EP1326222A1 - Verfahren zur selbstkonsistenten Schätzung von prädiktiven Reisezeiten bei Verwendung von mobilen oder stationären Detektoren zur Messung erfahrener Reisezeiten - Google Patents

Abstract

Die Reisezeit auf den gerichteten Kanten eines Strassennetzes ist von herausragender Bedeutung zur Unterstützung verkehrstelematischer Dienste, insbesondere dynamischer Navigationsdienste. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umrechnung von gemessenen ("erfahrenen") Reisezeiten in voraussichtliche ("prädiktive") Reisezeiten vor deren Verwendung zur Beschreibung der aktuellen Verkehrslage in Telematikdiensten.

Description

Eine Grösse von herausragender Bedeutung zur Unterstützung verkehrstelematischer Dienste, insbesondere dynamischer Navigationsdienste, ist die Reisezeit auf den gerichteten Kanten eines Strassennetzes. Erste Versuche, diese Grösse zu messen, basierten auf Messungen der Geschwindigkeit von Fahrzeugen durch stationäre Sensorik und verschiedensten Verfahren zur Schätzung der Reisezeit auf einer definierten Strecke aus den Messungen der Geschwindigkeit an bestimmten Punkten. Aufgrund der damit verbundenen Schwierigkeiten und Qualitätsprobleme wurden diverse Anstrengungen unternommen, Reisezeiten ohne Umwege über Schätzverfahren direkt zu messen. Mindestens die folgenden Verfahren sind dabei zur Anwendung oder testweisen Anwendung gekommen:

1. Floating Car Data:

Die Reisezeit auf einem durch zwei Wegepunkte definierten Streckenstück lässt sich etwa messen durch Übertragung der Zeitpunkte, zu denen ein Floating Car jene Wegepunkte erreicht.

2. Fahrzeugidentifikation, z. B. durch Kameras:

Die Reisezeit auf einem durch zwei Messpunkte definierten Streckenstück kann gemessen werden, wenn die verwendete Sensorik in der Lage ist, Fahrzeuge nach Durchfahren des Streckenstücks wiederzuerkennen. Dies kann etwa durch Bildverarbeitungsmethoden (z. B. Wiedererkennen von Nummernschilden) oder durch Korrelation von Fahrzeuggruppen realisiert werden.

3. Zellortung von Mobiltelefonen:

Durch statistische Analyse der Bewegung einer grossen Anzahl von mobilen Telefonen durch die Zellen eines Funknetzes und Betimmung der zugehörigen Geschwindigkeiten kann der Anteil der Geräte isoliert werden, der wahrscheinlich in Fahrzeugen transportiert wird, und können die entsprechenden Reisezeiten den Kanten eines Verkehrsnetzes zugeordnet werden.

4. Luftbeobachtungen:

Durch zyklische Auswertung von Satelliten- oder Luftbildern in einem Spektralbereich, der die Erkennung und Wiedererkennung im Folgezyklus von Einzelfahrzeugen oder zumindest Fahrzeuggruppen erlaubt, lassen sich Reisezeiten auf Streckenabschnitten messen, die durch die Reisegeschwindigkeit und den Erfassungszyklus definiert sind.

Alle diese Techniken haben als Messergebnis die "erfahrene Reisezeit", also diejenige Reisezeit, die eines oder mehrere Fahrzeuge tatsächlich benötigt haben, um einen bestimmten Streckenabschnitt zu durchfahren. Von Interesse für einen verkehrstelematischen Dienst ist jedoch die "prädiktive Reisezeit", also diejenige Reisezeit, die Fahrzeuge, welche sich gerade am Beginn eines Streckenabschnittes befinden, voraussichtlich benötigen werden, um diesen Abschnitt zu durchfahren.

Das Problem besteht nun darin, dass die erfahrene Reisezeit sich gerade in den interessantesten Situationen, nämlich genau dann, wenn sich Verkehrsstörungen auf- oder abbauen, von der prädiktiven Reisezeit stark (um einen Faktor 2 oder mehr, abhängig von der Verkehrssituation und der Länge des betrachteten Streckenabschnitts) unterscheiden kann. Damit sind alle oben genannten Verfahren zur Messung der Reisezeit nutzlos, wenn nicht eine den Unterschied zwischen erfahrener und prädiktiver Reisezeit berücksichtigende Korrektur durchgeführt wird.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur selbstkonsistenten Schätzung von prädiktiven Reisezeiten zu finden, bei dem diese Korrektur Berücksichtigung findet.
Das Verfahren besteht aus den folgenden Schritten:

1. Selektion oder Konstruktion einer Funktion TT(s), welche die erfahrene Reisezeit als Funktion der Tageszeit beschreibt.
Selektion: Sofern eine historische Datenbasis vorhanden ist, kann daraus eine Funktion TT(s) unter Verwendung von Merkmalen wie dem Wochentag, dem bekannten Verlauf der erfahrenen Reisezeit seit Tagesbeginn, dem Verkehrsfluss an Messorten auf dem oder in der Nähe des betrachteten Streckenabschnitts selektiert werden. Zum Aufbau der Datenbasis und zur Selektion kann dabei z. B. ein in der Patentanmeldung 197 53 034.6 beschriebenes Verfahren verwendet werden.
Konstruktion: Ersatzweise, d. h. bei Abwesenheit einer historischen Datenbasis, kann eine Funktion TT(s) konstruiert werden. Im einfachsten Fall ist diese Funktion abschnittsweise konstant oder linear (Fig. 1), wobei das untere (obere) Niveau der Reisezeit TT'^< (TT^> ) mit der freien Geschwindigkeit (der Restgeschwindigkeit im Stau) v_f (v_s ) und der Länge des betrachteten Streckenabschnitts L zusammenhängt über TT^< = L / v _f (TT^> = L / v _s ). Die dimensionslose Steilheit der Flanken ergibt sich durch σ = ± 1 / L(TT ^> - TT ^<)V_s , wobei V_s die Geschwindigkeit einer Staufront ist, aus der sich ableiten lässt, wie schnell ausgehend vom unteren Reisezeitniveau auf einem Link TT ^< das obere Niveau TT^> erreicht wird oder umgekehrt.
   Gemischte Verfahren: In vielen Fällen, in denen eine selektierte Funktion TT(s) von aktuellen Messwerten abweicht oder Gründe bekannt sind, die zu Abweichungen führen werden, kann eine selektierte Funktion verändert werden. Auch dazu sind geeignete Verfahren bekannt (z.B. aus Patentanmeldung 199 35 769.2).

2. Nachdem ein Messwert ETT(t) für die erfahrene Reisezeit zur Zeit t, ermittelt z. B. durch eines der oben beschriebenen Verfahren, und eine Funktion TT(s) vorliegen, ist nun ein Zeitpunkt s_o zu finden derart, dass TT(s_o) = ETT(t) ist.
   Selbst für ausreichend geglättete Funktionen TT(s) wird es i. A. mehrere Lösungen für s_o geben. Typischerweise wird es zwei Lösungen geben, eine für die ansteigende und eine für die abfallende Flanke der Reisezeit (Fig. 2). Falls die linksseitige Ableitung der vorzugsweise geglätteten Funktion ETT, ermittelt aus den vorangegangenen Werten mit ETT(t) als letztem, positiv ist, so ist die Lösung auf der ansteigenden Flanke der Funktion TT(s) zu wählen, ansonsten die Lösung auf der abfallenden Flanke.

3. Im dritten Schritt schließlich ist die prädiktive Reisezeit zur Zeit t, PTT(t), zumindest näherungsweise selbstkonsistent zu ermitteln (Fig. 3). Dabei erfüllt die exakte selbstkonsistente Lösung die Gleichung PTT(t) = TT(s_o + PTT(t)), die allerdings ein numerisches Lösungsverfahren erfordert. Eine einfache Näherung, die in der Praxis bereits eine deutliche Verbesserung gegenüber den vorbekannten Verfahren darstellt, ist aber bereits gegeben durch die Gleichung PTT(t) = TT(s_o + TT(s_o)), welche eine direkte Berechnung erlaubt. Weitere Näherungsverfahren für Lösungen von Fixpunktgleichungen sind aus der Mathematik bekannt.

Die so bestimmte prädiktive Reisezeit PTT(t) kann nun Eingang finden in verkehrstelematische Dienst anstelle der gemessenen Grösse ETT(t).

Claims (4)

1. Verfahren zur selbstkonsistenten Schätzung von prädiktiven Reisezeiten bei Verwendung von mobilen oder stationären Detektoren zur Messung erfahrener Reisezeiten, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

   Definition einer Funktion TT(s), welche die erfahrene Reisezeit als Funktion der Tageszeit beschreibt,

   Ermittlung eines Zeitpunktes s_o derart, dass gilt TT(so) = ETT(t), wobei ETT(t) der ermittelte Messwert für die Reisezeit zur Zeit t ist, .

   zumindest näherungsweise selbstkonsistente Ermittlung der prädiktiven Reisezeit PTT(t) zur Zeit t (Fig. 3), wobei die exakte selbstkonsistente Lösung die Gleichung PTT(t) = TT(S_o + PTT(t)) erfüllt, die ein numerisches Lösungsverfahren erfordert.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, dass

   die Funktion TT(s) unter Verwendung von Merkmalen wie dem Wochentag, dem bekannten Verlauf der erfahrenen Reisezeit seit Tagesbeginn, dem Verkehrsfluss an Messorten auf dem oder in der Nähe des betrachteten Streckenabschnitts aus einer vorhandenen historischen Datenbasis selektiert wird,

   falls die linksseitige Ableitung der vorzugsweise geglätteten Funktion ETT, ermittelt aus den vorangegangenen Werten mit ETT(t) als letztem, positiv ist, die Lösung auf der ansteigenden Flanke der Funktion TT(s) (Fig. 2) zu wählen ist, ansonsten die Lösung auf der abfallenden Flanke.
3. Verfahren nach Anspruch 1
   dadurch gekennzeichnet, dass

   die Funktion TT(s) konstruiert wird, wobei diese im einfachsten Fall abschnittsweise konstant oder linear ist (Fig. 1), wobei das untere (obere) Niveau der Reisezeit TT ^< (TT^>) mit der freien Geschwindigkeit (der Restgeschwindigkeit im Stau) v _f (v _s) und der Länge des betrachteten Streckenabschnitts L zusammenhängt über TT^< = L / v _f (TT^> = L / v _s ) wobei sich die dimensionslose Steilheit der Flanken durch σ = ± 1 / L(TT ^>-TT ^<)V_s ergibt, und wobei V_s die Geschwindigkeit einer Staufront ist, aus der sich ableiten lässt, wie schnell ausgehend vom unteren Reisezeitniveau auf einem Link TT^< das obere Niveau TT^> erreicht wird oder umgekehrt,

   falls die linksseitige Ableitung der vorzugsweise geglätteten Funktion ETT, ermittelt aus den vorangegangenen Werten mit ETT(t) als letztem, positiv ist, die Lösung auf der ansteigenden Flanke der Funktion TT(s) (Fig. 2) zu wählen ist, ansonsten die Lösung auf der abfallenden Flanke.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, dass eine einfache Näherung durch die Gleichung PTT(t) = TT(so + TT(so)) gegeben ist, welche eine direkte Berechnung erlaubt.

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