systems, die Route aller Autos von ihren Ausgangspunkten
zu ihren Bestimmungsorten zu steuern. In einer großen Stadt
sind Fahrzeiten von 15 Minuten bis zu einer Stunde üblich. Das
ist ein langer Vorhersagehorizont zum Steuern von beispielsweise
einer Durchfahrt durch eine Kreuzung während der kurzen Grünphase der
Kreuzung. Während
einer halben Stunde besteht ausreichend Zeit, dass viele Dinge im
Verkehr in einem stark belasteten Netz geschehen können.
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Trotz
der großen
als Ausrüstung
in allen Autos benötigten
Ressourcen und beständiger
umfassender Optimierungsberechnungen, leidet das Systemkonzept unter
Ungewissheiten und Mängeln,
die das System irgendwie zum Zusammenbrechen bringen und Blockierung
des Verkehrs in ähnlicher
Weise hervorrufen können,
wie es ohne das System stattfindet. Das Konzept bietet nicht automatisch
eine Lösung
für die
genannten grundlegenden Verkehrsprobleme. Eine andere Lösung wird
benötigt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine solche Lösung dar.
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Die
vorliegende Erfindung bezüglich
Routensteuerung basiert auf einer neuen Betrachtungsweise von Verkehr
und Verkehrsproblemen, bei der Echtzeit und Netzcharakteristiken
kennzeichnende Merkmale einer Verkehrsleitsystemmöglichkeit
darstellen, um wirklich Leitung des Verkehrs zu bewältigen.
Hintergrundmaterial sind die Schwedischen Patente und Anmeldungen:
9203474-3, 9501919-6, 9602950-9 und 9800280-1. Das erste behandelt
Verkehrsvorhersagen in einem Netz, das zweite die Erfassung von
Verkehrsstörungen,
das dritte die Verkehrsleitung auf Autobahnen, das vierte die Verkehrsleitung
in einem Netz. Der Inhalt dieser Dokumente wird als bekannt angesehen,
und die beschriebenen Verfahren können zusammen mit der vorliegenden
Erfindung in einem Verkehrsleitsystem zur Steuerung von Verkehr
verwendet werden. Das vierte Dokument enthält viel von der Problembetrachtung und
dem Hintergrund, die auch für
die vorliegende Erfindung gelten. Daher werden diese Informationen hier
nicht wiederholt. Das vierte Dokument enthält relativ allgemeinere Verfahren
zur Verkehrssteuerung in einem Netz, während den Schwerpunkt der vorliegenden
Erfindung die Routenleitung und speziell für diese geschaffene Verfahren
darstellen.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung.
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Das
Verfahren zur Routensteuerung von Verkehr in einem Straßennetz
behandelt Ungewissheiten im Verkehr. – Ungewissheiten, die grundlegend
inhärent
in den Echtzeit- und
den Netzcharakteristiken von Verkehr sind. – Ungewissheiten, die das Verfahren
durch Steuerung von Verkehrsspielräumen handhabt. Bei Umleitung
eines Teils des Verkehrs von einer ersten Route zu einer zweiten
Route sollte man wissen, ob der zusätzliche Verkehr Platz auf der
zweiten Route erhält.
Ungewissheiten implizieren einen Bedarf an Spielräumen zum
Handhaben verschiedener Arten von Abweichungen. Wenn der Verkehrsfluss
trotz einer niedrigen Wahrscheinlichkeit zu groß wird, besteht ein Bedarf
an Spielräumen innerhalb
der Verkehrsleitung, die eine Fähigkeit
zur Handhabung der Situation ohne schwierige Folgen für den Verkehr
erzeugen. Mit Ansammelplätzen
im Straßennetz
können
Fahrzeuge dynamisch angesammelt und freigesetzt werden, z. B. kann
die Zufahrt zu einem Verbindungsweg die Ausfahrt während eines
Zeitraums übersteigen.
Die Spielräume für die Routensteuerung
in dem Leitsystem werden nicht nur durch die Differenz zwischen
dem Kapazitätswert
und dem aktuellen Verkehrsfluss des Verbindungswegs bestimmt. Der
gesamte Spielraum wird durch die Maßnahmemöglichkeiten des Leitsystems bestimmt.
Diese umfassen Maßnahmen
wie die Steuerung von Verkehrsspielräumen und der Verkehrsflüsse auf
stromaufwärts
liegenden Verbindungswegen und Knotenpunkten. Routensteuerung kann
auch auf verschiedenen hierarchischen Ebenen im Netz durchgeführt werden:
- – Lokale
Ebene, die einen lokalen Engpass betrifft.
- – Zwischenebene,
die eine längere
Strecke entlang einer Verkehrsroute oder einen Unterbereich des
Netzes betrifft.
- – Obere
Ebene, die die Routensteuerung zwischen größeren Verkehrsrouten oder zwischen verschiedenen
Unterbereichen im Netz betrifft.
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Beispiel für die Verkehrssteuerung
der oberen Ebene.
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Das
Straßennetz
ist unausgeglichen aufgrund von neuem Verkehr von neuen großen Siedlungsbereichen
in einer bestimmten Richtung von der Stadt. Umverteilung von den
Straßen
mit der größten Anforderung
auf ein benachbartes Straßennetz
erhöht
die effiziente Nutzung des Netzes. Mehr Autos pro Zeitspanne können zu
ihren Bestimmungsorten durchfahren.
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Straßenarbeiten
oder Unfälle
können
die Kapazität
einer wichtigen Verkehrsroute während
einer längeren
Zeitspanne reduzieren. Dann würde
die Umverteilung große
Verkehrsvolumen und lange Zeitspannen betreffen, und wahrscheinlich
mehrere Routen betreffen.
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Beispiel für die Zwischenebene.
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Das
Ungleichgewicht ist weniger schwerwiegend oder die Behinderung ist
von kürzerer
Dauer. Die Umverteilung kann innerhalb eines kleineren Bereichs,
eines Unterbereichs gehandhabt werden.
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Beispiel für lokale
Ebene.
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Ein
Ereignis kurzer Dauer oder Verkehrszusammenbruch. Die Umverteilung
kann in der nahen Umgebung gehandhabt werden. Die kurze Dauer der Behinderung
impliziert Anforderungen an Echtzeitausführung für Maßnahmen einschließlich Routensteuerung.
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Routensteuerung
kann auch die Koordinierung von Maßnahmen auf allen drei Ebenen
betreffen.
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Wenn
ein Unfall geschieht, entsprechen die ersten Übergangsmaßnahmen der Dynamik auf "lokaler Ebene". Das Ausmaß erfordert
jedoch eine kontinuierliche Routensteuerung über einen etwas größeren Bereich
auf der "Zwischenebene". Die Folgen wachsen
an und allgemeinere und länger
anhaltende Maßnahmen
werden auf der "oberen
Ebene" ergriffen.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung.
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Beispiel für Problembereiche,
die durch die Erfindung gehandhabt werden.
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Blockierungsprobleme.
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Wenn
eine Kapazitätsabnahme
auf einem ersten Verbindungsweg z. B. auf 50% vorliegt, wird die
Zufahrt zu dem Verbindungsweg durch den stromaufwärts liegenden
Knotenpunkt auf 50% begrenzt, entweder da der Stau auf dem Verbindungsweg
bis zum Knotenpunkt angewachsen ist, oder da wir den Verkehrsfluss
stromaufwärts
begrenzt haben. Wenn der Stau anwächst, den Knotenpunkt passiert und
stromaufwärts
liegende Verbindungswege erreicht, werden ihre Verbindungswegflüsse auch
auf 50% begrenzt. Das bedeutet, dass alle der drei Unterflüsse (Le
= links, Ri = rechts, St = geradeaus) auf einem stromaufwärts liegenden
Verbindungsweg auf 50% reduziert werden, nicht nur der Unterfluss
z. B. St, dessen Route durch den ersten Verbindungsweg verläuft. Die
nach Le und Ri in dem Knotenpunkt gerichteten Verbindungswege erhalten
dadurch auch kleinere Verkehrsflüsse,
trotz der verfügbaren
freien Kapazität.
Die Staus können
weiter stromaufwärts anwachsen,
durch weitere Knotenpunkte und in weitere, weiter stromaufwärts liegende
Verbindungswege. Noch mehr Verbindungswege werden blockiert und
die Verkehrsflüsse
werden viel kleiner als die Kapazität, aus welchem Grunde die Staus
immer weiter anwachsen.
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Es
gibt mehrere Verfahren zum Verhindern des Anstiegs solcher Blockierung.
Hier werden wir uns auf Routensteuerung konzentrieren. Wenn wir
in dem obigen Beispiel 20% des Verkehrsflusses mit seiner Route
durch den ersten Verbindungsweg zu den anderen Ausfahrtsverbindungswegen
des Knotenpunkts umleiten können,
wird sich der Gesamtfluss auf den stromaufwärts liegenden Verbindungswegen
um 20% erhöhen,
d. h. nicht nur mit dem umgeleiteten Verkehrsfluss (20% des Unterflusses
St), sondern auch mit dem gleichen Anteil für die Unterflüsse Le und
Ri.
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Der
Rest der 30% des Unterflusses St würde jedoch fortfahren, Staus
aufzubauen und die Verkehrsflüsse
auf stromaufwärts
liegenden Verbindungswegen zu blockieren, was impliziert, dass 30% der
jeweiligen Unterflüsse
Le und Ri nicht durchfahren können.
Wenn die Verkehrsleitung ein Anwachsen des Staus bis zu stromaufwärts liegenden
Verbindungswegen verhindern kann, würden die Unterflüsse Le und
Ri nicht blockiert werden. Dann würden diese Unterflüsse mit
ihrer ursprünglichen
vollständigen
Stärke
durchfahren.
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Nehmen
wir der Einfachheit zuliebe an, dass alle Unterflüsse zu Beginn
gleiche Größen aufwiesen,
dann erhalten wir die folgenden vier Stadien.
- 1.
Zuerst betrug der Verkehrsfluss 100% durch den stromaufwärts liegenden
Verbindungsweg.
- 2. Dann sank er auf 50%, als der Verkehrsfluss des ersten Verbindungswegs
auf 50% gesenkt wurde.
- 3. Anschließend
stiegt er um 20% auf 70% bei der Umleitung von 20% von St, d. h.
20% von 1/3, was bedeutet, dass etwa 7% des Gesamtflusses umgeleitet
wurden.
- 4. Dann wird der Verkehrsfluss um 2/3 von 30% erhöht, d. h.
20% auf insgesamt 90%, wenn verhindert wurde, dass 30% von St (10%
des Gesamtflusses) den Rest der Unterflüsse blockieren.
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Die
Maßnahme
von Punkt 4 kann dynamisch durch Ansammeln des Unterflusses St an
einem Platz erfolgen, wo er nicht andere Unterflüsse auf dem erörterten
Verbindungsweg und/oder auf stromaufwärts liegenden Verbindungswegen
blockiert. Die Maßnahme
kann auch durch Umleitung weiter stromaufwärts im Netz ergriffen werden.
Die erste Umleitung würde
z. B. Routensteuerung auf "lokaler" Ebene, und die andere
Routensteuerung auf der "Zwischen-" oder "oberen" Ebene entsprechen.
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Das
Endergebnis in dem obigen Beispiel wäre, dass eine mögliche Kapazitätssenkung
auf 50% auf einem ersten Verbindungsweg durch die Handhabung der
lokalen Routensteuerung vermieden werden würde: Zuerst durch Implizieren
einer Senkung von nur 10% des Verkehrsflusses auf stromaufwärts liegenden
Verbindungswegen, und dann durch eine umfassendere Routensteuerung,
die die letzten 10% des Verkehrsflusses auf das Netz verteilt. In
dem Beispiel wird dies ohne jegliche großen Auswirkungen für die Reisenden,
keine Staus und keine langen Fahrzeiten ausgeführt.
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Dies
steht in starkem Gegensatz zu der Alternative, nichts zu tun. Dann
würden
große
Teile der Netzverbindungswege eine reduzierte Kapazität von 50%
erhalten, wobei die Staus sowie die Fahrzeiten lang werden.
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Dieses
Ergebnis ist im heutigen Verkehr gewöhnlich. Menschen sprechen über Verkehrsinfarkt. Ein
Verkehrszusammenbruch während
Hauptverkehrszeiten kann schlichtweg zu leicht auftreten.
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Wie
aus dem Beispiel deutlich wird, können Staus sehr schnell anwachsen,
und es ist schwierig, das Problem zu beiseitigen, wenn es begonnen
hat. Wenn irgendein Teil des Netzes eine stark reduzierte Kapazität erhalten
hat, breiten sich die Staus einfach aus, und es ist nicht einfach,
die negative Entwicklung zu durchbrechen.
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Es
gibt strenge Anforderungen an Routensteuerverfahren, damit diese
wirksam sind, und um einen effektiven Verkehr in einem Netz aufrechterhalten
zu können.
Die Verfahren gemäß der Erfindung werden
teilweise präventiv,
d. h. der Entstehung schwieriger Verkehrsprobleme entgegenwirkend, und
teilweise wiederherstellend verwendet, d. h. sie lösen Probleme
und stellen den Verkehr in einem effektiveren Zustand wieder her.
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Eines
der oben dargestellten Probleme bestand darin, dass ein Unterfluss
die anderen Verkehrsflüsse
blockierte. Der Stau auf dem Verbindungsweg kann als Ansammlung
von Fahrzeugen angesehen werden, die darauf warten, den Verbindungsweg
durch den stromabwärts
liegenden Verbindungsweg zu verlassen. Der natürliche Stauzustand besteht
darin, dass ein hinteres Fahrzeug nicht an einem Fahrzeug davor
vorbeifahren kann. Die Fahrzeuge müssen den Verbindungsweg in
der Reihenfolge verlassen, in der sie den Verbindungsweg erreicht
haben. Im Bereich von Computern wird ein solcher Speicher als FIFO "first in first out" bezeichnet. Diese
Funktion impliziert die besagten negativen Konsequenzen, bei denen
die Reduzierung eines Unterflusses bezüglich einer ersten Route große Verkehrsflüsse auf
mehreren stromaufwärts
liegenden Verbindungswegen blockieren kann.
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Die
Erfindung umfasst Verfahren zum Handhaben des FIFO-Problems.
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Ein
Verfahren ist Routensteuerung auf einem ersten Verbindungsweg, bei
dem die Gefahr einer Blockierung besteht. Verkehr wird von dem "reduzierten Unterfluss" auf dem ersten Verbindungsweg
zu anderen Ausfahrtsverbindungswegen von dem stromabwärts liegenden
Knotenpunkt umgeleitet. Hierdurch wird die Ausfahrt aus dem ersten
Verbindungsweg erhöht.
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Ein
anderes Verfahren besteht darin, dass bereits stromaufwärts von
dem ersten Verbindungsweg Leitung des Unterflusses zu einer anderen
Route um den ersten Verbindungsweg herum erfolgt. Hierdurch wird
die Einfahrt des Unterflusses in den ersten Verbindungsweg reduziert.
Blockierung kann vermieden werden und dadurch wird auch die Ausfahrt
aus dem Verbindungsweg steigen.
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Die
FIFO-Ansammlung wird auch durch Einführung anderer Formen von Ansammelplätzen reduziert,
z. B. Ansammelstreifen für
ausgewählte
Unterflüsse,
was impliziert, dass ein Unterfluss nicht automatisch andere Verkehrsflüsse blockiert.
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Es
ist in der Erfindung enthalten, die Aufgaben bezüglich Echtzeit und Netzcharakteristiken
auszuführen.
Dies bedeutet, dass zu einem Zeitpunkt an einer Position in dem
Netz ergriffene Maßnahmen Auswirkungen
zu späteren
Zeitpunkten auf stromabwärts
liegende Positionen im Netz haben werden. Um zu vermeiden, dass
durch eine Maß nahme
Probleme im Verkehr verursacht werden, muss man die Auswirkungen
der Maßnahme
vorhersehen, nicht nur an dem Punkt, wo die Maßnahme realisiert wird, sondern
auch an anderen Positionen im Netz.
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In
der Erfindung wird die Schwierigkeit der oben aufgeführten Aufgaben
in einer konstruktiven Weise genutzt: Wenn das Entstehen eines Verkehrsproblems
an einer bestimmten Position vorhergesehen (vorhergesagt) wird,
werden die Möglichkeiten genutzt,
eine oder mehrere Maßnahmen
an anderen Position im Netz auszuführen. Und dies erfolgt solange
im Voraus, dass ausreichend Zeit für diese Maßnahmen vorhanden ist, um zu
arbeiten und an der Position Wirkung zu erzielen, wo ansonsten Probleme
auftreten würden.
In der Erfindung sind daher Verfahren enthalten, die den Verkehr
in dem Netz vorhersagen, und Verfahren, die Maßnahmen einschließen, von
denen Ergebnisse im Netz vorhergesagt werden, und es sind Verfahren
enthalten, die ein Problem mit möglichen
Maßnahmen
verknüpfen.
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Vorhersagen
implizieren Ungewissheiten. So ist es nicht möglich, 100% genau zu wissen,
wie sich der Verkehr entwickeln wird. Mit den erfindungsgemäßen Verfahren
ist es jedoch möglich,
Wahrscheinlichkeiten für
das Auftreten verschiedener Verkehrszustände einzuschätzen. Die
Erfindung enthält
Verfahren, die Ungewissheiten und Wahrscheinlichkeiten handhaben,
und Verkehrsspielräume
auf Verbindungswegen und Knotenpunkten des Netzes vorhersagen und
steuern. Diese Verfahren umfassen teilweise Routensteuerung als
Mittel zum Steuern von Verkehrsspielräumen, und ermöglichen
teilweise Routensteuerung durch Steuerung von Verkehrsspielräumen.
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Traditionelle
Verfahren, die Echtzeit und die Netzcharakteristiken des Verkehrs
nicht berücksichtigen
und daher die Ungewissheiten der Verkehrssteuerung vernachlässigen,
erscheinen angesichts der vorliegenden Erfindung recht naiv.
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Kenntnisprobleme in Transport
und Verkehr.
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In
der heutigen Verkehrssituation kennt und bestimmt der Fahrer seinen
Bestimmungsort und seine Route individuell. Hierbei berücksichtigt
er seine Kenntnisse über
die Verkehrsbedingungen. Diese Kenntnis ist gewöhnlich schwach und basiert
auf Erfahrungen der gewöhnlichen
Situation zu der Tageszeit auf denjenigen Routen, wo er gewöhnlich fährt. Wenn
er fährt,
sieht er nur die Autos nahe um ihn herum, und er weiß sehr wenig über Verkehrsbedingungen
weder in einer Entfernung vor ihm noch hinter ihm noch auf anderen
Straßen
des Netzes. Seine Möglichkeiten,
Staus, Unfallstellen, etc. auszuweichen und selbst eine effektive
Route zu finden, sind gering.
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Ein
Verkehrsleitsystem gemäß dem prinzipiellen
Entwurf in den oben genannten Patenten verfügt über gute Kenntnisse, wie der
Verkehr in dem Netz aussieht, kann die Verkehrsentwicklung vorhersagen
und Steuermaßnahmen
zum Aufrechterhalten guter Effizienz im Netz ausführen. Es
werden diese Kenntnisse darüber
berücksichtigt,
wie Verkehrsflüsse
auf den verschiedenen Verbindungswegen durch die Knotenpunkte verteilt
sind. Individuelles Handhaben von Fahrzeugen ist nicht eingeschlossen
(wenn keine entsprechende Zusatzfunktion eingeschlossen ist). Die
primäre
Aufgabe des Verkehrsleitsystems besteht nicht in der Leitung eines
einzelnen Fahrzeugs auf die beste Weise vom Ausgangspunkt zum Bestimmungsort
(Das oben genannte Lisb-Konzept war jedoch auf dieser letzten Funktion
aufgebaut).
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Einfach
gesagt, hat das Leitsystem die Kenntnisse über Verkehr, und die Kenntnisse über den
individuellen Transport (die Route) liegen im Fahrzeug vor (d. h.
beim Fahrer).
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Die
vorhergehend genannten Konzepte haben versucht, Informationen entweder
im Leitsystem oder dem Fahrzeug zu sammeln. Das oben genannte DRG-Konzept
wurde auf dem zentralen System aufgebaut, die Informationen über Verkehr
zum Fahrzeug zu übertragen,
und daher die "gesamten" Informationen im
Fahrzeug zu sammeln. Dann fand das Fahrzeug seinen eigenen Weg durch
das Netz. Das oben genannte Lisb-Konzept war auf dem zentralen System
aufgebaut, Informationen von den Fahrzeugen zu erhalten, und daher
die "gesamten" Informationen im
zentralen System zu sammeln. Dann wurde dem Fahrzeug sein Weg durch
das Netz übermittelt.
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Beide
dieser Konzepte bergen ihre wie oben beschriebenen Probleme.
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In
richtiger Weise verwendete vergrößerte Kenntnisse
liefern Vorteile, aus welchem Grund sie in die Erfindung eingeschlossen
werden, um die Grundverfahren mit Zusatzfunktionen zu erweitern,
welche die Fähigkeit
des Leitsystems, Verkehr zu leiten, verbessern können. Die hinzugefügten Funktionen
erfordern gewöhnlich
weitere Ressourcen und implizieren ferner größere Kosten. Im Folgenden sind
Beispiele für
zusätzliche
Funktionen angeführt,
die in unterschiedlichen Weise angewendet werden.
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Bei
Routensteuerung wie in dem Beispiel über Blockierung möchte man
einen bestimmten Teil des Verkehrs auf einem Verbindungsweg zu anderen Routen überführen. Dies
kann mit VMS "Variable Message
Sign" [Zeichen mit
variabler Mitteilung] erfolgen, das angepasste Mitteilungen unter
Verwendung von Symbolen und Texten geben kann, und wobei die Stärke des
Inhalts unterschiedlich starke Reaktionen impliziert. Das folgende
Beispiel betrifft den Inhalt, nicht den Ausdruck selbst:
Reduzierte
Durchfahrtsfähigkeit
(Richtung St). Empfehlung: Ri abbiegen.
Unfall (Richtung St).
Empfehlung: Ri abbiegen.
Richtung X. Wähle Straße Y.
Nummernschild: Endnummer
7, Le. Abbiegen:
Symbolische Karte zeigt die Route um den stromabwärts liegenden
Verbindungsweg.
Ampeln, grüne
Pfeile, dynamische Straßenschilder, Anweisung über Anhalten,
Fahren und die Richtung, etc.
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Mit
Navigationsgeräten,
Neq. ausgerüstete Fahrzeuge
können
dem Fahrer helfen, eine neue Route zu seinem Bestimmungsort auszuwählen, wenn
er wählt,
gemäß der gegebenen
Anweisung vom TMS abzubiegen.
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Fahrzeuge
können
auch Geräte
aufweisen, die TMS ihre nahe vorausliegenden Routen, ihre Gesamtroute
oder die Bestimmungsorte gemäß den folgenden
Beispielen zeigen (über
diese informieren):
Blinklichter an einer gegebenen Position
zeigen stromabwärts
liegende Richtung.
Auswahlen von Positionen in Spuren zeigen
Auswahl von stromabwärts
liegender Route an.
Symbolkarten, z. B. hinten, zeigen stromabwärts liegende
Route.
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Informationen
können
durch Funk oder lokalen Informationsabruf, etc. übertragen werden. Bestimmungsort
oder Teil der Route können
zum Leitsystem übertragen
werden. Die Kommunikation kann auch in zwei Richtungen erfolgen.
TMS überträgt Anweisungen über Routen
zu den Fahrzeugen. Ein Neq im Fahrzeug, das mit TMS kommunizieren
kann, ermöglicht
Austausch von Kenntnissen. Kommunikationsmedium kann z. B. Mobilfunk
darstellen.
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Die
erweiterten Kenntnisse in TMS über
lokale Bedingungen in Verbindung mit Problemen auf einem Verbindungsweg
können
für genauere
Vorhersagen und Steuerungen des Verkehrs einschließlich Routensteuerung
verwendet werden. Die Kenntnisse können Auswahl stromabwärts liegender
Verbindungswege in den nächstliegenden
Knotenpunkten für
Fahrzeuge auf einem Verbindungsweg betreffen, und Steuermöglichkeiten
können
sogar individuell gerichtete Anweisungen an das Neq des jeweiligen Fahrzeugs
einschließen.
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Routensteuerung
wird hier als ein Mittel für Verkehrssteuerung,
d.h. ein Verfahren für
TMS verwendet, einen effizienten Verkehr in dem Netz zu erreichen.
Sie sollte nicht mit Transportsteuerung verwechselt werden, bei
der die Routensteuerung die individuelle Steuerung oder Auswahl
einer Transportroute von Ausgangspunkt zu Bestimmungsort ist. TMS
verwendet Routensteuerung lokal für ausgewählte Teile des Netzes und ausgewählte Zeitspannen.
Wenn Routensteuerung aus irgendeinem Anlass zu individuellen Fahrzeugen
geleitet wird, ist dies zum Lösen
von Verkehrsproblemen bestimmt und betrifft einen bestimmten Teil,
den Problembereich des Netzes. TMS primäre Aufgabe ist der Verkehr,
nicht individueller Fahrzeugtransport und Routenauswahl von "Ausgangspunkt" zu "Bestimmungsort". Eine solche individuelle
Routensteuerung erfolgt allgemein im Fahrzeug und schließlich mit
Unterstützung
von einem Transportleitsystem.
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Ausnahmen
können
vorliegen, z. B. wenn Notfallfahrzeuge Informationen und möglichst
Anleitung von TMS basierend auf Verkehrsbedingungen über eine
geeignete Route erhalten, und wenn TMS auch den Verkehr in solcher
Weise steuern kann, dass die Durchfahrtsfähigkeit für das Notfallfahrzeug verbessert
wird (man schafft "freien
Platz" für es).
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Beispiel
für Ausführungsformen
basierend auf Zusatzgeräten,
Neq im Fahrzeug.
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Mit
Unterstützung
von technischen Werkzeugen kann eine Vielzahl von Variationen basierend
auf dem selben Hauptthema vorgenommen werden. Im Folgenden ist ein
darstellendes Beispiel angeführt.
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Das
Fahrzeug enthält
ein Navigationsgerät, Neq.,
das mit TMS in beiden Richtungen kommunizieren kann, mit TMS als
einer zentralen Einheit oder als einer Tochtereinheit, LTMS (Lokales
TMS).
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Der
Fahrer gibt seinen Bestimmungsort ein, wobei er möglichst
Präferenzen über die
Route einschließt,
z. B. durch zwei "via" Punkte (E4 und Sveav.)
Das Neq. weist bereits Grenzen auf oder kann diese durch TMS erhalten.
Das Neq. überträgt den Bestimmungsort
und die nächsten
beiden Übergänge von
Grenzen (d1 und d2). Position d1 kann die Zufahrtsstraße zu der
nächsten
größeren Verkehrsroute,
einer Autobahn zur Stadt darstellen. Position d2 kann die Ausfahrtsstraße von der
Autobahn und Eingangsstraße
zu einem Unterbereich in den Außenbezirken
der Stadt sein.
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TMS
erhält
Informationen von Sensoren an dem Netz und hat eingeschätzt, wie
der Verkehr ist und vorhergesagt, wie der Verkehr für verschiedene Zeitpunkte
sein wird. Zumindest für
empfindliche Teile des Netzes hat TMS Verkehrsspielräume berechnet.
Grenzwerte für
Verkehrsflüsse
z. B. an Autobahnzufahrten sind bestimmt worden. Grenzwerte können eine
maximale Grenze basierend auf bestimmten Voraussetzungen oder einen
Zielwert in bezug zu Zuteilungen darstellen. TMS kann dem Fahrzeug
antworten, z. B. gemäß dem Folgenden:
- – Wartezeit
etwa 5 Minuten // Es sind mehr Fahrzeuge als die Zuteilung vorhanden,
die Autobahnzufahrt anfordern (Routensteuerung auf der "lokalen" Ebene).
- – Hinterlassen
einer alternativen Route für
das Neq. //Es gibt gewöhnlich
großen
Bedarf an dieser Route. Wartezeit ist lang, und das Straßennetz
kann besser genutzt werden, wenn ein bestimmter Teil des Verkehrs
auf andere Teile des Netzes umverteilt werden kann (Routensteuerung auf
der "oberen" Ebene).
- – Ok.
// Es ist ok, loszufahren. Weitere Maßnahmen können bei Bedarf später entlang
der Route getroffen werden.
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Das
Fahrzeug fährt
entlang seiner Route. TMS hat einen Unfall auf einem ersten Verbindungsweg
ermittelt, der Unfall blockiert 50% der Verbindungswegkapazität. TMS hat
dynamisch den Verkehr auf stromaufwärts liegenden Verbindungswegen
bei Routen in Richtung auf den ersten Verbindungsweg reduziert.
Ein bestimmter Teil des Nahbereichsverkehrs ist umgeleitet worden
(Routensteuerung auf lokaler Ebene). Verkehrsspielräume sind klein
auf den am nächsten
liegenden alternativen Verbindungswegen, von denen einer in der
genannten Fahrzeugroute enthalten war. Von denjenigen Fahrzeugen,
die sich auf den kritischen Bereich zu bewegen, ist das besagte
Fahrzeug eines derjenigen, die am besten für Umleitung geeignet sind.
Bestimmungsortinformationen von den Fahrzeugen bilden die Hintergrundinformationen
für die
Entscheidungen. (Routensteuerung auf der Zwischenebene).
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Das
Zusatzgerät
in den Fahrzeugen impliziert, dass TMS weitere Informationen erhält, Ungewissheiten
reduzieren kann und mit kleineren Verkehrsspielräumen arbeiten kann. Das Neq.
bedeutet ferner eine Arbeitserleichterung für den Fahrer. Das Neq. hilft
ihm durch Empfangen von Routeninformationen von TMS, verwendet diese
zum Erzeugen einer neuen Route, präsentiert diese dem Fahrer,
und hilft dem Fahrer mit Informationen darüber, wann und wie er von der
Straße
zu einer anderen abbiegen soll. Diese Präsentation für den Fahrer kann so einfach erfolgen,
dass der Fahrer mehr Zeit zum Fahren erhält und sich auf den Verkehr
konzentrieren kann, anstatt seinen Weg durch Karten, Schilder, etc.
zu suchen.
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TMS
kann Routensteuerung auch durchführen,
wenn kein Neq. vorhanden ist oder keine Kommunikation in zwei Richtungen
möglich
ist oder beides fehlt. Die Kommunikation vom TMS kann unter Verwendung
von Schildern erfolgen. Das Fahrzeug kann Signale durch andere Steuermittel
wie z. B. durch Blinker geben. Der gemeinsame Faktor für die Routensteuerung
ist die Verwendung der erfundenen Verfahren, in denen enthalten
sind:
Berücksichtigung
der Ungewissheiten.
Steuerung von Verkehrsspielräumen.
Festlegen
von Grenzwerten z. B. in Form von Zuteilungen.
Verwendung von
stromaufwärts
erhaltenen Informationen für
Vorhersagen stromabwärts,
und stromabwärts
erhaltenen Informationen (einschließlich) Vorhersage für stromaufwärts zu ergreifende
Maßnahmen,
möglichst
in mehreren Schritten stromaufwärts.
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Kombinationen von Routensteuerung
und Ansammelsteuerung (Puffersteuerung).
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Verkehrsflusskapazitäten, Ansammelplätze, Spielräume und
Grenzwerte können
theoretisch bestimmt und der Reihe nach während Betrieb aktualisiert
werden. Messungen und Berechnungen von gemessenen Werten zeigen
die Kapazitätswerte
in der Praxis für
einen jeweiligen Verbindungsweg und Knotenpunkt, den Ansammelplatz
und die Spielräume, die
zum Handhaben verschiedener Operationsstufen benötigt werden. Statistische Daten
zeigen die Größen von
Abweichungen und ermöglichen
die Schätzung
von Wahrscheinlichkeiten für
interessante Ergebnisse.
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Die
Verwendung verschiedener Zusatzgeräte führt zu anderen Werten der genannten
Parameter. Sie ändert
jedoch nicht das Grundverfahren für Routensteuerung, einschließlich des
Verfahrens zur Schätzung
und Aktualisierung der Werte der genannten Parameter.
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Das
Verfahren mit Verkehrsspielräumen
und Grenzwerten, z. B. Zuteilungen, gestaltet auch die Betrachtung
von Übergangssituationen
einfacher. Um eine Vergrößerung der
Zuteilung für
einen Verbindungsweg zu erlauben, d. h. Einlassen eines größeren Verkehrsflusses
als seine alte Zuteilung, ist es erforderlich, dass der stromabwärts liegende
Engpass, z. B. der stromabwärts
liegende Knotenpunkt weniger belastet durch einen oder mehrere der
anderen einmündenden
Verbindungswege wäre,
wodurch deren Zuteilungen entsprechend geändert werden würden. Es
liegt eine Trägheit
in der dynamischen Zuteilungsverteilung vor, und beim Gebrauch von Verkehrsspielräumen wird
angenommen, dass Änderungen
im Verkehr nicht größer und
schneller sind, als Zeit zum Ergreifen von Maßnahmen benötigt wird, die die Anstiege
begrenzen und Überlastung
von Teilen des Netzes verhindern. Die Verkehrsdynamik wird auf einer
solchen Ebene gehalten, dass die Maßnahmendynamik innerhalb der
Zeitbeschränkung
liegen würde.
Einfach gesagt, wird die Routensteuerung gemäß der Erfindung zum Stabilisieren von
Verkehr auf einem hochwirksamen Niveau arbeiten. Diese Funktion
erscheint noch deutlicher durch das im Folgenden beschriebene Datenpaketnetz,
bei dem die Zeitkonstante zur Rückmeldung
von Ergebnissen offensichtlich länger
sein würde
als natürliche Übergänge von
Paketflussanstiegen im Netz, wenn das erfundene Verfahren nicht
die Anstiegsgeschwindigkeiten verlangsamen würde. Weitere Angaben in dem
entsprechenden Abschnitt.
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Bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung.
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren in einem Verkehrsleitsystem zur
Verkehrleitung in einem Straßennetz,
das aus Verbindungswegen und Knotenpunkten besteht, wo sich einzelne
Fahrzeuge in dem Netz gemäß der jeweiligen
Fahrzeugroute bewegen, und die Verkehrsleitung enthält Maßnahmen
zur Steuerung von Fahrzeugrouten, die die Tatsache ausnutzen, dass
es mehr als eine Route von einer gegebenen Position im Netz zu einem
gegebenen Bestimmungsort gibt. Charakteristiken sind: Grenzwerte
werden für
Verkehrsflüsse
ausgewählter
Verbindungswege und Knotenpunkte bestimmt, und stellen mindestens
einen der folgenden Punkte (k) und (l) dar:
- k.
maximal erlaubter Verkehrsfluss;
- l. Gegebene Zuteilung, wobei die Zuteilung dynamisch korrigiert
und neu zwischen Verbindungswegen verteilt werden kann;
und
dass Verkehrsspielräume
für ausgewählte Verbindungswege
und Knotenpunkte geschätzt werden,
die mindestens einen der folgenden Punkte (m), (n) und (o) darstellen:
- m. Differenz zwischen den Flusskapazitäten von jeweiligem Verbindungsweg
und Knotenpunkt und dem Grenzwert;
- n. Differenz zwischen den Flusskapazitäten von jeweiligem Verbindungsweg
und Knotenpunkt und ihren jeweiligen dynamischen Verkehrsflüssen;
- o. Differenz zwischen den Grenzwerten von jeweiligem Verbindungsweg
und Knotenpunkt und ihren jeweiligen dynamischen Verkehrsflüssen;
und
dass die Schätzung
von Verkehrsspielräumen
Flussspielräume
einschließt
und für
mindestens einen ausgewählten
Verbindungsweg die Schätzung
des dynamischen Ansammelspielraums Msi auf dem Verbindungsweg vorliegt,
d. h. die Differenz zwischen der Ansammelkapazität Si, und dem gebrauchten Platz,
Spi; und dass Steuerung von Verkehrsspielräumen Steuerung von Verkehrsflüssen auf
dem mindestens einen ausgewählten
Verbindungsweg einschließt,
wobei Msi und die dynamische Differenz zwischen den zeitabhängigen Zufahrten
und Ausfahrten von dem Verbindungsweg genutzt werden;
und dass
Messwerte über
Verkehrsflüsse
bei Betriebsbedingungen zum Aktualisieren einer Auswahl der Kapazitäts-, Spielraum-,
Grenz-, und Zuteilungswerte verwendet werden;
und dass Verkehrsleitung
Fahrzeugrouten mit koordinierten Maßnahmen steuert, die die Steuerung
von Verkehrsspielräumen
und Routensteuerung betreffen;
und dass Routensteuerung Steuerung
von Verkehr von einer ersten Route, wo die geschätzte Anforderung an Kapazität auf einem
jeglichen Teil der Route größer als
der gegebenen Grenzwert ist, d. h. der Ansammelspielraum wächst negativ, zu
mindestens einer von (a) und (b) im Folgenden einschließt:
a.
zu einer alternativen zweiten Route, wo die geschätzte Kapazitätsanforderung
niedriger als der gegebene Grenzwert ist, d. h. der Ansammelspielraum
positiv ist;
b. zu einer alternativen dritten Route, wo der
Verkehr als größer als
der Grenzwert eingeschätzt wird,
aber das Verkehrsproblem als weniger schwerwiegend als auf der ersten
Route eingeschätzt
wird;
und dass Engpässe
entlang einer oder mehrerer Routen identifiziert werden, wo ein
Engpass einen kleinen Ansammelspielraum aufweist, der auch kleiner
als der Ansammelspielraum der nächsten stromaufwärts liegenden
Verbindungswege und Knotenpunkte ist;
und dass für einen
gemessenen, berechneten und/oder vorhergesagten kleinen Anforderungsspielraum
an einem Engpass die Verkehrsleitung den Ansammelspielraum ausgewählter Verbindungswege
und Knotenpunkte auf mindestens einer alternativen Route mit stromaufwärts erfolgenden
Abweichungen von der ersten Route durch den Engpass schätzt, für eine kombinierte Steuerung
von mindestens zwei Verkehrsflüssen unter
Verwendung mindestens einer alternativen Route und Steuerung von
Verkehrsspielräumen auf
ausgewählten
Verbindungswegen der ersten Route und auf ausgewählten Verbindungswegen der
ausgewählten
alternativen Route;
und dass die Steuerung von Verkehrsspielräumen für mindestens
einen ausgewählten
Verbindungsweg die Steuerung von Verkehrsflüssen durch mindestens einer
der nachstehenden Stellen (c), (d) und (e) einschließt:
c.
stromaufwärts
liegender Knotenpunkt
d. mindestens ein Verbindungsweg stromaufwärts von
dem stromaufwärts
liegenden Knotenpunkt;
e. mindestens einen Knotenpunkt stromaufwärts von
dem stromaufwärts
liegenden Verbindungsweg;
und dass die Routensteuerung mindestens
eine der folgenden Ebenen (f), (g) und (h) in einer Hierarchie des
Netzes betrifft;
f. lokal, Vermeidung eines Engpasses, einschließlich eines
dynamisch durch einen Unfall erzeugten Engpasses;
g. die Zwischenebene,
die eine längere
Strecke der Verkehrsroute betrifft, welche eine Strecke von mindestens
vier Knotenpunkten oder einen Unterbereich des Netzes einschließt;
h.
die obere Ebene, die Routensteuerung zwischen größeren Verkehrsrouten und verschiedenen
Unterbereichen in dem Straßennetz
betrifft.
-
Mit
Kapazitätsanforderung
ist nicht gemeint, dass die Fahrzeuge tatsächliche eine Anfrage bezüglich Kapazität vorbringen,
sondern eine allgemeinere Bedeutung, dass TMS z. B. durch Vorhersage
von Verkehr feststellt, dass die vorhergesagten Verkehrsflüsse eine
bestimmte Größe aufweisen
würden,
die einer "Anforderung" entspricht. Diese
vorhergesagten Verkehrsflüsse
können
als größer als
eine Verbindungswegkapazität
oder ein Grenzwert durch TMS betrachtet werden, wodurch "der erwartete Ansammelspielraum" negativ sein würde, d.
h. die Verkehrsflüsse
würden "zu groß" sein, um in gegebenen
Grenzen gehalten werden zu können.
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Mit
Schätzen
eines Parameters ist eine Bestimmung oder eine Berechnung des Parameterwerts
gemeint. Die Schätzung
kann einen zukünftigen
Wert betreffen und eine Vorhersage sein. Die Schätzung kann auch einen aktuellen
oder historischen Wert betreffen, und die gleichen oder ähnliche Algorithmen
wie bei der Vorhersage können
verwendet werden. Hier hat Schätzung
implizit die Bedeutung, dass der Wert nicht direkt gemessen wurde
und sich von dem echten Wert unterscheiden kann. Bei einer Vorhersage
kann es z. B. später
möglich
sein, den echten Wert des Parameters wirklich zu messen, und dann
liegen uns zwei Werte über
das Parameter vor, die sich unterscheiden können. Die Erfindung umfasst,
Schätzungen
auszuführen
und Ungewissheiten zu behandeln. Mehrere Parameterwerte können mit
neuen gemessenen oder berechneten Werten von den neuen gemessenen
Werte verglichen werden. Dies kann während dem Systembetrieb und für unterschiedliche
Verkehrssituationen erfolgen. Dadurch können Parame terwerte für verschiedene Situationen
bestimmt und der Reihe nach aktualisiert werden. Es ist ferner möglich, Durchschnitte
und Variationen, z. B. Standardabweichungen von den Parameterwerten
zu bestimmen. Mittels statistischer Regeln und Korrelation können ferner
Wahrscheinlichkeiten für
Verkehrsparameter geschätzt
werden, die in verschiedene Wertintervalle fallen, z. B. die Wahrscheinlichkeit,
dass ein vorhergesagter Verkehrsflusswert in Wirklichkeit über 20%
größer wäre (Informationen über die
Grundlagen für
diese Technik sind in den genannten Patentdokumenten zu finden).
-
Die
Kenntnis über
die Ungewissheit der geschätzten
Werte wird in der Erfindung zum Bestimmen von Grenzwerten und Spielräumen verwendet. Wenn
die Wahrscheinlichkeit groß ist,
dass ein Verkehrsfluss 20% größer als
der vorhergesagte Wert ist, werden Verkehrsspielräume und
Grenzwerte in solcher Weise bestimmt, dass die Abweichung (Ungewissheit)
durch das Leitsystem gehandhabt werden kann. Routensteuerung ist
eine Maßnahme,
die zusammen mit der Steuerung von Verkehrsspielräumen eine
effiziente Verkehrssteuerung in einer durch Ungewissheiten gekennzeichneten
Umgebung ermöglicht.
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Das
oben Aufgeführte
kann in der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung gemäß einem
Verfahren exemplifiziert werden, bei dem eine erste Route zusammen
mit alternativen Routen für
die gesamte oder Teile der erste Route analysiert wird, um Teile
des Verkehrs von der ersten Route zu mindestens einer der alternativen
Routen umzuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass Routensteuerung
gemäß den folgenden
Schritten erfolgt, wobei Index i verschiedene Verbindungswege in
verschiedenen Schritten (a), (b) und (c) analysieren kann.
-
- a. der Fluss Ipi wird auf Verbindungsweg (Li)
mit Ansammelkapazität
Ci vorhersagt und eine Vorhersageungewissheit dlpi wird geschätzt.
- b. das Ansammeln von Fahrzeugen Spi wird für einen Verbindungsweg (Li)
mit einer Ansammelkapazität
von Si vorhergesagt, und eine Ungewissheit dSpi wird geschätzt.
- c. dynamische Verkehrsspielräume
Mi für
den Zufluss auf Verbindungsweg (i) bestehen aus einer Kombination
der Verkehrsspielräume
Mii, die von Ipi in bezug zu Ci geschätzt wird, und selektiv des Ansammelspielraums
Msi, der von Spi in bezug zu Si geschätzt wird.
- d. ein Engpass wird für
einen Knotenpunkt (Nb) und/oder Verbindungsweg (Lb) identifiziert,
wobei ein Engpass in dem Knotenpunkt Nb impliziert, dass mindestens
ein stromaufwärts
liegender Verbindungsweg Lb ein Engpass sein würde, und mindestens eine Route
durch den Engpass wird als eine erste Route (Rf) identifiziert,
die einen Engpass enthält.
- e. die vorhergehenden Schritte (a, b, c) werden für die Route
(Rf) mit dem Verbindungsweg Li, i=b und selektiv für stromaufwärts liegende
Verbindungswege (I = b – 1,
etc.) und für
mindestens eine alternative Route (Ra) durchgeführt, die von (Rf) an einem
Knotenpunkt (Na) stromaufwärts (Nb)
oder (Lb) abweicht, und mit dem Verbindungsweg Li, i = a + 1, und
selektiv stromabwärts liegenden
Verbindungswegen und Knotenpunkten (i = a + 2; etc.) durchgeführt.
- f. Entscheidung über
Maßnahme
(AR) für
Steuerung eines bestimmten Verkehrsflusses, wobei I (Ra, Rf) von
(Rf) bis (Ra) impliziert, dass I(Lb) sinkt und I (La + 1) einen
umgeleiteten Verkehrsfluss erhält.
- g. die Entscheidung im vorhergehenden Punkt (f) zielt auf eine
Verbesserung von Verkehr in dem Netz und ausgewählte Kriterien für die Entscheidung
sollten daher mindestens auf einer begrenzten Analyse von ausgewählten Verbindungswegen
und Knotenpunkten mit einem Ausmaß basieren, das mindestens
einer der folgenden Bedingungen g1 bis g4 entspricht;
g1. der
vorhergesagte Flussspielraum MI auf ausgewählten Verbindungswegen wird
auf Ra eingeschätzt,
um den umgeleiteten Verkehrsfluss I(Ra, Rf) während einer ausgewählten Zeitspanne
zu bewältigen;
g2.
die Verkehrsprobleme auf ausgewählten
Verbindungswegen von Ra und Rf werden nach Umleitung als weniger
als das Problem von Rf ohne Umleitung eingeschätzt;
g3. der vorhergesagte
Ansammelspielraum MS auf Ra wird zusammen mit Mi auf Ra geschätzt, um
den umgeleiteten Verkehrsfluss I(Ra, Rf) während einer auswählten Zeitspanne
zu handhaben;
g4. Ungewissheiten in Vorhersagen und Variationen
von Verkehrsflüssen
implizieren Ungewissheiten in Ergebnissen von Routensteuermaßnahmen
AR, und wenn das Ergebnis trotz der ausgewählten Kriterien für die Entscheidung
in Punkt (f) schlechter als eine gegebene Bedingung sein würde, wird
der folgende Schritt (h) ausgeführt werden;
- h. bei Ermittlung, Einschätzung
oder Vorhersage von Problemen mit Routensteuermaßnahmen (A), wird eine ausgewählte Analyse
des vorhergehend aufgeführten
Schritts (a, b, c) für
stromaufwärts
liegende Verbindungswege für
selektive Maßnahmen
(AL) für
stromaufwärts
durchgeführte
Flussbegrenzung bis zu dem Problembereich durchgeführt, wobei
AL selektiv die dynamischen Spielräume der Analyse bei der Realisierung
der Flussbegrenzung verwendet.
- i. Punkt (h) wird selektiv mit Korrekturen oder Hinzufügungen von
Routensteuermaßnahmen
AR kombiniert.
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Verteilung von TMS.
-
TMS
arbeitet auf verschiedenen hierarchischen Ebenen. TMS kann auch
verteilt über
das Netz arbeiten. Teile von TMS, LTMS, können Teilzuständigkeit
für einen
Teil des Netzes, z. B. einen Unterbereich, einen Korridor von Eingangsstraßen, oder
eine Autobahn mit ihren Anschlüssen
haben. LTMS kann auch physikalisch derart verteilt werden, dass
ein LTMS in Verbindung mit seinem Zuständigkeitsbereich positioniert
wird. (Für
ein Datenpaketnetz ist es praktisch mit einer physikalischen Verteilung
von LTMS auch auf individuelle Knotenpunkte, siehe nächster Abschnitt).
-
Zusätzlich zur
Steuerung von Verkehr in seinem Bereich, wird LTMS ferner Verkehr
in diesen Bereich hinein und aus ihm heraus handhaben. Ein Grundprinzip
besteht darin, nicht mehr Verkehr in den Bereich einzulassen, als
effizient bewältigt
werden kann. Verbindungen mit anderen Bereichen passieren Zuständigkeitsgrenzen.
Natürlich "will" ein erster Zuständigkeitsbereich,
dass sein "Ausgangsverkehr" in einen zweiten
Bereich in einem möglichst
großen Ausmaß eingelassen
wird. Eine Begrenzung des "Eingangsverkehrs" des zweiten Bereichs
impliziert automatisch eine Begrenzung des Ausgangsverkehrs des
ersten Bereichs. Der erste Bereich passt seine Verkehrssteuerung,
z. B. durch Ansammeln von Verkehr, Routensteuerung von Verkehr zu
anderen Ausfahrten oder Begrenzen des Eingangsverkehrs zu seinem
Bereich an. Wenn weniger Fahrzeuge den Bereich verlassen können, werden
weniger Fahrzeuge eingelassen, ansonsten werden leicht Staus und
Blockierung von Verbindungswegen in diesem Bereich erhalten. Ungewissheiten
von Verkehrseinschätzungen
werden durch Steuerung von Verkehrsspielräumen und Grenzwerten, z. B.
Zuteilungen berücksichtigt.
Der zweite Bereich kann dem ersten Bereich Zuteilungen für seine
Ausfahrten zum zweiten Bereich geben. Der erste Bereich überträgt vorhergesagte
Ausfahrtsflüsse
("Anforderungen" von Kapazität) zum zweiten
Bereich. Der zweite Bereich behandelt ankommende "angeforderte" Kapazitäten bei
Vorhersage und Steuerung seines Verkehrs und führt mögliche Umverteilung von Zufahrtszuteilungen durch,
welche dem ersten Bereich gemeldet werden, und so weiter. TMS steuert
die Zusammenarbeit der LTMS und wirkt durch Routensteuerung auf
der oberen Ebene zwischen verschiedenen Bereichen mit. (Dies ist
weiter in dem Abschnitt über
Paketnetze erörtert).
Auch wenn TMS nicht physikalisch in verschiedenen LTMS verteilt
ist, kann die Organisation der Steuerung in einer entspre chenden
Weise erfolgen. Das Prinzip, stromabwärts vorliegende Bedingungen
von stromaufwärts
erhaltenen Informationen vorherzusagen und stromaufwärts Rückmeldung
für Maßnahmen
geben, z. B. durch Zuteilungen, kann unabhängig von der TMS-Organisation erfolgen.
Die Netzdynamik von Verkehr impliziert, dass lokale Änderungen
in kurzen Zeitspannen und mit großen Dynamiken gehandhabt werden
können,
während
umfassendere Änderungen über größere Teile
des Netzes in längerfristigen
Perioden über
längere
Zeitspannen behandelt werden können.
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Steuerung
von Datenpaketen in einem Kommunikationsnetz
-
Steuerung
von Telekommunikation umfasste ursprünglich den Aufbau einer Gesamtverbindung von
einem Ausgangspunkt zum Bestimmungsort. Die Verbindung konnte aus
Zuweisung eigener physikalischer Kabel bestehen, auf denen Informationen übertragen
wurden. Die Technik ist weiterentwickelt worden. Mehrere Kanäle können das
selbe Kabel verwenden. Die Übertragungsgeschwindigkeit
ist erhöht
worden. Mit Fasern können
Geschwindigkeiten von Gbits/s erreicht werden. Dies bedeutet, dass
ein Informationspaket von 1 Millionen Datenbits weniger als ein
tausendstel einer Sekunde benötigt.
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Es
bedeutet ferner, dass das Verfahren zum Aufbauen und Schließen einer
völlig
eigenen Verbindung eine lange Zeit dauern würde. Paketnetze basieren auf
dem Konzept, dass jedes Datenpaket ein Adressfeld aufweist, das
Senden des Pakets in dem Netz entlang eines ausgewählten Verbindungswegs zu
seinem Knotenpunkt ermöglicht,
wo die Adresse gelesen werden kann und das Paket weiter auf einem Ausgangsverbindungsweg übertragen
wird und so weiter.
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Die
Gesamtroute des Pakets kann am Ausgangspunkt bestimmt werden, d.
h. die Route des Pakets wird in gleicher Weise bestimmt, als wenn
das Netz zuerst eine Verbindung für den gesamten Durchgang aufbaut.
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Wenn
jeder Ausgangspunkt das Paket auf der dichtesten Route zum Bestimmungsort überträgt, kann
es geschehen, dass zu viele Pakete zur gleichen Zeitspanne an einem
Knotenpunkt ankommen. Der Knotenpunkt hat keine Zeit, alle Pakete
weiter stromabwärts
zu verteilen. Es kann schmale Abschnitte, Engpässe in dem Netz geben, die
die Menge von Paketen begrenzen, welche übertragen werden können. Durch
häufige Übertragungen
von Informationen über
die Belastungen des Netzes zurück zum
Ausgangspunkt, kann der Ausgangspunkt Pakete zu anderen Routen übertragen,
wenn der Ausgangspunkt Informationen über die Überlastung einer Route erhält.
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Auf
gleiche Weise wie Routensteuerung von Fahrzeugen ist die Verkehrssteuerung
von Datenpaketen mit Ungewissheiten verknüpft. Es gibt eine Zeitverzögerung,
bevor der Ausgangspunkt Informationen über Probleme erhält. Was
ist in der Zwischenzeit geschehen? Wie verhalten sich die anderen
Ausgangspunkte, die Informationen über den selben und/oder andere
Engpässe
erhalten? Würden
die neu übertragenen
Pakete andere Teile des Netzes überlasten?
Würden
Probleme aufgrund der Auswahl neuer Routen noch anwachsen?
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Auf
gleiche Weise wie für
die Fahrzeuge haben die Pakete Kenntnis über ihre Adresse, aber keine
Kenntnis über
den Verkehr in dem Netz. Wenn Verkehr dicht ist, besteht ein Bedarf
an Kenntnis über den
Verkehr zum Steuern der Routen der Pakete. Es wird ein Verkehrsleitsystem
zum Steuern von Verkehr in einem Datenpaketnetz benötigt.
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Auf
gleiche Weise wie für
Fahrzeugsteuerung besteht ein Bedarf an Routensteuerung auf mehreren
Ebenen, lokal und weiterreichender. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit
der Datenpakete steigt die Wichtigkeit für das Leitsystem, an den Netzknotenpunkten
verteilte Funktionen aufzuweisen.
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Auch
hier sind die Echtzeit und Netzcharakteristiken wesentlich, und
die Fähigkeit,
Ungewissheiten in Vorhersagen und Maßnahmen zu berücksichtigen,
bestimmt die Fähigkeit
der Verkehrssteuerverfahren, positive Auswirkungen im Verkehr zu
erzeugen. Blo ckierungsprobleme bei FIFO-Speicherung von Paketen
verursacht entsprechende Konsequenzen wie beim Fahrzeugverkehr.
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Es
mag erscheinen, als wenn die Handhabung von Verkehr an den Knotenpunkten
die Verfahren von Paket- und Fahrzeugsteuerung unterschiedlich gestaltet.
Wir wollen einige Prinzipien untersuchen. Pakete kommen an dem Knotenpunkt
auf einer Zugangsverbindung an und warten darauf, dass sie an der
Reihe sind, zu passieren. Der Knotenpunkt entscheidet, wann, liest
die Paketadressen und überträgt die Pakete
auf den entsprechenden Ausgangsverbindungen. Fahrzeuge kommen an
einer Kreuzung (Knotenpunkt) auf einem Zufahrtsverbindungsweg an
und warten darauf, dass sie an der Reihe sind, zu passieren. Der
Knotenpunkt entscheidet, wann, und die Fahrer kennen ihre Ausfahrtsverbindungswege.
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Wenn
der Knotenpunkt und der Fahrer beide gleich wenig über den
zukünftigen
Verkehr stromabwärts
wissen, würde
ihre Routenauswahl äquivalent sein.
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Sensoren
und Trennungen der Spuren für verschiedene
Richtungen bieten einem Straßennetzknotenpunkt
auch Möglichkeiten
für Informationen über die
Auswahl der Ausfahrtsverbindungswege durch die Fahrzeuge.
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Dem
das Untersystem im Knotenpunkt enthaltenden Verkehrsleitsystem kann
Kenntnis über stromabwärts vorliegende
Verkehrsbedingungen in dem Netz übermittelt
werden, und es kann Maßnahmen
als Routensteuerung und Ansammlung an den Knotenpunkten ergreifen
bzw. Informationen stromaufwärts
anschließen,
möglichst
in mehreren Schritten, für
stromaufwärts
erfolgende Routensteuerung und Ansammlung.
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Natürlich besteht
ein großer
Unterschied in der relativen Informationsgeschwindigkeit zwischen den
verschiedenen Netzen. Informationen über Fahrzeugverkehr werden
in einem Tele- oder Datenkommunikationsnetz, z. B. einen Datenpaketnetz übertragen.
Hier bewegen sich Informationen sehr schnell, viel schneller als
die Geschwindigkeit, bei der sich Fahrzeuge auf einem Straßennetz
bewegen. Zeitaufwand zum Übertragen von
Informationen kann in bezug zur anderen charakteristischen Zeitdauer
im Straßennetz
vernachlässigt
werden. TMS kann beinahe "simultane" Informationen über Verkehr
von allen Teilen des Netzes aufweisen. Für das Datenkommunikationsnetz
werden die Verkehrsinformationen in dem gleichen (oder einem äquivalenten)
Netz übertragen.
Dies impliziert, dass sich die Verkehrsmeldungen bei der gleichen
Paketgeschwindigkeit wie die Datenpakete bewegen. TMS in einem Knotenpunkt
kann Informationen von aktuellem Interesse über sich selbst enthalten,
während
Informationen über
weiter entferntere Knotenpunkt der Reihe nach älter und älter werden. Knotenpunkte werden
der Reihe nach bezüglich
stromabwärts
liegender Knotenpunkte aktualisiert, indem die Knotenpunkte Informationspakete
stromaufwärts
senden. Ein Ausgangspunkt hat neue Informationen über seine nächsten Knotenpunkte,
während
Informationen älter für Knotenpunkte
näher zu
den Bestimmungsorten sind. Ein Ausgangspunkt benötigt eine Vorhersage über den
Verkehr im Netz, um die Möglichkeit
zu beurteilen, dass das Paket entlang der Route "weiter befördert werden könnte" wenn das Paket gesendet wird.
Ungewissheit sowie die Steuerverfahren sind die Entsprechenden wie
für den
Fahrzeugverkehr. Wenn ein Fahrzeug seinen "Ausgangspunkt" verlässt (startet), ist die Ungewissheit
auch größer darüber, wie
der Verkehr näher
zum Bestimmungsort sein würde,
wenn das Fahrzeuge dort sein wird. Verkehrssteuerung gemäß dem erfundenen
Verfahren ist auf mehreren Ebenen, lokal sowie weiterreichender
erforderlich.
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Der
Bedarf an Netzdiensten an einem oder mehreren Ausgangspunkten kann
plötzlich
auftreten, wenn mehrere Kunden gleichzeitig Transfers großer Datenvolumen
wünschen
(anfordern). Steuerung von Verkehrsspielräumen und Zuweisung von Zuteilungen
begrenzen die Möglichkeiten
der Ausgangspunkte, nichtgesteuerte große Datenvolumen in dem Netz
zu übertragen.
Plötzliche
Volumenänderungen könnten das
Netz sehr schnell überlasten,
und es erfordert Zeit, bevor Informationen über die Ergebnisse an entfernten
Knotenpunkten den Ausgangspunkt erreichen werden. In der Zwischenzeit
kann ausreichende Zeit zum Weitersenden weiterer großer Volumen
zum Netz vorhanden gewesen sein, wenn die erfindungsgemäßen Verfahren
nicht die Geschwindigkeitsanstiege auf zu bewältigende Höhen gesteuert haben.
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TMS,
welches die an Knotenpunkten (einschließlich Ausgangspunkten) ausgeführte Verkehrsleitung
bildet, leitet, was an welchen Stellen ausgeführt wird, gemäß den Verfahren
der Erfindung. Z. B. können
Informationspakete durch die Ausgangspunkte zu den Knotenpunkten
des Netzes übertragen
werden, die Informationen über
bekannte zukünftige
und erwartete, vorhergesagte Verkehrsvolumen enthalten. Knotenpunkte
können
ankommende "angeforderte" Kapazitäten zu neuen
Verkehrsvorhersagen zusammensetzen, möglichst Zuteilungen neu verteilen
und Reaktionen stromaufwärts
schicken. Knotenpunkte senden ferner Informationen weiter stromabwärts für Weiterbehandlung
an stromabwärts
liegenden Knotenpunkten. Die Grundcharakteristiken sind die Folgenden:
- – Vorhersagen
von Verkehrsflüssen "Anforderungs-" Informationen, laufen
stromabwärts
basierend auf Informationen an Knotenpunkten, z. B. von Ausgangspunkten.
- – Informationen über Begrenzungen,
Zuteilungen, z. B. basierend auf ermittelter Überlastung, laufen stromaufwärts.
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Der
Knotenpunkt erhält
ein Bild von Begrenzungen von stromabwärts vorhandenen Verkehrsflüssen und
stromaufwärts
vorliegenden Anforderungen. Der Knotenpunkt erfüllt gemäß TMS seinen Teil der Verkehrsleitung
mit Steuerung von Verkehrsspielräumen
und Routensteuerung, und leitet Informationen stromabwärts und
stromaufwärts
weiter.
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Die
Steuerung von Verkehrsspielräumen
berücksichtigt
das Ausmaß von
Ungewissheit geschätzter
Werte. Diese Steuerung führt
z. B. zu einer Stabilisierung von Verkehr, wenn das Netz stark belastet
ist. Große
schnelle Anforderungsanstiege erfahren eine begrenzte Eindringung.
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Das
Prinzip besteht darin, dass die Signaldynamik (Verkehr) im Netz
(einschließlich
der Eingangssignaldynamik) an die Steuerdynamik des Netzes (TMS)
angepasst wird.
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Natürlich gibt
es immer Risiken und Wahrscheinlichkeiten, dass Verkehrssteuerung
gemäß den erfundenen
Verfahren dennoch zu Verkehrszusammenbruch führen kann. Es ist sogar möglich, Steuerspielräume und
Grenzwerte auf solche Weise zu bestimmten, dass eine vorbestimmte
Wahrscheinlichkeit für
Zusammenbruch existiert. Wenn ein Zusammenbruch erfolgt, sind die
erfundenen Verfahren auch zum Beseitigen des Zusammenbruchs und Steuern
des Verkehrs geeignet, um zu einem effizienteren Verkehrszustand
zurückzukehren.
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Es
gibt offensichtliche Unterschiede in den Voraussetzungen zwischen
Datenpaketen und Fahrzeugen mit Fahrern, die außerhalb des Verfahrensbereichs
der Erfindung liegen. Wenn z. B. ein Problem mit einem Datenpaket
auftritt, "kann
das System es wegwerfen",
und der Ausgangspunkt kann ein neues Paket schicken. Menschen in
Systemen verursachen andere spezielle Anforderungen. Bei der Präsentation
von Informationen für
den Fahrer sollte man in der bestmöglichen Weise Ausführungen
auswählen,
die die Hauptaufmerksamkeit des Fahren wenig beeinträchtigen,
d. h. die Aufmerksamkeit bezüglich
des umgebenden Verkehrs. Informationen auf externen Schildern sollten
einfach, deutlich und schnell zu verstehen sein. Routensteuerinformationen
werden am sichersten in einer Situation übertragen, wenn das Fahrzeug "gelagert" ist, (still steht). Dann
können
selbst kompliziertere Informationen von externen Schildern übertragen
werden. Eine andere Art besteht darin, zuerst Informationen vom TMS
zu einem Gerät
im Fahrzeug zu übertragen.
Danach kann das Fahrzeuggerät
die Informationen in einer geeigneten Weise präsentieren, z. B. mit Hilfe von
Ton (Sprache), und dem Fahrer mehr Zeit geben, wann er die wiedergegebenen
Informationen sehen, hören,
studieren und möglicherweise
wiederholt haben möchte.
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Dennoch
können
unter Betrachtung der Routensteuerung und der Erfindung die gleichen
Grundverfahren für
Paket- und Fahrzeugsteuerung verwendet werden. Dies wird auch bei
detaillierterer Beschreibung der erfundenen Verfahren deutlich.
Es besteht Äquivalenz
gemäß dem Folgenden:
- – Verkehrsleitung
betrifft Datenpakete anstelle von Fahrzeugen,
- – das
Netz besteht aus einem Kommunikationsnetz anstelle eines Straßennetzes,
- – Verbindungswege
sind Kommunikationsverbindungswege anstelle von Straßenverbindungswegen,
- – die
Knotenpunkte bestehen aus Mitteln, die Datenpakete von Zugangsverbindungen
an eine jeweilige Ausgangsverbindung gemäß der jeweiligen Fahrzeugroute
verteilen, anstatt einen Verbindungsknotenpunkt für Straßenverbindungswege
darzustellen,
- – die
Mittel der Knotenpunkte können
mit großen Datenspeicherkapazitäten ausgerüstet werden, und
es kann eine solche Speicherkapazität in die Verbindungsspeicherkapazität Si eingeschlossen werden,
wie sie an dem Knotenpunkt vorliegt und statisch oder dynamisch
dem Datenfluss des Verbindungswegs zugewiesen wird.
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Die Äquivalenz
erscheint auch in dem folgenden Beispiel, das die: "bevorzugte Ausführungsform" betrifft und in
dem im obigen Abschnitt Fahrzeugsteuerung behandelt wird. Dort werden
die ersten vier Zeilen am Anfang des obigen Abschnitts zu dem Folgenden
geändert:
"Die Erfindung betrifft
ein Verfahren in einem Verkehrsleitsystem für Verkehrsleitung von Datenpaketen
in einem Kommunikationsnetz, das aus Verbindungswegen und Knotenpunkten
besteht, wobei die Knotenpunkte aus Mitteln bestehen, die Datenpakete von
Zugangsverbindungen an jeweilige Ausgangsverbindungen verteilen,
entsprechend der jeweiligen Datenpaketroute, und die Verkehrsleitung
Maßnahmen
zum Steuern von Datenpaketrouten umfasst, die nutzen, dass mehr
als eine Route von einer gegebenen Position im Netz zu einem gegebenen
Bestimmungsort vorliegt. Charakteristiken sind: "
Dann können die folgenden Charakteristiken
als Charakteristiken auch für
die Datenpaketanwendung identifiziert werden.
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Beispiele für ähnliche
Anwendungen.
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Im
obigen Text sind zwei Anwendungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens
detaillierter dargelegt worden, d. h. Straßenverkehr und Datenpaketkommunikation.
Es ist nun für
den Erfinder offensichtlich, dass die Erfindung auch für andere Netzverkehranwendungen,
z. B. Verkehr in Bahnnetzen, Luftnetzverkehr und Seenetzverkehr
verwendet werden kann. Daher sollten die Ansprüche entsprechend auch für solche
anderen Netzverkehrsanwendungen anwendbar sein.