EP1110195A2 - Traffic surveillance method and vehicle flow control in a road network - Google Patents

Traffic surveillance method and vehicle flow control in a road network

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Publication number
EP1110195A2
EP1110195A2 EP99941527A EP99941527A EP1110195A2 EP 1110195 A2 EP1110195 A2 EP 1110195A2 EP 99941527 A EP99941527 A EP 99941527A EP 99941527 A EP99941527 A EP 99941527A EP 1110195 A2 EP1110195 A2 EP 1110195A2
Authority
EP
European Patent Office
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traffic
synchronized
free
upstream
phase transition
Prior art date
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EP99941527A
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German (de)
French (fr)
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EP1110195B1 (en
Inventor
Boris Kerner
Hubert Rehborn
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
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Publication of EP1110195A2 publication Critical patent/EP1110195A2/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1110195B1 publication Critical patent/EP1110195B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/01—Detecting movement of traffic to be counted or controlled
    • G08G1/0104—Measuring and analyzing of parameters relative to traffic conditions

Definitions

  • the conditions are specifically queried to identify the phase transition to synchronized traffic, firstly, whether the average speed is decreasing, secondly, the traffic flow is above a predefinable flow threshold value, and thirdly, the quotient of the change in the average speed divided by the traffic flow changes tion exceeds a predefinable threshold.
  • the latter condition takes advantage of the knowledge that when moving from free to synchronized traffic, the average speed decreases relatively quickly and significantly, while the flow of traffic shows no such major change.
  • a monitoring method developed according to claim 4 the duration of a synchronized traffic state upstream of an access or by an actually detected phase transition from free to synchronized traffic is determined Departure predicted by special, suitable criteria.
  • access is also to be understood in a broader sense as a narrow point at which the number of lanes is reduced.
  • a monitoring method developed according to claim 5 allows a prediction of the spatial extent of such an induced synchronized traffic state on the basis of corresponding criteria.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a three-lane highway section with a plurality of monitoring points spaced apart from one another for traffic condition monitoring and
  • a prognosis forecast is to be understood here which is based on empirical data on the traffic condition likely to be expected at the relevant location at the relevant time.
  • the speed v gr of the downstream traffic flank can also be determined and used as the characteristic empirical value of any street.
  • the speed values v gr , v gl of the downstream or upstream accumulation flank can also be determined directly using a curve method.
  • the traffic flow q t2 is recorded at time t2 and checked whether it is greater than a predetermined flow threshold value q G. Furthermore, in contrast to the above method, the difference dq ti , the traffic volume values q t ⁇ , q t2 at the two measurement cycle times tl, t2, and then the quotient dv ti , t2 / dq t ⁇ , t2 of the difference dv t ⁇ , t 2 of the average speeds divided by the difference dq t ⁇ , t 2 of the associated traffic flows.
  • a prognosis of the duration and / or spatial extent of a synchronized traffic state can be made after detection of a corresponding phase transition from free to synchronized traffic upstream from an entry or exit if the above-mentioned conditions for an induced upstream phase transition from free to synchronized traffic.
  • the term access means narrow passages at which the number of lanes is reduced.
  • the master computer detects an occurring phase transition from free to synchronized traffic at the downstream monitoring point M i + ⁇ , it activates the inflow control means 1 and thereby limits the vehicle inflow q e via the access Z to a predeterminable amount, which can preferably be predetermined depending on the situation, for example as a function of the number of lanes on the main route and / or of measured or forecast values for the flow of traffic on the main route upstream of the resulting synchronized traffic.
  • a complete closing of the access Z in the periods of synchronized traffic can also be provided.
  • control computer determines on the basis of the average speed values at the relevant monitoring point M i + ⁇ that there has been a reverse phase transition from synchronized to free traffic, that is to say that the synchronous traffic has dissolved into free traffic, it is raised by correspondingly controlling the inflow control means 1 the access restriction again.
  • a second variant consists of a procedure analogous to the first variant above, which differs from this only in that instead of the monitoring point M i + ⁇ closest to the access Z downstream, the monitoring point Mi closest upstream is used, ie the traffic control computer detects the occurrence of phase transitions from free to synchronized traffic and vice versa at this upstream point M. If there is free traffic, there is no restriction of the inflow via the access Z, while during a transition to synchronized traffic the inflow control means 1 restrict this inflow q e depending on the situation.
  • the occurrence of phase transitions between free and synchronized traffic is monitored both at the upstream monitoring point Mi and at the downstream monitoring point M i + ⁇ of the respective access Z.
  • a restriction of the inflow q e via the access Z is then triggered in one of these two variants at the point in time at which an occurring phase transition from free to synchronized traffic is detected at the monitoring point Mi closest to the access Z upstream.
  • the inflow restriction is then lifted again at the point at which the reversing phase transition from synchronous to free traffic is determined at the monitoring point M 1+ ⁇ closest to the entrance Z, for example by the average speed exceeding a predefinable threshold value there.
  • the other variant which makes use of both monitoring points M x , M 1+ ⁇ , their roles are reversed, i.e.
  • threshold values and phase transition criteria mentioned can be suitable for the person skilled in the art, depending on the application, and can be variably determined, if necessary, depending on the situation.

Abstract

The invention relates to a method for traffic surveillance in a road network, wherein the actual or future traffic situation can be detected in one or several points of said network and wherein a distinction is made between three types of traffic situation: free traffic, synchronized traffic and traffic back-up. The invention also relates to a method for controlling the flow of vehicles, wherein surveillance of traffic situation in a segment of the network is carried out and the flow of vehicles in said segment is controlled depending on the traffic situation that has been detected. According to the invention, the traffic surveillance method is designed in such a way that transition from free to synchronized traffic and/or back-up can be detected or forecast on the basis of special criteria. According to the invention, the flow of vehicles in the segment of the road network under surveillance is controlled depending on the detected transition from free to synchronized traffic. The method according to the invention can be used, for example, in expressways.

Description

Verfahren zur Verkehrszustandsüberwachung und Fahrzeugzuflußsteuerung in einem Straßenverkehrsnetz Method for traffic condition monitoring and vehicle inflow control in a road traffic network
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung des Verkehrszustands in einem Straßenverkehrsnetz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zur ver- kehrszustandsabhängigen Fahrzeugzuflußsteuerung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The invention relates to a method for monitoring the traffic condition in a road network according to the preamble of claim 1 and to a method for traffic flow-dependent vehicle inflow control according to the preamble of claim 8.
Verfahren dieser Art sind auf dem Gebiet der Verkehrsleittechnik verschiedentlich bekannt. Der Verkehrszustand wird hierbei für die jeweilige Überwachungsstelle des Straßenverkehrsnetzes durch Anbringen entsprechender Sensorik meßtechnisch aktuell erfaßt, und/oder es wird der dortige Verkehrszustand im voraus prognostiziert. Hierzu dient üblicherweise ein entsprechend ausgelegter Verkehrsleitrechner, der die Meßdaten und vorzugsweise auch empirisch ermittelte Verkehrszustands- Erwartungswerte über den an der betreffenden Uberwachungstelle zum betreffenden Zeitpunkt zu erwartenden Verkehrszustand geeignet auswertet. Die solchermaßen ermittelten Verkehrszustand- sinformationen können dann für verschiedene Zwecke verwendet werden, z.B. zur Reisezeitprognose, zur dynamischen Routenplanung und zu verkehrsleitenden Eingriffen, wie die Steuerung des Fahrzeugzuflusses an Zufahrten zu einem jeweiligen Abschnitt des Verkehrsnetzes, wobei der Begriff "Steuerung" vorliegend der Einfachkeit halber in seinem weiteren, neben eigentlichen Steuerungen auch Regelungen umfassenden Sinne zu verstehen ist.Methods of this type are known in various ways in the field of traffic control technology. The traffic condition is currently measured for the respective monitoring point of the road traffic network by attaching appropriate sensors, and / or the traffic condition there is predicted in advance. A suitably designed traffic control computer is usually used for this purpose, which suitably evaluates the measurement data and preferably also empirically determined traffic condition expected values about the traffic condition to be expected at the relevant monitoring point at the relevant time. The traffic status information determined in this way can then be used for various purposes, e.g. for travel time prognosis, for dynamic route planning and for traffic management interventions, such as the control of the inflow of vehicles to access to a respective section of the transport network, the term "control" being understood here for the sake of simplicity in its broader sense, which in addition to actual controls also includes regulations.
Untersuchungen haben gezeigt, daß sich die Verkehrszustände in Straßenverkehrsnetzen in drei wesentlich verschiedene Zustands- arten einteilen lassen, und zwar in den Zustand freien Verkehrs, den Zustand synchronisierten Verkehrs und den Stauzustand, siehe B.S. Kerner und H. Rehborn, Experimental features and characteristics of traffic jams, Phys . Rev. E, Band 53, Seite 1297, 1996 sowie B.S. Kerner und H. Rehborn, Experimental properties of complexity in traffic flow, Phys. Rev. E, Band 53, Seite R4275, 1996. Unter freiem Verkehr wird dabei der Zustand verstanden, bei dem jeder Verkehrsteilnehmer seine Geschwindigkeit frei wählen kann und beliebige Überholmanöver möglich sind. Der Stauzustand bedeutet einen Fahrzeugstillstand bei maximaler Verkehrsdichte auf der Straße. Synchronisierter Verkehr, auch zähfließender Verkehr oder Kolonnenverkehr genannt, stellt einen zwischen freiem Verkehr und dem Stauzustand liegenden Verkehrszustand dar, bei dem die Verkehrsstärke, d.h der Verkehrsfluß, relativ groß sein kann, die Verkehrsdichte jedoch deutlich höher und damit die Geschwindigkeit der Fahrzeuge deutlich kleiner ist als im freien Verkehr, was die Reisezeit sehr stark erhöht. Aufgrund der höheren Verkehrsdichte sind kaum noch Überholmanöver möglich, weshalb sich die Fahrzeuggeschwindigkeit an einem Ort auf den verschiedenen Fahrspuren einer mehrspurigen (Schnell-) Straße synchronisiert, wenn alle Fahrspuren auf einer Fahrtroute liegen.Studies have shown that the traffic conditions in road networks are divided into three significantly different Allow the types to be classified into the state of free traffic, the state of synchronized traffic and the state of congestion, see BS Kerner and H. Rehborn, Experimental features and characteristics of traffic jams, Phys. Rev. E, Volume 53, page 1297, 1996 and BS Kerner and H. Rehborn, Experimental properties of complexity in traffic flow, Phys. Rev. E, volume 53, page R4275, 1996. Free traffic is understood to mean the state in which every road user can freely choose his speed and any overtaking maneuvers are possible. The congestion state means that the vehicle is at a standstill with maximum traffic density on the road. Synchronized traffic, also known as slow-moving traffic or column traffic, represents a traffic situation lying between free traffic and the congestion state, in which the traffic volume, ie the traffic flow, can be relatively large, but the traffic density is significantly higher and thus the speed of the vehicles is significantly lower than in free traffic, which increases the travel time very much. Due to the higher traffic density, overtaking maneuvers are hardly possible, which is why the vehicle speed is synchronized in one place on the different lanes of a multi-lane (express) road if all lanes are on one route.
Zur Erkennung des Stauzustands gibt es bereits zahlreiche Verfahren, bei denen die lokal gemessenen Verkehrsdaten entsprechend analysiert werden, unter Einschluß einer Störfallerkennung und -analyse. Es sei hierzu auf die Offenlegungsschrift DE 196 47 127 AI und die dort genannte Literatur verwiesen.There are already numerous methods for identifying the congestion in which the locally measured traffic data are analyzed accordingly, including accident detection and analysis. For this purpose, reference is made to the published patent application DE 196 47 127 AI and the literature mentioned there.
Die Fahrzeugzuflußsteuerung, auch Zuflußdosierung genannt, stellt eine der Möglichkeiten dar, bei einer erkannten oder prognostizierten Verkehrsstörung steuernd in den Verkehrsfluß einzugreifen und dadurch das Auftreten von Störungen zu verhindern oder jedenfalls deren Folgen so gering wie möglich zu halten, um Reisezeitverluste zu minimieren und die Leistungsfähigkeit der Straßen zu maximieren. Hierzu existieren bereits zahlreiche unterschiedliche Verfahren zur Zuflußdosierung für Zufahrten von Schnellstraßen. So kam in den USA häufig eine einfache Strategie zum Einsatz, die Zufahrten bei Auftreten von Staus einfach zu schließen, es kamen dort jedoch auch Verfahren zum Einsatz, bei denen die Summe aus Zufluß und stromaufwärti- ger Messung im Vergleich zur stromabwärtigen Kapazität der Straße als Kriterium zur Zuflußbeschränkung herangezogen wurde, siehe L.E. Lipp, L.J. Corcoran, A.H. Hickman, Benefits of cen- tral Computer control for Denver ramp-metering system, Transportation Res. Board Nr. 1320, Washington D.C., 1991 und N.L. Ni- han, M.G.H. Bell, A predictive algorithm for real-time ramp control System, ITE Journal, 6/1992. In Großbritannien wurde ein vielschichtiger Algorithmus zur Zuflußregelung eingesetzt, bei dem eine Kontrolle der Straßenkapazitäten durchgeführt wurde und eine Zuflußregelung bei zu kleinen Geschwindigkeiten erfolgte, wobei Verkehrsstärkewellen in ihrem räumlich-zeitlichen Verlauf verfolgt und die Warteschlangenlänge gestauter Fahrzeuge herangezogen wurde, siehe D. Owens, M.J. Schofield, Access control on the M6 motorway: evaluation of Britain's first ramp- metering scheme, Traffic Engineering + Control, Seite 616, 1988. In den Niederlanden wurde ein Konzept der Einzeldosierung bei FahrzeugumlaufZeiten zwischen 4,5 Sekunden und 12 Sekunden mit dem letztgenannten als maximal möglichem Wert verfolgt, was einer Dosierung zwischen 300 Fahrzeugen/h und 800 Fahrzeugen/h entspricht, siehe H. Bujin, F. Midelham, Ramp metering control in the Netherlands, Road Traffic Control 5/1990 und Projektbericht DRIVE I Project V 1035 CHRISTIANE - Isolated Ramp Metering: Real Life Study in The Netherlands, Deliverable 7a, März 1991 des EU-Projekts CHRISTIANE. In Frankreich wurde innerhalb des EU-Projekts CHRISTIANE und anschließend bei Feldversuchen in Deutschland der ALINEA-Algorithmus entwickelt und eingesetzt, in Deutschland in einer Modifikation mit der Verkehrsstärke statt des Belegungsgrades, siehe den Projektbericht DRIVE I Project V 1035 CHRISTIANE - Isolated Ramp Metering: Real Life Study in France and Software Prototypes, Deliverable 7b, 10/1991 und P. Stöveken, Verfahren zur Steuerung des Verkehrsablaufs auf Stadtautobahnen mittels Geschwindigkeits- und Zuflußregelung, Straßenverkehrstechnik, 6/1992. Zur Erhaltung einer möglichst hohen Leistungsfähigkeit der Straße ist nicht nur der Stauzustand, sondern auch der Zustand synchronisiertem Verkehrs von großer Bedeutung. Die Reisezeiten sind bei synchronisiertem Verkehr im Vergleich zum freien Verkehr deutlich erhöht, was schon an sich und zudem für damit zusammenhängende Anwendungen, z.B. Telematikanwendungen, unerwünscht ist. Es besteht daher Bedarf an einem Verfahren, mit dem der Zustand synchronisierten Verkehrs zuverlässig erkannt und insbesondere von demjenigen des freien Verkehrs unterschieden werden kann, um diese Information dann geeignet nutzen zu können, insbesondere auch für eine die Leistungsfähigkeit der Straße bestmöglich ausnutzende Zuflußdosierung und/oder zur Kurzzeitprognose von Reisezeiten.The vehicle inflow control, also called inflow dosing, represents one of the possibilities to intervene in a controlled manner in the traffic flow in the event of a recognized or predicted traffic disruption, thereby preventing the occurrence of disruptions or at least keeping their consequences as low as possible in order to minimize travel time losses and the efficiency to maximize the streets. Numerous different methods for metering inflows already exist for this purpose Access to expressways. In the United States, for example, a simple strategy was often used to simply close the access roads in the event of traffic jams, but methods were also used in which the sum of inflow and upstream measurement compared to the downstream capacity of the road as Criterion for inflow restriction was used, see LE Lipp, LJ Corcoran, AH Hickman, Benefits of central Computer control for Denver ramp-metering system, Transportation Res. Board No. 1320, Washington DC, 1991 and NL Nihan, MGH Bell , A predictive algorithm for real-time ramp control system, ITE Journal, 6/1992. In the UK, a multi-layered algorithm for inflow control was used, in which road capacities were checked and inflow control was carried out at speeds that were too low, with traffic intensity waves being tracked in their spatial-temporal course and the queue length of stowed vehicles being used, see D. Owens, MJ Schofield, Access control on the M6 motorway: evaluation of Britain's first ramp-metering scheme, Traffic Engineering + Control, page 616, 1988. In the Netherlands, a concept of single metering for vehicle circulation times between 4.5 seconds and 12 seconds was used with the latter as pursues the maximum possible value, which corresponds to a dosage between 300 vehicles / h and 800 vehicles / h, see H. Bujin, F. Midelham, Ramp metering control in the Netherlands, Road Traffic Control 5/1990 and project report DRIVE I Project V 1035 CHRISTIANE - Isolated Ramp Metering: Real Life Study in The Net herlands, Deliverable 7a, March 1991 of the EU project CHRISTIANE. In France, the ALINEA algorithm was developed and used within the EU project CHRISTIANE and then during field tests in Germany, in Germany in a modification with the traffic volume instead of the occupancy rate, see the project report DRIVE I Project V 1035 CHRISTIANE - Isolated Ramp Metering: Real Life Study in France and Software Prototypes, Deliverable 7b, 10/1991 and P. Stöveken, Procedure for controlling the traffic flow on city highways by means of speed and inflow control, road traffic technology, 6/1992. In order to maintain the highest possible road performance, not only the congestion condition, but also the state of synchronized traffic is of great importance. Travel times are significantly increased in synchronized traffic compared to free traffic, which is inherently undesirable and also for related applications, such as telematics applications. There is therefore a need for a method with which the state of synchronized traffic can be reliably recognized and in particular distinguished from that of free traffic in order to be able to use this information in a suitable manner, in particular also for an inflow metering and / or which makes best use of the performance of the road for the short-term forecast of travel times.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens zur Verkehrszustandsüberwachung der eingangs genannten Art sowie eines ein solches Überwachungsverfahren nutzenden Fahrzeugzuflußsteuerungsverfahrens zugrunde, mit denen der Verkehrszustand insbesondere hinsichtlich Phasenübergängen zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr und/oder hinsichtlich Stauzuständen zuverlässig überwacht und bei Bedarf vorausgeschätzt und eine hohe Leistungsfähigkeit des jeweils überwachten Verkehrsnetzabschnittes mit relativ geringem Aufwand in vorteilhafter Weise bewerkstelligt werden kann.The invention is based on the technical problem of providing a method for traffic condition monitoring of the type mentioned at the beginning and a vehicle inflow control method using such a monitoring method, with which the traffic condition is reliably monitored and, if necessary, predicted and, if necessary, predicted, and with regard to phase transitions between free and synchronized traffic and / or congestion conditions high performance of the monitored traffic network section can be achieved in an advantageous manner with relatively little effort.
Dieses Problem wird durch die Bereitstellung eines Verkehrszu- standsüberwachungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 2, 6 oder 7 sowie eines Fahrzeugzuflußsteuerungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.This problem is solved by providing a traffic condition monitoring method with the features of claim 1, 2, 6 or 7 and a vehicle inflow control method with the features of claim 9.
Die Uberwachungsverfahren gemäß den Ansprüchen 1, 2 und 6 ermöglichen mit relativ einfachen Mitteln eine vergleichsweise zuverlässige Erkennung ■ der Phasenübergänge vom freien zum synchronisierten Verkehr bzw. umgekehrt vom synchronisierten zum freien Verkehr. Es hat sich gezeigt, daß die hierfür in diesen Ansprüchen angegebenen Bedingungen einerseits eine ausreichend sichere Unterscheidung zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr ergeben und andererseits meß- und rechentechnisch mit vertretbarem Aufwand überprüfbar sind. Die hierzu verwendeten Meßgrößen, wie die mittlere Geschwindigkeit, d.h. die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit der die jeweilige Überwachungsstelle auf einer oder mehreren Fahrspuren der Straße passierenden Fahrzeuge, und der Verkehrsfluß, d.h. die Anzahl der pro Zeiteinheit die Überwachungsstelle passierenden Fahrzeuge, sind sensorisch einfach zu erfassen. Unter Verkehrsfluß wird hier und im weiteren immer ein Verkehrsfluß pro Fahrspur verstanden, d.h. entweder für jede Fahrspur oder gemittelt über alle Fahrspuren einer Richtungsfahrbahn. Entsprechend werden Zu- bzw. Abflüsse immer auf die jeweilige Anzahl n der Fahrspuren bezogen, d.h. durch n geteilt. Die große Bedeutung gerade des Phasenübergangs vom freien zum synchronisierten Verkehr für die Gewährleistung der maximal möglichen Leistungsfähigkeit der Straße und zur Verkehrsprognose liegt vor allem auch darin, daß bei synchronisiertem Verkehr der Durchsatz an Fahrzeugen trotz der sehr stark erhöhten Reisezeit nahezu demjenigen bei freiem Verkehr gleichen kann. Die Erkennung des Phasenübergangs zum synchronisierten Verkehr sowie die Auflösung desselben und Rückkehr zum Zustand freien Verkehrs ermöglicht, daß bei auftretendem synchronisiertem Verkehr rechtzeitig geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden können. Diese Phasenübergänge können sowohl für den aktuellen Zeitpunkt als auch bei Bedarf darüber hinaus im Rahmen einer Prognose über den zukünftigen Verkehrszustand als ein zu erwartender Phasenübergang ermittelt werden.The monitoring method according to claims 1, 2 and 6 allow relatively simple means a relatively reliable detection of the phase transitions ■ from the free to synchronized traffic, or vice versa from the synchronized for consumption. It has been shown that the conditions specified in these claims are sufficient on the one hand make a clear distinction between free and synchronized traffic and, on the other hand, can be checked by measurement and computation with reasonable effort. The measured variables used for this, such as the average speed, ie the average vehicle speed of the vehicles passing the respective monitoring point in one or more lanes of the road, and the traffic flow, ie the number of vehicles passing the monitoring point per unit of time, can be easily sensed. Here and below, traffic flow is always understood to mean a traffic flow per lane, ie either for each lane or averaged over all lanes of a directional lane. Accordingly, inflows and outflows are always related to the respective number n of lanes, ie divided by n. The great importance of the phase transition from free to synchronized traffic for ensuring the maximum possible performance of the road and for traffic forecasting is primarily due to the fact that with synchronized traffic, the throughput of vehicles can be almost the same as that in free traffic despite the greatly increased travel time . The detection of the phase transition to synchronized traffic and the dissolution of the same and return to the state of free traffic enables suitable countermeasures to be taken in good time when synchronized traffic occurs. These phase transitions can be determined as an expected phase transition both for the current point in time and, if necessary, as part of a forecast of the future traffic condition.
Beim Verfahren nach Anspruch 1 werden zur Erkennung eines Pha- senübergangs auf synchronisierten Verkehr speziell die mittlere Geschwindigkeit und der Verkehrsfluß daraufhin geprüft, ob die mittlere Geschwindigkeit stärker als vorgegeben abnimmt und der Verkehrsfluß über einem vorgebbaren Flußschwellwert liegt. Die erstgenannte Bedingung -nutzt die Erkenntnis, daß beim Übergang von freiem zu synchronisiertem Verkehr die mittlere Geschwindigkeit verhältnismäßig rasch abnimmt. Mit der zweiten Bedingung wird der Zustand synchronisierten Verkehrs vom Stauzustand unterschieden, da in letzterem der Verkehrsfluß deutlich niedriger als bei synchronisiertem Verkehr -ist.In the method according to claim 1, in order to identify a phase transition to synchronized traffic, the average speed and the flow of traffic are checked in particular to determine whether the average speed is decreasing more than specified and whether the flow of traffic is above a predefinable flow threshold. The first-mentioned condition uses the knowledge that when moving from free to synchronized traffic, the average speed decreases relatively quickly. With the second condition, the state of synchronized traffic becomes congested distinguished, since in the latter the traffic flow is significantly lower than with synchronized traffic.
Beim Verfahren nach Anspruch 2 werden zur Erkennung des Phasenübergangs auf synchronisierten Verkehr speziell die Bedingungen abgefragt, ob erstens die mittlere Geschwindigkeit abnimmt, ob zweitens der Verkehrsfluß über einem vorgebbaren Flußschwellwert liegt und ob drittens der Quotient aus der Änderung der mittleren Geschwindigkeit dividiert durch die Verkehrsflußände- rung betraglich einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Die letztgenannte Bedingung nutzt die Erkenntnis aus, daß beim Übergang vom freien zum synchronisierten Verkehr die mittlere Geschwindigkeit verhältnismäßig rasch und deutlich abnimmt, während der Verkehrsfluß keine so starke Änderung zeigt.In the method according to claim 2, the conditions are specifically queried to identify the phase transition to synchronized traffic, firstly, whether the average speed is decreasing, secondly, the traffic flow is above a predefinable flow threshold value, and thirdly, the quotient of the change in the average speed divided by the traffic flow changes tion exceeds a predefinable threshold. The latter condition takes advantage of the knowledge that when moving from free to synchronized traffic, the average speed decreases relatively quickly and significantly, while the flow of traffic shows no such major change.
Bei einem nach Anspruch 3 weitergebildeten Überwachungsverfahren werden im Rahmen einer Verkehrsprognose, d.h. einer Vorausberechnung des zu erwartenden Verkehrszustands in dem Straßenverkehrsnetz bzw. bestimmten Abschnitten hiervon, zukünftige Phasenübergänge vom freien auf den synchronisierten Verkehr vorausgeschätzt, die durch aktuell erkannte derartige Phasenübergänge stromaufwärts hiervon induziert werden. Diese Vorauserkennung zukünftiger Zustände synchronisierten Verkehrs läßt sich vorteilhaft zur verbesserten Schätzung voraussichtlicher Reisezeiten und zur frühzeitigen Einleitung geeigneter Gegenmaßnahmen nutzen, mit denen dieser zu erwartenden Kolonnenoder gar Staubildung durch entsprechende verkehrsleitende Eingriffe entgegengewirkt werden kann. Das zur Prognose herangezogene Kriterium berücksichtigt auch den Fall, daß Zu- und/oder Abfahrten zwischen der Stelle des aktuell erkannten und derjenigen des prognostizierten stromaufwärtigen synchronisierten Verkehrszustands liegen.In a monitoring method developed according to claim 3, within the framework of a traffic forecast, i.e. a prediction of the expected traffic state in the road traffic network or certain sections thereof, future phase transitions from free to synchronized traffic, which are induced by currently recognized phase transitions of this type upstream thereof. This advance detection of future conditions of synchronized traffic can be used advantageously for the better estimation of expected travel times and for the early initiation of suitable countermeasures with which these expected columns or even congestion can be counteracted by appropriate traffic management interventions. The criterion used for the forecast also takes into account the case that entrances and / or departures lie between the location of the currently recognized and that of the predicted upstream synchronized traffic state.
Bei einem nach Anspruch 4 weitergebildeten Uberwachungsverfah- ren wird die Dauer eines durch einen aktuell erkannten Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr induzierten synchronisierten Verkehrszustands stromaufwärts von einer Zu- oder Abfahrt durch spezielle, geeignete Kriterien vorausgeschätzt. Unter Zufahrt ist dabei vorliegend in weiterem Sinne auch eine Engstelle zu verstehen, an der sich die Anzahl der Fahrspuren reduziert. Analog erlaubt ein nach Anspruch 5 weitergebildetes Überwachungsverfahren eine Prognose der räumlichen Ausdehnung eines solchen induzierten synchronisierten Verkehrszustands anhand entsprechender Kriterien.In the case of a monitoring method developed according to claim 4, the duration of a synchronized traffic state upstream of an access or by an actually detected phase transition from free to synchronized traffic is determined Departure predicted by special, suitable criteria. In the present case, access is also to be understood in a broader sense as a narrow point at which the number of lanes is reduced. Analogously, a monitoring method developed according to claim 5 allows a prediction of the spatial extent of such an induced synchronized traffic state on the basis of corresponding criteria.
Beim Verfahren nach Anspruch 6 wird speziell auf einen Phasenübergang vom synchronisierten auf den freien Verkehr geschlossen, wenn die mittlere Geschwindigkeit einen vorgebbaren Geschwindigkeitsschwellwert überschreitet oder oberhalb eines vorgebbaren Geschwindigkeitswerts stärker als ein vorgebbares Maß ansteigt. Die Auflösung von synchronisiertem Verkehr und damit der Übergang zum freien Verkehr erfolgt wegen eines entsprechenden Hysteresephänomens erst wieder bei deutlich kleineren Verkehrsstärken als umgekehrt die Bildung von synchronisiertem Verkehr aus zuvor freiem Verkehr. Es zeigt sich daher, daß die erfindungsgemäße Beobachtung der mittleren Geschwindigkeit dahingehend, ob sie einen gewissen Schwellwert überschreitet oder oberhalb eines vorgebbaren Geschwindigkeitswerts stärker als ein vorgebbares Maß ansteigt, ein sehr zuverlässiges Kriterium dafür darstellt, ob sich der Zustand synchronisierten Verkehrs aufgelöst hat und in freien Verkehr übergegangen ist.In the method according to claim 6, a phase transition from synchronized to free traffic is specifically concluded if the average speed exceeds a predeterminable speed threshold value or increases more than a predeterminable speed value above a predefinable speed value. Due to a corresponding hysteresis phenomenon, the dissolution of synchronized traffic and thus the transition to free traffic only occurs again at significantly lower traffic volumes than, conversely, the formation of synchronized traffic from previously free traffic. It can therefore be seen that the observation according to the invention of the average speed with regard to whether it exceeds a certain threshold value or rises more than a predeterminable measure above a predeterminable speed value represents a very reliable criterion for whether the state of synchronized traffic has dissolved and is free Traffic has passed.
Das Überwachungsverfahren nach Anspruch 7 stellt eine Weiterentwicklung des in der genannten Offenlegungsschrift DE 196 47 127 AI beschriebenen Verfahrens dar und erlaubt eine vergleichsweise zuverlässige Vorausschätzung der Entwicklung eines aktuell entstandenen, detektierten oder eines zukünftig entstehenden, prognostizierten Stauzustands. Diese Stauentwicklungsprognose kann dann z.B. bei einer Reisezeitprognose berücksichtigt werden. Es zeigt sich, daß mit diesem Verfahren der Stauanfang und das Stauende und folglich der Stauzustand insgesamt vergleichsweise zuverlässig in ihrer Entwicklung vorhergesagt werden können. Bei einer Weiterbildung dieser Stauentwicklungsprognose können gemäß Anspruch 8 die Geschwindigkeitswerte der stromaufwärtigen und/oder der stromabwärtigen Staufront aus bisher vorhandenen Verkehrszustandsdaten für einen zukünftigen Zeitraum vorausgeschätzt werden, wenn in diesem Zeitraum keine aktuelleren Verkehrszustandsdaten gewonnen werden können. Damit sind dann entsprechend auch die zukünfigten Positionen der stromaufwärtigen und/oder stromabwärtigen Staufront ermittelbar.The monitoring method according to claim 7 represents a further development of the method described in the published patent application DE 196 47 127 AI and allows a comparatively reliable forecast of the development of a currently arising, detected or a future, predicted traffic jam condition. This traffic jam development forecast can then be taken into account, for example, in a travel time forecast. It can be seen that with this method the beginning and end of the congestion and consequently the state of the congestion as a whole can be predicted comparatively reliably in its development. In a further development of this traffic jam development forecast, the speed values of the upstream and / or the downstream traffic jam front can be predicted for a future period from the traffic state data previously available if no more current traffic state data can be obtained in this period. The future positions of the upstream and / or downstream stowage front can then also be determined accordingly.
Das Zuflußsteuerungsverfahren nach Anspruch 9 nutzt die Erkennung von Phasenübergängen zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr durch eine Verkehrszustandsüberwachung, wie z.B. insbesondere einer Überwachung nach den Ansprüchen 1 bis 8, zur entsprechenden Steuerung des Fahrzeugzuflusses an einer jeweiligen Zuflußstelle, indem dort der Zufluß in Abhängigkeit dieser Phasenübergänge gesteuert wird. Durch diese Verwendung erkannter Phasenübergänge vom freien zum synchronisierten Verkehr als Grundlage einer Zuflußsteuerung läßt sich der Verkehrsfluß im Straßennetz optimieren, ohne daß dazu sehr häufige Steuereingriffe in den Verkehrsfluß erforderlich sind. Diese geringe Häufigkeit von Steuereingriffen in den Verkehrszufluß hält vorteilhafterweise auch deren Auswirkungen auf die sekundären Verkehrsnetzabschnitte, von denen der Zufluß erfolgt, gering. Insgesamt gewährleistet auf diese Weise das erfindungsgemäße Zuflußsteuerverfahren unter den gegebenen Bedingungen eines ständig wachsenden Verkehrsaufkommens ein Optimum an Leistungsfähigkeit des Verkehrsnetzes, insbesondere auf Schnellstraßenabschnitten hiervon.The inflow control method according to claim 9 uses the detection of phase transitions between free and synchronized traffic by a traffic condition monitoring, such as e.g. in particular monitoring according to claims 1 to 8, for the corresponding control of the vehicle inflow at a respective inflow point, by controlling the inflow there as a function of these phase transitions. By using recognized phase transitions from free to synchronized traffic as the basis of an inflow control, the traffic flow in the road network can be optimized without the need for very frequent control interventions in the traffic flow. This low frequency of tax interventions in the traffic inflow advantageously also keeps their effects on the secondary traffic network sections from which the inflow occurs low. Overall, in this way the inflow control method according to the invention ensures optimum performance of the traffic network, in particular on expressway sections thereof, under the given conditions of a constantly growing traffic volume.
Gemäß einem nach Anspruch 10 weitergebildeten Zuflußsteuerverfahren wird der Zufluß beschränkt, wenn ein Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr an einer der Zuflußstelle stromabwärts und/oder stromaufwärts nächstgelegenen Überwachungsstelle festgelegt wird. Bei einem nach Anspruch 11 weitergebildeten Zuflußsteuerungsverfahren wird die zuvor beim Übergang -auf synchronisierten Verkehr aktivierte Zuflußbeschränkung dann wieder aufgehoben, wenn ein Phasenübergang auf freien Verkehr an der stromaufwärts und/oder stromabwärts nächstgelegenen Überwachungsstelle festgestellt wird, d.h. daß sich der zuvor erkannte synchronisierte Verkehr wieder in freien Verkehr aufgelöst hat.According to an inflow control method developed according to claim 10, the inflow is restricted if a phase transition from free to synchronized traffic is established at a monitoring point closest to the inflow point downstream and / or upstream. In a flow control method further developed according to claim 11, the flow restriction previously activated during the transition to synchronized traffic is then lifted again when a phase transition to free traffic is detected at the upstream and / or downstream monitoring point, ie the previously recognized synchronized traffic is in again has released free circulation.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:Advantageous embodiments of the invention are described below with reference to the drawings, in which:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines dreispurigen Autobahnabschnitts mit mehreren, voneinander beabstande- ten Überwachungsstellen zur Verkehrszustandsüberwachung und1 shows a schematic block diagram of a three-lane highway section with a plurality of monitoring points spaced apart from one another for traffic condition monitoring and
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf einen Streckenteil des Autobahnabschnitts von Fig. 1 mit einer Zufahrt.Fig. 2 is a schematic plan view of a section of the highway section of Fig. 1 with an access.
Das im folgenden anhand eines beispielhaft wiedergegebenen Autobahnabschnittes erläuterte, erfindungsgemäße Verfahren dient zur Minimierung der Reisezeiten im jeweiligen Verkehrsnetz, insbesondere einem Schnellstraßennetz, und zur Erzielung einer möglichst hohen Leistungsfähigkeit dieser Straßen. Hierzu beinhaltet das Verfahren eine Verkehrszustandsüberwachung mit Erkennung von Phasenübergängen zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr sowie eine vom solchermaßen erkannten Verkehrszustand abhängige Zufahrtdosierung an Zufahrten, d.h. Einfahrten, von insbesondere mehrspurigen Schnellstraßen, die somit auf der Erkennung der Phasenübergänge zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr aufbaut. Mit dieser speziellen verkehrszu- standsabhängigen Zuflußsteuerung kann eine maximale Straßenleistungsfähigkeit bei gleichzeitig möglichst geringen Reisezeiten erzielt werden, wobei relativ wenig Eingriffe in den fließenden Verkehr in Form der Zuflußbeschränkungen vorgenommen werden. Denn eine Zuflußbeschränkung braucht vorliegend immer erst dann erfolgen, wenn der überwachte Verkehrszustand vom freien Verkehr zum synchronisierten Verkehr übergeht. Die weiteren Einzelheiten werden nun unter Bezugnahme auf den gezeigten Verkehrsnetzabschnitt erläutert.The method according to the invention, which is explained below on the basis of an exemplary section of the motorway, serves to minimize travel times in the respective traffic network, in particular an expressway network, and to achieve the highest possible performance of these roads. For this purpose, the method includes a traffic condition monitoring with detection of phase transitions between free and synchronized traffic as well as an approach metering of entrances at entrances, i.e. entrances, in particular of multi-lane expressways, which is based on the detection of the phase transitions between free and synchronized traffic. With this special traffic condition-dependent inflow control, maximum road performance can be achieved with travel times that are as short as possible, with relatively few interventions in the flowing traffic in the form of the inflow restrictions. In the present case, an inflow restriction only needs to be carried out when the monitored traffic condition changes from free traffic to synchronized traffic. The further details will now be explained with reference to the traffic network section shown.
Fig. 1 zeigt beispielhaft einen dreispurigen Autobahnabschnitt AF zwischen einem stromaufwärtigen Autobahnkreuz AK1 und einem stromabwärtigen Autobahnkreuz AK2. Über den Autobahnabschnitt AF hinweg sind zehn Meßsteilen Mi bis Mχ0 in Form jeweiliger Induktionsschleifendetektoren mit Meßstellenabständen zwischen 500m und 1200m vorgesehen. Die Meßstellen Mi bis Mio liefern an eine herkömmliche, nicht gezeigte Verkehrsleitzentrale, die mit einem Großrechner zur Verkehrsüberwachung und Verkehrsleitung ausgerüstet ist, minütlich Verkehrsmeßdaten in Form der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit und des Verkehrsflusses individuell für jede der drei Fahrspuren. Je nach Bedarf kann jede Fahrspur individuell ausgewertet werden, oder es werden über alle Fahrspuren gemittelte Werte von Geschwindigkeit und Verkehrsfluß, d.h. Verkehrsstärke, verwendet. Alternativ können auch andere herkömmliche Techniken zur Erfassung und Auswertung der ver- kehrszustandsrelevanten Daten zur Anwendung kommen, z.B. aus Verkehrsmessungen mittels Infrarotdetektoren oder Videokameras, aus Stichprobenfahrzeugdaten, d.h. sogenannten Floating-Car- Daten, oder aus Messungen des Belegungsgrades oder des Fahrzeu- gabstands. Des weiteren können die Daten auch aus einer Ganglinienprognose gewonnen werden.1 shows an example of a three-lane motorway section AF between an upstream interchange AK1 and a downstream interchange AK2. Across the autobahn section AF, ten measuring parts Mi to Mχ 0 are provided in the form of respective induction loop detectors with measuring point distances between 500m and 1200m. The measuring points Mi to Mi o deliver traffic measurement data in the form of the average vehicle speed and the traffic flow individually for each of the three lanes to a conventional traffic control center, not shown, which is equipped with a mainframe for traffic monitoring and traffic management. Depending on requirements, each lane can be evaluated individually, or values of speed and traffic flow, ie traffic intensity, averaged over all lanes are used. Alternatively, other conventional techniques for recording and evaluating the data relevant to traffic conditions can also be used, for example from traffic measurements using infrared detectors or video cameras, from sample vehicle data, ie so-called floating car data, or from measurements of the degree of occupancy or the vehicle inventory. Furthermore, the data can also be obtained from a curve prognosis.
In Fig. 2 ist beispielhaft ein Bereich des Autobahnabschnitts von Fig. 1 gezeigt, der eine Zufahrt Z beinhaltet, wobei schematisch die dieser Zufahrt Z stromabwärts nächstgelegene Meßbzw. Überwachungsstelle Mi+ι und die ihr stromaufwärts nächstgelegene Meß- bzw. Uberwachungsstelle Mi wiedergegeben sind. An der Zufahrt Z sind geeignete Zuflußsteuermittel 1, z.B. in Form einer steuerbaren Schranke oder Lichtsignalanlage, vorgesehen, mit denen der Zufluß qe an Fahrzeugen, die über die Zufahrt Z in den Autobahnabschnitt einfahren, verkehrszustandsabhängig gesteuert werden kann. Dazu stehen die Zuflußsteuermittel mit der Verkehrsleitzentrale in Datenaustauschverbindung. Speziell ist für diese Zuflußregelung vorgesehen, daß der Zufluß qe dann beschränkt, d.h. ausreichend reduziert wird, wenn im angrenzenden Autobahnabschnitt ein Phasenübergang von freiem Verkehr zu synchronisiertem Verkehr festgestellt wird, sei es aktuell oder als ein mittels einer Verkehrsprognose zukünftig erwarteter Verkehrszustand. Sobald dann später wieder die Auflösung des synchronisierten Verkehrs, d.h. ein Phasenübergang zum freien Verkehr, festgestellt wird, wird die Zuflußbeschränkung wieder aufgehoben.In Fig. 2, an area of the motorway section of Fig. 1 is shown by way of example, which includes an access Z, with the measurement or measurement closest to this access Z downstream. Monitoring point M i + ι and the measuring or monitoring point Mi closest to it upstream are shown. Appropriate inflow control means 1, for example in the form of a controllable barrier or light signal system, are provided at the entrance Z, with which the inflow q e on vehicles entering the freeway section via the entrance Z depends on the traffic condition can be controlled. For this purpose, the inflow control means have a data exchange connection with the traffic control center. Specifically for this inflow control, it is provided that the inflow q e is limited, ie reduced sufficiently, if a phase transition from free traffic to synchronized traffic is detected in the adjacent freeway section, be it currently or as a traffic condition expected in the future by means of a traffic forecast. As soon as the resolution of the synchronized traffic, ie a phase transition to free traffic, is determined again later, the inflow restriction is lifted again.
Um diese verkehrszustandsabhängige Zuflußregelung zu bewerkstelligen, beinhaltet das Zustandsüberwachungsverfahren folgende Maßnahmen. Für alle Meßstellen oder allgemeiner Überwachungsstellen, welche die "Stützstellen" für die Auswertung der Verkehrszustandsmeßdaten und gegebenenfalls für die Prognose zukünftiger Verkehrszustände durch den Verkehrsleitrechner darstellen, werden mit einer beliebigen herkömmlichen Erfassungsmethode die mittlere Geschwindigkeits- und Verkehrsstärkewerte sowie deren zeitliche Änderungen für die Fahrspuren einzeln oder insgesamt ermittelt bzw. prognostiziert und ausgewertet. Diese Auswertung beinhaltet neben weiteren, herkömmlichen und daher hier nicht weiter interessierenden Maßnahmen die Feststellung, ob sich an der betreffenden Überwachungsstelle ein Phasenübergang zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr ereignet. Je nach Systemauslegung kann zusätzlich die Erstellung diverser Verkehrszustandsprognosen vorgesehen sein, z.B. eine Prognose über die weitere Entwicklung des Verkehrsablaufs nach einem erkannten Phasenübergang, eine Prognose über Phasenübergänge, die von einem erkannten Phasenübergang stromaufwärts desselben induziert werden, eine Prognose über Stauentstehung und/oder eine Prognose der weiteren Entwicklung des synchronisierten Verkehrs durch 'aktuelle Messungen in der Hauptfahrtrichtung, durch eine Vorhersage des Ergebnisses der Zuflußregelung und/oder durch eine Ganglinienprognose des Zuflusses. Unter Ganglinienprognose ist hierbei eine solche zu verstehen, die auf empirischen Daten über den am betreffenden Ort zum betreffenden Zeitpunkt wahrscheinlich zu -erwartenden Verkehrszustand basiert. Wenn durch eine beliebige Prognose oder entsprechende Messungen des Verkehrsablaufs eine Stauentstehung erkannt worden ist, kann eine Prognose der weiteren Entwicklung bzw. eine entsprechende Reisezeitprognose beispielsweise durch das in der oben zitierten Patentanmeldung DE 196 47 127 AI beschriebene Verfahren oder ein demgegenüber wie folgt modifiziertes Verfahren durchgeführt werden.In order to accomplish this inflow control depending on the traffic condition, the condition monitoring procedure includes the following measures. For all measuring points or general monitoring points, which represent the "support points" for the evaluation of the traffic condition measurement data and possibly for the forecast of future traffic conditions by the traffic control computer, the mean speed and traffic intensity values and their changes over time for the lanes are individually or with any conventional detection method determined as a whole or forecast and evaluated. In addition to other conventional measures, which are therefore of no further interest here, this evaluation includes determining whether a phase transition between free and synchronized traffic occurs at the monitoring point in question. Depending on the system design, the creation of various traffic condition forecasts can also be provided, e.g. a forecast of the further development of the traffic flow after a recognized phase transition, a forecast of phase transitions induced by a recognized phase transition upstream of the same, a forecast of congestion and / or a forecast the further development of synchronized traffic by 'current measurements in the main direction of travel, by a prediction of the outcome of the inflow control and / or by a load curve prediction of the influent. A prognosis forecast is to be understood here which is based on empirical data on the traffic condition likely to be expected at the relevant location at the relevant time. If a congestion has been identified by any prediction or corresponding measurements of the traffic flow, a prognosis of the further development or a corresponding travel time prognosis can be carried out, for example, by the method described in the above-cited patent application DE 196 47 127 AI or a method modified as follows become.
Bei diesem Verfahren werden die Positionen Xi und/oder xr der stromaufwärtigen bzw. stromabwärtigen Stauflanke des meßtechnisch oder durch Prognose erfaßten aktuellen oder zukünftig erwarteten Staus nach den folgenden Beziehungen vorausgeschätzt:In this method, the positions Xi and / or x r of the upstream or downstream accumulation flank of the current or future expected congestion detected by measurement technology or by forecast are predicted according to the following relationships:
Dabei bezeichnen pmin die stromabwärtige Verkehrsdichte hinter dem Stau, die durch eine beliebige Methode bestimmt oder anhand der Beziehung (t) /wmax (t) bestimmt wird, und p0 die stromaufwärtige Verkehrsdichte vor dem Stau, die ebenfalls durch eine beliebige herkömmliche Methode bestimmt oder durch die Beziehung p0=qo (t) /w0 (t) berechnet werden kann. Weiter bedeuten qout und wmax der Fluß bzw. die mittlere Fahrzeuggeschwin- digkeit des Verkehrs an der betreffenden stromabwärtigen Überwachungsstelle hinter dem Stau und q0 sowie w0 den Fluß und die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit des Verkehrs an der entsprechenden stromaufwärtigen Überwachungsstelle vor dem Stau. Der Zeitpunkt t0 ist derjenige, zu dem an einem bestimmten Ort durch eine beliebige Meß- oder Prognosemethode die stromaufwärtige Stauflanke eines Staus erkannt bzw. prognostiziert wird, während ti den Zeitpunkt bezeichnet, zu dem an einem Ort durch eine beliebige Meß- oder Prognosemethode die stromabwärtige Stauflanke des Staus erkannt bzw. prognostiziert wird. Bei einer Messung des Belegungsgrades, wie z.-B. in USA üblich, sind in den angegebenen Beziehungen die Verkehrsdichtewerte Pmin/ Pmax und po durch die entsprechenden, mit einem Faktor λ skalierten Belegungsgradwerte Bmin, Bmax bzw. B0 zu ersetzen. Vorzugsweise werden zur Durchführung einer Prognose der Stauentwicklung und Staufortpflanzung alle Werte des Integranten, d.h. q^n, qout# qo> Pma Pmin und p0, durch eine beliebige herkömmliche Ganglinienprognose bestimmt. Im übrigen erfolgt die Vorgehensweise entsprechend dem in der Offenlegungsschrift DE 196 47 127 AI offenbarten Verfahren, worauf für weitere Details verwiesen kann.Here, p min denotes the downstream traffic density behind the traffic jam, which is determined by any method or based on the relationship (t) / w max (t), and p 0 is the upstream traffic density before the traffic jam, which can also be determined by any conventional method or calculated by the relationship p 0 = qo (t) / w 0 (t) . Furthermore, q ou t and w max mean the flow or the average vehicle speed of the traffic at the relevant downstream monitoring point behind the traffic jam and q 0 and w 0 mean the flow and the average vehicle speed of traffic at the corresponding upstream monitoring point before the traffic jam. The time t 0 is the time at which the upstream congestion flank of a traffic jam is recognized or predicted at a specific location by any measurement or forecasting method, while ti denotes the time at which the at any location by any measurement or forecasting method downstream Traffic jam flank is recognized or predicted. When measuring the degree of occupancy, such as common in USA, in the given relations, the traffic density values P m i n / P m a x and po by the corresponding, by a factor λ scaled occupancy rate values B min, B max or replace field B 0. In order to carry out a prognosis of the development and accumulation of congestion, all values of the integrant, ie q ^ n , q ou t # qo > Pma Pmin and p 0 , are preferably determined by any conventional curve prognosis. Otherwise, the procedure is carried out in accordance with the method disclosed in published patent application DE 196 47 127 AI, to which reference can be made for further details.
Im Rahmen dieser Stauverlaufsprognose kann der Fall auftreten, daß bestimmte Meß- bzw. Überwachungsstellenwerte ab einem Zeitpunkt t(k) stromaufwärts des Staus und/oder ab einem Zeitpunkt t{m) stromabwärts des Staus nicht mehr verwendet werden können, d.h. die Verkehrszustandsparameter stromaufwärts und stromabwärts des Staus können nur bis zum Zeitpunkt t(k) bzw. t(m) gemessen oder durch eine Ganglinienprognose bestimmt werden. In diesem Fall ist erfindungsgemäß vorgesehen, für die weitere Prognose mittlere Geschwindigkeitswerte vgr, vgi für die stromabwärtige bzw. stromaufwärtige Stauflanke aus den bislang erfaßten Verkehrszustandsdaten nach den folgenden Beziehungen abzuleiten:In the context of this congestion prognosis, the case may arise that certain measuring or monitoring point values can no longer be used from a point in time t (k) upstream of the congestion and / or from a point in time t {m) downstream of the congestion, ie the traffic state parameters upstream and downstream of the traffic jam, measurements can only be taken up to time t (k) or t (m) or determined using a progression curve prognosis. In this case, it is provided according to the invention to derive average speed values v gr , v gi for the downstream or upstream congestion flank for the further forecast from the traffic condition data recorded hitherto according to the following relationships:
wobei Δt die Zykluszeit des Prognoseverfahrens bedeutet und ein zu validierender Parameter desselben ist. Aus den so vorausgeschätzten mittleren Geschwindigkeiten vgr, vgi für die stromabwärtige und stromaufwärtige Stauflanke lassen sich dann die zugehörigen Stauflanken-Ortskoordinaten xr, xx nach den folgenden Beziehungen vorausbestimmen: xr (t) =xr (t (k> ) - \ vgr \ (t -t (k) ) , mi t t≥t (k> xi (t) =x2 (t <m> ) - \ vgl | (t-t <m> ) , mi t t≥t <m> .where Δt means the cycle time of the forecasting method and is a parameter to be validated thereof. From the mean speeds v gr , v gi for the downstream and upstream congestion flank thus predicted, the associated congestion flank location coordinates x r , x x can then be determined in advance according to the following relationships: x r (t) = x r (t (k> ) - \ v gr \ (t -t (k) ), mi tt≥t (k> xi (t) = x 2 (t <m> ) - \ v gl | (tt <m> ), mi tt≥t <m> .
Analog dazu kann die Geschwindigkeit vgr der stromabwärtigen Stauflanke auch als charakteristischer Erfahrungswert einer beliebigen Straße ermittelt und verwendet werden. Die Geschwindigkeitswerte vgr, vgl der stromabwärtigen bzw. stromaufwärtigen Stauflanke können auch direkt mit einem Ganglinienverfahren bestimmt werden.Analogously to this, the speed v gr of the downstream traffic flank can also be determined and used as the characteristic empirical value of any street. The speed values v gr , v gl of the downstream or upstream accumulation flank can also be determined directly using a curve method.
Die Feststellung eines Phasenübergangs vom freien zum synchronisierten Verkehr ist zuverlässig mit folgender Vorgehensweise möglich. Für eine jeweilige Überwachungsstelle werden die Differenzen dvtι,t2 der mittleren Geschwindigkeitswerte vti, vt2 zweier zeitlich hintereinanderliegender, zu den Zeitpunkten tl bzw. t2=tl+Δt durchgeführter Meßzyklen bestimmt, wobei Δt ein beliebig größer null wählbares Zeitintervall ist, das einen zu validierenden Parameter des Verfahrens darstellt. Daraufhin wird festgestellt, ob die betreffenden Geschwindigkeitsdifferenzen dvti, t2= t2-Vtι zum einen kleiner als null sind und zum anderen betraglich über einem vorgebbaren Geschwindigkeitsschwellwert vG liegen, d.h. ob die Bedingungen dvtι,t2 < 0 und Idvti, t21 > vG erfüllt sind. Des weiteren wird der Verkehrsfluß qt2 zum betreffenden Zeitpunkt t2 ermittelt und festgestellt, ob er einen vorgebbaren Flußgrenzwert qG überschreitet, d.h. ob die Bedingung qt2 > qG erfüllt ist. Sind alle drei oben genannten Bedingungen erfüllt, wird dies als ein auftretender Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr interpretiert. Es zeigt sich, daß die Methode hierfür sehr zuverlässig ist. Die beiden Geschwindigkeitsbedingungen tragen der Tatsache Rechnung, daß gerade bei diesem Phasenübergang ein vergleichsweise schneller Abfäll der mittleren Geschwindigkeit auftritt. Mit der Verkehrsflußbedingung wird der synchronisierte Verkehr zum einen sicher vom Stauzustand und zum anderen von Zuständen freien Verkehrs mit geringerem Verkehrsfluß unterschieden. Bei einer alternativen Vorgehensweise zur Erkennung eines auftretenden Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr werden, wie bei der obigen Methode, die mittleren Geschwindigkeiten vtι, vt2 zweier zeitlich hintereinanderliegender Meßzyklen erfaßt und geprüft, ob deren Differenzen dvtι,t2=vt2- vtι kleiner als null sind. Ebenso wird der Verkehrsfluß qt2 zum Zeitpunkt t2 erfaßt und geprüft, ob dieser größer als ein vorgegebener Flußschwellwert qG ist. Des weiteren werden im Unterschied zur obigen Methode die Differenz dqti, der Verkehrsstärkewerte qtι, qt2 zu den beiden zeitlich hintereinan- derliegenden Meßzykluszeitpunkten tl, t2 und anschließend der Quotient dvti, t2/dqtι, t2 der Differenz dvtι,t2 der mittleren Geschwindigkeiten dividiert durch die Differenz dqtι,t2 der zugehörigen Verkehrsflüsse gebildet. Dann wird geprüft, ob dieser Quotient dvti, 2/dqtι, t2 betragsmäßig einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Diese Bedingung an den gebildeten Quotienten tritt an die Stelle der Geschwindigkeitsschwellwertbedin- gung der zuvor oben angegebenen Methode. Wenn alle drei Bedingungen erfüllt sind, wird dies wiederum als ein auftretender Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr interpretiert. Es zeigt sich, daß auch die Quotientenbedingung hierfür gut geeignet ist. Sie trägt der Tatsache Rechnung, daß sich beim Übergang vom freien zum synchronisierten Verkehr die mittlere Geschwindigkeit stärker ändert, d.h. verringert, als der Verkehrsfluß, welcher bekanntlich dem Produkt aus Verkehrsdichte und mittlerer Geschwindigkeit entspricht. Die Abnahme der mittleren Geschwindigkeit wird beim Übergang vom freien zum synchronisierten Verkehr wenigstens teilweise von der zunehmenden Verkehrsdichte kompensiert, die erst das Auftreten von synchronisiertem Verkehr verursacht.The following procedure can be used to reliably determine a phase transition from free to synchronized traffic. For a respective monitoring point, the differences dv t ι, t2 of the average speed values v ti , v t2 of two successive measurement cycles carried out at the times tl and t2 = tl + Δt are determined, where Δt is an arbitrarily greater than zero selectable time interval, that represents a parameter of the method to be validated. It is then determined whether the relevant speed differences dvti, t2 = t2 -V tι are on the one hand less than zero and, on the other hand, are above a predefinable speed threshold value v G , ie whether the conditions dv t ι, t2 <0 and Idvti, t2 1 > v G are fulfilled. Furthermore, the traffic flow q t2 is determined at the relevant time t2 and it is determined whether it exceeds a predeterminable flow limit value q G , ie whether the condition q t2 > q G is fulfilled. If all three of the above conditions are met, this is interpreted as an occurring phase transition from free to synchronized traffic. It turns out that the method for this is very reliable. The two speed conditions take into account the fact that a comparatively rapid drop in the average speed occurs precisely at this phase transition. With the traffic flow condition, the synchronized traffic is differentiated on the one hand from the congestion state and on the other hand from states free traffic with less traffic flow. In an alternative procedure for the detection of an occurring phase transition from free to synchronized traffic, as in the above method, the average speeds v t ι, v t2 of two measurement cycles in succession are recorded and checked whether their differences dv t ι, t2 = v t2 - v tι are less than zero. Likewise, the traffic flow q t2 is recorded at time t2 and checked whether it is greater than a predetermined flow threshold value q G. Furthermore, in contrast to the above method, the difference dq ti , the traffic volume values q t ι, q t2 at the two measurement cycle times tl, t2, and then the quotient dv ti , t2 / dq t ι, t2 of the difference dv t ι, t 2 of the average speeds divided by the difference dq t ι, t 2 of the associated traffic flows. A check is then carried out to determine whether this quotient dv ti , 2 / dq t ι, t 2 exceeds a predeterminable threshold value. This condition on the quotient formed replaces the speed threshold value condition of the method given above. If all three conditions are met, this in turn is interpreted as an occurring phase transition from free to synchronized traffic. It turns out that the quotient condition is also suitable for this. It takes into account the fact that the transition from free to synchronized traffic changes the average speed more, ie decreases, than the flow of traffic, which is known to correspond to the product of traffic density and average speed. The decrease in the average speed during the transition from free to synchronized traffic is at least partially compensated for by the increasing traffic density, which only causes the occurrence of synchronized traffic.
Wenn auf eine der obigen Arten ein auftretender Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr an einer bestimmten Überwachungsstelle zu einem gewissen Zeitpunkt erkannt wird, ist vorzugsweise des weiteren vorgesehen, eine Prognose durchzuführen, ob durch den erkannten, aufgetretenen Phasenübergang stromaufwärts desselben ein entsprechender Phasenübergang zu einem späteren Zeitpunkt induziert wird. Dies wird dann angenommen, wenn zum gegenwärtigen Zeitpunkt, zu dem der Phasenübergang an der betreffenden Überwachungsstelle festgestellt wurde, dort ein kleinerer Verkehrsfluß festgestellt wird als an einer davon stromaufwärts liegenden Stelle. Denn in diesem Fall ist der Zufluß an Fahrzeugen zum Ort des sich bildenden synchronisierten Verkehrs höher als der Fahrzeugabfluß, so daß sich die Zone mit synchronisiertem Verkehr in stromaufwärtiger Richtung ausbreitet. Das obige Kriterium gilt streng genommen für den Fall, daß sich zwischen den beiden betreffenden Stellen keine Zu- und Abfahrten befinden. Dieser Fall kann jedoch durch eine einfache Modifikation dieses Kriteriums berücksichtigt werden, bei welcher der Verkehrsfluß am Ort des aktuellen Phasenübergangs um eventuelle Zuflüsse an Zufahrten reduziert bzw. um eventuelle Abflüsse an Abfahrten erhöht wird. Das Kriterium ist daher, daß der Verkehrsfluß am Ort des aktuellen Phasenübergangs kleiner ist als die Summe des Verkehrsflusses an der stromaufwärtigen Stelle zuzüglich der Differenz etwaiger Zu- und Abflüsse zwischen den beiden Stellen.If, in one of the above ways, an occurring phase transition from free to synchronized traffic is detected at a certain monitoring point at a certain point in time, it is preferably further provided to carry out a forecast as to whether a corresponding phase transition occurs upstream of the detected, occurring phase transition is induced later. This is assumed if, at the current point in time at which the phase transition was detected at the monitoring point in question, a smaller traffic flow is detected there than at a point upstream thereof. In this case, the inflow of vehicles to the location of the synchronized traffic that is formed is higher than the outflow of the vehicle, so that the zone with synchronized traffic spreads upstream. Strictly speaking, the above criterion applies in the event that there are no entrances and exits between the two places concerned. This case can, however, be taken into account by a simple modification of this criterion, in which the traffic flow at the location of the current phase transition is reduced by possible inflows at entrances or increased by possible outflows at departures. The criterion is therefore that the traffic flow at the location of the current phase transition is smaller than the sum of the traffic flow at the upstream location plus the difference between any inflows and outflows between the two locations.
In ähnlicher Weise kann bei Bedarf eine Prognose über Dauer und/oder räumliche Ausdehnung eines synchronisierten Verkehrs- zustands nach Erkennung eines entsprechenden Phasenübergangs vom freien zum synchronisierten Verkehr stromaufwärts von einer Zu- oder Abfahrt erfolgen, wenn die oben genannten Bedingungen für einen induzierten stromaufwärtigen Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr vorliegen. Unter dem Begriff Zufahrt sind hierbei auch Engstellen zu verstehen, an denen sich die Anzahl der Fahrspuren verringert. Für die Prognose über die Dauer dieses bleibenden synchronisierten Verkehrs wird angenommen, daß dieser andauert, solange der Verkehrsfluß auf der Zufahrt einen bestimmten, vorgebbaren Wert überschreitet oder die Geschwindigkeit der Fahrzeuge in der Abfahrt geringer als ein bestimmter, vorgebbarer Wert ist und darüber hinaus als zweite Bedingung der Verkehrsfluß stromaufwärts auf der Hauptfahrbahn einen bestimmten, vorgebbaren Wert überschreitet. Für die Prognose über die räumliche Ausdehnung des synchroni- sierten Verkehrszustands stromaufwärts einer Zu- bzw. Abfahrt wird angenommen, daß die stromabwärtige Grenze des andauernden synchronisierten Verkehrszustands bei der betreffenden Zu- bzw. Abfahrt verbleibt oder sich an dem Ort befindet, bei dem ein Phasenübwergang vom synchronisierten zum freien Verkehr erkannt wird, und die stromaufwärtige Grenze desselben sich daraus ergibt, daß dort entweder die oben genannten Bedingungen für einen induzierten stromaufwärtigen Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr nicht mehr erfüllt sind oder ein breiter Stau entsteht, dessen weiterer Verlauf dann mit der erwähnten Stauentwicklungsprognose weiterverfolgt werden kann. Die stromabwärtige Grenze des Staus bestimmt in diesem Fall die stromaufwärtige Grenze des vorausgeschätzten synchronisierten Verkehrszustands .Similarly, if necessary, a prognosis of the duration and / or spatial extent of a synchronized traffic state can be made after detection of a corresponding phase transition from free to synchronized traffic upstream from an entry or exit if the above-mentioned conditions for an induced upstream phase transition from free to synchronized traffic. The term access means narrow passages at which the number of lanes is reduced. For the prognosis of the duration of this permanent synchronized traffic it is assumed that it lasts as long as the flow of traffic on the entrance exceeds a certain, predeterminable value or the speed of the vehicles in the departure is less than a certain, predeterminable value and moreover as a second Condition the flow of traffic upstream on the main carriageway exceeds a certain, predeterminable value. For the forecast of the spatial expansion of the synchronized based traffic condition upstream of an entrance or exit it is assumed that the downstream limit of the continuous synchronized traffic condition remains at the relevant entrance or exit or is at the location where a phase transition from synchronized to free traffic is detected, and the The upstream limit of the same results from the fact that either the above-mentioned conditions for an induced upstream phase transition from free to synchronized traffic are no longer met or a broad congestion arises, the further course of which can then be followed up with the congestion development forecast mentioned. The downstream limit of the congestion in this case determines the upstream limit of the predicted synchronized traffic condition.
Die Auflösung von synchronisiertem Verkehr und damit der Übergang zum freien Verkehr geht nicht so leicht vonstatten wie umgekehrt die Bildung von synchronem Verkehr aus freiem Verkehr bei zunehmenden Verkehrsaufkommen. Erfahrungsgemäß steigt dann in der Endphase eines Auflösungsprozesses von synchronem Ve- kehr, d.h. am Phasenübergang zum freien Verkehr, die mittlere Geschwindigkeit auf deutlich höhere Werte als zuvor an. Zur Erkennung von Phasenübergängen vom synchronen zum freien Verkehr genügt daher in der Praxis das Kriterium, daß die mittlere Geschwindigkeit einen vorgebbaren weiteren Geschwindigkeitsschwellwert überschreitet. Alternativ kann auch das Kriterium herangezogen werden, ob die zeitliche Änderung der mittleren Geschwindigkeit einen zugehörigen Schwellwert überschreitet und die mittlere Geschwindigkeit ihrerseits über einen zugehörig vorgegebenen Schwellwert liegt.The dissolution of synchronized traffic and thus the transition to free traffic is not as easy as, conversely, the formation of synchronous traffic from free traffic with increasing traffic volume. Experience has shown that in the final phase of a dissolution process of synchronous traffic, i.e. at the phase transition to free traffic, the average speed to significantly higher values than before. In practice, the criterion for recognizing phase transitions from synchronous to free traffic is that the average speed exceeds a predefinable further speed threshold value. Alternatively, the criterion can also be used as to whether the temporal change in the average speed exceeds an associated threshold value and whether the average speed is in turn above an associated predetermined threshold value.
Die oben erläuterte Erkennung von Phasenübergängen zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr wird nun in einem Fahrzeug- zuflußsteuerungsverfahren dazu genutzt, den Fahrzeugzufluß in Abhängigkeit vom Auftreten dieser Phasenübergänge zu regeln. Die verschiedenen Möglichkeiten dieser Zuflußregelung werden im Folgenden anhand des Beispiels von Fig. 2 beschrieben. In einer ersten Variante wird diejenige Überwachungsstelle Mi+ι, die der jeweiligen Zuflußstelle Z stromabwärts am nächsten liegt, auf das Auftreten solcher Phasenübergänge hin überwacht. Solange der Verkehrsleitrechner hier freien Verkehr erkennt, hält er die Zuflußsteuermittel 1 der Zufahrt Z inaktiv, d.h. Fahrzeuge können von dort unbeschränkt einfahren. Sobald der Leitrechner einen auftretenden Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr an der stromabwärtigen Uberwachungsstelle Mi+ι feststellt, aktiviert er die Zuflußsteuermittel 1 und beschränkt dadurch den Fahrzeugzufluß qe über die Zufahrt Z auf ein vorgebbares Maß, das vorzugsweise situationsabhängig variabel vorgegeben werden kann, z.B. in Abhängigkeit von der Anzahl von Fahrspuren auf der Hauptstrecke und/oder von gemessenen oder prognostizierten Werten für den Verkehrsfluß auf der Hauptstrecke stromaufwärts des entstehenden synchronisierten Verkehrs . In einer vereinfachten Realisierung kann auch ein komplettes Schließen der Zufahrt Z in den Zeiträumen synchronisierten Verkehrs vorgesehen sein. Wenn dann der Leitrechner anhand der mittleren Geschwindigkeitswerte an der betreffenden Überwachungsstelle Mi+ι feststellt, daß dort ein umgekehrter Phasenübergang vom synchronisierten zum freien Verkehr stattgefunden hat, d.h. daß sich der synchrone Verkehr in freien Verkehr aufgelöst hat, hebt er durch entsprechende Ansteuerung der Zuflußsteuermittel 1 die Zufahrtsbeschränkung wieder auf.The detection of phase transitions between free and synchronized traffic explained above is now used in a vehicle inflow control method to regulate the inflow of vehicles depending on the occurrence of these phase transitions. The various possibilities of this inflow control are described below using the example of FIG. 2. In a In the first variant, the monitoring point M i + ι that is closest to the respective inflow point Z downstream is monitored for the occurrence of such phase transitions. As long as the traffic control computer detects free traffic here, it keeps the inflow control means 1 of the access Z inactive, ie vehicles can enter from there without restriction. As soon as the master computer detects an occurring phase transition from free to synchronized traffic at the downstream monitoring point M i + ι, it activates the inflow control means 1 and thereby limits the vehicle inflow q e via the access Z to a predeterminable amount, which can preferably be predetermined depending on the situation, for example as a function of the number of lanes on the main route and / or of measured or forecast values for the flow of traffic on the main route upstream of the resulting synchronized traffic. In a simplified implementation, a complete closing of the access Z in the periods of synchronized traffic can also be provided. If the control computer then determines on the basis of the average speed values at the relevant monitoring point M i + ι that there has been a reverse phase transition from synchronized to free traffic, that is to say that the synchronous traffic has dissolved into free traffic, it is raised by correspondingly controlling the inflow control means 1 the access restriction again.
Eine zweite Variante besteht in einem zur obigen, ersten Variante analogen Vorgehen, das sich von diesem nur dadurch unterscheidet, daß statt der der Zufahrt Z stromabwärts nächstgelegenen Überwachungsstelle Mi+ι die stromaufwärts nächstgelegene Überwachungsstelle Mi verwendet wird, d.h. der Verkehrsleitrechner detektiert das Auftreten von Phasenübergängen vom freien zum synchronisierten Verkehr und umgekehrt an dieser stromaufwärtigen Stelle M . Liegt dort freier Verkehr vor, erfolgt keine Beschränkung des ' Zuflusses über die Zufahrt Z, während bei einem Übergang zum synchronisierten Verkehr die Zuflußsteuermittel 1 diesen Zufluß qe situationsabhängig beschränken. In zwei weiteren Varianten wird das Auftreten von Phasenübergängen zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr sowohl an der stromaufwärts nächstgelegenen Uberwachungsstelle Mi als auch an der stromabwärts nächstgelegenen Überwachungsstelle Mi+ι der jeweiligen Zufahrt Z überwacht. Eine Beschränkung des Zuflusses qe über die Zufahrt Z wird dann in der einen dieser beiden Varianten zu dem Zeitpunkt ausgelöst, zu welchem ein auftretender Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr an der der Zufahrt Z stromaufwärts nächstgelegenen Überwachungsstelle Mi festgestellt wird. Die Zuflußbeschränkung wird anschließend zu dem Zeitpunkt wieder aufgehoben, zu dem an der der Zufahrt Z stromabwärts nächstliegenden Überwachungsstelle M1+ι der umgekehrte Phasenübergang vom synchronen zum freien Verkehr festgestellt wird, z.B. indem dort die mittlere Geschwindigkeit einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Bei der anderen, von beiden Überwachungsstellen Mx, M1+χ Gebrauch machenden Variante sind deren Rollen vertauscht, d.h. eine Zufahrtsbeschränkung wird ausgelöst, wenn an der stromabwärts nächstgelegenen Überwachungsstelle Mi+ι ein Phasenübergang vom freien zum synchronisierten Verkehr festgestellt wird, und die Zufahrtsbeschränkung wird wieder aufgehoben, wenn an der stromaufwärts nächstgelegenen Überwachungsstelle Mx der umgekehrte Phasenübergang vom synchronisierten zum freien Verkehr registriert wurde.A second variant consists of a procedure analogous to the first variant above, which differs from this only in that instead of the monitoring point M i + ι closest to the access Z downstream, the monitoring point Mi closest upstream is used, ie the traffic control computer detects the occurrence of phase transitions from free to synchronized traffic and vice versa at this upstream point M. If there is free traffic, there is no restriction of the inflow via the access Z, while during a transition to synchronized traffic the inflow control means 1 restrict this inflow q e depending on the situation. In two further variants, the occurrence of phase transitions between free and synchronized traffic is monitored both at the upstream monitoring point Mi and at the downstream monitoring point M i + ι of the respective access Z. A restriction of the inflow q e via the access Z is then triggered in one of these two variants at the point in time at which an occurring phase transition from free to synchronized traffic is detected at the monitoring point Mi closest to the access Z upstream. The inflow restriction is then lifted again at the point at which the reversing phase transition from synchronous to free traffic is determined at the monitoring point M 1+ ι closest to the entrance Z, for example by the average speed exceeding a predefinable threshold value there. In the other variant, which makes use of both monitoring points M x , M 1+ χ, their roles are reversed, i.e. an access restriction is triggered when a phase transition from free to synchronized traffic is determined at the monitoring point M i + ι located downstream and the access restriction is canceled again when the reverse phase transition from synchronized to free traffic has been registered at the upstream monitoring point M x .
Die Anwendung des oben in vorteilhaften Realisierungen erläuterten Verfahrens zur Zuflußsteuerung in Abhängigkeit von auftretenden Phasenübergängen zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr ermöglicht eine hohe Leistungsfähigkeit entsprechend überwachter und zuflußgeregelter Straßen, verringerte Reisezeiten und zuverlässige Verkehrsprognosen, indem auch bei großem Verkehrsaufkommen so lange wie möglich der Zustand freien Verkehrs aufrechterhalten wird und optional eine Vorhersage über die Entwicklung des synchronisierten Verkehrs bzw. eines entstehenden Staus getroffen wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Lebensdauer der Zustände synchronisierten Verkehrs durch den zuflußbeschränkenden Steuereingriff minimiert. Es versteht sich, daß neben den oben beschriebenen weitere Realisierungen der Erfindung möglich sind; Insbesondere ist klar, daß die erwähnten Schwellwerte und Phasenübergangskriterien je nach Anwendungsfall vom Fachmann geeignet und bei Bedarf situationsabhängig variabel festgelegt werden können. The use of the method for inflow control described above in advantageous implementations as a function of occurring phase transitions between free and synchronized traffic enables a high level of performance in accordance with monitored and inflow-regulated roads, reduced travel times and reliable traffic forecasts, by keeping the state of free traffic as long as possible even with large traffic volumes is maintained and optionally a prediction about the development of the synchronized traffic or an emerging traffic jam is made. With the method according to the invention, the lifespan of the states of synchronized traffic is minimized by the flow-restricting control intervention. It goes without saying that in addition to the above-described further implementations of the invention are possible; In particular, it is clear that the threshold values and phase transition criteria mentioned can be suitable for the person skilled in the art, depending on the application, and can be variably determined, if necessary, depending on the situation.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Verkehrszustandsüberwachung in einem Straßenverkehrsnetz, bei dem für eine oder mehrere Stellen (Mi bis io) des Verkehrsnetzes der aktuelle oder ein zukünftig zu erwartender Verkehrszustand ermittelt und zwischen den drei Verkehrszustandsarten freier Verkehr, synchronisierter Verkehr und Stau unterschieden wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß auf einen Phasenübergang von freiem zu synchronisiertem Verkehr geschlossen wird, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:1.Procedure for traffic condition monitoring in a road traffic network, in which the current or a traffic condition to be expected in the future is determined for one or more points (Mi to io) of the traffic network and a distinction is made between the three traffic condition types free traffic, synchronized traffic and traffic jam, characterized in that ß a phase transition from free to synchronized traffic is concluded if the following conditions are met:
(i) die mittlere Geschwindigkeit (v) nimmt stärker als ein vorgebbares Maß ab und(i) the average speed (v) decreases more than a predeterminable measure and
(ii) der Verkehrsfluß (q) liegt über einem vorgebbaren(ii) the traffic flow (q) is above a predeterminable one
Flußschwellwert (qG) .Flux threshold (q G ).
2. Verfahren zur Verkehrszustandsüberwachung in einem Straßenverkehrsnetz, bei dem für eine oder mehrere Stellen (Mi bis Mio) des Verkehrsnetzes der aktuelle oder ein zukünftig zu erwartender Verkehrszustand ermittelt und zwischen den drei Verkehrszustandsarten freier Verkehr, synchronisierter Verkehr und Stau unterschieden wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß auf einen Phasenübergang von freiem zu synchronisiertem Verkehr geschlossen wird, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:2.Procedure for traffic condition monitoring in a road traffic network, in which the current or a traffic condition to be expected in the future is determined for one or more points (Mi to million) of the traffic network and a distinction is made between the three traffic condition types free traffic, synchronized traffic and traffic jam, characterized in that ß a phase transition from free to synchronized traffic is concluded if the following conditions are met:
(i) die mittlere Geschwindigkeit (v) nimmt ab, (ii) der Verkehrsfluß (q) liegt über einem vorgebbaren Flußschwellwert (qG) und(i) the average speed (v) decreases, (ii) the traffic flow (q) lies above a predeterminable flow threshold value (q G ) and
(iii) der Betrag des Quotienten (dv/.dq) aus der Änderung (dv) der mittleren Geschwindigkeit (v) dividiert durch die Änderung (dq) des Verkehrsflusses (q) überschreitet einen vorgebbaren Schwellwert.(iii) the amount of the quotient (dv / .dq) from the change (dv) in the average speed (v) divided by the change (dq) in the traffic flow (q) exceeds a predefinable threshold value.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß bei Erkennung eines aktuellen Phasenübergangs von freiem zu synchronisiertem Verkehr der Verkehrsfluß am Ort des aktuellen Phasenübergangs und derjenige stromaufwärts davon erfaßt und miteinander verglichen werden und auf das Auftreten eines induzierten zukünftigen Phasenübergangs von freiem zu synchronisiertem Verkehr an einer stromaufwärtigen Stelle geschlossen wird, wenn der Verkehrsfluß am Ort des aktuellen Phasenübergangs kleiner ist als die Summe des Verkehrsflusses an der stromaufwärtigen Stelle zuzüglich der Differenz etwaiger Zu- und Abflüsse zwischen den beiden Stellen.3. The method according to claim 1 or 2, further characterized in that when a current phase transition from free to synchronized traffic is detected, the flow of traffic at the location of the current phase transition and that upstream thereof are detected and compared with one another and upon the occurrence of an induced future phase transition from free closed to synchronized traffic at an upstream location if the traffic flow at the location of the current phase transition is less than the sum of the traffic flow at the upstream location plus the difference between any inflows and outflows between the two locations.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß bei Erkennung eines aktuellen Phasenübergangs von freiem zu synchronisiertem Verkehr stromaufwärts einer Zu- oder Abfahrt die Dauer eines dadurch induzierten, stromaufwärtigen synchronisierten Verkehrszustands prognostiziert wird, indem auf dessen Andauern geschlossen wird, solange zum einen der Verkehrsfluß auf der Zufahrt einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet oder die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit in der Abfahrt geringer als ein vorgebbarer Schwellwert ist und zum anderen der Verkehrsfluß stromaufwärts der Hauptfahrbahn einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet.4. The method according to any one of claims 1 to 3, further characterized in that when a current phase transition from free to synchronized traffic is detected upstream of an entry or exit, the duration of an upstream synchronized traffic state induced thereby is predicted by concluding on its duration , as long as on the one hand the flow of traffic on the driveway exceeds a predeterminable threshold value or the average vehicle speed in the departure is lower than a predefinable threshold value and on the other hand the traffic flow upstream of the main carriageway exceeds a predeterminable threshold value.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß bei Erkennung eines aktuellen Phasenübergangs von freiem zu synchronisiertem Verkehr stromaufwärts einer Zu- oder Abfahrt die räumliche Ausdehnung eines dadurch induzierten, stromaufwärtigen synchronisierten Verkehrszustands prognostiziert wird, indem einerseits angenommen wird, daß die stromabwärtige Flanke des synchronisierten Verkehrszustands bei der Zu- bzw. Abfahrt verbleibt oder sich an dem Ort befindet, bei dem ein Phasenüb- wergang vom synchronisierten zum freien Verkehr erkannt wird, und andererseits auf die Position der stromaufwärtigen Flanke des synchronisierten Verkehrszustands dadurch geschlossen wird, daß entweder die Bedingungen für einen induzierten Phasenübergang von freiem zu synchronisiertem Verkehr dort nicht mehr erfüllt sind oder die Entstehung eines breiten Staus festgestellt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, further characterized in that ß upon detection of a current phase transition from free to synchronized traffic upstream of an entrance or exit The spatial extent of an upstream, synchronized traffic state induced thereby is predicted by, on the one hand, assuming that the downstream flank of the synchronized traffic state remains when the vehicle arrives or exits, or is located at the location where a phase transition from the synchronized to the free one occurs Traffic is recognized, and on the other hand, the position of the upstream flank of the synchronized traffic state is inferred either by the fact that the conditions for an induced phase transition from free to synchronized traffic are no longer met there or by the occurrence of a large traffic jam being determined.
6. Verfahren zur Verkehrszustandsüberwachung in einem Straßenverkehrsnetz, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem für eine oder mehrere Stellen (Mi bis Mio) des Verkehrsnetzes der aktuelle oder ein zukünftig zu erwartender Verkehrszustand ermittelt und zwischen den drei Verkehrszustandsarten freier Verkehr, synchronisierter Verkehr und Stau unterschieden wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß auf einen Phasenübergang von synchronisiertem zu freiem Verkehr geschlossen wird, wenn die mittlere Geschwindigkeit (v) einen vorgebbaren Geschwindigkeitsschwellwert (vG) überschreitet oder oberhalb eines vorgebbaren Geschwindigkeitsschwellwertes stärker als ein vorgebbares Maß ansteigt.6. A method for traffic condition monitoring in a road traffic network, in particular according to one of claims 1 to 5, in which the current or a traffic condition to be expected in the future is determined for one or more points (Mi to million) of the traffic network and synchronized between the three traffic condition types of free traffic A distinction is made between traffic and traffic jams, characterized in that a phase transition from synchronized to free traffic is inferred if the average speed (v) exceeds a predefinable speed threshold value (v G ) or rises more than a predeterminable speed threshold value than a predeterminable measure.
7. Verfahren zur Verkehrszustandsüberwachung in einem Straßennetz, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem für eine oder mehrere Stellen (Mi bis Mio) des Verkehrsnetzes der aktuelle oder ein zukünftig zu erwartender Verkehrszustand ermittelt und zwischen den drei Verkehrszustandsarten freier Verkehr, synchronisierter Verkehr und Stau unterschieden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß nach Erkennung eines Staus dessen weiterer Verlauf prognostiziert wird, indem laufend eine Schätzung der zeitabhängigen Positionen (xi) und/oder (xr) der stromaufwärtigen Stauflanke bzw. der stromabwärtigen Stauflanke nach den Beziehungen7. A method for traffic condition monitoring in a road network, in particular according to one of claims 1 to 6, in which the current or a traffic condition to be expected in the future is determined for one or more locations (Mi to million) of the traffic network and synchronized between the three traffic condition types of free traffic Differentiated traffic and traffic jam, characterized in that after detection of a traffic jam, its further course is predicted by continuously estimating the time-dependent positions (xi) and / or (x r ) of the upstream traffic jam flank or the downstream traffic jam flank according to the relationships
g 0 ( -g g 0 ( - g
*/( ~J- , fr dt, t≥t0 * / (~ J-, fr dt, t≥t 0
vorgenommen wird, wobeiis made, whereby
(i) qm der Verkehrsfluß im Stau und pmaχ die Verkehrsdichte im Stau sind,(i) qm the traffic flow in the traffic jam and p ma χ the traffic density in the traffic jam,
(ii) t0 der Zeitpunkt ist, zu dem an einem Ort die stromaufwärtige Stauflanke eines Staus erkannt oder prognostiziert wird, (iii) ti der Zeitpunkt ist, zu dem an einem Ort die stromabwärtige Stauflanke des Staus erkannt oder prognostiziert wird, (iv) qout und p^.,, der Fluß bzw. die Verkehrsdichte stromabwärts hinter dem Stau und(ii) t 0 is the time at which the upstream side of a traffic jam is recognized or predicted, (iii) ti is the time at which the downstream side of the traffic jam is recognized or forecast, (iv) q out and p ^. ,, the river or the traffic density downstream behind the traffic jam and
(v) q0 und p0 der Fluß bzw. die Verkehrsdichte stromaufwärts vor dem Stau sind.(v) q 0 and p 0 are the river and traffic density upstream from the traffic jam.
8. Verfahren nach Anspruch 7, weiter d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Geschwindigkeiten (vgr,vgl) für die stromabwärtige und/oder die stromaufwärtige Stauflanke aus bislang erfaßten Verkehrszustandsdaten ab einem Zeitpunkt t(k) bzw. t(Itl) gemäß den nachfolgenden Beziehungen vorausgeschätzt werden:8. The method according to claim 7, further characterized in that the speeds (v gr , v gl ) for the downstream and / or the upstream traffic flank from previously recorded traffic condition data from a point in time t (k) or t (Itl) according to the following Relationships are predicted:
v v . / mi .tt κ , = — t'k)- , v v. / mi. t t κ, = - t ' k) -,
wobei Δt die zu validierende Prognosezykluszeit und k bzw. m die Anzahl berücksichtigter, durchgeführter Überwachungszyklen bedeuten. where Δt is the forecast cycle time to be validated and k or m is the number of considered, carried out monitoring cycles.
9. Verfahren zur Zuflußsteuerung in einem Straßenverkehrsnetz, bei dem der Verkehrszustand eines Verkehrsnetzabschnittes überwacht und der Fahrzeugzufluß zu diesem Verkehrsnetzabschnitt in Abhängigkeit vom erkannten Verkehrszustand gesteuert wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Verkehrszustandsüberwachung eine Erkennung von Phasenübergängen zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr, insbesondere durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, beinhaltet und der Fahrzeugzufluß an der jeweiligen Zuflußstelle (Z) in Abhängigkeit von den durch die Verkehrszustandsüberwachung erkannten Phasenübergängen zwischen freiem und synchronisiertem Verkehr gesteuert wird.9. Method for inflow control in a road traffic network, in which the traffic condition of a traffic network section is monitored and the vehicle inflow to this traffic network section is controlled as a function of the recognized traffic condition, characterized in that the traffic condition monitoring detects phase transitions between free and synchronized traffic, in particular by the method according to one of claims 1 to 4, and the vehicle inflow at the respective inflow point (Z) is controlled as a function of the phase transitions between free and synchronized traffic detected by the traffic condition monitoring.
10. Verfahren nach Anspruch 9, weiter d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß der Fahrzeugzufluß an der jeweiligen Zuflußstelle (Z) beschränkt wird, wenn ein Phasenübergang von freiem zu synchronisiertem Verkehr alternativ nur an einer der Zuflußstelle stromabwärts nächstgelegenen Überwachungsstelle (Mi+ι) oder nur an einer der Zuflußstelle stromaufwärts nächstgelegenen Überwachungsstelle (Mi) oder an beiden Überwachungsstellen festgestellt wird.10. The method according to claim 9, further characterized in that ß the vehicle inflow at the respective inflow point (Z) is restricted if a phase transition from free to synchronized traffic alternatively only at one of the inflow point downstream monitoring point (M i + ι) or only at one the upstream upstream monitoring point (Mi) or at both monitoring points.
11. Verfahren nach Anspruch 10, weiter d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Zuflußbeschränkung aufgehoben wird, wenn ein Phasenübergang von synchronisiertem zu freiem Verkehr alternativ nur an der der Zuflußstelle (Z) stromabwärts nächstgelegenen Überwachungsstelle (Mi+ι) oder nur an der der Zuflußstelle (z) stromaufwärts nächstgelegenen Überwachungsstelle (Mi) oder an beiden Überwa- chungsstellen festgestellt wird. 11. The method according to claim 10, further characterized in that ß the inflow restriction is lifted when a phase transition from synchronized to free traffic alternatively only at the monitoring point (M i + ι) downstream of the inflow point (Z) or only at the inflow point (z ) upstream nearest monitoring point (Mi) or at both monitoring points.
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