EP0501193B1 - Verfahren für eine selbsttätige verkehrstechnische Koordinierung eines unabhängigen Knotenpunkt-Steuergeräts einer Strassenverkehrs-Lichtsignalanlage mit einem oder mehreren Nachbarknoten - Google Patents

Verfahren für eine selbsttätige verkehrstechnische Koordinierung eines unabhängigen Knotenpunkt-Steuergeräts einer Strassenverkehrs-Lichtsignalanlage mit einem oder mehreren Nachbarknoten Download PDF

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EP0501193B1
EP0501193B1 EP92101903A EP92101903A EP0501193B1 EP 0501193 B1 EP0501193 B1 EP 0501193B1 EP 92101903 A EP92101903 A EP 92101903A EP 92101903 A EP92101903 A EP 92101903A EP 0501193 B1 EP0501193 B1 EP 0501193B1
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cycle
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test
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Rolf Dr.-Ing. Böttger
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/07—Controlling traffic signals
    • G08G1/081—Plural intersections under common control

Definitions

  • the invention relates to a method for automatic traffic coordination according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for improving the control of an independent node, which automatically leads to a well-adapted operation of the light signal system.
  • the method according to the invention is used to systematically analyze the traffic flowing in from the neighboring node, which generally has a coordinated control, and to determine existing, cyclically occurring fluctuations in the traffic volume and to investigate the significance of these cycles using statistical methods.
  • the incoming traffic is recorded over a longer measurement period of, for example, several minutes in a narrow time grid with a very short interval, for example 5 seconds.
  • the number of vehicles per time interval is determined and saved. These measured values give a detailed description of the incoming traffic over this period, which is then examined for cyclical properties.
  • the measurement period under consideration is divided into test cycles with the same cycle time and the elementary measurement intervals are numbered from one within each test cycle.
  • the measured values with the same interval number are then added up within the test cycles, so that a cyclical mapping of the entire measurement period onto the selected test cycle is created, the mean value and variance of which are characteristic quantities for the cycle time under consideration of the test cycles.
  • the size of the variance represents a measure of the cyclical properties of the measured, inflowing traffic in relation to the considered cycle time of the test cycles.
  • the method according to the invention has the advantage that independent intersection devices can automatically carry out a coordinated control of the traffic signal system if a sufficiently significant cycle has been determined on the basis of the traffic measurement and evaluation of the vehicles approaching the nodes.
  • the detection of the vehicles and the determination of the traffic intensity is carried out continuously and the analysis is repeated at certain time intervals with the new measured values in order to detect any changes in the traffic intensity or the vehicle cycles and to be able to adapt the coordination accordingly.
  • the variance value of each test cycle is subjected to a compensation factor.
  • the reason for this is that the number of test cycles when dividing the fixed measurement period into test cycles essentially depends on the cycle time under consideration. Accordingly, the individual measured value sums in the mapping of the measurement period onto the respective test cycle consist of different numbers of summands: with large cycle times, few summands, with small cycle times, many. This also applies to the mean values: they are larger for small cycle times than for large ones, and the same applies to variances.
  • a compensation factor for the variance is therefore introduced, which is roughly inversely proportional to the mean values of the test cycle images for the different cycle times. The variance is thus assessed by normalizing the respective variance value to a fixed mean value that corresponds to a certain cycle time, e.g. 60 sec. Corresponds.
  • This method works very selectively with the described, relatively simple, statistical filter, as long as the intensity of the incoming traffic is uneven over one Cycle is distributed. So there must be fixed time ranges with high and low traffic intensity, which are repeated cyclically at equal time intervals in order to be able to recognize a vehicle cycle. This is usually the case with a traffic flow that leaves a signal-controlled intersection, unless turn-in and straight-ahead traffic are equally strong and merge into a single traffic flow, the intensity of which is then evenly distributed over a signal circulation. In this case, no vehicle cycle can then be recognized and a correspondingly coordinated control is also not necessary.
  • the traffic light system will then either carry out a traffic-dependent or a fixed-time control until a cyclical behavior is determined again on the basis of the constantly repeated analysis of the current traffic intensity.
  • the sum over the intervals 1, 11, 21, ..., 61 forms the first measuring point in FIG. 2 (for the interval 1 there).
  • a cycle time TZ of 50 sec this results in 10 time intervals.
  • the vehicle sums S determined per time interval are shown in FIG. (Mapping the measurement period to the test cycle).
  • An average value can then be calculated for this test cycle Zy.
  • the mean »here is 6.5.
  • the variance for this test cycle is determined, because the greater the variance, the better the test cycle matches the actual vehicle cycle.
  • the variance v is 2.72 for this exemplary embodiment.
  • cycle time TZ 90 sec
  • the vehicle sums for this test cycle Zy are shown in FIG. 4.
  • the mean value 3.667 was also determined and plotted.
  • the resulting variance v 5.765.
  • the variance v 1
  • the compensated variance v ′ also 1, because the compensated variance relates to the Test cycle with a cycle time of 60 sec.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Road Signs Or Road Markings (AREA)

Description

  • Verfahren für eine selbsttätige verkehrstechnische Koordinierung eines unabhängigen Knotenpunkt-Steuergeräts einer Straßenverkehrs-Lichtsignalanlage mit einem oder mehreren Nachbarknoten.
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für eine selbsttätige verkehrstechnische Koordinierung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • In den Außenbereichen von Städten, wo die koordinierte Steuerung des Straßennetzes aufhört und die unabhängigen Signalanlagen der Straßenbauämter in den Vororten beginnen, gibt es immer größere Probleme mit der Verkehrsabwicklung. Die fehlende Koordinierung und die meist unterschiedlichen Signalumläufe führen zu einem sehr unbefriedigenden Verkehrsablauf. Im allgemeinen stehen weder eine Funkuhr in den Geräten noch Leitungen für eine Abstimmung zur Verfügung, so daß eine Koordinierung nicht möglich ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verbesserung der Steuerung eines unabhängigen Knotens anzugeben, welche selbsttätig zu einem gut angepaßten Betrieb der Lichtsignalanlage führt.
  • Diese Aufgabe wird bei einem eingangs genannten Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Aus der hieraus gewonnenen und bewerteten Verkehrsintensität können periodische Erscheinungen mit bestimmter Zyklusdauer innerhalb des zufließenden Verkehrs erkannt werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch systematische Analyse der vom benachbarten Knoten, der im allgemeinen eine koordinierte Steuerung aufweist, zufließende Verkehr festgestellt und dabei vorhandene, zyklisch auftretende Schwankungen in der Verkehrsstärke ermittelt und die Signifikanz dieser Zyklen mit statistischen Methoden untersucht. Dabei wird der ankommende Verkehr über einen längeren Meßzeitraum von beispielsweise mehreren Minuten in einem engen Zeitraster mit einer sehr kurzen Intervalldauer, beispielsweise 5 Sekunden, erfaßt. Dabei wird die Anzahl der Fahrzeuge pro Zeitintervall ermittelt und abgespeichert. Aus diesen Meßwerten erhält man so eine detaillierte Beschreibung des ankommenden Verkehrs über diesen Zeitraum, der anschließend auf zyklische Eigenschaften untersucht wird.
  • Zu diesem Zweck wird der betrachtete Meßzeitraum in Testzyklen mit gleicher Zykluszeit eingeteilt und die Elementar-Meßintervalle innerhalb eines jeden Testzyklus' von eins beginnend durchnumeriert. Danach werden die Meßwerte mit gleicher Intervallnummer innerhalb der Testzyklen aufsummiert, so daß eine zyklische Abbildung des gesamten Meßzeitraumes auf den gewählten Testzyklus entsteht, deren Mittelwert und Varianz charakteristische Größen für die betrachtete Zykluszeit der Testzyklen sind. Die Größe der Varianz stellt ein Maß für die zyklischen Eigenschaften des gemessenen, zufließenden Verkehrs bezogen auf die betrachtete Zykluszeit der Testzyklen dar. Nacheinander werden systematisch derartige Testzyklen-Abbildungen für verschiedene Zykluszeiten untersucht und die jeweils zugehörigen Mittelwerte und Varianzen bestimmt, so daß man einen Überblick in Form einer Art Spektrum gewinnt, welche zyklischen Eigenschaften und mit welcher Ausprägung im ankommenden Verkehr vorhanden sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß unabhängige Straßenkreuzungsgeräte automatisch eine koordinierte Steuerung der Lichtsignalanlage durchführen können, wenn aufgrund der Verkehrsmessung und Auswertung der auf den Knoten zukommenden Fahrzeuge, ein hinreichend signifikanter Zyklus festgestellt wurde. Zweckmäßigerweise wird die Erfassung der Fahrzeuge und die Ermittlung der Verkehrsintensität laufend durchgeführt und die Analyse in bestimmten Zeitabständen mit den neuen Meßwerten wiederholt, um eventuelle Änderungen der Verkehrsintensität bzw. der Fahrzeugzyklen zu erkennen und dementsprechend die Koordinierung anpassen zu können.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung wird der Varianzwert jedes Testzyklus mit einem Kompensationsfaktor beaufschlagt. Dies hat seinen Grund darin, daß die Anzahl der Testzyklen bei der Einteilung des festen Meßzeitraums in Testzyklen wesentlich von der betrachteten Zykluszeit abhängt. Dementsprechend bestehen die einzelnen Meßwertsummen der Abbildung des Meßzeitraumes auf den jeweiligen Testzyklus aus unterschiedlich vielen Summanden: Bei großer Zykluszeit wenige Summanden, bei kleiner Zykluszeit viele. Dies überträgt sich auch auf die Mittelwerte: Sie sind bei kleinen Zykluszeiten größer als bei großen und dasselbe gilt auch für Varianzen. Um die Varianz-Größen für alle Zykluszeiten wirklich vergleichbar zu machen, führt man daher einen Kompensationsfaktor für die Varianz ein, der sich etwa umgekehrt proportional der Mittelwerte der Testzyklus-Abbildungen für die verschiedenen Zykluszeiten verhält. Die Varianz wird also bewertet, indem der jeweilige Varianzwert auf einen festen Mittelwert normiert wird, der einer bestimmten Zykluszeit, z.B. 60 sec., entspricht.
  • Dieses Verfahren arbeitet mit dem beschriebenen, verhältnismäßig einfachen, statistischen Filter sehr selektiv, solange die Intensität des zufließenden Verkehrs ungleichmäßig über einen Zyklus verteilt ist. Es müssen also feste Zeitbereiche mit großer und kleiner Verkehrsintensität gegeben sein, die sich zyklisch in gleichen Zeitabständen wiederholen, um einen Fahrzeugzyklus erkennen zu können. Dies ist in der Regel bei einem Verkehrsfluß der Fall, der eine signalgesteuerte Kreuzung verläßt, es sei denn, daß Einbieger- und Geradeausverkehr gleich stark sind und zu einem einzigen Verkehrsfluß verschmelzen, dessen Intensität dann gleichmäßig über einen Signalumlauf verteilt ist. In diesem Fall kann dann kein Fahrzeugzyklus erkannt werden und eine entsprechend koordinierte Steuerung ist auch nicht nötig. Die Lichtsignalanlage wird dann entweder eine verkehrsabhängige oder eine Festzeitsteuerung solange vornehmen, bis aufgrund der ständig wiederholten Analyse der laufenden Verkehrsintensität wieder ein zyklisches Verhalten ermittelt wird.
  • Anhand einer Zeichnung mit verschiedenen Diagrammen wird das erfindungsgemäße Verfahren kurz erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 Anzahl der Fahrzeuge pro Zeitintervall über den gesamten Meßzeitraum mit 7 Testzyklen zu je 50 sec,
    • Fig. 2 Fahrzeugsummen über diese 7 Testzyklen, Abbildung des Meßzeitraums auf den Testzyklus von 50 sec,
    • Fig. 3 Anzahl der Fahrzeuge pro Zeitintervall mit 4 Testzyklen zu je 90 sec,
    • Fig. 4 Fahrzeugsummen über diese 4 Testzyklen, Abbildung des Meßzeitraums auf den Testzyklus von 90 sec., und
    • Fig. 5 Fahrzeugsummen-Mittelwerte », -Varianzen v und kompensierte Varianzen v′ für Testzyklen mit unterschiedlichen Zykluszeiten.
  • In Fig. 1 ist die Anzahl z der gemessenen bzw. ermittelten Fahrzeuge pro Zeitintervall ti = 5 sec über den gesamten Meßzeitraum MZ = 6 min = 360 sec aufgetragen. Bei einem Meßzeitraum ME von 360 sec und einer Intervalldauer ti von 5 sec ergeben sich insgesamt 72 Intervalle. Dieses Diagramm zeigt einen bestimmten Fahrzeugzyklus, der nun nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus den erfaßten und gespeicherten Werten zu ermitteln ist. Dazu werden - wie oben beschrieben - Testzyklen mit verschiedenen Zykluszeiten, bei Fig.1 beispielsweise 50 sec, in der Fig.3 beispielsweise 90 sec, zugrunde gelegt, um das erfaßte Verkehrsgeschehen mathematisch zu analysieren. Bei einer Zykluszeit TZ = 50 sec ergeben sich für den Meßzeitraum ME = 360 sec 7 Zyklen. Die Anzahl der Fahrzeuge innerhalb eines jeweiligen Zyklus werden nun bezogen auf das Zeitintervall aufsummiert, z.B. die Summe über die Intervalle 1,11,21, ...,61 bildet in Fig.2 den ersten Meßpunkt (für das dortige Intervall 1). Für einen Zyklus mit einer Zykluszeit TZ von 50 sec ergibt das 10 Zeitintervalle. Die ermittelten Fahrzeugsummen S pro Zeitintervall sind in Fig.2 dargestellt. (Abbildung des Meßzeitraums auf den Testzyklus). Für diesen Testzyklus Zy läßt sich dann ein Mittelwert » errechnen. Der Mittelwert » beträgt hier 6,5. Um nun eine Aussage dahingehend zu treffen, ob der Testzyklus mit einem etwa vorhandenen Fahrzeugzyklus innerhalb der gespeicherten Meßwerte übereinstimmt, wird die Varianz für diesen Testzyklus ermittelt, denn je größer die Varianz wird, desto besser stimmt der Testzyklus mit dem tatsächlichen Fahrzeugzyklus überein. Die Varianz v beträgt für dieses Ausführungsbeispiel 2,72.
  • In den Fig.3 und 4 ist die Anzahl z der Fahrzeuge bzw. die Summen S der Fahrzeuge für einen weiteren Testzyklus Zy mit einer Zykluszeit TZ = 90 sec dargestellt. Bei der Zykluszeit TZ von 90 sec ergeben sich für den Meßzeitraum MZ = 360 sec 4 Testzyklen, wobei jeder Testzyklus 18 Zeitintervalle i umfaßt. Die Fahrzeugsummen für diesen Testzyklus Zy sind in Fig. 4 dargestellt. Ebenso wurde der Mittelwert » = 3,667 ermittelt und eingezeichnet. Die daraus resultierende Varianz v = 5,765.
  • In Fig. 5 sind von zehn verschiedenen Testzyklen mit unterschiedlichen Zykluszeiten TZ = 30 sec bis TZ = 120 sec, die Mittelwerte », die Varianzen v und die kompensierten Varianzen v′ eingezeichnet, so daß sich das dort ersichtliche Diagramm ergibt, wobei die Mittelwerte gewissermaßen Fahrzeugsummen S sind. Hier sieht man deutlich, daß mit der Varianz v schon eine Aussage bezüglich eines Zyklus zu erkennen ist. Diese Aussage wird jedoch zuverlässiger und wesentlich deutlicher sichtbar mit Hilfe der kompensierten Varianz v′. Bei einer Zykluszeit TZ von 50 sec ergibt sich ein Mittelwert » von 6,5, und eine Varianz v = 2,8, wie oben bereits gesagt.
  • Die dazugehörige kompensierte Varianz ist v′ = 2. Bei einem Testzyklus mit einer Zykluszeit von 60 sec ergibt sich ein Mittelwert » = 5,5, die Varianz v = 1 und die kompensierte Varianz v′ebenfalls 1, weil die kompensierte Varianz sich auf den Testzyklus mit einer Zykluszeit von 60 sec bezieht. Bei dem Testzyklus mit einer Zykluszeit von 90 sec zeigt sich nun sehr deutlich, daß ein Fahrzeugzyklus mit einer Zykluszeit von 90 sec vorhanden ist. Dabei betragen die Varianz v = 5,8 und die kompensierte Varianz v′ = 13. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine zuverlässige Aussage gemacht werden, ob ein Fahrzeugzyklus vorhanden ist und wenn ein Fahrzeugzyklus erkennbar ist, dessen Zyklusdauer.

Claims (3)

  1. Verfahren für eine selbsttätige verkehrstechnische Koordinierung eines unabhängigen Knotenpunkt-Steuergeräts einer Straßenverkehrs-Lichtsignalanlage mit einem oder mehreren Nachbarknoten, wobei der von dort zufließende Verkehr erfaßt und analysiert wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß für einen vorgebbaren Meßzeitraum (MZ) mit einer Vielzahl (I) von Zeitintervallen bestimter Intervalldauer (ti) die Anzahl (z) der Fahrzeuge pro Zeitintervall (i) ermittelt und gespeichert wird, daß der Meßzeitraum (MZ) in k Testzyklen (Zy) mit bestimmter, jeweils gleichlanger Zykluszeit (TZ) eingeteilt wird, daß eine Abbildung (Si) des gesamten Meßzeitraums (MZ) auf nur einen Testzyklus (Zy) mit der bestimmten Zykluszeit (TZ) vorgenommen wird, indem die Anzahl (z) der Fahrzeuge der jeweils gleichen Zeitintervalle (i) innerhalb der k vorhandenen Testzyklen aufsummiert:
    Figure imgb0001
     und gespeichert wird,
    daß für die Abbildung (Si) des Meßzeitraums (MZ) auf einen Testzyklus (Zy) mit der bestimmten Zykluszeit (TZ) der Mittelwert » und die Varianz v berechnet werden, wobei die Größe der Varianz ein Maß für Periodizität des zufließenden Verkehrs für diese Zykluszeit ist,
    daß solche Abbildungen und Berechnungen für eine Reihe von Testzyklen mit verschiedenen Zykluszeiten durchgeführt werden, wobei die Werte der Varianz ein Periodizitäten-Spektrum des erfaßten Verkehrs bilden,
    und daß aus diesem Spektrum bei Erreichen einer vorgegebenen Signifikanz ein Fahrzeugzyklus und dessen Zykluszeit zur koordinierten Steuerung der Signalanlage mit der entsprechenden Signalumlaufzeit festgestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß jeder Varianzwert (v) der verschiedenen Testzyklen (Zy) kompensiert wird, wobei der kompensierte Varianzwert (v′) mit einem Kompensationsfaktor beaufschlagt ist, der aus dem Verhältnis vom Mittelwert (»o) eines ganz bestimmten Testzyklus zu dem Mittelwert (») des jeweiligen Testzyklus (Zy) gebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung des Meßzeitraums (MZ) auf denjenigen Zyklus mit maximaler Varianz bzw. maximal kompensierter Varianz (Maximum des Spektrums) als gemessene Verteilung der ankommenden Verkehrsintensität in der festgestellten Signalumlaufzeit (Zykluszeit mit max. Varianz) dient, die dann für eine anschließende Versatzoptimierung verwendet wird.
EP92101903A 1991-02-26 1992-02-05 Verfahren für eine selbsttätige verkehrstechnische Koordinierung eines unabhängigen Knotenpunkt-Steuergeräts einer Strassenverkehrs-Lichtsignalanlage mit einem oder mehreren Nachbarknoten Expired - Lifetime EP0501193B1 (de)

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