DE10036792A1 - Verfahren zur Überwachung des Verkehrszustands in einem Verkehrsnetz - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung des Verkehrszustands in einem Verkehrsnetz, bei dem der Verkehrszustand anhand von Verkehrszustandsdaten in jeweils eine von mehreren Zustandsphasen klassifiziert wird, zu denen mindestens die Phasen freien Verkehrs und synchronisierten Verkehrs gehören, und auf das Auftreten von Mustern dichten Verkehrs untersucht wird, insbesondere für Schnellstraßennetze, oder bei dem der Verkehrszustand in Übersättigungs- und Untersättigungsbereiche klassifiziert wird, insbesondere in Ballungsraum-Verkehrsnetzen. DOLLAR A Erfindungsgemäß ermöglicht das Verfahren die Erkennung sogenannter effektiver Engstellen, wobei als Kriterium gewertet wird, wenn an der betreffenden Stelle wiederholt die Bildung eines Muster dichten Verkehrs bzw. eines Übersättigungsbereichs festgestellt wird, das bzw. der über einen längeren Zeitraum hinweg bestehen bleibt und dessen stromabwärtige Bereichsgrenze an dieser Stelle lokalisiert bleibt. DOLLAR A Verwendung z. B. bei der Überwachung des Verkehrszustands auf Schnellstraßennetzen und/oder Ballungsraum-Straßenverkehrsnetzen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung des Verkehrszustands in einem Verkehrsnetz, wie einem Straßen­ verkehrsnetz, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2.

Beim Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird der Verkehrszustand in mehrere verschiedene, individualisierte Zu­ standsphasen klassifiziert, welche die Zustandsphasen "freier Verkehr" und "synchronisierter Verkehr" sowie meist noch wei­ tere Zustandsphasen umfassen, wie "sich bewegende Staus" und "gestauchter synchronisierter Verkehr" (sogenannte "pinch re­ gion"). Der so klassifizierte Verkehrszustand wird dann auf das Auftreten von sogenannten Mustern dichten Verkehrs unter­ sucht, die mehrere aufeinanderfolgende Bereiche unterschiedli­ cher Zustandsphase umfassen, und zwar mindestens einen Bereich "freien Verkehrs", der den stromabwärtig letzten Bereich des betreffenden Musters bildet, und einen daran stromaufwärts an­ grenzenden Bereich "synchronisierten Verkehrs", an den sich dann je nach Situation stromaufwärts ein Bereich "gestauchten synchronisierten Verkehrs" und an diesen ein sogenannter Be­ reich "sich bewegender breiter Staus" anschließen können, wo­ bei letzterer aus relativ schmalbandigen Stauzonen und zwi­ schenliegenden Abschnitten freien Verkehrs besteht.

Ein solches Verkehrszustandsüberwachungsverfahren mit Berück­ sichtigung von Mustern dichten Verkehrs ist in der nicht vor­ veröffentlichten, älteren deutschen Patentanmeldung Nr. 199 44 075.1 beschrieben, deren Inhalt diesbezüglich und für weitere Details hierin in vollem Umfang durch Verweis aufgenommen wird. Beim dortigen Verfahren wird der Verkehrszustand strom­ aufwärts sogenannter effektiver Engstellen des Verkehrsnetzes hinsichtlich Auftretens von Mustern dichten Verkehrs überwacht und klassifiziert, was dann dazu genutzt werden kann, -zuver­ lässige Verkehrsprognosen bzw. Reisezeitschätzungen auch für Verkehrsnetze zu erstellen, bei denen die Verkehrsdynamik merklich von solchen effektiven Engstellen beeinflusst wird. Dies sind insbesondere Schnellstraßennetze.

Effektive Engstellen befinden sich häufig am Ort geometrischer bzw. topologischer Engstellen des Verkehrsnetzes, wie Zufahr­ tenr Fahrspurverengungen und Stellen, an denen sich die Anzahl nutzbarer Fahrspuren verkleinert. Unter solche stationäre Engstellen fallen auch andere Streckeninhomogenitäten, wie Baustellen und Kurven, Abfahrten, Steigungen und starke Gefäl­ lestrecken sowie die Aufteilung einer Fahrspur in mehrere Spu­ ren. Obwohl sich hierbei zum Teil eine Erweiterung der nutzba­ ren Fahrbahnbreite ergibt, werden an solchen Stellen häufig effektive Engstellen im Sinne der vorliegenden Anmeldung beo­ bachtet, an denen sich Muster dichten Verkehrs ausbilden. Ef­ fektive Engstellen können sich zudem auch an nicht-stationären Engstellen bilden, z. B. an der Stelle eines langsam fahrenden Baustellenfahrzeugs.

Das Auftreten effektiver Engstellen hängt jedoch nicht nur von der Geometrie und Topologie des Wegenetzes ab, sondern auch von der Verkehrsdynamik und insbesondere dem zeitabhängigen Verkehrsaufkommen auf dem Verkehrsnetz. So gibt es oftmals geometrische bzw. topologische Engstellen, an denen sich keine effektive Engstelle bildet, während andererseits effektive Engstellen auch an Stellen entstehen können, an denen dies die Geometrie und Topologie des Verkehrsnetzes nicht indiziert, z. B. am Ort von temporären Verkehrsstörungen, wie z. B. an Un­ fallstellen oder im Bereich sich langsam bewegender Baustel­ lenfahrzeuge.

In Verkehrsnetzen mit relativ dicht liegenden, verkehrsgere­ gelten Netzknoten ist die Verkehrsdynamik meist weniger durch die Dynamik von Zustandsphasen wie "freier Verkehr", "synchro­ nisierten Verkehr" und "Stau" bestimmt, als durch die Ver­ kehrsregelungsmaßnahmen, d. h. beispielsweise die Dauern der Rot- und Grünphasen von Lichtsignalanlagen, wobei typischer­ weise mehr oder weniger lange Warteschlangen für eine jeweili­ ge Richtungsspurmenge vor einem verkehrsgeregelten Netzknoten entstehen.

Eine herkömmliche Methode zur Bestimmung des Verkehrszustands für ein solches Verkehrsnetz besteht in der Anwendung einer Warteschlangentheorie. Ein weiteres Verfahren zur Verkehrs­ prognose für ein solches Verkehrsnetz ist in der nicht vorver­ öffentlichten, älteren deutschen Patentanmeldung Nr. 199 40 957.9 beschrieben, deren Inhalt diesbezüglich und für weitere Details hierin in vollem Umfang durch Verweis aufgenommen wird.

Wichtige Parameter zur dynamischen Verkehrsprognose für solche Verkehrsnetze, speziell von Ballungsräumen, sind die Warte­ schlangenlänge, die Rot- bzw. Grünphasendauern, die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit außerhalb von Warteschlangen, die Län­ ge der Streckenkanten zwischen verkehrsgeregelten Netzknoten und die Zu- und Abflüsse in die bzw. aus den Warteschlangen. Dabei lassen sich Übersättigungsbereiche und nicht übersättig­ te Bereiche unterscheiden. Übersättigungsbereiche sind solche, bei denen jedes am Ende einer Warteschlange ankommende Fahr­ zeug, wenn es dort während einer Grün- bzw. Freiphase angekom­ men ist, in dieser aktuellen Freiphase den Netzknoten nicht passieren kann, bzw. den Netzknoten in der nächsten Freiphase, wenn es während einer Rot- bzw. Unterbrechungsphase am Ende der Warteschlange angekommen ist, nicht passieren kann. Nicht übersättigte Bereiche sind diejenigen Bereiche, in denen eine solche Übersättigung nicht vorliegt. Solche nicht übersättig­ ten Bereiche sind insbesondere zum einen sogenannte Warte­ schlangen-Untersättigungsbereiche und zum anderen Bereiche, in denen keine Warteschlange vorliegt und der Verkehr daher quasi frei fließen kann. Untersättigte Warteschlangenbereiche sind solche, bei denen ein am Ende einer Warteschlange ankom­ mendes Fahrzeug während einer laufenden Grünphase oder, wenn es dort während einer Rotphase ankommt, während der nächsten Grünphase den Netzknoten passieren kann. Der stromabwärts an einen Übersättigungsbereich anschließende nicht übersättigte Bereich ermöglicht somit ein quasi unbehindertes Wegfahren der Fahrzeuge aus der übersättigten Warteschlange.

Naturgemäß bilden somit verkehrsgeregelte Netzknoten poten­ tielle Orte effektiver Engstellen, an denen sich stromaufwärts ein Übersättigungsbereich an einen stromabwärtigen nicht über­ sättigten Bereich anschließt und mit seiner stromabwärtigen Flanke dort fixiert bleibt, insbesondere im Bereich der Ein­ mündung der Richtungsspurmenge in den Netzknoten. Wiederum stellt ein solcher verkehrsgeregelter Netzknoten aber nicht in jedem Fall eine effektive Engstelle dar, da dies zusätzlich vom Verkehrsaufkommen abhängt.

Somit besteht Bedarf nach einem Verfahren, mit dem sich effek­ tive Engstellen für ein Verkehrsnetz ohne oder mit relativ we­ nigen verkehrsgeregelten Netzknoten, wie ein Schnellstraßen­ netz und/oder ein Verkehrsnetz mit relativ dicht angeordneten Netzknoten, zuverlässig erkennen lassen.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung ei­ nes Verkehrszustandsüberwachungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2.

Das Verfahren nach Anspruch 1 eignet sich speziell für Ver­ kehrsnetze, in denen die Verkehrsdynamik nicht durch Verkehrs­ regelungsmaßnahmen dominiert ist, z. B. für ein Schnellstraßen­ netz. Charakteristischerweise wird als Kriterium für das Vor­ liegen einer effektiven Engstelle gewertet, dass an der be­ treffenden Stelle des Verkehrsnetzes wiederholt die Bildung eines Musters dichten Verkehrs festgestellt wird und sich des weiteren zeigt, dass dieses Muster mindestens über einen vor­ gebbaren Mindestzeitraum hinweg bestehen bleibt und seine in­ terne Grenze zwischen dem Bereich freien Verkehrs und dem stromaufwärts anschließenden Bereich synchronisierten Verkehrs während der Existenz des Musters an der besagten Stelle loka­ lisiert bleibt. Bei dem vorgebbaren Mindestzeitraum handelt es sich typischerweise um einen geeignet längeren Zeitraum ver­ glichen mit der typischen Zeitkonstante kleinerer Verkehrsstö­ rungen. Zweckmäßige Mindestzeiträume liegen z. B. im Bereich von mehreren zehn Minuten bis mehreren Stunden.

Das Verfahren nach Anspruch 2 eignet sich speziell für Ver­ kehrsnetze, bei denen die Verkehrsdynamik durch Verkehrsrege­ lungsmaßnahmen an verkehrsgeregelten Netzknoten dominiert ist, wie Straßenverkehrsnetze von Ballungsräumen. Charakteristi­ scherweise wird bei diesem Verfahren als Kriterium für das Vorliegen einer effektiven Engstelle an einer Stelle eines Netzknotenbereiches für eine jeweilige Richtungsspurmenge ge­ wertet, wenn sich dort wiederholt ein Übersättigungsbereich bildet und dieser über einen vorgebbaren Mindestzeitraum hin­ weg bestehen bleibt und hierbei seine stromabwärtige Flanke, d. h. seine Grenze zu einem stromabwärts anschließenden nicht übersättigten Bereich, an der besagten Stelle lokalisiert bleibt.

Es zeigt sich, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren ef­ fektive Engstellen für ein Verkehrsnetz vergleichsweise zuver­ lässig erkannt werden können, und zwar insbesondere sowohl für ein Schnellstraßennetz als auch für ein Ballungsraum-Straßen­ netz, wobei es sich versteht, dass sich die Erfindung nicht nur für Straßennetze, sondern auch für jedes andere herkömmli­ che Verkehrsnetz eignet.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 besteht das Wiederholkriterium, welches der Feststellung der wieder­ holten Bildung eines Musters dichten Verkehrs bzw. eines Über­ sättigungsbereichs zugrundeliegt, in der Beobachtung, ob diese Bildung tageszeitperiodisch, tagestypperiodisch, d. h. bei­ spielsweise wochentagspezifisch, oder ereignisperiodisch, d. h. immer bei bestimmten Ereignissen, regelmäßig auftritt.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Autobahnabschnitts mit mehreren Zu- und Abfahrten,

Fig. 2 bis 4 schematische Darstellungen eines Streckenab­ schnitts eines Schnellstraßen-Verkehrsnetzes mit ver­ schiedenen Mustern dichten Verkehrs,

Fig. 5 drei Teilbilder zur Veranschaulichung der Lage einer effektiven Engstelle in den Mustern dichten Verkehrs der Fig. 2 bis 4,

Fig. 6 und 7 zeit- und ortsabhängige Fahrzeuggeschwindig­ keitsdiagramme für zwei verschiedene Verkehrssituatio­ nen auf dem Autobahnabschnitt von Fig. 1 zur Veran­ schaulichung der Bildung effektiver Engstellen und

Fig. 8 bis 10 schematische Darstellungen eines verkehrsgere­ gelten Netzknotens eines entsprechenden Verkehrsnetzes zur Veranschaulichung der dortigen Bildung effektiver Engstellen.

Fig. 1 zeigt schematisch einen 24 km langen Autobahnabschnitt eines Straßenverkehrsnetzes, an dem experimentelle Verkehrszu­ standsuntersuchungen vorgenommen wurden und der hierzu mit in Fahrtrichtung F voneinander beabstandeten Messstellen D1 bis D24 versehen wurde, um den Autoverkehr fahrspurspezifisch messtechnisch zu erfassen. Der beispielhaft betrachtete Auto­ bahnabschnitt beinhaltet drei Autobahnknoten K1, K2, K3, an denen sich jeweils Zu- und Abfahrten befinden.

Durch die Verkehrszustandsuntersuchungen am Autobahnabschnitt von Fig. 1 und weitere, ähnliche Untersuchungen an anderen Schnellstraßenabschnitten ließ sich die Theorie erhärten, wo­ nach es auf solchen Schnellstraßennetzen, bei denen der Ver­ kehrszustand nicht primär durch Verkehrsregelungsmaßnahmen be­ stimmt ist, bei entsprechend hohem Verkehrsaufkommen zur Aus­ bildung der individualisierten Zustandsphasen "freier Ver­ kehr", "synchronisierter Verkehr", "gestauchter synchronisier­ ter Verkehr" und "Stau" sowie von typisierten Mustern dichten Verkehrs kommt.

Die typischen Arten von Mustern dichten Verkehrs sind in den Fig. 2 bis 4 dargestellt. Fig. 2 zeigt ein minimales Muster dichten Verkehrs, das einen Bereich B_S synchronisierten Ver­ kehrs beinhaltet, an dessen stromabwärtige Flanke F_S,F am zuge­ hörigen Streckenort. x_S,F ein Bereich B_F freien Verkehrs an­ schließt und an den sich stromaufwärts von dessen stromanfwär­ tiger Flanke F_F,S am entsprechenden Streckenort x_F,S ebenfalls ein Bereich B_F freien Verkehrs anschließt.

Fig. 3 zeigt einen zweiten Typ eines Muster dichten Verkehrs, bei dem sich im Unterschied zum Muster von Fig. 2 an den Be­ reich B_S synchronisierten Verkehrs stromaufwärts ein Bereich B_GS gestauchten synchronisierten Verkehrs unter Bildung einer zu­ gehörigen Flankengrenze F_GS,S am betreffenden Streckenort x_GS,S anschließt, an dessen stromaufwärtige Flanke F_F,GS am zugehöri­ gen Streckenort x_F,GS wieder ein Bereich B_F freien Verkehrs an­ schließt.

Fig. 4 zeigt als dritten Mustertyp ein vollständiges Muster dichten Verkehrs, bei dem sich im Unterschied zum Muster von Fig. 3 an den Bereich B_GS gestauchten synchronisierten Verkehrs stromaufwärts unter Bildung einer zwischenliegenden Flanken­ grenze F_St,GS am betreffenden Streckenort x_St,GS ein Bereich B_St sich bewegender breiter Staus anschließt, der typischerweise aus schmalen, sich stromaufwärts bewegenden Stauzonen S1, S2, S3 besteht, zwischen denen im wesentlichen freier Verkehr vor­ liegt. Stromaufwärts der stromaufwärtigen Flanke F_F,St des Be­ reichs B_St sich bewegender breiter Staus schließt sich dann am betreffenden Streckenort x_F,St wieder ein Bereich B_F freien Ver­ kehrs an.

Während die Fig. 2 bis 4 jeweils ein einzelnes, isoliertes Muster dichten Verkehrs zeigen, gibt es darüber hinaus den Fall übergreifender Muster dichten Verkehrs, die auftreten, wenn ein Muster dichten Verkehrs stromaufwärts einen nächste effektive Engstelle erreicht, so dass es dann zu Überlagerun­ gen von einzelnen Mustern dichten Verkehrs kommt. Zu weiteren Details dieser verschiedenen Arten von Mustern dichten Ver­ kehrs kann auf die oben erwähnte, ältere deutsche Patentanmel­ dung Nr. 199 44 075.1 verwiesen werden.

Die zeitliche Entstehung eines Musters dichten Verkehrs be­ ginnt damit, dass bei entsprechend hohem Verkehrsaufkommen an einer gewissen Stelle x_S,F der Verkehrszustand von freiem Ver­ kehr in synchronisierten Verkehr übergeht und sich dadurch zu­ nächst der Bereich B_S synchronisierten Verkehrs stromaufwärts von der Entstehungsstelle x_S,F ausbildet. Liegt ein entspre­ chend hohes Verkehrsaufkommen vor, kann es dann stromaufwärts des Bereichs B_S synchronisierten Verkehrs zur Entstehung des Bereichs B_GS gestauchten synchronisierten Verkehrs kommen, d. h. das Muster geht von der Form gemäß Fig. 2 in die Form gemäß Fig. 3 über, und schließlich kann sich stromaufwärts des Be­ reichs B_GS gestauchten synchronisierten Verkehrs der Bereich B_St sich bewegender breiter Staus gemäß Fig. 4 bilden.

Die Stellen x_S,F, an denen der Verkehrszustand zuerst von freiem Verkehr in synchronisierten Verkehr übergeht, sind, wie ohne weiteres einsichtig, meist durch dortige Inhomogenitäten des Streckenverlaufs gegeben, da es dort am leichtesten zu Störun­ gen des freien Verkehrsflusses bei zunehmendem Verkehrsaufkom­ men kommen kann, die ein Zusammenbrechen des freien Verkehrs­ flusses und somit den Übergang zu synchronisiertem Verkehr hervorrufen. Häufig aber nicht immer sind diese Inhomogenitä­ ten geometrische bzw. topologische Inhomogenitäten des Ver­ kehrsnetzes, wie Verengungen oder Verbreiterungen der nutzba­ ren Fahrbahnbreite bzw. eine Änderung der Anzahl nutzbarer Fahrspuren, wozu auch Zu- und Abfahrten gehören. Geometrische bzw. topologische "Störstellen" können aber auch z. B. Kurven, Steigungen und Gefällestrecken sein.

Unter einer effektiven Engstelle wird nun definitionsgemäß für Verkehrsnetze ohne primären Einfluß von Netzknoten-Verkehrs­ regelungen eine Stelle x_S,F des Verkehrsnetzes verstanden, an der die Flankengrenze F_S,F zwischen einem stromabwärtigen Be­ reich B_F freien Verkehrs und einem stromaufwärtigen Bereich B_F synchronisierten Verkehrs eines gebildeten Musters dichten Verkehrs während der Existenz dieses Musters ortsfest, d. h. lokalisiert bleibt, wobei vorausgesetzt wird, dass das Muster dichten Verkehrs über einen längeren Zeitraum hinweg dort existiert. Wie oben angegeben, befinden sich solche effektiven Engstellen häufig, aber nicht immer am Ort geometrischer bzw. topologischer Engstellen. Umgekehrt bildet nicht jede geomet­ rische bzw. topologische Engstelle eine effektive Engstelle, dies hängt vielmehr zusätzlich vom Verkehrsaufkommen ab.

Basierend auf diesen Vorüberlegungen beinhaltet das erfin­ dungsgemäße Verfahren die Maßnahme, effektive Engstellen auf einem Verkehrsnetz, bei dem der Verkehr nicht primär durch Netzknoten-Verkehrsregelungen dominiert ist, dadurch zu erken­ nen, dass auf das Vorliegen einer solchen an einer bestimmten Stelle geschlossen wird, wenn sich zum einen stromaufwärts von dieser Stelle x_S,F regelmäßig für einen vorgebbaren, längeren Zeitraum ein Muster dichten Verkehrs gemäß einer der in den Fig. 2 bis 4 veranschaulichten Arten bildet und zum anderen die zugehörige Flankengrenze F_S,F zwischen stromabwärtigem frei­ em Verkehr B_F und stromaufwärtigem synchronisiertem Verkehr B_S während der Existenz des Musters, d. h. des ganzen Zeitraums, während dem das Muster auftritt, ortsfest, d. h. lokalisiert bleibt. Die genannte regelmäßige Bildung eines Muster dichten Verkehrs an einer effektiven Engstelle umfasst insbesondere die Fälle, dass sich ein solches Muster periodisch in Abhän­ gigkeit von der Tageszeit, dem Tagestyp, wie Arbeitstage, Sonn- und Feiertage etc., und/oder von wiederkehrenden Ereig­ nissen bildet.

Fig. 5 veranschaulicht genauer die Lage und Eigenschaften ei­ ner effektiven Engstelle. Im mittleren Teilbild (b) ist sche­ matisch gezeigt, dass die Flankengrenze zwischen stromabwärti­ gem freiem Verkehr und stromaufwärtigem synchronisiertem Ver­ kehr in der Praxis nicht streng punktförmig ist, sondern die­ ser Zustandsphasenübergang innerhalb einer Zone mit gewisser, endlicher Breite erfolgt. Innerhalb dieser Zone kann die Lage einer effektiven Engstelle dahingehend präzisiert werden, dass sie derjenigen Stelle entspricht, an der die Wahrscheinlich­ keit des Phasenübergangs von freiem zu synchronisiertem Ver­ kehr als Funktion der Wegstrecke x ein Maximum P_{F → S,max} annimmt, wie im oberen Teilbild (a) von Fig. 5 skizziert.

Im unteren Teilbild (c) der drei in Fig. 5 wegstreckenjustiert untereinander angeordneten Teilbilder ist qualitativ veran­ schaulicht, dass sich entlang der Phasenübergangszone ein etwa konstant bleibender Abfluß aus dem Bereich synchronisierten Verkehrs ergibt, während die Fahrzeugdichte von einem höheren Wert des synchronisierten Verkehrs auf einen niedrigeren Wert des freien Verkehrs abfällt, während dazu reziprok die Fahr­ zeuggeschwindigkeit von einem niedrigeren Wert im synchroni­ sierten Verkehr auf einen höheren Wert im freien Verkehr an­ steigt.

Die Fig. 6 und 7 zeigen exemplarisch in Diagrammform zwei ex­ perimentelle, für das Auftreten effektiver Engstellen reprä­ sentative Resultate anhand von perspektivisch dreidimensiona­ len Kennfeldern der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit v in Ab­ hängigkeit von der Tageszeit und der Wegstrecke x.

Speziell veranschaulicht Fig. 6 einen Fall, bei dem ein sich bewegender breiter Stau S4 stromaufwärts über den Autobahnab­ schnitt hinweg propagiert und dabei an einer Zufahrt auf Höhe der Messstelle D16 von Fig. 1 einen Phasenübergang von freiem zu synchronisiertem Verkehr verursacht, so dass sich stromauf­ wärts davon ein Muster dichten Verkehrs mit einem zugehörigen Bereich B_S synchronisierten Verkehrs bildet, der mit seiner stromabwärtigen Flanke an dieser Stelle lokalisiert bleibt. Wie aus Fig. 6 abzulesen, bleibt das Muster dichten Verkehrs über mehr als eine Stunde erhalten und die stromabwärtige Flanke des synchronisierten Verkehrs B_S an der betreffenden Stelle fixiert. Mit anderen Worten stellt somit die Zufahrt im Bereich der Messstelle D16 des Autobahnabschnitts von Fig. 1 eine erkannte effektive Engstelle dar.

Fig. 7 zeigt eine zu einem anderen Zeitpunkt gemessene, kom­ plexere Verkehrssituation auf dem Autobahnabschnitt von Fig. 1. In diesem Fall hat sich zunächst einen über den gesamten Beobachtungszeitraum von ca. vier Stunden bleibendes Muster dichten Verkehrs mit einem ersten Bereich B1_GS gestauchten syn­ chronisierten Verkehrs an einer Abfahrt am Messpunkt D23 von Fig. 1 gebildet, die somit eine erste effektive Engstelle bil­ det. Durch stromaufwärtige Ausbreitung des synchronisierten Verkehrsflusses erreicht dieser zu einem gewissen Zeitpunkt die schon erwähnte Zufahrt auf Höhe des Messpunktes D16 und löst dort einen Phasenübergang F→S zu synchronisiertem Verkehr und als Folge davon die Bildung eines dortigen Musters dichten Verkehrs mit einem zweiten Bereich B2_GS gestauchten synchroni­ sierten Verkehrs aus. Somit bildet die Zufahrt an der Mess­ stelle D16 eine zweite effektive Engstelle. Wieder etwas spä­ ter induziert synchronisierter Verkehrsfluß an einer Zufahrt auf Höhe der Messstelle D6 von Fig. 1 wiederum einen Phasen­ übergang F→S von freiem zu synchronisiertem Verkehr und damit die Bildung eines dortigen Musters dichten Verkehrs mit einem dritten Bereich B3_GS gestauchten synchronisierten Verkehrs. Wie in den beiden anderen Fällen bleibt auch hier das Muster dich­ ten Verkehrs über einen vorgebbaren Mindestzeitraum, der vor­ zugsweise im Bereich zwischen etwa 30 Minuten und mehreren Stunden liegt, erhalten und mit seiner stromabwärtigen Flanke lokalisiert, so dass dieser Flankenort und damit die Zufahrt auf Höhe der Messstelle D6 eine weitere, dritte effektive Engstelle darstellt.

Anhand der Fig. 8 bis 10 wird nachfolgend auf eine weitere Verfahrensvariante eingegangen, mit der sich effektive Eng­ stellen speziell in Verkehrsnetzen erkennen lassen, bei denen die Verkehrsdynamik primär durch Verkehrsregelungsmaßnahmen an Netzknoten, z. B. mittels Lichtsignalanlagen, dominiert ist. Diese Realisierung der Erfindung geht von der bekannten Tatsa­ che aus, dass sich bei solchen Verkehrsnetzen in den Einmün­ dungsbereichen einer jeweiligen Richtungsspurmenge einer Stre­ ckenkante in einen verkehrsgeregelten Netzknoten Warteschlan­ gen bilden, wie in Fig. 8 schematisch veranschaulicht. Dort ist des weiteren stellvertretend für eine Warteschlange deren Länge L_q, die Anzahl N_q von in ihr befindlichen Fahrzeugen so­ wie der Abfluß q_out aus der Warteschlange und der Zufluß q_in,q in die Warteschlange angegeben. Diese Warteschlangen-Kenngrößen bilden in solchen Verkehrsnetzen relevante Parameter zur Er­ fassung der Verkehrsdynamik. Weitere hierfür relevante Parame­ ter sind insbesondere die Frei- und Unterbrechungsphasendauern der Verkehrsregelungsmaßnahmen, die Länge der Streckenkanten zwischen je zwei verkehrsgeregelten Netzknoten und die mittle­ re Fahrzeuggeschwindigkeit außerhalb von Warteschlangen.

Der Verkehrszustand auf solchen verkehrsregelungsdominierten Verkehrsnetzen umfasst insbesondere zum einen sogenannte Über­ sättigungsbereiche und zum anderen nicht übersättigte Berei­ che, wie oben definiert.

Das vorliegende Verfahren zur Erkennung effektiver Engstellen in solchen verkehrsregelungsdominierten Verkehrsnetzen knüpft an die oben erläuterte Unterscheidung zwischen Übersättigungs­ bereichen und nicht übersättigten Bereichen an und beinhaltet als Kriterium, dass eine effektive Engstelle für eine Rich­ tungsspurmenge im Bereich eines verkehrsgeregelten Netzknotens vorliegt, die Feststellung, ob sich an der betreffenden Stelle wiederholt für einen längeren Zeitraum, d. h. für mindestens einen vorgebbaren Mindestzeitraum von typischerweise mehreren zehn Minuten bis mehreren Stunden, ein Übersättigungsbereich bildet, dessen Grenze zu einem stromabwärts anschließenden nicht übersättigten Bereich während der ganzen Zeit des Über­ sättigungsbereichs an der besagten Stelle des Netzknotenbe­ reichs lokalisiert bleibt. Analog zum oben beschriebenen Fall der Bildung von Mustern dichten Verkehrs auf Schnellstraßen­ netzen umfasst auch hier das Kriterium der regelmäßigen Bil­ dung eines Übersättigungsbereiches insbesondere die Fälle, dass sich ein solcher periodisch in Abhängigkeit von der Ta­ geszeit, dem Tagestyp oder von Zeit zu Zeit auftretenden Er­ eignissen bildet.

Des weiteren ist ebenfalls analog zum Fall der Bildung von Mustern dichten Verkehrs in Schnellstraßennetzen einerseits die Bildung einzelner, isolierter Übersättigungsbereiche und andererseits die Bildung übergreifender Übersättigungsbereiche möglich, die mehrere, sich überlappende, einzelne Übersätti­ gungsbereiche beinhalten. Fig. 9 zeigt schematisch einen iso­ lierten Übersättigungsbereich in Form einer relativ langen Warteschlange, die sich aber stromaufwärts noch nicht bis zu einem nächsten Netzknoten erstreckt. Fig. 10 zeigt hingegen einen übergreifenden Überlappungsbereich in Form einer Warte­ schlange, die sich von einem stromabwärtigen Netzknoten strom­ aufwärts bis zu einem stromaufwärts nächsten Netzknoten und über diesen hinaus erstreckt. In beiden Fällen bildet die stromabwärtige, ortsfest bleibende Flanke des Übersättigungs­ bereichs eine effektive Engstelle, vorausgesetzt, dass der Übersättigungsbereich mindestens während des Mindestzeitraums vorliegt.

Claims (3)

1. Verfahren zur Überwachung des Verkehrszustands in einem Verkehrsnetz, insbesondere einem Straßenverkehrsnetz, bei dem
der Verkehrszustand anhand von Verkehrszustandsdaten in jeweils eine von mehreren Zustandsphasen klassifiziert wird, die mindestens die Zustandsphasen "freier Verkehr" und "syn­ chronisierter Verkehr" umfassen, und auf das Auftreten von Mustern dichten Verkehrs untersucht wird, die mehrere aufein­ anderfolgende Bereiche unterschiedlicher Zustandsphase umfas­ sen, wobei an einen stromabwärtigen Musterendbereich (B_F) frei­ en Verkehrs stromaufwärts ein Bereich (B_S) synchronisierten Verkehrs angrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass
der Verkehrszustand auf das Vorliegen effektiver Engstellen an entsprechenden Stellen des Verkehrsnetzes über­ wacht und als Kriterium hierfür gewertet wird, wenn an der betreffenden Stelle wiederholt die Bildung eines Musters dich­ ten Verkehrs festgestellt wird, das mindestens über einen vor­ gebbaren Mindestzeitraum hinweg bestehen bleibt und dessen Grenze zwischen dem stromabwärtigen Musterendbereich (B_F) frei­ en Verkehrs und dem stromaufwärts anschließenden Bereich (B_S) synchronisierten Verkehrs während des Zeitraums, in welchem das Muster dichten Verkehrs vorliegt, an der besagten Stelle des Verkehrsnetzes lokalisiert bleibt.

2. Verfahren zur Überwachung des Verkehrszustands in einem Verkehrsnetz mit verkehrsgeregelten Netzknoten, insbesondere einem Straßenverkehrsnetz, bei dem
der Verkehrszustand anhand von Verkehrszustandsdaten in Übersättigungsbereiche und nicht übersättigte Bereiche klassi­ fiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass
der Verkehrszustand auf das Vorliegen effektiver Engstel­ len für eine jeweilige Richtungsspurmenge im Bereich verkehrs­ geregelter Netzknoten überwacht und als Kriterium hierfür ge­ wertet wird, wenn an einer entsprechenden Stelle wiederholt die Bildung eines Übersättigungsbereichs festgestellt wird, der mindestens über einen vorgebbaren Mindestzeitraum hinweg bestehen bleibt und dessen Grenze zu einem stromabwärts an­ schließenden nicht übersättigten Bereich während des Zeit­ raums, in welchem der Übersättigungsbereich existiert, an der betreffenden Stelle lokalisiert bleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass eine wiederholte Bildung eines Musters dichten Verkehrs bzw. eines Übersättigungsbereiches mindestens dann angenommen wird, wenn sich diese Bildung des Muster dichten Verkehrs bzw. des Übersättigungsbereichs tageszeitperiodisch, tagestypperiodisch oder ereignisperiodisch wiederholt.