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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung ein
oder mehrerer Verkehrsbeeinflussungselemente, insbesondere von Wechselverkehrszeichen,
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung
des Verfahrens.
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Verkehrsbeeinflussungselemente
werden eingesetzt, um die Verkehrssicherheit und den Verkehrsfluss
zu verbessern. Beispiele für
Verkehrsbeeinflussungselemente sind Wechselverkehrszeichen und Lichtsignalanlagen.
Die Steuerung dieser Verkehrsbeeinflussungselemente erfolgt auf
Basis von Verkehrsinformationen, die über geeignete Verkehrserfassungseinrichtungen
an Verkehrsrechnerzentralen übermittelt
werden. In der Zentrale erfolgt nach einer Analyse der erfassten
Daten die Ausgabe von Steuerbefehlen an die jeweiligen Verkehrsbeeinflussungselemente.
Dies kann automatisch oder durch Eingabe eines Operators erfolgen.
Die Verkehrsbeeinflussungselemente, die durch die Ansteuerung unterschiedliche
den Verkehr beeinflussende Schaltzustände einnehmen können, werden
hierbei gegebenenfalls von einem Schaltzustand in einen anderen
Schaltzustand umgeschaltet.
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So
erfolgt beispielsweise die Steuerung von Tunneln und Autobahnen
in der Regel über
unterschiedliche Schaltbilder an über der Autobahn oder der Tunneleinfahrt
angeordneten Wechselverkehrszeichen. Die Schaltbilder stellen diskrete
Steuerungszustände
bzw. Schaltzustände
des Wechselverkehrszeichens dar. Während des Betriebes verkehrstechnischer
Anlagen werden immer wieder zeitliche Folgen von Schaltbildern im
Verkehrsraum implementiert, um eine Anpassung an die sich ändernden
Verkehrsbedingungen zu erreichen. So ist beispielsweise bei Sperrung
eines Tunnels mit vorausgehender Ableitung des Verkehrs eine entsprechende
Folge von Schaltbildern erforder lich. Die Schaltabläufe, d.
h. die zeitlichen Folgen von Schaltbildern, werden häufig durch
Schaltlogiken modelliert, die im Sinne eines Programmablaufs bestimmte
Schaltfolgen vorgeben. Dies erfordert, dass für jedes Verkehrsbeeinflussungselement
für die
unterschiedlichen Schaltfolgen unterschiedliche Schaltlogiken erstellt
und aufgerufen werden müssen.
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Neben
diesen speziell angepassten Schaltlogiken ist auch der Einsatz von
Verriegelungsmatrizen bekannt, auf die bei der Anforderung eines
neuen Schaltzustandes des Verkehrsbeeinflussungselementes zugegriffen
wird. Die Verriegelungsmatrizen beinhalten die Information, ob unter
Berücksichtigung
des augenblicklichen Schaltzustandes (Ist-Schaltzustand) ein anderer
Schaltzustand bzw. ein anderes Schaltbild (Soll-Schaltzustand) angefordert
werden darf oder nicht. Das Steuerungsprogramm prüft bei Anforderung
eines neuen Schaltzustandes anhand der Verriegelungsmatrix, ob das
Verkehrsbeeinflussungselement vom aktuellen Schaltzustand direkt
in den neuen Schaltzustand umgeschaltet werden darf oder nicht.
Ist die Umschaltung zulässig,
so erfolgt die entsprechende Ansteuerung des Verkehrsbeeinflussungselementes.
Ist die direkte Umschaltung nicht zulässig, so wird das Verkehrsbeeinflussungselement
nicht umgeschaltet. Der Operator erhält in diesem Fall eine diesbezügliche Meldung,
so dass er seinen Umschaltbefehl modifizieren muss.
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Die
DE 101 46 209 A1 beschreibt
ein System zur Verkehrsbeeinflussung, bei dem die Elemente zum Beeinflussen
des Verkehrs in Aggregationsstufen repräsentierenden Hierarchieebenen
angeordnet werden. Für
die Beeinflussungselemente werden Soll-Zustände
eines vorgebbaren Zustandsraumes angefordert und die Beeinflussungselemente
nehmen jeweils genau einen Ist-Zustand ein. Ein Soll-Zustand eines
Beeinflussungselementes einer Hierarchieebene wird mittels einer
Zustandsübergangslogik
an Beeinflussungselemente der nächst
niedrigeren Hierarchieebene propagiert, während ein Ist-Zustand eines
Beeinflussungselementes einer Hierarchieebene mittels einer Zustandserken nungslogik
an Beeinflussungselemente der nächst
höheren
Hierarchieebene propagiert wird. In einem Beispiel dieser Druckschrift
sind Zustandsübergänge in spezialisierten
Ablaufsteuerungen dargestellt. Dabei werden in den Spalten einer
Datenmatrix alle Zustandsmoden angetragen. In den Zeilen sind in
chronologischer Reihenfolge die Zwischenzustände dargestellt, die durch
bestimmte Zustände
der Beeinflussungselemente charakterisiert sind. Die Datenmatrix
spiegelt somit eine Abfolge von Zustandsänderungen wider, die beim Übergang
von Ist-Zustand in Soll-Zustand durchlaufen werden muss. Sie stellt
die Grundlage für
die Programmierung einer entsprechenden Zustandsübergangslogik dar. Für alle möglichen
Umschaltungen aus einem Zustand in einen anderen Zustand müssen solche
aufwändigen
Zustandsübergangslogiken
hinterlegt sein.
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Die
EP 0 942 401 B1 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Signalsicherung in Systemen
mit Wechselverkehrszeichengebern. Dabei soll bei Schilderbrücken, wie
sie beispielsweise über Autobahnen
oder Straßen
mit mehreren Fahrbahnen angeordnet sind, die Anzeige von unverständlichen Bildern
oder die Anzeige von gefährlichen
oder sich widersprechenden Zeichenkombinationen vermieden werden.
Dazu wird eine Signalsicherungsmatrix implementiert, die alle möglichen
Anzeigekombinationen enthält
und bewertet (erlaubt – nicht
erlaubt). Der Ist-Zustand der Schilder wird überprüft. Bei Auftreten von nicht
erlaubten Kombinationen wird eine Aktion in Form einer Abschaltung
durchgeführt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
sowie eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verkehrsbeeinflussungselementes
anzugeben, die mit verringertem Konfigurationsaufwand und Operatoreinsatz
eine Umsetzung eines Umschaltbefehls für ein Verkehrsbeeinflussungselement
ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und
5 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung
sind Gegenstand der Unteransprüche
oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel
entnehmen.
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Bei
dem vorliegenden Verfahren zur Ansteuerung ein oder mehrerer Verkehrsbeeinflussungselemente,
insbesondere von Wechselverkehrszeichen, wird eine Datenmatrix bereitgestellt,
aus der für
alle Umschaltkombinationen von einem Schaltzustand in einen anderen
Schaltzustand des Verkehrsbeeinflussungselementes ersichtlich ist,
ob eine direkte Umschaltung von dem einen Schaltzustand in den anderen
Schaltzustand zulässig
oder nicht zulässig
ist. Die Datenmatrix gibt weiterhin für nicht zulässige Umschaltkombinationen
jeweils eine Ersatzaktion an, die anstelle der direkten Umschaltung
ausgeführt wird.
Bei dieser Ersatzaktion handelt es sich um die Schaltung eines Zwischenzustandes,
vorzugsweise um die Umschaltung in einen anderen Schaltzustand des
Verkehrsbeeinflussungselementes, über den der angeforderte Soll-Schaltzustand,
vorzugsweise durch eine zulässige
direkte Umschaltung, erreichbar ist. Nach der Vorgabe eines Soll-Schaltzustandes des
Verkehrsbeeinflussungselementes und der Erfassung des Ist-Schaltzustandes
des Verkehrsbeeinflussungselementes wird anhand der Datenmatrix geprüft, ob eine
direkte Umschaltung vom Ist-Schaltzustand
in den Soll-Schaltzustand zulässig
ist. Bei Zulässigkeit
wird das Verkehrsbeeinflussungselement vom Ist-Schaltzustand direkt in den Soll-Schaltzustand
umgeschaltet, bei Nicht-Zulässigkeit
erfolgt die Ausführung
der Ersatzaktion, bspw. zunächst eine
direkte Umschaltung vom Ist-Schaltzustand
in den angegebenen anderen Schaltzustand, von dem aus dann entweder
im nächsten
Schritt anhand der Datenmatrix direkt in den angeforderten Soll-Schaltzustand
oder in einen weiteren Zwischenzustand umgeschaltet wird.
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Mit
dem vorliegenden Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung ist es auch
möglich,
bei festgestellter Nicht-Zulässigkeit
einer direkten Umschaltung einen Operatordialog als Zwischenzustand
vorzugeben, in dem der Operator beispielsweise zwischen zwei alternativen
anderen Schaltzuständen des
Verkehrsbeeinflussungselementes auswählen kann, über die der an geforderte Soll-Schaltzustand durch
eine zulässige,
vorzugsweise direkte, Umschaltung erreichbar ist. Nach der Auswahl
durch den Operator erfolgt dann zunächst die Umschaltung in den
ausgewählten
(Zwischen-)Schaltzustand, von dem aus dann im nächsten Schritt anhand der Datenmatrix
entweder direkt in den angeforderten Soll-Schaltzustand oder in
einen weiteren Zwischenzustand umgeschaltet wird.
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Bei
dem vorliegenden Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung ist es daher
nicht erforderlich, spezielle Schaltlogiken für nicht zulässige direkte Schaltkombinationen
zu programmieren. Es kann vielmehr stattdessen die häufig ohnehin
notwendige Verriegelungsmatrix um eine in einem derartigen Fall erforderliche
Aktion erweitert werden, bspw. die Umschaltung in einen anderen
Schaltzustand. Diese erweiterte Konfiguration der Verriegelungsmatrix
führt zu
einer vorteilhaften Reduktion der Konfigurationsdaten und zu einem
Gewinn an Übersichtlichkeit.
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Die
Vorrichtung für
die Durchführung
des Verfahrens umfasst eine Eingangsschnittstelle, über die
der angeforderte Soll-Schaltzustand
eingegeben wird. Die Eingangsschnittstelle ist mit einem Erfassungsmodul
verbunden, das den momentanen Ist-Schaltzustand des Verkehrsbeeinflussungselementes
bestimmt. Im nachgeschalteten Prüfungs- und
Ausführungsmodul
wird zunächst
verglichen, ob der Ist-Schaltzustand dem Soll-Schaltzustand entspricht.
Ist dies nicht der Fall, so greift dieses Modul auf die Datenmatrix
zu, um die in diesem Fall zulässige
Aktion abzufragen. Dies kann direkt der nächste Schaltzustand (Soll-Schaltzustand
oder anderer Schaltzustand) sein, in den das Verkehrsbeeinflussungselement über das
Ansteuerungsmodul umgeschaltet wird. Erfolgt die Umschaltung in
den anderen Schaltzustand, so erkennt das Prüfungs- und Ausführungsmodul,
dass der nun erfasste Ist-Schaltzustand noch nicht dem angeforderten
Soll-Schaltzustand entspricht und greift erneut auf die Datenmatrix zu,
um den nächsten
Schaltzustand auszulesen und das Verkehrsbeeinflussungselement entsprechend anzusteuern,
letzteres in der Regel über
ein geeignetes Ansteuerungs modul. Auf diese Weise kann nach ein
oder mehrmaligem Durchlauf dieses Prozesses der Soll-Schaltzustand
auf zulässige
Weise erreicht werden, ohne hierfür spezielle Schaltlogiken programmieren
zu müssen.
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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 näher
erläutert.
Hierbei zeigen:
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1 ein
Beispiel für
vier Schaltbilder bzw. Schaltzustände eines Wechselverkehrszeichens;
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2 ein
Beispiel für
einen der 1 zugeordneten Schaltbildfolgeplan;
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3 ein
Beispiel für
eine gemäß dem vorliegenden
Verfahren bzw. der vorliegenden Vorrichtung ausgestaltete Verriegelungsmatrix;
und
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4 ein
Beispiel für
den schematischen Aufbau der vorliegenden Vorrichtung.
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1 zeigt
beispielhaft vier Schaltbilder a bis d, wie sie beispielsweise an
einem Wechselverkehrszeichen über
einer Tunneldurchfahrt durch entsprechende Ansteuerung des Wechselverkehrszeichens
angezeigt werden können.
Die Pfeile bedeuten dabei in bekannter Weise die Freigabe der Durchfahrt
der entsprechenden Fahrspur entgegen der Pfeilrichtung, während die
Kreuze die Sperrung der Fahrspur repräsentieren.
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Die
Umschaltung zwischen den einzelnen Schaltzuständen erfolgt in der Regel über eine
Operatoreingabe in einer Verkehrsrechnerzentrale. Der Operator berücksichtigt
hierbei sich verändernde Verkehrsbedingungen
oder Straßenzustände, die ihm über zugeschaltete
Verkehrserfassungs-Einrichtungen zukommen. Bei dem in Verbindung
mit der 1 beschriebenen Wechselverkehrszeichen über einem
Tunnel ist es verkehrstechnisch erlaubt, von Schaltbild a direkt
in das Schaltbild b, c oder d, von Schaltbild b direkt in Schaltbild
a oder d, von Schaltbild c direkt in Schaltbild a oder d oder von
Schaltbild d direkt in Schaltbild a, b oder c zu schalten. Nicht
zulässig
ist hingegen die direkte Umschaltung von Schaltbild c in Schaltbild
b oder die direkte Umschaltung von Schaltbildung b in Schaltbild
c, da dies zu einer erheblichen Verkehrsgefährdung führen würde. Diese zulässigen und
nicht zulässigen
direkten Umschaltkombinationen zeigt der Schaltbildfolgeplan in 2.
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Bisher
wird zur Sicherstellung der korrekten Umschaltung eine Verriegelungsmatrix
eingesetzt, aus der ersichtlich ist, ob eine direkte Umschaltung vom
momentanen Ist-Schaltzustand des Wechselverkehrszeichens in den
angeforderten Soll-Schaltzustand zulässig ist oder nicht. Bei Nicht-Zulässigkeit erfolgt
keine Umschaltung des Wechselverkehrszeichens. In diesem Fall muss
vielmehr der Operator erkennen, dass er im vorliegenden Beispiel
zunächst
in den Schaltzustand a oder in den Schaltzustand d umschalten muss,
um von Schaltbild b nach Schaltbild c oder von Schaltbild c nach
Schaltbild b zu gelangen. Alternativ können für die unterschiedlichen Schaltkombinationen
unterschiedliche Schaltlogiken vorprogrammiert sein, die eine derartige
Umschaltung dann entsprechend der Programmierung selbständig vornehmen.
Dies führt
jedoch bei komplexeren Systemen zu einem erheblichen Konfigurationsaufwand.
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Beim
vorliegenden Verfahren wird nun die traditionelle Verriegelungsmatrix
so erweitert, dass neben der Verriegelungsbedingung auch eine Aktion angegeben
wird. Kann nun das angeforderte Schaltbild nicht direkt geschalten
werden, so wird im vorliegenden Beispiel unmittelbar ein anderes
Schaltbild geschaltet. Es erfolgt somit die Schaltung eines Zwischenzustandes.
Die Zwischenzustände
werden mit der Schaltbildverriegelung verknüpft, die die erlaubten Übergänge im Schaltbildfolgeplan
beschreibt. Ein Beispiel für
eine derartig erweiterte Verriegelungsmatrix mit Schaltzielnavigation
für das
Beispiel der 1 und 2 ist in 3 dargestellt.
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In
dieser Verriegelungsmatrix 6 wird als Zwischenzustand zur
Umschaltung zwischen den Schaltbildern b und c jeweils das Schaltbild
a angegeben. In der ersten Zeile der Verriegelungsmatrix 6 ist
der jeweils neue Soll-Schaltzustand angegeben, der vom Operator
angefordert wird. Soll als neuer Soll-Schaltzustand das Schaltbild a direkt
geschalten werden, so ist dies entsprechend der Verriegelungsmatrix 6 möglich, wenn
b, c oder d als momentaner Ist-Schaltzustand geschalten sind (Bedingung
1). Die entsprechende Aktion findet sich in diesem Beispiel im unteren
Teil der Matrix. Das Schaltbild b kann direkt geschalten werden,
wenn a oder d momentan aktiv sind (Bedingung 1). Ist momentan das
Schaltbild c geschalten, dann wird in diesem Falle nicht auf Schaltbild
b, sondern zunächst
auf Schaltbild a geschalten (Bedingung 2), wie dies im Aktionsteil
der Matrix angegeben ist. Der neue Ist-Schaltzustand ist somit Schaltbild
a, der Soll-Schaltzustand b ist unverändert. Damit ist nun in der
Spalte des Soll-Schaltzustandes b die Bedingung 1 aktiv und b wird
geschalten. Es ergibt sich also die Schaltreihenfolge c – a – b. Der
Operator hat nur ein Schaltziel bzw. ein Schaltbild angefordert,
das Schaltbild b, das ohne sein Zutun automatisch in zulässiger Weise
geschalten wird.
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Beim
vorliegenden Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung ist es auch
möglich,
als Ersatzaktion einen Operatordialog einzuführen, in dem dem Operator beispielsweise
eine Auswahl aus den Schaltzuständen
a oder d gegeben wird, um in zulässiger
Weise zwischen den Schaltbildern b und d umschalten zu können. Wählt der
Operator eines der beiden (Zwischen-) Schaltbilder aus, so erfolgt
auch die weitere Umschaltung ohne sein Zutun.
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Mit
dem vorliegenden Verfahren und der in 4 schematisch
dargestellten Vorrichtung lässt sich
somit durch einfache Anpassung der Verriegelungsmatrix 6 eine
Ansteuerung von Wechselverkehrszeichen oder anderen Verkehrsbeeinflussungselementen
erreichen, ohne für
alle Schaltkombinationen entsprechende Schaltlogiken konfigurieren
zu müssen.
In der Verriege lungsmatrix 6 wird hierbei jeweils nur eine
Ersatzaktion bzw. ein Zwischenzustand angegeben, in den bei Nicht-Zulässigkeit
einer Umschaltkombination ersatzweise geschalten wird. Die Weiterschaltung
von diesem Zwischenzustand aus erfolgt dann in gleicher Weise durch
Rückgriff
auf die Verriegelungsmatrix 6. Auf diese Weise lassen sich
beliebig komplexe Systeme alleine durch Anpassung bzw. Erweiterung
der Verriegelungsmatrix 6 konfigurieren.
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Die
in 4 beispielhaft angeführte Vorrichtung umfasst eine
Eingangsschnittstelle 3, an der der angeforderte Soll-Schaltzustand
eingeht. Anschließend
wird im Erfassungsmodul 4 der Ist-Schaltzustand bestimmt.
Dies kann bspw. durch Abruf der entsprechenden Information in der
Verkehrsrechnerzentrale erfolgen. Entspricht der angeforderte Soll-Schaltzustand
dem Ist-Schaltzustand so sind keine weiteren Aktionen erforderlich.
Stimmen die beiden Schaltzustände
nicht überein,
so greift das Prüfungs-
und Ausführungsmodul 5 auf
die Verriegelungsmatrix 6 zu und führt die darin angegebene Aktion
durch, bspw. eine Umschaltung des Verkehrsbeeinflussungselementes
in den angegebenen Schaltzustand. Zeigt die Verriegelungsmatrix,
dass die direkte Umschaltung vom Ist-Schaltzustand in den Soll-Schaltzustand
möglich
ist (Bedingung 1), so gibt das Prüfungs- und Ausführungsmodul 5 diesen
Befehl an das Ansteuerungsmodul 7 weiter, das das Verkehrsbeeinflussungselement
entsprechend umschaltet. Ist eine direkte Umschaltung nicht möglich, so übernimmt
das Prüfungs-
und Ausführungsmodul den
in der Verriegelungsmatrix 6 in diesem Falle angegebenen
(Zwischen-)Schaltzustand (Bedingung 2), und gibt diese Information
an das Ansteuerungsmodul 7 weiter, das das Verkehrsbeeinflussungselement
entsprechend umschaltet. Anschließend greift das Prüfungs- und
Ausführungsmodul 5,
nach Rücksprung
auf das Erfassungsmodul 4, erneut auf die Verriegelungsmatrix 6 zu
und prüft
die nächste
Aktion, d. h. die Umschaltung von dem neuen Ist-Schaltzustand in
den noch angeforderten Soll-Schaltzustand
in gleicher Weise, wie bei den vorangegangenen Schritten. Diese
Prüfung-
und Ausführung
der Aktionen wird durchgeführt,
bis der momentane Ist-Schaltzustand dem ange forderten Soll-Schaltzustand
entspricht, ohne dass hierfür
unterschiedliche Schaltlogiken zum Einsatz kommen müssen.