EP1831853B1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung von lichtsignalanlagen für den aufbau einer grünen welle - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur steuerung von lichtsignalanlagen für den aufbau einer grünen welle Download PDF

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EP1831853B1
EP1831853B1 EP06778100A EP06778100A EP1831853B1 EP 1831853 B1 EP1831853 B1 EP 1831853B1 EP 06778100 A EP06778100 A EP 06778100A EP 06778100 A EP06778100 A EP 06778100A EP 1831853 B1 EP1831853 B1 EP 1831853B1
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EP
European Patent Office
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coordinated
traffic
intersection
traffic light
vehicles
Prior art date
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EP06778100A
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Paul Mathias
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Siemens AG
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Siemens AG
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Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/07—Controlling traffic signals
    • G08G1/08—Controlling traffic signals according to detected number or speed of vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for controlling light signal systems for the construction of a green shaft.
  • a traffic signal system consists of a combination of light sensors for the various access roads to the intersection and the necessary operating facilities to control the traffic flow.
  • a light signal transmitter in this sense is a telecommunications device that transmits visible signals to the road users.
  • a local control unit of the intersection runs a signal program, in which the signal times of the traffic signal system with respect to duration and assignment are defined.
  • Fixed-time-controlled and traffic-dependent methods for controlling the signal transmitters at an intersection are known here.
  • the fixed-time signal control is a light signal control with fixed signal times without consideration of current traffic conditions. This macroscopic signal control is based on a long-term consideration of the traffic condition at the intersection.
  • the method uses fixed time table signal programs with a fixed daily or weekly automatic. At the respective traffic signal system, the switching times for changing signal programs are thus set, for example, for the respective day of the week.
  • a method for controlling traffic lights at intersections in which the traffic condition at the intersection is detected cyclically, a signal program tuned to the detected traffic condition is selected and the traffic lights receive switching commands from the selected signal program. From the detected traffic conditions, characteristic traffic conditions are derived for the intersection in this method, to each of which a coordinated signal program is assigned. When a traffic condition is detected, the characteristic traffic condition closest to the current traffic condition is then determined and the signal program associated with the closest characteristic traffic condition is executed to trigger switching commands for the light signal transmitters. This automatic selection of a signal program tailored to the current traffic situation allows the process to adapt to changing traffic conditions on a short-term time scale. A similar procedure is from the DE-A-44 36 339 known.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device for controlling traffic signal systems, which are for the construction of a green wave do not require a connection to a central traffic computer.
  • At least one direction to be coordinated is determined or determined on the basis of the traffic load for the intersection, which is controlled by the traffic signal system.
  • Appropriate detectors continuously detect a time distribution of vehicles crossing the intersection in the direction to be coordinated. From the detected temporal distribution, cyclically recurring groups of vehicles are identified, preferably using statistical methods, and the cycle and arrival times of the pulses at the intersection are determined on the basis of this.
  • a signaling program of the traffic signal system is selected or generated and, taking into account the ascertained arrival times for controlling the traffic light system, switched in time so that one or more signal transmitters of the traffic signal system, which control the direction to be coordinated, arrive at the arrival times of the pulse in a green phase.
  • the selection or generation of the signal program is of course such that the switching cycle of the signal generator concerned at least approximately corresponds to the determined from the temporal distribution pulse cycle. If such a controller is used for the traffic signal systems on a given route on which a green wave is to be generated, a self-organizing structure of a green wave takes place between the adjacent traffic signals without communication between them and without a synchronization signal from a control center.
  • the relevant traffic lights must therefore not be connected to a central office or a central traffic computer.
  • For building a green Wave on a predetermined route must rather be determined only on the light systems involved in each case the corresponding directions on which the green wave is to be generated, referred to in the present patent application as the direction to be coordinated.
  • an automatic adaptation or coordination between adjacent traffic signal systems in the direction of the strongest traffic load without data exchange between the traffic signal systems and without a synchronization signal of a control center can also take place.
  • the determination of the direction to be coordinated as a function of the current, average traffic load preferably by means of a priority scheme, which is set for different directions of the traffic signal system.
  • the determination of priorities is advantageous if the same traffic load is determined in the various directions considered. In this case, the direction with the highest priority is determined as the direction to be coordinated for the construction of the green wave.
  • the method and the device thus make it possible to automatically set up dynamic green waves within a given framework, depending on the current traffic loads, without communication between the traffic signals.
  • the method and the device are particularly suitable for so-called single runners (crossing controls), which are not connected to a central system and therefore can not receive synchronization signals.
  • crossing controls crossing controls
  • existing controls of traffic signal systems can be extended by the present control.
  • the present device for controlling a traffic signal system comprises in known manner a memory unit with stored signaling programs for the light signal transmitter of the traffic signal system.
  • the device further comprises a configuration unit, in which at least one direction to be coordinated can be defined for the crossing and / or parameters for determining the direction to be coordinated are configurable, a processing unit for incoming measurement data of one or more detectors for vehicle detection, which temporally from the measurement data Determining distribution of vehicles that pass the intersection in the at least one direction to be coordinated, as well as an evaluation unit that identifies cyclically repeating bursts of vehicles from the time distribution and determines the cycle and the arrival times of the pulses at the intersection.
  • An execution unit of the device is configured in such a way that it selects or generates a signaling program of the traffic signal system based on the cycle and timed so that one or more light signal transmitters which control the direction to be coordinated with the Arrival times of the bursts are in a green phase.
  • Self-organization in this example is controlled by three basic mechanisms through which each of the traffic light systems involved must have their respective intersections, hereinafter also referred to as nodes.
  • the nodes must have suitable detection devices, at least for the directions or access roads to be coordinated, which make it possible to detect individual vehicles with a temporal resolution of preferably ⁇ 1 s. This can be done for example via induction loops in the lanes.
  • at least one absolute pulse peak arrival time and the cycle of the pulse peak arrivals are determined from the measured data acquired by the detection devices, in particular the time distribution of the vehicles.
  • a second essential mechanism is the determination of the direction 2 to be coordinated.
  • This direction to be coordinated can either be predefined for the respective node in the traffic light system or can be implemented as a function of the current average traffic load using a predetermined priority scheme. It is therefore initially given by the operator for each light signal system involved or each node involved either the direction to be coordinated or created a priority scheme for different directions at the node. This is indicated by method step 1 in the flow chart of FIG.
  • Such a scheme could be, for example, for a single direction of a node of the following form: ⁇ Priority ⁇ 1,2, ...>, access ⁇ N, O, S, W>, exit ⁇ N, O, S, W>, start / continuation of wave ⁇ B, C> ⁇
  • the individual identifiers for the access or exit in this example indicate the cardinal directions for the identification of the entrances and exits of an intersection K, as described in US Pat FIG. 3 is indicated schematically. Of course, any other names can be used for the entrances and exits. Thus, the node numbers of the respective adjacent nodes are also suitable as designations.
  • the labels B, C define whether a green wave for that direction starts (B) or continues (C) at that node. In case of onset, no pulse analysis needs to be performed. However, the respective green windows must be fixed in any position as long as the direction in question has the highest load. The operator must therefore determine beforehand which of the traffic signal systems are used to start a green wave.
  • the direction WO or OW represents the direction to be coordinated, depending on which of these directions has the greater traffic load.
  • the direction WO at this node forms the beginning of the green wave, whereas the opposite direction OW continues the wave. If the loadings of the two directions are approximately the same, then the direction with the higher priority prefers.
  • the load selection is preferably carried out via a hysteresis loop, so that a change of coordination takes place only when the change in traffic load over a longer period is maintained.
  • such a tuple could introduce another flag per node, which controls whether in the case of equal priority directions only the direction with the highest load is coordinated, or whether an attempt is made to compromise between the possibly conflicting requirements of the two directions.
  • the determination of the direction to be coordinated takes place on the basis of the predetermined definition or on the basis of the traffic load for the directions indicated by the tuples, which is determined on the basis of the measurement data of the detection device.
  • the already explained automatic pulse analysis 4 takes place, by means of which the absolute pulse peak arrival times and the cycle of the pulse peak arrivals at the node are determined.
  • the selection and execution of a suitable signal program for the control of the light signal transmitter of the traffic signal system takes place in step 5.
  • the signal programs (fixed-time programs) or master plans present in the traffic signal system are selected or rotated in such a way that the cycle time corresponds to the cycle of the pulse peak arrivals and the coordination direction lies in the green window at the correct time. If no suitable signal programs are available, then a local controller can also calculate the required fixed-time programs or master plans online or modify existing ones, for example by temporally compressing or extending the circulation times.
  • FIG. 2 shows an example of a device for controlling the traffic signal system, a so-called traffic control device.
  • traffic control devices are typically incorporated into an equipment cabinet, wherein the individual components, such as power supply, control, signal protection, I / O modules and lamp switches, are mounted on a U-shaped frame.
  • the control module consists essentially of a main processor, which can control, for example, up to 48 signal groups, memory modules and various interfaces.
  • a control unit 10 comprises according to FIG. 2 a core module 20 and a control module 30.
  • the core module 20 is the switching 21 of light signal transmitter 40 having signal groups and the continuous detection 22 of traffic data by detectors 50 instead.
  • the memory unit 23 of the core module 20 corresponding signaling programs for switching the light signal are stored.
  • the control module 30 in the present example comprises a processing unit 32 in which the measurement data acquired by the detectors 50 are processed in order to obtain an average traffic load in different directions as well as time profiles of the vehicles in the different directions.
  • the control module 30 further comprises a configuration unit 31 in which the direction to be coordinated is defined or a plurality of directions to be coordinated are given with corresponding priorities.
  • An evaluation unit 33 determines the direction to be coordinated on the basis of the data of the processing unit 32 and the configuration unit 31 according to the present method, as described in connection with FIG FIG. 1 was explained.
  • the automatic pulse analysis in the direction to be coordinated likewise takes place in the evaluation unit 33.
  • the execution unit 34 which in the present example is connected to a generation unit 35 for generating suitable signal programs, selects the suitable signal programs from the memory unit 23 or leaves them by the generation unit 35 create and execute them by controlling the signal generator 40.
  • the green wave is always established along the strongest traffic flow in the road network covered by the method.
  • FIG. 4 shows for this an example in which such a green wave was built up by self-organization of the participating nodes K1 to K4 according to the present method.
  • the traffic signals of the individual nodes do not have to be connected to a central entity or communicate with each other.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Steuerung von Lichtsignalanlagen für den Aufbau einer grünen Welle.
  • Der Verkehr auf Kreuzungen wird heute hauptsächlich durch Lichtsignalanlagen geregelt. Eine Lichtsignalanlage besteht aus einer Kombination von Lichtsignalgebern für die verschiedenen Zufahrten zur Kreuzung und den erforderlichen Betriebseinrichtungen zur Steuerung des Verkehrsablaufs. Ein Lichtsignalgeber in diesem Sinne ist ein Fernmeldegerät, das den Verkehrsteilnehmern sichtbare Signale übermittelt. In einem lokalen Steuergerät der Kreuzung läuft ein Signalprogramm ab, in dem die Signalzeiten der Lichtsignalanlage bezüglich Dauer und Zuordnung festgelegt sind. Hierbei sind festzeitgesteuerte und verkehrsabhängige Verfahren zum Steuern der Signalgeber an einer Kreuzung bekannt. Bei der Festzeit-Signalsteuerung handelt es sich um eine Lichtsignalsteuerung mit festgelegten Signalzeiten ohne Berücksichtigung momentaner Verkehrsverhältnisse. Diese makroskopische Signalsteuerung basiert auf einer langfristigen Berücksichtigung des Verkehrszustandes an der Kreuzung. Das Verfahren verwendet auf fixen Zeittabellen arbeitende Signalprogramme mit einer starren Tages- oder Wochenautomatik. An der jeweiligen Lichtsignalanlage sind die Schaltzeitpunkte zum Wechseln von Signalprogrammen also beispielsweise für den jeweiligen Wochentag eingestellt.
  • Demgegenüber erfolgt bei verkehrsabhängigen Verfahren die Signalsteuerung unter kurzfristiger Berücksichtigung des momentanen Verkehrszustandes an der Kreuzung. Dies erfordert eine automatische Erfassung von Verkehrszuständen oder Zustandsänderungen mit oft mehreren Detektoren, wie beispielsweise Induktionsschleifen, Infrarotsensoren oder Radardetektoren, pro Kreuzungszufahrt.
  • Aus der EP 1 298 620 A2 ist ein Verfahren zum Steuern von Lichtsignalgebern an Kreuzungen bekannt, bei dem der Verkehrszustand an der Kreuzung zyklisch erfasst wird, ein auf den erfassten Verkehrszustand abgestimmtes Signalprogramm ausgewählt wird und die Lichtsignalgeber von dem ausgewählten Signalprogramm Schaltbefehle erhalten. Aus den erfassten Verkehrszuständen werden bei diesem Verfahren für die Kreuzung charakteristische Verkehrszustände abgeleitet, denen jeweils ein abgestimmtes Signalprogramm zugeordnet wird. Bei der Erfassung eines Verkehrszustandes wird dann der dem aktuellen Verkehrszustand nächstliegende charakteristische Verkehrszustand ermittelt und das dem nächstliegenden charakteristischen Verkehrszustand zugeordnete Signalprogramm zum Auslösen von Schaltbefehlen für die Lichtsignalgeber ausgeführt. Durch diese automatische Auswahl eines auf die aktuelle Verkehrssituation abgestimmten Signalprogramms kann sich das Verfahren auf einer kurzfristigen Zeitskala an wechselnde Verkehrsbedingungen anpassen. Ein ahnliches Verfahren ist aus der DE-A- 44 36 339 bekannt.
  • Beim Betrieb von Lichtsignalanlagen ist es in vielen Fällen wünschenswert, auf bestimmten Routen hoher Verkehrsbelastung eine so genannte grüne Welle zu erzeugen, um den Verkehrsfluss auf diesen Routen zu optimieren. Hierfür müssen die auf der Route liegenden Lichtsignalanlagen in ihrer Steuerung koordiniert werden. Diese Koordination erfolgt bisher über Synchronisationssignale von zentralen Verkehrsrechnern, auf deren Basis die einzelnen Lichtsignalanlagen geeignete Signalprogramme zeitlich abgestimmt ausführen. Dies erfordert jedoch, dass sämtliche auf der entsprechenden Route liegenden Lichtsignalanlagen mit der zentralen Instanz verbunden sein müssen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Steuerung von Lichtsignalanlagen anzugeben, die für den Aufbau einer grünen Welle keine Verbindung zu einem zentralen Verkehrsrechner erfordern.
  • Die Aufgabe wird mit dem Verfahren sowie der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung oder dem Ausführungsbeispiel entnehmen.
  • Bei dem vorliegenden Verfahren wird für die Kreuzung, die durch die Lichtsignalanlage geregelt wird, zumindest eine zu koordinierende Richtung festgelegt oder auf Basis der Verkehrsbelastung bestimmt. Über geeignete Detektoren wird kontinuierlich eine zeitliche Verteilung von Fahrzeugen erfasst, die in der zu koordinierenden Richtung die Kreuzung passieren. Aus der erfassten zeitlichen Verteilung werden, vorzugsweise mit statistischen Methoden, zyklisch wiederkehrende Pulks von Fahrzeugen identifiziert und darauf basierend der Zyklus und die Ankunftszeiten der Pulks an der Kreuzung ermittelt. Anhand des auf diese Weise bestimmten Zyklus wird ein Signalisierungsprogramm der Lichtsignalanlage ausgewählt oder generiert und unter Berücksichtigung der ermittelten Ankunftszeiten zur Steuerung der Lichtsignalanlage zeitlich so geschaltet, dass sich ein oder mehrere Signalgeber der Lichtsignalanlage, die die zu koordinierende Richtung steuern, zu den Ankunftszeiten der Pulks in einer Grünphase befinden. Die Auswahl bzw. Generierung des Signalprogramms erfolgt dabei selbstverständlich derart, dass der Schaltzyklus der betroffenen Signalgeber dem aus der zeitlichen Verteilung ermittelten Pulkzyklus zumindest annähernd entspricht. Wird eine derartige Steuerung für die Lichtsignalanlagen an einer vorgegebenen Route eingesetzt, auf der eine grüne Welle erzeugt werden soll, so erfolgt ein selbstorganisierender Aufbau einer grünen Welle zwischen den benachbarten Lichtsignalanlagen ohne Kommunikation zwischen diesen und ohne Synchronisationssignal einer Zentrale. Die betreffenden Lichtsignalanlagen müssen daher nicht mit einer Zentrale bzw. einem zentralen Verkehrsrechner verbunden sein. Für den Aufbau einer grünen Welle auf einer vorab festgelegten Route müssen vielmehr lediglich an den beteiligten Lichtsignalanlagen jeweils die entsprechenden Richtungen festgelegt werden, auf denen die grüne Welle erzeugt werden soll, in der vorliegenden Patentanmeldung als zu koordinierende Richtung bezeichnet.
  • In einer Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung kann auch eine automatische Anpassung bzw. Koordinierung zwischen benachbarten Lichtsignalanlagen in Richtung der stärksten Verkehrsbelastung ohne Datenaustausch zwischen den Lichtsignalanlagen und ohne Synchronisierungssignal einer Zentrale erfolgen. Hierzu erfolgt die Bestimmung der zu koordinierenden Richtung in Abhängigkeit der aktuellen, gemittelten Verkehrsbelastung, vorzugsweise mit Hilfe eines Prioritätenschemas, das für unterschiedliche Richtungen an der Lichtsignalanlage festgelegt wird. Die Festlegung von Prioritäten ist von Vorteil, falls in den jeweils betrachteten unterschiedlichen Richtungen die gleiche Verkehrsbelastung ermittelt wird. In diesem Falle wird für den Aufbau der grünen Welle die Richtung mit der höchsten Priorität als zu koordinierenden Richtung bestimmt. Diese Betriebsweise ermöglicht eine Selbstorganisation der Lichtsignalanlagen im betroffenen Verkehrsnetz bzw. Straßennetz, bei der die Koordinierung automatisch immer entlang des stärksten Verkehrsstroms aufgebaut wird. Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen es damit, ohne Kommunikation der Lichtsignalanlagen innerhalb eines vorgegebenen Rahmens in Abhängigkeit der aktuellen Verkehrsbelastungen dynamische grüne Wellen automatisch aufzubauen. Damit wird ohne aufwendige Versorgung und ohne weitere technische Infrastruktur eine größere Flexibilität der Verkehrskoordination in einem Straßennetz erreicht. Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich insbesondere für so genannte Einzelläufer (Kreuzungssteuerungen), die nicht an ein zentrales System angeschlossen sind und daher keine Synchronisationssignale empfangen können. Prinzipiell lassen sich auch vorhandene Steuerungen von Lichtsignalanlagen um die vorliegende Steuerung erweitern.
  • Die vorliegende Vorrichtung zur Steuerung einer Lichtsignalanlage umfasst in bekannter Weise eine Speichereinheit mit hinterlegten Signalisierungsprogrammen für die Lichtsignalgeber der Lichtsignalanlage. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Konfigurationseinheit, in der für die Kreuzung zumindest eine zu koordinierende Richtung festlegbar ist und/oder Parameter zur Bestimmung der zu koordinierenden Richtung konfigurierbar sind, eine Verarbeitungseinheit für eingehende Messdaten ein oder mehrerer Detektoren zur Fahrzeugerfassung, die aus den Messdaten eine zeitliche Verteilung von Fahrzeugen bestimmt, die in der zumindest einen zu koordinierenden Richtung die Kreuzung passieren, sowie eine Auswerteeinheit, die aus der zeitlichen Verteilung zyklisch wiederkehrende Pulks von Fahrzeugen identifiziert und den Zyklus sowie die Ankunftszeiten der Pulks an der Kreuzung ermittelt. Eine Ausführungseinheit der Vorrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie anhand des Zyklus ein Signalisierungsprogramm der Lichtsignalanlage auswählt oder generiert und unter Berücksichtigung der ermittelten Ankunftszeiten zur Steuerung der Lichtsignalanlage zeitlich so schaltet, dass sich ein oder mehrere Lichtsignalgeber, die die zu koordinierende Richtung steuern, zu den Ankunftszeiten der Pulks in einer grünen Phase befinden.
  • Das vorliegende Verfahren und die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des durch die Patentansprüche vorgegebenen Schutzbereichs nochmals erläutert. Hierbei zeigen:
    • FIG 1
    schematisch ein Ablaufschema des vorliegenden Verfahrens zur Steuerung einer Lichtsignalanlage;
    FIG 2
    schematisch einen beispielhaften Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;
    FIG 3
    ein Beispiel für die Kennzeichnung der Unterschiedlichen Richtungen an einer Kreuzung; und
    FIG 4
    ein Beispiel für eine automatische Koordinierung entlang des stärksten Verkehrsstroms in einem Straßennetz.
  • Die Selbstorganisation wird beim diesem Beispiel durch drei grundlegende Mechanismen gesteuert, über die jede der beteiligten Lichtsignalanlagen an den jeweiligen Kreuzungen, im Folgenden auch als Knoten bezeichnet, verfügen muss.
  • Einer dieser Mechanismen betrifft die automatische Pulkanalyse 4, die beim vorliegenden Verfahren durchgeführt wird. Die Knoten müssen hierfür zumindest für die zu koordinierenden Richtungen bzw. Zufahrten geeignete Detektionseinrichtungen besitzen, die es erlauben, einzelne Fahrzeuge mit einer zeitlichen Auflösung von vorzugsweise ≤ 1s zu detektieren. Dies kann beispielsweise über Induktionsschleifen in den Fahrbahnen erfolgen. Mit Hilfe von statistischen Standardmethoden werden bei dieser Pulkanalyse 4 zumindest eine absolute Pulkspitzenankunftszeit sowie der Zyklus der Pulkspitzenankünfte aus den mit den Detektionseinrichtungen erfassten Messdaten, insbesondere der zeitlichen Verteilung der Fahrzeuge, bestimmt.
  • Ein zweiter wesentlicher Mechanismus besteht in der Bestimmung der zu koordinierenden Richtung 2. Diese zu koordinierende Richtung kann entweder für den jeweiligen Knoten in der Lichtsignalanlage fest vorgegeben sein oder in Abhängigkeit der aktuellen, gemittelten Verkehrsbelastungen mit Hilfe eines vorgegebenen Prioritätenschemas realisiert werden. Es wird daher zunächst durch den Betreiber für jede beteiligte Lichtsignalanlage bzw. jeden beteiligten Knoten entweder die zu koordinierende Richtung vorgegeben oder für unterschiedliche Richtungen an dem Knoten ein Prioritätenschema erstellt. Dies ist mit dem Verfahrensschritt 1 im Ablaufschema der Figur 1 angedeutet. Solch ein Schema könnte z.B. für eine einzelne Richtung eines Knotens von der folgenden Form sein: {Priorität <1,2,...>, Zufahrt <N, O, S, W>, Ausfahrt <N, O, S, W>, Beginn/Fortsetzung der Welle <B,C>}
  • Die einzelnen Kennungen für die Zufahrt bzw. Ausfahrt geben in diesem Beispiel die Himmelsrichtungen für die Identifizierung der Zu- bzw. Ausfahrten einer Kreuzung K an, wie sie in der Figur 3 schematisch angedeutet ist. Natürlich können für die Zu- bzw. Ausfahrten auch beliebige andere Bezeichnungen verwendet werden. So bieten sich auch die Knotennummern der jeweils angrenzenden Knoten als Bezeichnung an.
  • Die Kennungen B,C definieren, ob eine grüne Welle für diese Richtung an dem betreffenden Knoten beginnt (B) oder fortgesetzt wird (C). Im Falle eines Beginns muss keine Pulkanalyse durchgeführt werden. Jedoch müssen die betreffenden Grünfenster in einer beliebigen Lage fixiert werden, solange die betreffende Richtung die stärkste Belastung hat. Der Betreiber muss somit vorher festlegen, welche der Lichtsignalanlagen für den Beginn einer grünen Welle eingesetzt werden.
  • Für einen Knoten können hierbei mehrere derartiger Tupel festgelegt werden, um mehrere Richtungen in die Koordinierung gemäß dem vorliegenden Verfahren einzubeziehen. Ein Beispiel für zwei derartige Tupel kann beispielsweise wie folgt aussehen: 
 {
     {1,W,O,B}
     {2,O,W,C}
 }
  • Diese Vereinbarung bedeutet, dass die Richtung W-O oder O-W die zu koordinierende Richtung darstellt, je nachdem, welche dieser Richtungen die größere Verkehrsbelastung aufweist. Dabei bildet die Richtung W-O an diesem Knoten den Beginn der grünen Welle, wogegen die entgegengesetzte Richtung O-W die Welle fortsetzt. Sind die Belastungen der beiden Richtungen annähernd gleich, so wird die Richtung mit der höheren Priorität bevorzugt. Zur Vermeidung von häufigem Koordinierungswechsel erfolgt die Belastungsauswahl vorzugsweise über eine Hystereseschleife, so dass ein Koordinierungswechsel erst dann stattfindet, wenn der Wechsel der Verkehrsbelastung über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten wird.
  • Zusätzlich könnte in ein derartiges Tupel ein weiteres Flag pro Knoten eingeführt werden, das steuert, ob im Falle von Richtungen gleicher Priorität nur die Richtung mit der höchsten Belastung koordiniert wird oder ob versucht wird, einen Kompromiss zwischen den eventuell konkurrierenden Anforderungen der beiden Richtungen herzustellen.
  • Beim Verfahrensablauf der Figur 1 erfolgt in Schritt 3 die Bestimmung der zu koordinierenden Richtung anhand der vorgegebenen Festlegung bzw. anhand der Verkehrsbelastung für die mit den Tupeln angegebenen Richtungen, die auf Basis der Messdaten der Detektionseinrichtung ermittelt wird. Nach der Bestimmung der momentan zu koordinierenden Richtung erfolgt die bereits erläuterte automatische Pulkanalyse 4, durch die die absoluten Pulkspitzenankunftszeiten sowie der Zyklus der Pulkspitzenankünfte am Knoten bestimmt wird.
  • Als dritter grundlegender Mechanismus des vorliegenden Verfahrens erfolgt schließlich in Schritt 5 die Auswahl und Ausführung eines geeigneten Signalprogramms für die Ansteuerung der Lichtsignalgeber der Lichtsignalanlage. Die in der Lichtsignalanlage vorhandenen Signalprogramme (Festzeitprogramme) oder Rahmenpläne werden hierbei so ausgewählt bzw. rotiert, dass die Umlaufzeit dem Zyklus der Pulkspitzenankünfte entspricht und die Koordinierungsrichtung zum richtigen Zeitpunkt im grünen Fenster liegt. Sind keine geeigneten Signalprogramme vorhanden, so kann eine lokale Steuerung auch die benötigten Festzeitprogramme oder Rahmenpläne online berechnen oder bereits existierende modifizieren, beispielsweise durch zeitliches Stauchen oder Dehnen der Umlaufzeiten.
  • Figur 2 zeigt hierbei ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Steuerung der Lichtsignalanlage, ein so genanntes Verkehrssteuergerät. An sich bekannte Verkehrssteuergeräte sind typischerweise in einen Geräteschrank eingebaut, worin die einzelnen Komponenten, wie Stromversorgung, Steuerung, Signalsicherung, I/O-Module und Lampenschalter, auf einem U-förmigen Rahmen montiert sind. Die Steuerungsbaugruppe besteht im Wesentlichen aus einem Hauptprozessor, der beispielsweise bis zu 48 Signalgruppen steuern kann, aus Speichermodulen und diversen Schnittstellen.
  • Ein Steuergerät 10 umfasst gemäß Figur 2 ein Kernmodul 20 und ein Steuerungsmodul 30. Im Kernmodul 20 findet das Schalten 21 von Lichtsignalgeber 40 aufweisenden Signalgruppen sowie das fortwährende Erfassen 22 von Verkehrsdaten durch Detektoren 50 statt. In der Speichereinheit 23 des Kernmoduls 20 sind entsprechende Signalisierungsprogramme zum Schalten der Lichtsignalgeber hinterlegt.
  • Das Steuerungsmodul 30 umfasst im vorliegenden Beispiel eine Verarbeitungseinheit 32, in der die von den Detektoren 50 erfassten Messdaten verarbeitet werden, um eine gemittelte Verkehrsbelastung in unterschiedlichen Richtungen sowie zeitliche Verläufe der Fahrzeuge in den unterschiedlichen Richtungen zu erhalten. Das Steuerungsmodul 30 umfasst weiterhin eine Konfigurationseinheit 31, in der die zu koordinierende Richtung festgelegt oder mehrere potentiell zu koordinierende Richtungen mit entsprechenden Prioritäten angegeben sind. Eine Auswerteeinheit 33 bestimmt die zu koordinierende Richtung anhand der Daten der Verarbeitungseinheit 32 sowie der Konfigurationseinheit 31 gemäß dem vorliegenden Verfahren, wie es im Zusammenhang mit Figur 1 erläutert wurde. Die automatische Pulkanalyse in der zu koordinierenden Richtung erfolgt ebenfalls in der Auswerteeinheit 33. Die Ausführungseinheit 34, die im vorliegenden Beispiel mit einer Generierungseinheit 35 zur Generierung geeigneter Signalprogramme verbunden ist, wählt die geeigneten Signalprogramme aus der Speichereinheit 23 aus oder lässt sie durch die Generierungseinheit 35 erstellen und führt sie durch Ansteuerung der Signalgeber 40 aus.
  • Bei automatischer Bestimmung der zu koordinierenden Richtung an den jeweiligen Knoten wird die grüne Welle immer entlang des stärksten Verkehrsstroms in dem durch das Verfahren abgedeckten Straßennetz aufgebaut. Figur 4 zeigt hierfür ein Beispiel, bei der eine derartige grüne Welle durch Selbstorganisation der beteiligten Knoten K1 bis K4 gemäß dem vorliegenden Verfahren aufgebaut wurde. Die Lichtsignalanlagen der einzelnen Knoten müssen hierbei weder mit einer zentralen Instanz verbunden sein, noch miteinander kommunizieren.

    • Claims (14)

    1. Verfahren zur Steuerung einer Lichtsignalanlage an einer Kreuzung zum Aufbau einer grünen Welle, bei dem
      - für die Kreuzung zumindest eine zu koordinierende Richtung festgelegt oder bestimmt wird (1,3),
      - eine zeitliche Verteilung von Fahrzeugen erfasst wird (2), die in der zu koordinierenden Richtung die Kreuzung passieren,
      - in der erfassten zeitlichen Verteilung zyklisch wiederkehrende Pulks von Fahrzeugen identifiziert und der Zyklus sowie Ankunftszeiten der Pulks an der Kreuzung ermittelt werden (4), und
      - anhand des Zyklus und der Ankunftszeiten ein Signalisierungsprogramm der Lichtsignalanlage ausgewählt oder generiert und zur Steuerung der Lichtsignalanlage zeitlich so geschaltet wird (5), dass sich ein oder mehrere die zu koordinierende Richtung steuernde Lichtsignalgeber (40) der Lichtsignalanlage zu den Ankunftszeiten der Pulks in einer Grünphase befinden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Identifizierung der zyklisch wiederkehrenden Pulks mit statistischen Methoden erfolgt.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass eine momentane Verkehrsbelastung für unterschiedliche Richtungen der Kreuzung erfasst und die Richtung mit der momentan höchsten Verkehrsbelastung als aktuell zu koordinierende Richtung bestimmt wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2
      dadurch gekennzeichnet, dass für alle oder einige unterschiedliche Richtungen der Kreuzung jeweils in einem Tupel eine Zu- und eine Abfahrt sowie eine Priorität festgelegt wird, eine momentane Verkehrsbelastung für die unterschiedlichen Richtungen erfasst wird und die Richtung mit der momentan höchsten Verkehrsbelastung als aktuell zu koordinierende Richtung bestimmt wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 4,
      dadurch gekennzeichnet, dass bei gleicher Verkehrsbelastung der unterschiedlichen Richtungen die Richtung als aktuell zu koordinierende Richtung bestimmt wird, für die die höchste Priorität festgelegt ist.
    6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
      dadurch gekennzeichnet, dass in den Tupeln ein Flag gesetzt wird, anhand dessen bei gleicher Priorität und gleicher Verkehrsbelastung der unterschiedlichen Richtungen die aktuell zu koordinierende Richtung bestimmt wird.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Generierung eines Signalisierungsprogramms durch zeitliche Dehnung oder Stauchung einer zeitlichen Schaltfolge erfolgt, die in einem der in der Lichtsignalanlage bereits vorhandenen Signalisierungsprogramme festgelegt ist.
    8. Vorrichtung zur Steuerung von Lichtsignalanlagen an Kreuzungen, mit
      - einer Speichereinheit (23), in der vorgegebene Signalisierungsprogramme für die Lichtsignalgeber der Lichtsignalanlage hinterlegt sind,
      - einer Konfigurationseinheit (31), über die für die Kreuzung zumindest eine zu koordinierende Richtung festlegbar ist und/oder Parameter zur Bestimmung der zu koordinierenden Richtung konfigurierbar sind,
      - einer Verarbeitungseinheit (32) für eingehende Messdaten ein oder mehrerer Detektoren (50) zur Fahrzeugerfassung, die aus den Messdaten eine zeitliche Verteilung von Fahrzeugen bestimmt, die in der zu koordinierenden Richtung die Kreuzung passieren,
      - einer Auswerteeinheit (33), die aus der zeitlichen Verteilung zyklisch wiederkehrende Pulks von Fahrzeugen identifiziert und den Zyklus sowie Ankunftszeiten der Pulks an der Kreuzung ermittelt, und
      - einer Ausführungseinheit (34, 35) , die anhand des Zyklus und der Ankunftszeiten ein Signalisierungsprogramm der Lichtsignalanlage auswählt oder generiert und zur Steuerung der Lichtsignalanlage zeitlich so schaltet, dass sich ein oder mehrere die zu koordinierende Richtung steuernde Lichtsignalgeber (40) der Lichtsignalanlage zu den Ankunftszeiten der Pulks in einer Grünphase befinden.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (33) einen statistischen Algorithmus zur Identifizierung der zyklisch wiederkehrenden Pulks umfasst.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
      dadurch gekennzeichnet , dass die Verarbeitungseinheit (32) so ausgebildet ist, dass sie aus den eingehenden Messdaten für unterschiedliche Richtungen der Kreuzung jeweils eine momentane Verkehrsbelastung berechnet und die Richtung mit der momentan höchsten Verkehrsbelastung als aktuell zu koordinierende Richtung bestimmt.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
      dadurch gekennzeichnet, dass in der Konfigurationseinheit (31) für alle oder einige unterschiedliche Richtungen der Kreuzung jeweils ein Tupel gespeichert ist, in dem als Parameter zur Bestimmung der zu koordinierenden Richtung eine Zu- und eine Abfahrt sowie eine Priorität festgelegt ist, wobei die Verarbeitungseinheit (32) so ausgebildet ist, dass sie aus den eingehenden Messdaten für die unterschiedlichen Richtungen jeweils eine momentane Verkehrsbelastung berechnet und die Richtung mit der momentan höchsten Verkehrsbelastung als aktuell zu koordinierende Richtung bestimmt.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
      dadurch gekennzeichnet , dass die Verarbeitungseinheit (32) so ausgebildet ist, dass sie bei gleicher Verkehrsbelastung der unterschiedlichen Richtungen die Richtung als aktuell zu koordinierende Richtung bestimmt, für die die höchste Priorität festgelegt ist.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
      dadurch gekennzeichnet , dass in den Tupeln ein Flag gesetzt ist, anhand dessen die Verarbeitungseinheit bei gleicher Priorität und gleicher Verkehrsbelastung der unterschiedlichen Richtungen die aktuell zu koordinierende Richtung bestimmt .
    14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Ausführungseinheit (34) ein Generierungsmodul (35) umfasst, das ein neues Signalisierungsprogramm durch zeitliche Dehnung oder Stauchung einer zeitlichen Schaltfolge generiert, die in einem der in der Speichereinheit (23) hinterlegten Signalisierungsprogramme bereits festgelegt ist.
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