EP1025557A1 - Verkehrsdatenerfassungssystem zur steuerung einer verkehrssignalanlage und verfahren zum betrieb eines verkehrsdatenerfassungssystems - Google Patents

Verkehrsdatenerfassungssystem zur steuerung einer verkehrssignalanlage und verfahren zum betrieb eines verkehrsdatenerfassungssystems

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EP1025557A1
EP1025557A1 EP98961044A EP98961044A EP1025557A1 EP 1025557 A1 EP1025557 A1 EP 1025557A1 EP 98961044 A EP98961044 A EP 98961044A EP 98961044 A EP98961044 A EP 98961044A EP 1025557 A1 EP1025557 A1 EP 1025557A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
traffic data
traffic
acquisition system
vehicle sensors
data acquisition
Prior art date
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Application number
EP98961044A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP1025557B1 (de
Inventor
Rudolf Schierjott
Reinhard Weiss
Gerhard Treffer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Application granted granted Critical
Publication of EP1025557B1 publication Critical patent/EP1025557B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • G08G1/08—Controlling traffic signals according to detected number or speed of vehicles
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/07—Controlling traffic signals

Definitions

  • Traffic data acquisition system for controlling a traffic signal system and method for operating a traffic data acquisition system
  • the invention relates to a traffic data acquisition system for controlling a traffic signal system with vehicle sensors according to the preamble of claim 1 and a method for operating a traffic data acquisition system according to the preamble of claim 6.
  • Vehicle sensors such as induction loops, are used to measure the traffic data and are arranged above all in the intersection area (junction), and both the power supply and the transmission of the measured traffic data to the control unit take place via lines.
  • EP 0 497 093 discloses a method and a device for detecting vehicles in road traffic for controlling a traffic signal system, the vehicle sensor being designed as a radar antenna arrangement with a associated radar detector is formed.
  • the respective vehicle speed and the distance to the vehicles are measured and processed at least for a certain road area, in order to thus gain the traffic volume in the monitored road section.
  • the exact knowledge of the traffic situation then allows precise control of the traffic signal system.
  • a road area is monitored up to about 100 meters from the location of the vehicle sensors, with the vehicle sensor also being attached to the mast of a light signal transmitter as a traffic signal system, for example, and being supplied with power by the control unit via lines and data transmission via lines to the control unit.
  • the measured values obtained are very imprecise due to an unfavorable perspective (shadowing from high vehicles).
  • an autonomously working vehicle sensor which uses passive infrared detectors for the detection of track-related data to speed, classify and count vehicles, with an energy supply device in the form of a solar cell and with a transmitting and receiving device in the form of a radio modem Is provided.
  • the data detected by the vehicle sensor are collected and transmitted on request or if necessary (for example in the case of a traffic jam detection) via the radio modem to a radio modem of a traffic control center by means of mobile radio.
  • This vehicle sensor is designed to transmit traffic data only for certain events, perhaps 10 to 100 times a day, and is not suitable for the continuous transmission of traffic data in real time, for example every 100 ms, due to the resulting excessive power consumption.
  • a traffic data acquisition system for controlling a traffic signal system of the type mentioned at the beginning with the characterizing features of patent claim 1 and a method for operating a traffic data acquisition system of the type mentioned at the beginning with the characterizing features of patent claim 6.
  • the power supply is provided by a solar power device, so that there are no line laying costs for the supply of energy.
  • a radio transmitter is provided on the vehicle sensor side, since a radio receiver that is always switched on requires too much current.
  • the solar power device comprises a solar cell, a battery and a charge controller, so that the battery is charged when the sun is shining and thereby also periods with little sun are bridged.
  • Passive infrared detectors as vehicle sensors are particularly energy-saving and reliable vehicle sensors and are therefore used with preference.
  • a transmitter-side control device is provided according to claim 5, in order to store currently detected traffic data.
  • the further preferred embodiment according to claim 6 is used for adjacent traffic data acquisition systems, wherein different frequency channels and / or codings are provided for the transmission from the radio transmitter to the radio receiver so that adjacent traffic data acquisition systems do not interfere.
  • a power saving is achieved in that only the traffic data changed compared to an earlier point in time is transmitted with only a short delay.
  • an increase in reliability is achieved in that the traffic data are repeatedly sent from the radio transmitter to the radio receiver to reduce errors.
  • a further improvement in reliability results from the fact that, in addition to the respectively updated traffic data, the last updated traffic data preceding them are also transmitted together.
  • the vehicle sensor identifying address is sent out so that the traffic data is assigned to the respective traffic signal system.
  • Infrared detectors are used as vehicle sensors because they are particularly energy-saving and reliable.
  • Inexpensive components can be used when using the DECT transmission method according to claim 14.
  • the DECT method enables secure and frequency-economical transmission technology.
  • Figure 1 is a schematic plan view of the traffic data acquisition system
  • Figure 2 shows a schematic structure of the vehicle sensor and the receiving device of the control unit.
  • FIG. 1 shows how two signal generators 2 of a traffic signal system 1 are connected to a control unit 3, the connection cables being arranged, for example, in a whip mast 4, to which the two signal generators 2 are also attached.
  • the two signal generators 2 regulate the traffic in a first lane 5 and a second lane 6 in the same direction of travel, which are separated by a median 7 from a third lane 8 and a fourth lane 9 in the opposite direction of travel.
  • a first detection area 11 which is monitored by a first vehicle sensor 12, and a second detection area 13, which is monitored by a second vehicle sensor 14.
  • the vehicle sensors 12, 14 detect the occupancy status of the assigned one
  • traffic data such as traffic jam lengths, time gaps, degrees of occupancy, traffic volumes or speeds are determined in vehicle sensors 12, 14 from the occupancy values.
  • the first vehicle sensor 12 and also the second vehicle sensor 14 are connected to a control device 15 on the transmission side and are jointly attached to a fastening device 10.
  • This fastening device 10 can be a mast, for example, which is set up next to the lanes 5, 6, 8, 9.
  • a solar power device 16 is used for the power supply, which is movably arranged on the fastening device 10 in such a way that it can be rotated in the horizontal plane in order to achieve a southward orientation.
  • the traffic data and / or the occupancy values are transmitted via a radio transmitter 17, which transmits its data via a transmitting antenna 20 to a receiving antenna 21 of a radio receiver 22, which is also attached to the whip mast 4, and its received traffic data to the control unit 3, for example via a Line connection, transmitted.
  • Inductive loop detectors or other high power consumption detectors which are used as vehicle or pedestrian sensors 12, 14 and already have a wired power supply, can also be equipped with radio transmitters 17 to transmit their data to the radio receiver 22.
  • the solar power device 16 comprises, as shown in Fig. 2, a solar cell 31 and a battery 33 and a charge controller 32.
  • the battery 33, the charge controller 32 and the radio transmitter 17 are installed in a weatherproof housing and allow the connection of several vehicle sensors 12,14 (for example four), which are usually mounted on the same mast as a fastening device 10 below.
  • the vehicle sensors 12, 14 enable a track-selective dimensioning without a whip mast due to the lateral mounting of the vehicle sensor at the detection location.
  • the radio transmitter 17 and the radio receiver 22 are shown in somewhat more detail in FIG.
  • the vehicle sensors 12 pass on messages via an input interface 23 to the control device 15 at the transmission end, in which the traffic data are processed and are passed on to the transmission antenna 20 via an RF transmitter module 24 with encoder 26.
  • Control device 15 as well as vehicle sensors 12, 14 take place via a solar power device 16, in which a solar cell 31 and a charge controller 32 and a battery 33 are provided.
  • the traffic data received by the receiving antenna 21 are forwarded via an RF receiver module 25 with a decoder 36 to a control device 26 at the receiving end, which transmits the data to the control unit 3 via an output interface 27 for further processing.
  • the radio receiver 22 is supplied with power via the control unit 3, which supplies a power supply unit 28 in the radio receiver 22 on the receiving side with power via a line.
  • the vehicle sensors 12, 14 are designed, for example, as passive infrared detectors. These infrared detectors are very inexpensive and have low power consumption.
  • so-called double sensors two adjacent sensor surfaces, polarized in opposite phases
  • They offer good stability and sensitivity.
  • the difference in the temperature radiation incident on both sensor halves generates the sensor voltage.
  • the optics represent a particular expense for passive infrared detectors.
  • a thin Fresnel lens is used, which also serves as a cover. The achievable range depends above all on the ability to bundle the optics, for large ones
  • the opening angle must be very small (e.g. 3 ° at 100 meters).
  • the passive infrared detector is mounted on the side next to the road at a height of 4 to 8 meters (or above the lane).
  • a vehicle sensor 12, 14 is used for each lane 5, 6, 8, 9. It supplies an occupancy value via the input interface 23 to the control device 15 on the transmission side.
  • a circuit is used which is dimensioned for extremely low power consumption and uses MOS circuits almost exclusively.
  • the power consumption of the entire vehicle sensor 12, 14 is thus only 2 mW during operation.
  • the radio transmitter 17 and the radio receiver 22 are implemented, for example, on the basis of commercially available 433 MHz small radio modules which can be operated without a license.
  • the RF transmitter module 24 is, for example, a transmitter with 10 mW high-frequency power and 16 adjustable frequency channels. Each traffic data acquisition system works on its own frequency.
  • the transmission antenna 20 is permanently attached to the HF transmission module 124 as a rod.
  • a microprocessor is used in the transmission-side control device 15, which flexibly implements all the functions required and is distinguished by a particularly low power consumption.
  • the microprocessor queries the inputs (vehicle sensor messages) for their occupancy values as traffic data at short intervals (approx. 150 ms). If a change in the occupancy values compared to the last query is detected, it initiates a radio transmission with the status of all inputs. An additional transmission takes place if no change has occurred over a longer period (approx. 1 minute).
  • the radio transmitter 17 is set to minimal power consumption.
  • the RF transmitter module 24 is only switched on during transmission.
  • the query grid is a compromise between the shortest possible distance in order to record even short pulses and not to delay them too much, and on the other hand to allow the longest possible pauses between the queries or transmissions in order to reduce the power consumption. In order to increase functional safety, everyone
  • Pulse width coding is used for transmission, which is favorable for low-interference radio transmission.
  • the encoder 34 is emulated by software.
  • the RF transmitter module 24 may work at a maximum of 4800 bps, which corresponds to a clock frequency of the encoder 34 of approximately 150 kHz. This results in a transmission time for a send word of approx. 34 ms (8 bit data, address and header). The method requires the word to be sent at least three times, so that the transmission time of a message is approximately 103 ms.
  • the settling time for the RF transmitter module 24 must also be taken into account (approx. 80 ms), which is only omitted in the case of a dense transmission sequence, since the RF transmitter module 24 is then not switched off in the meantime.
  • the number of word repetitions is increased, ie the radio receiver 22 has a higher chance of receiving a valid telegram through multiple checks.
  • this increases the transmission time by 34 ms per additional word, which means electricity consumption is increasing.
  • the delay in changing the occupancy values at the vehicle sensor 12, 14 to the receiver output is on average about 250 ms. All occupancy values longer than 150 ms are recorded.
  • CMOS technology is used to save electricity and the microprocessor is clocked at approx. 4 MHz. During the breaks, the microprocessor remains in IDLE mode. The inputs are only activated briefly. In addition to the frequencies around 433 MHz, frequencies around 868 MHz or other frequencies in so-called ISM (industry, scientific, medical) bands will also be used in the future. Instead of the microprocessor's IDLE mode, the processor's power-saving HALT mode can also be used, but an external timer must then ensure that the microprocessor is woken up.
  • a sensitive double super with attachable rod antenna is used as the receiving antenna 21 as the RF receiving module 25. 16 frequency channels can also be selected.
  • An external chip is used as decoder 36 in order to relieve the control of the complex code check (validity, address). The decoder 36 checks two consecutive words of the transmission for a match. If the check is successful, it transfers the data to the control device 26 at the receiving end. If multiple word repetitions are sent out, it is more likely to receive a successful check. If no match is found for any word pair, the message fails.
  • a second simple microprocessor is used as the control device 26 at the receiving end, which in particular enables the necessary error monitoring in a simple manner.
  • the redundancy of the received data word is used for this (the previous state is also included), with the help of which one may be lost previous message (change in occupancy) is subsequently reconstructed.
  • this (previous) state is output first and the current state approx. 200 ms later. This subsequent output delays the message by up to a few seconds (namely until the next change by another vehicle, maximum 60 s), but it does not entirely disappear, which is important for counting tasks, for example. If no valid telegram has been received for a long time (approx. 2 minutes), the transmission link is faulty and a corresponding message is passed on.
  • the second microprocessor is designed with low interference, which is important because of its high high-frequency sensitivity.
  • the outputs control potential-free relay contacts.
  • the receiving-side power supply device 28 is kept simple (for logic linear regulator to 5 V, relay directly) and protected against reverse polarity and overvoltage. An additional charging electrolyte also enables the use of rectified AC voltage from a low-voltage transformer.
  • a transmission according to the DECT method at 1.9 GHz can also be used, which results in cost savings through particularly inexpensive DECT components for the radio transmitter 17 and the radio receiver 22 and an improvement in transmission security (at the cost of power consumption).
  • a 5 watt or a 10 watt solar module is used as the solar cell 31, for example, which provides sufficient power at 12 V even on cloudy days.
  • a lead gel or fleece battery with 3.5 (6.5) Ah at 12 V is used as battery 33, which enables a bridging time of approximately 6 weeks.
  • the possible current output with a 5 watt solar module assuming a power output of 1% of the nominal output at 3.5 (6.5) Ah is approx. 7 (9) mA.
  • the supply current required for the radio transmitter 17 is dependent on the number of messages to be transmitted.
  • the duty cycle is 1: 9, ie the average power consumption is 1/9 of the static value. Assuming that the static current consumption of the circuit when transmitting is 50 mA and 2 mA during breaks, the average current consumption is approximately 7.5 mA. If only the single transmission with 3 words is used, the power consumption is reduced somewhat.
  • Operating voltage of the RF transmitter module 24 and the transmitter-side control device 15 is 5 V or 3.3 V.
  • a switching regulator 12 V / 5 V or 12 V is used / 3.3 V used with extremely low power consumption, which has about 80% efficiency.
  • the total current required from 12 V is approx. 5 mA.
  • the remaining available current (2 to 9 mA) can be used to supply the vehicle sensors 12, 14 or as a reserve for frequent transmission. If 40,000 occupancy values (i.e. 80,000 changes) are transferred daily instead of 20,000 occupancy values, the current consumption increases by approximately 2.5 mA. So that the battery 33 is not overcharged in periods with strong solar radiation, a charge controller 32 is used, the control characteristic of which is adapted to the ambient temperature.

Description

Beschreibung
Verkehrsdatenerfassungssystem zur Steuerung einer Verkehrssignalanläge und Verfahren zum Betrieb eines Verkehrsdatenerfassungssystems
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verkehrsdatenerfassungssystem zur Steuerung einer Verkehrssignalanlage mit Fahrzeugsensoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Verkehrsdatenerfassungssystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
Zur verkehrsabhängigen Steuerung von Verkehrssignalanlagen werden Verkehrsdaten aus der Umgebung der
Verkehrssignalanlagen an den Verkehrssignalanlagen zugeordnete Steuergeräte übermittelt. Zur Messung der Verkehrsdaten dienen Fahrzeugsensoren, wie beispielsweise Induktionsschleifen, die vor allem im Kreuzungsbereich (Knotenpunkt) angeordnet sind und wobei über Leitungen sowohl eine Stromversorgung als auch eine Übertragung der gemessenen Verkehrsdaten an das Steuergerät erfolgt . Die Leitungsverlegungskosten, besonders bei größeren Abständen zwischen Steuergerät und den Fahrzeugsensoren, sind jedoch erheblich.
Aufgrund der hohen Leitungsverlegungskosten werden zur Zeit kaum Fahrzeugsensoren eingesetzt, die weiter als 50 Meter vom Knotenpunkt entfernt angeordnet sind. Statt dessen werden an Peitschen oder Masten in der Nähe von Haltelinien der Verkehrssignalanlagen sogenannte Ferndetektoren für Bemessungsaufgaben montiert.
Aus EP 0 497 093 sind beispielsweise ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erfassung von Fahrzeugen im Straßenverkehr für die Steuerung einer Verkehrssignalanlage bekannt, wobei der Fahrzeugsensor als eine Radarantennenanordnung mit einem zugehörigen Radardetektor ausgebildet ist. Dabei wird zumindest für einen bestimmten Straßenbereich die jeweilige Fahrzeuggeschwindigkeit und die Entfernung zu den Fahrzeugen gemessen und weiterverarbeitet, um somit das Verkehrsaufkommen in dem überwachten Straßenabschnitt zu gewinnen. Die genaue Kenntnis des Verkehrsgeschehens erlaubt dann eine präzise Steuerung der Verkehrssignalanlage. Je nach Anordnung der Antennen wird dabei ein Straßenbereich bis zu etwa 100 Meter vom Ort der Fahrzeugsensoren entfernt überwacht, wobei der Fahrzeugsensor beispielsweise auch am Mast eines Lichtsignalgebers als Verkehrssignalanlage befestigt ist, und dabei vom Steuergerät über Leitungen mit Strom versorgt wird und über Leitungen die Datenübertragung zum Steuergerät erfolgt. Die gewonnenen Meßwerte sind jedoch aufgrund ungünstiger Perspektive (Abschattung durch hohe Fahrzeuge) sehr ungenau.
Aus DE-GM 297 01 998 ist ein autark arbeitender Fahrzeugsensor bekannt, der mit passiven Infrarotdetektoren zur Detektion von spurbezogenen Daten die Geschwindigkeit, Klassifizierung und Zählen von Fahrzeugen, mit einer Energieversorgungseinrichtung in Form einer Solarzelle und mit einer Sende- und Empfangseinrichtung in Form eines Funkmodems ausgestattet ist. Die vom Fahrzeugsensor detektierten Daten werden gesammelt und auf Anforderung oder bei Bedarf (beispielsweise bei einer Staudetektion) über das Funkmodem an ein Funkmodem einer Verkehrsleitzentrale mittels Mobilfunk übertragen. Dieser Fahrzeugsensor ist dafür ausgelegt, nur bei bestimmten Ereignissen, vielleicht 10 bis 100 mal pro Tag, Verkehrsdaten zu übermitteln und ist für die ständige Übertragung der Verkehrsdaten in Echtzeit, beispielsweise alle 100 ms, aufgrund des daraus resultierenden zu hohen Stromverbrauchs nicht geeignet.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein
Verkehrsdatenerfassungssystem sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Verkehrsdatenerfassungssystems anzugeben, welches zur Steuerung von VerkehrsSignalanlagen aktuelle Verkehrsdaten verwendet, die in einer größeren Entfernung als ca. 50 m von Verkehrssignalanlagen zuverlässig von Fahrzeugsensoren ermittelt werden, wobei die Fahrzeugsensoren ohne aufwendige und teure Leitungsverlegungsarbeiten installiert werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verkehrsdatenerfassungssystem zur Steuerung einer Verkehrssignalanlage der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Verkehrsdatenerfassungssystems der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 6.
Durch die Funkübertragung der Daten zwischen Fahrzeugsensor und Steuergerät treten keine Kosten für Leitungsverlegungsarbeiten für Datenleitungen auf . Die Übertragung der Verkehrsdaten mit geringer Verzögerungszeit gewährleistet einen ständig aktualsierte verkehrsabhängige Steuerung der Verkehrssignalanlage.
In der bevorzugten Ausgestaltung nach Patentanspruch 2 erfolgt die Stromversorgung durch eine Solarstromeinrichtung, wodurch auch für die Zuführung von Energie keine Leitungsverlegungskosten auftreten. Zur Stromersparnis ist dabei auf der Fahrzeugsensorseite nur ein Funksender vorgesehen, da ein ständig eingeschalteter Funkempfänger zu viel Strom benötigt.
In der bevorzugten Ausgestaltung nach Patentanspruch 3 umfaßt die Solarstromeinrichtung eine Solarzelle, eine Batterie und einen Laderegler, damit die Batterie bei Sonneneinstrahlung aufgeladen wird und dadurch auch sonnenarme Zeiten überbrückt werden. Passive Infrarotdetektoren als Fahrzeugsensoren gemäß Anspruch 4 sind besonders stromsparende und zuverlässige Fahrzeugsensoren und werden daher bevorzugt eingesetzt .
Damit das Steuergerät von aufwendigen Speichern entlastet wird, ist nach Patentanspruch 5 eine senderseitige Steuereinrichtung vorgesehen, um aktuell detektierte Verkehrsdaten abzuspeichern.
Für benachbart angeordnete Verkehrsdatenerfassungssysteme dient die weitere bevorzugte Ausgestaltung nach Patentanspruch 6, wobei unterschiedliche Frequenzkanäle und/oder Codierungen für die Übertragung vom Funksender zum Funkempfänger vorgesehen sind, damit sich benachbarte Verkehrsdatenerfassungssysteme nicht stören.
Besonders preisgünstige Komponenten nach dem DECT-Standard werden bei der vorteilhaften Ausgestaltung nach Patentanspruch 7 eingesetzt.
Beim Verfahren zum Betrieb eines
Verkehrsdatenerfassungssystems nach Patentanspruch 8 wird eine Stromersparnis dadurch erzielt, daß nur die gegenüber einem früheren Zeitpunkt veränderten Verkehrsdaten allerdings mit nur geringer Verzögerungszeit übertragen werden.
Weitere Stromeinsparungen ergeben sich in vorteilhafter Weise gemäß Anspruch 9 aus der zeitweisen Abschaltung des Funksenders, der nur während der Übertragung der Verkehrsdaten eingeschaltet ist.
Nach Patentanspruch 10 wird eine Erhöhung der Zuverlässigkeit dadurch erzielt, daß zur Fehlerreduzierung die Verkehrsdaten wiederholt vom Funksender an den Funkempfänger ausgesendet werden. Nach Patentanspruch 11 ergibt sich eine weitere Verbesserung der Zuverlässigkeit dadurch, daß zusätzlich zu den jeweils aktualisierten Verkehrsdaten auch die letzten zeitlich davorliegenden aktualisierten Verkehrsdaten gemeinsam ausgesendet werden.
Bei mehreren, benachbart angeordneten Verkehrsdatenerfassungssystemen wird in vorteilhafter Weiterführung nach Patentanspruch 12 zusammen mit den aktualisierten Verkehrsdaten eine den einzelnen
Fahrzeugsensor identifizierende Adresse ausgesendet, damit eine Zuordnung der Verkehrsdaten zur jeweiligen Verkehrssignalanlage erfolgt.
Nach Patentanspruch 13 werden bevorzugt passive
Infrarotdetektoren als Fahrzeugsensoren eingesetzt, da sie besonders stromsparend und zuverlässig sind.
Preisgünstige Komponenten können bei der Verwendung des DECT- Übertragungsverfahrens nach Patentanspruch 14 eingesetzt werden.Das DECT-Verf hren ermöglicht eine sichere und frequenzökonomische Übertragungstechnik.
In Ausführungsbeispielen wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
Figur 1 eine schematische Draufsicht auf das Verkehrsdatenerfassungssystem und
Figur 2 einen schematischen Aufbau des Fahrzeugsensors und der Empfangseinrichtung des Steuergerätes.
In Figur l ist dargestellt, wie zwei Signalgeber 2 einer Verkehrssignalanlage 1 mit einem Steuergerät 3 verbunden sind, wobei die Verbindungskabel beispielsweise in einem Peitschenmast 4, an dem auch die beiden Signalgeber 2 befestigt sind, angeordnet sind. Die beiden Signalgeber 2 regeln dabei den Verkehr auf einer ersten Fahrspur 5 und einer zweiten Fahrspur 6 in der gleichen Fahrtrichtung, die durch einen Mittelstreifen 7 von einer dritten Fahrspur 8 und einer vierten Fahrspur 9 in der entgegengesetzten Fahrtrichtung getrennt sind. In einer Entfernung L in Fahrtrichtung vor der Verkehrssignalanlage 1 befinden sich ein erster Detektionsbereich 11, der durch einen ersten Fahrzeugsensor 12 überwacht wird und ein zweiter Detektionsbereich 13, der durch einen zweiten Fahrzeugsensor 14 überwacht wird. Die Fahrzeugsensoren 12,14 detektieren dabei den Belegungszustand des zugeordneten
Detektionsbereiches 11,13 als Belegungswert. Aus den Belegungswerten werden in einigen Ausführungsformen in den Fahrzeugsensoren 12,14 Verkehrsdaten wie beispielsweise Staulängen, Zeitlücken, Belegungsgrade, Verkehrsstärken oder Geschwindigkeiten ermittelt. Der erste Fahrzeugsensor 12 wie auch der zweite Fahrzeugsensor 14 sind dabei mit einer sendeseitigen Steuereinrichtung 15 verbunden und sind gemeinsam an einer Befestigungsvorrichtung 10 angebracht. Diese Befestigungsvorrichtung 10 kann beispielsweise ein Mast sein, der neben den Fahrspuren 5,6,8,9 aufgestellt wird. Zur Stromversorgung dient eine Solarstromeinrichtung 16, die beweglich so an der Befestigungsvorrichtung 10 angeordnet ist, daß sie in horizontaler Ebene verdreht werden kann, um eine Ausrichtung nach Süden zu erreichen. Die Übertragung der Verkehrsdaten und/oder der Belegungswerte erfolgt über einen Funksender 17, der seine Daten über eine Sendeantenne 20 an eine Empfangsantenne 21 eines Funkempfängers 22 übermittelt, der ebenfalls am Peitschenmast 4 befestigt ist und seine empfangenen Verkehrsdaten an das Steuergerät 3 , beispielsweise über eine Leitungsverbindung, übermittelt.
Nicht dargestellte Induktivschleifen-Detektoren oder andereDetektoren mit hohem Stromverbrauch, die als Fahrzeugoder Fußgängersensoren 12 , 14 eingesetzt werden und bereits eine leitungsgebundene Stromversorgungbesitzen, können ebenfalls mit Funksendern 17ausgerüstet werden, damit sie ihre Daten an den Funkempfänger 22 übertragen. Die Solarstromeinrichtung 16 umfaßt dabei, wie in Fig. 2 dargestellt ist, eine Solarzelle 31 sowie eine Batterie 33 und einen Laderegler 32. Die Batterie 33, der Laderegler 32 und der Funksender 17 sind in einem wetterfesten Gehäuse eingebaut und erlauben den Anschluß von mehreren Fahrzeugsensoren 12,14 (zum Beispiel vier), die in der Regel am selben Mast als Befestigungsvorrichtung 10 darunter montiert sind. Die Fahrzeugsensoren 12,14 ermöglichen eine spurselektive Bemessung ohne einen Peitschenmast durch die seitliche Montage des Fahrzeugsensors am Erfassungsort. Sie lassen sich typischerweise verwenden für Fernanforderungen für Alles-Rotanlagen (40 bis 80 Meter vor der Haltelinie) , für Voranforderung für den öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) , beispielsweise 100 bis 350 Meter vor der Haltlinie, und zur Rückstauerkennung vor der Haitiinie (80 Meter vor der Haltlinie) .
In Figur 2 sind der Funksender 17 und der Funkempfänger 22 noch etwas detaillierter dargestellt. Die Fahrzeugsensoren 12 geben Meldungen über eine Eingangsschnittstelle 23 an die sendeseitige Steuereinrichtung 15 weiter, in der die Verkehrsdaten aufbereitet werden und über ein HF-Sendermodul 24 mit Encoder 26 an die Sendeantenne 20 weitergegeben werden. Die Stromversorgung der sendeseitigen
Steuereinrichtung 15 wie auch der Fahrzeugsensoren 12,14 erfolgt dabei über eine Solarstromeinrichtung 16, in der eine Solarzelle 31 sowie ein Laderegler 32 und eine Batterie 33 vorgesehen sind. Die von der Empfangsantenne 21 empfangenen Verkehrsdaten werden über ein HF-Empfängermodul 25 mit einem Decoder 36 an eine empfangsseitige Steuereinrichtung 26 weitergeleitet, die die Daten zur Weiterverarbeitung über eine Ausgangsschnittstelle 27 an das Steuergerät 3 übermittelt . Die Stromversorgung des Funkempfängers 22 erfolgt dabei über das Steuergerät 3, welches eine empfangsseitige Stromversorgungseinheit 28 im Funkempfänger 22 über eine Leitung mit Strom versorgt. Die Fahrzeugsensoren 12, 14 sind dabei beispielsweise als Passiv-Infrarot-Detektoren ausgebildet. Diese Infrarot- Detektoren sind sehr preiswert und haben nur einen geringen Leistungsverbrauch. Dabei werden beispielsweise sogenannte Doppelsensoren (zwei nebeneinanderliegende Sensorflächen, gegenphasig gepolt), ie sie bei einfachen Bewegungsmeldern verwendet werden, benutzt. Sie bieten eine gute Stabilität und Empfindlichkeit. Die Differenz der auf beide Sensorhälften einfallenden Temperaturstrahlung erzeugt die Sensorspannung. Einen besonderen Aufwand bei passiven Infrarot-Detektoren stellt die Optik dar. Vorteilhafterweise wird eine dünne Fresnel-Linse verwendet, die gleichzeitig als Abdeckung dient. Die erzielbare Reichweite hängt vor allem von der Bündelungsfähigkeit der Optik ab, für große
Entfernungen muß der Öffnungswinkel sehr klein sein (z.B. 3° bei 100 Metern) . Der Passiv-Infrarot-Detektor wird seitlich neben der Straße in 4 bis 8 Meter Höhe montiert (oder über der Fahrspur) . Je Fahrspur 5,6,8,9 wird ein Fahrzeugsensor 12,14 benutzt. Er liefert einen Belegungswert über die Eingangsschnittstelle 23 an die sendeseitige Steuereinrichtung 15. Um den Stromverbrauch niedrig zu halten, wird eine auf extrem niedrige Leistungsaufnahme dimensionierte Schaltung verwendet, die fast ausschließlich MOS-Schaltkreise benutzt. Die Leistungsaufnahme des gesamten Fahrzeugsensors 12,14 beträgt dadurch im Betrieb nur 2 mW. Der Funksender 17 und der Funkempfänger 22 sind beispielsweise auf der Basis von käuflichen 433 MHz Kleinfunkmodulen realisiert, die lizenzfrei betreibbar sind. Beim HF-Sendemodul 24 handelt es sich beispielsweise um einen Sender mit 10 mW Hochfrequenzleistung und 16 einstellbaren Frequenzkanälen. Jedes Verkehrsdatenerfassungssystem arbeitet auf einer eigenen Frequenz. Die Sendeantenne 20 ist als Stab fest an das HF-Sendemodul 124 angebaut. In der sendeseitigen Steuereinrichtung 15 wird ein Mikroprozessor eingesetzt, der flexibel alle benötigten Funktionen realisiert und sich durch eine besonders geringe Stromaufnahme auszeichnet. Der Mikroprozessor fragt in kurzen Abständen (ca. 150 ms) die Eingänge (Fahrzeugsensormeldungen) auf ihre Belegungswerte als Verkehrsdaten ab. Wenn eine Änderung der Belegungswerte gegenüber der letzten Abfrage festgestellt wird, veranlaßt er eine Funkübertragung mit dem Zustand aller Eingänge. Eine zusätzliche Übertragung erfolgt, wenn über längere Zeit (ca. 1 Minute) keine Änderung aufgetreten ist. Zwischenzeitlich wird der Funksender 17 auf minimalsten Stromverbrauch gestellt. Das HF-Sendermodul 24 wird nur während der Aussendung eingeschaltet. Das Abfrageraster ist ein Kompromiß zwischen möglichst kurzem Abstand, um auch kurze Pulse zu erfassen und nicht zu sehr zu verzögern, und andererseits möglichst lange Pausen zwischen den Abfragen bzw. Aussendungen zu ermöglichen, um den Stromverbrauch zu senken. Zur Erhöhung der Funktionssicherheit wird bei jeder
Aussendung neben dem aktuellen Zustand der Eingänge (4 Bit) auch zusätzlich der alte (bisherige) Zustand noch einmal mit übertragen, damit möglichst kein Wechsel verlorengeht. Das ergibt einen Datenumfang von 2 x 4 = 8 Bit. Zur Übertragung wird eine Pulsbreitencodierung verwendet, die günstig für eine störungsarme Funkübertragung ist. Der Encoder 34 wird durch Software emuliert. Das HF-Sendermodul 24 darf mit maximal 4800 Bit/s arbeiten, was einer Taktfrequenz des Encoders 34 von etwa 150 kHz entspricht. Daraus ergibt sich als Übertragungsdauer für ein Sendewort ca. 34 ms (8 Bit Daten, Adresse und Header) . Das Verfahren verlangt die Aussendung des Wortes mindestens dreimal, so daß die Übertragungszeit einer Meldung ca. 103 ms beträgt. Für jede neue Aussendung ist noch die Einschwingzeit für das HF- Sendermodul 24 zu berücksichtigen ( ca. 80 ms) , die nur bei dichter Sendefolge entfällt, da dann das HF-Sendemodul 24 zwischenzeitlich nicht ausgeschaltet wird. Zur Erhöhung der Übertragungssicherheit wird die Anzahl der Wortwiederholungen erhöht, d.h. der Funkempfänger 22 hat durch Mehrfachprüfung eine höhere Chance, ein gültiges Telegramm zu erhalten. Allerdings erhöht sich dadurch die Übertragungsdauer entsprechend um jeweils 34 ms je zusätzlichem Wort, wodurch der Stromverbrauch steigt. Bei störungsfreier Übertragung beträgt die Verzögerung eines Wechsels der Belegungswerte am Fahrzeugsensor 12,14 bis zum Empfängerausgang im Mittel etwa 250 ms. Alle Belegungswerte länger als 150 ms werden erfaßt. Neben der Frequenzkanalwahl ist auch eine 4 Bit-Adresse einstellbar, wodurch Fehlauslösungen durch Überreichweiten benachbarter Verkehrsdatenerfassungssysteme verhindert werden. Zur Stromeinsparung wird CMOS-Technik eingesetzt und der Mikroprozessor wird mit ca. 4 MHz getaktet. In den Ruhepausen verbleibt der Mikroprozessor im IDLE-Mode. Die Eingänge werden nur kurzzeitig aktiviert. Außer den Frequenzen um 433 MHz werden in Zukunft auch Frequenzen um 868 Mhz oder weitere Frequenzen in sogenannten ISM(industry, scientific, medical) -Bändern eingesetzt werden. Anstatt des IDLE-Modes des Mikroprozessors kann auch der stromsparende HALT-Mode des Prozessors verwendet werden, allerdings muß dann ein externer Timer das Aufwecken des Mikroprozessors gewährleisten.
Als HF-Empfangsmodul 25 wird ein empfindlicher Doppelsuper mit anbaubarer Stabantenne als Empfangsantenne 21 verwendet. Es sind ebenfalls 16 Frequenzkanäle wählbar. Als Decoder 36 wird ein externer Chip verwendet, um die Steuerung von der aufwendigen Codeüberprüfung (Gültigkeit, Adresse) zu entlasten. Der Decoder 36 überprüft zwei aufeinanderfolgende Worte der Aussendung auf Übereinstimmung. Bei erfolgreicher Überprüfung, übergibt er die Daten an die empfangsseitige Steuereinrichtung 26. Bei Aussendung mehrfacher Wortwiederholungen ist die Wahrscheinlichkeit höher, eine erfolgreiche Überprüfung zu erhalten. Wenn bei keinem Wortpaar eine Übereinstimmung gefunden wird, fällt die Meldung aus. Als empfangsseitige Steuereinrichtung 26 wird ein zweiter einfacher Mikroprozessor verwendet, der insbesondere auf einfache Weise die notwendige Fehlerüberwachung ermöglicht. Dazu wird die Redundanz des empfangenen Datenwortes genutzt (der vorherige Zustand ist zusätzlich enthalten) , mit dessen Hilfe eine möglicherweise verlorengegangene vorherige Meldung (Belegungsänderung) nachträglich rekonstruiert wird. Dazu wird zunächst dieser (vorherige) Zustand ausgegeben und ca. 200 ms später der aktuelle Zustand. Durch diese nachträgliche Ausgabe wird die Meldung zwar bis zu einigen Sekunden verzögert (nämlich bis zur nächsten Änderung durch ein weiteres Fahrzeug, maximal 60 s) , aber sie entfällt dadurch nicht ganz, was zum Beispiel für Zählaufgaben wichtig ist. Wenn längere Zeit (ca. 2 Minuten) kein gültiges Telegramm erhalten wurde, ist die Ubertragungsstrecke gestört, und es wird eine entsprechende Meldung weitergegeben. Der zweite Mikroprozessor ist dabei störarm ausgelegt, was wegen einer hohen Hochfrequenz- Empfindlichkeit wichtig ist. Die Ausgänge steuern potentialfreie Relaiskontakte. Die empfangsseitige Stromversorgungseinrichtung 28 ist einfach gehalten (für Logik Linearregler auf 5 V, Relais direkt) und gegen Verpolung und Überspannung geschützt. Ein zusätzlicher Ladeelko ermöglicht auch die Verwendung von gleichgerichteter WechselSpannung aus einem Niederspannungs-Transformator.
Auch eine Übertragung nach dem DECT-Verfahren bei 1,9 GHz kann eingesetzt werden, dabei ergeben sich Kosteneinsparungen durch besonders preisgünstige DECT-Komponenten für den Funksender 17 und den Funkempfänger 22 und eine Verbesserung der Ubertragungssicherheit (auf Kosten des Stromverbrauchs) .
Als Solarzelle 31 wird beispielsweise ein 5 Watt oder ein 10 Watt Solarmodul verwendet, das bei 12 V auch bei trüben Tagen eine ausreichende Leistung liefert.
Als Batterie 33 wird ein Blei-Gel oder Vlies-Akku mit 3,5 (6,5) Ah bei 12 V verwendet, der eine Überbrückungszeit von etwa 6 Wochen ermöglicht. Unter Berücksichtigung ungünstiger Sonneneinstrahlung beträgt die mögliche Stromabgabe bei einem 5 Watt Solarmodul unter der Annahme einer Leistungsabgabe von 1 % der Nennleistung bei 3,5 (6,5) Ah ca. 7 (9) mA. Der benötigte Versorgungsstrom des Funksenders 17 ist abhängig von der Anzahl der zu übertragenden Meldungen. Bei täglich durchschnittlich 20 000 Belegungen an den Eingängen, d.h. 40 000 übertragenen Änderungen, und ca. 240 ms je Telegramm, ergibt sich ein Einschaltverhältnis von 1:9, d.h. der mittlere Stromverbrauch beträgt 1/9 des statischen Werts. Unter der Annahme, daß der statische Stromverbrauch der Schaltung beim Senden 50 mA, in den Pausen 2 mA beträgt, ergibt sich ein mittlerer Stromverbrauch von ca. 7,5 mA. Wird nur die Einfach-Übertragung mit 3 Worten verwendet, erniedrigt sich der Stromverbrauch noch etwas. Die
Betriebsspannung des HF-Sendermoduls 24 und der sendeseitigen Steuereinrichtung 15 beträgt 5 V oder 3,3 V. Um den zu liefernden Strom aus der Solarstromeinrichtung 16 zu reduzieren und keine unnötigen Verluste zu erzeugen, wird ein Schaltregler 12 V/5 V bzw. 12 V/ 3,3 V mit extrem niedrigem Stromverbrauch verwendet, der ca. 80 % Wirkungsgrad hat. Dadurch beträgt der insgesamt benötigte Strom aus 12 V ca. 5 mA. Der restliche zur Verfügung stehende Strom (2 bis 9 mA) kann für die Speisung der Fahrzeugsensoren 12 , 14 verwendet werden bzw. als Reserve für häufige Übertragung. Wenn 40 000 Belegungswerte (d.h. 80 000 Änderungen) täglich statt 20 000 Belegungswerten übertragen werden, erhöht sich die Stromaufnahme um etwa 2,5 mA. Damit die Batterie 33 in Perioden mit starker Sonneneinstrahlung nicht überladen wird, wird ein Laderegler 32 benutzt, dessen Regelcharakteristik an die Umgebungstemperatur angepaßt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verkehrsdatenerfassungssystem zur Steuerung einer Verkehrssignalanlage (1) mit Fahrzeugsensoren (12,14), die Belegungswerte in den Fahrzeugsensoren (12,14) zugeordneten Detektionsbereichen (11,13) in der räumlichen Umgebung der Verkehrssignalanlage (1) ermitteln und daraus Verkehrsdaten bestimmen und diese und/oder die Belegungswerte an ein Steuergerät (3) der Verkehrssignalanlage (1) übertragen, wobei das Steuergerät (3) die Verkehrssignalanlage (1) mit Hilfe dieser übertragenen Verkehrsdaten steuert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß den Fahrzeugsensoren (12,14) jeweils ein Funksender (17) zugeordnet ist und daß das Steuergerät (3) einen Funkempfänger (22) zum Empfang der Verkehrsdaten aufweist .
2. Verkehrsdatenerfassungssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß den Fahrzeugsensoren (12,14) eine Solarstromeinrichtung (16) zugeordnet ist.
3. Verkehrsdatenerfassungssystem nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Solarstromeinrichtung (16) eine Batterie (33) , einen Laderegler (32) und eine Solarzelle (31) umfaßt.
4. Verkehrsdatenerfassungssystem nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Fahrzeugsensoren (12,14) als passive Infrarot- Detektoren ausgebildet sind.
5. Verkehrsdatenerfassungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Fahrzeugsensoren (12,14) ferner eine senderseitige Steuereinrichtung (15) zum Abspeichern von zu vorgegebenen Zeitpunkten in vorgegebenen Zeitabständen detektierten Verkehrsdaten umfassen.
6. Verkehrsdatenerfassungssystem nach einem der Ansprüche l bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß den Fahrzeugsensoren (12,14) jeweils individuelle Frequenzkanäle und/oder Codierungen für die Übertragung vom Funksender (17) zum Funkempfänger (22) zugeordnet sind.
7. Verkehrsdatenerfassungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Funksender (17) und der Funkempfänger (22) aus DECT- Komponenten aufgebaut sind.
8. Verfahren zum Betrieb eines Verkehrsdatenerfassungssystems zur Steuerung einer Verkehrssignalanlage (1) mit
Fahrzeugsensoren (12,14), die Verkehrsdaten in der räumlichen Umgebung der Verkehrssignalanlage (1) zu vorgegeben Zeitpunkten in vorgegebenen Zeitabständen detektieren und diese Verkehrsdaten an ein Steuergerät (3) der Verkehrssignalanlage (1) übertragen, wobei das Steuergerät (3) die Verkehrssignalanlage (1) mit Hilfe dieser übertragenen Verkehrsdaten steuert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, und daß die Verkehrsdaten in einer sendeseitigen Steuereinrichtung (15) abgespeichert werden und aktuell detektierte Verkehrsdaten mit den abgespeicherten Verkehrsdaten verglichen und an das Steuergerät (3) über einen den Fahrzeugsensoren (12,14) jeweils zugeordneten Funksender (17) an einen dem Steuergerät (3) zugeordneten Funkempfänger (22) mit geringer Verzögerungszeit übertragen und in einer empfangsseitigen Steuereinrichtung (26) abgespeichert werden, sofern sich die aktuell detektierten Verkehrsdaten von unmittelbar zuvor detektierten Verkehrsdaten unterscheiden.
9. Verfahren zum Betrieb eines Verkehrsdatenerfassungssystems nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Fahrzeugsensoren (12,14) durch eine Solarstromversorgung (16) mit Strom versorgt werden und daß der Funksender (17) nur zur Übertragung der Verkehrsdaten eingeschaltet und anschließend wieder abgeschaltet wird.
10. Verfahren zum Betrieb eines Verkehrsdatenerfassungssystems nach einem der Ansprüche 8 oder d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die aktuell detektierten Verkehrsdaten zur Fehlerreduzierung wiederholt vom Funksender (17) an den Funkempfänger (22) ausgesendet werden und daß der Funkempfänger (22) die Verkehrsdaten an das Steuergerät (3) überträgt, die mit unmittelbar zuvor empfangenen Verkehrsdaten übereinstimmen.
11. Verfahren zum Betrieb eines Verkehrsdatenerfassungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß außer den aktuell detektierten Verkehrsdaten auch die zuletzt übertragenen Verkehrsdaten mitübertragen werden, daß der Funkempfänger (22) zunächst die zuletzt übertragenen Verkehrsdaten und anschließend die aktuell detektierten
Verkehrsdaten an das Steuergerät (3) übermittelt, falls der Funkempfänger (22) feststellt, daß die zuletzt übertragenen Verkehrsdaten vorher noch nicht empfangen wurden.
12. Verfahren zum Betrieb eines
Verkehrsdatenerfassungssystems nach einem der Ansprüche 8 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zusammen mit den aktuell detektierten Verkehrsdaten eine den einzelnen Fahrzeugsensor (12,14) identifizierende Adresse ausgesendet wird.
13. Verfahren zum Betrieb eines
Verkehrsdatenerfassungssystems nach einem der Ansprüche 8 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Fahrzeugsensoren (12,14) passive Infrarot-Detektoren eingesetzt werden.
14. Verfahren zum Betrieb eines Verkehrsdatenerfassungssystems nach einem der Ansprüche 8 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Übertragung vom Funksender (17) zum Funkempfänger
(22) nach dem DECT-Standard erfolgt.
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