DE102012214164B3

DE102012214164B3 - Method for dynamically controlling light signal plant, involves computing parameters of circuit diagram in light signal plant based on position data and permissible velocity interval or time window of vehicle

Info

Publication number: DE102012214164B3
Application number: DE201210214164
Authority: DE
Inventors: Jakob Erdmann
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2014-04-03
Anticipated expiration: 2032-08-10

Abstract

The method involves obtaining position data of a vehicle e.g. bus or car, in access roads to a light signal plant (LSA) by a computing unit. Parameters of a circuit diagram in the light signal plant are computed based on the position data and permissible velocity interval or time window of the vehicle. Traffic parameter of the light signal plant is obtained. Velocity interval or maximum permissible velocity of the vehicle is determined. A computed circuit diagram is provided in the vehicle. Vehicle-individual velocity is calculated. Optimized vehicle velocity is displayed. An independent claim is also included for a device for dynamically controlling a light signal plant.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dynamischen Steuerung mindestens einer Lichtsignalanlage.The invention relates to a method and a device for the dynamic control of at least one traffic signal system.

Der Verkehrsfluss an einem Verkehrsknoten kann durch eine Lichtsignalanlage (LSA) verbessert werden. Dabei unterscheidet man zwischen der so genannten Festzeitsteuerung und der verkehrsadaptiven Steuerung. Eine verkehrsadaptive Steuerung benötigt zusätzliche Sensorik zur Erfassung von Verkehrsdaten.The traffic flow at a traffic junction can be improved by a traffic signal (LSA). A distinction is made between the so-called fixed-time control and the traffic-adaptive control system. A traffic-adaptive controller requires additional sensors for the acquisition of traffic data.

Die Beeinflussung des Verkehrsflusses findet klassischerweise über so genannte Signalgeber der LSA statt. Sind sowohl die Fahrzeuge als auch die LSA mit Kommunikationstechnik ausgestattet, existiert prinzipiell eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung: Die LSA kann Schaltzeitpunkte frühzeitig bekannt geben und dem Fahrzeugführer eine angepasste Geschwindigkeit empfehlen. Dieses Konzept wird als GLOSA (Green Light Optimized Speed Advisory) bezeichnet.The influencing of the traffic flow takes place classically over so-called signal transmitters of the LSA. If both the vehicles and the LSA are equipped with communication technology, there is, in principle, another possibility for influencing them: the LSA can announce switching times early and recommend an adapted speed to the vehicle driver. This concept is called GLOSA (Green Light Optimized Speed Advisory).

Die Problemstellung der LSA-Steuerung besteht darin, alle zur Verfügung stehenden Möglichkeiten zu nutzen, um den Verkehrsablauf zu verbessern. Das dahinter stehende Optimierungsproblem besteht in der Minimierung der so genannten Verlust- oder Wartezeiten. Die Verlustzeit ist die Zeit, die ein Fahrzeug an einer LSA verliert gegenüber dem Idealfall, dass das Fahrzeug die Kreuzung ohne Geschwindigkeitsreduktion passieren kann.The challenge of the LSA control is to use all available options to improve the traffic flow. The underlying optimization problem consists of minimizing the so-called loss or waiting times. The loss time is the time that a vehicle loses at an LSA compared to the ideal case that the vehicle can pass the intersection without speed reduction.

Prinzipiell werden die bei der Lichtsignalanlagenschaltung zum Einsatz kommenden Verfahren in drei Generationen eingeteilt. Verfahren der ersten Generation sind die bereits genannten Festzeitsteuerungen. Sie haben einen festen Plan, nach der die verschiedenen Phasen abgearbeitet werden, sind dabei sehr robust, aber auch nicht flexibel. In der Praxis werden an einer Anlage meist mehrere solcher Programme bereitgehalten für verschiedene Verkehrssituationen, die sich typischerweise an der Tageszeit orientieren (Morgen, Mittag, Nachmittag/Abend, Nacht).In principle, the methods used in the traffic signal circuit are divided into three generations. First generation methods are the already mentioned fixed-time controls. They have a firm plan, according to which the various phases are processed, are thereby very robust, but also not flexible. In practice, several such programs are usually provided at a facility for various traffic situations, which are typically based on the time of day (morning, noon, afternoon / evening, night).

Verfahren der zweiten Generation sind die verkehrsaktuierten (meist verkehrsadaptiv genannt) Steuerungen. Diese entscheiden anhand weniger möglichst einfach zu erhebender Messgrößen wie der aktuellen Zeitlücke (die Zeit, die seit der letzten Passage des Detektors durch ein Fahrzeug verstrichen ist) und der Belegung des Detektors (die Zeit, die sich Fahrzeuge über dem Detektor befunden haben) online, ob die gegenwärtige Phase verlängert wird oder nicht. Auf diese Weise nutzen sie stochastische Schwankungen im Verkehrsablauf, die durch Nachfrageschwankungen, unterschiedliche Reaktionszeiten und Fahrzeuglängen entstehen, zu einer Verbesserung des Verkehrsablaufs. Falls die Nachfrage an der betreffenden Kreuzung ihren Sättigungspunkt erreicht, wird aus der aktuierten Steuerung automatisch eine Festzeitsteuerung.Second generation methods are the traffic-actuated (usually called traffic-adaptive) controls. These decide on the basis of less easily measurable variables such as the current time gap (the time elapsed since the last passage of the detector by a vehicle) and the occupancy of the detector (the time that vehicles were above the detector). whether the current phase is extended or not. In this way, they use stochastic fluctuations in the traffic flow, which are caused by fluctuations in demand, different reaction times and vehicle lengths, to improve the flow of traffic. If the demand at the intersection in question reaches its saturation point, the actuated control automatically becomes a fixed-time control.

Verfahren der dritten Generation schließlich verfolgen einen ganz anderen Ansatz und versuchen nicht nur anhand lokaler Informationen, sondern gleich für einen ganzen Strom von Fahrzeugen die optimale Schaltsequenz zu berechnen.After all, third-generation methods take a completely different approach and try to calculate the optimal switching sequence not just for local information but for a whole stream of vehicles.

Aus ”N. H. Gartner, Demand-responsive decentralized urban traffic control, Part I: Single-intersection policies, Bericht an das Department of Transportation der USA (1982), Seiten 37–57, online unter http.//ghowe.eng.uml.edu/Faculty/Gartner/Reports/OPAC-DOT-Report1.PDF” ist es bekannt, dass die Optimierungsprobleme einer Lichtsignalanlage den Voraussetzungen der dynamischen Programmierung erfüllen. Die dynamische Programmierung ist eine Methode zum algorithmischen Lösen von Optimierungsproblemen. Dynamische Programmierung kann dann erfolgreich eingesetzt werden, wenn das Optimierungsproblem aus vielen gleichartigen Teilproblemen besteht und eine optimale Lösung des Problems sich aus optimalen Lösungen der Teilprobleme zusammensetzt. In der dynamischen Programmierung werden zuerst die optimalen Lösungen der kleinsten Teilprobleme direkt berechnet und dann geeignet zu einer Lösung eines nächstgrößeren Teilproblems zusammengesetzt. Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis das ursprüngliche Problem gelöst wurde. Einmal berechnete Teilergebnisse werden in einer Tabelle gespeichert. Bei nachfolgenden gleichartigen Teilproblemen wird auf diese Zwischenlösungen zurückgegriffen, anstatt diese jedes Mal neu zu berechnen. Wird die dynamische Programmierung konsequent eingesetzt, vermeidet sie kostspielige Rekursionen, weil bekannte Teilergebnisse wieder verwendet werden.From "N. H. Gartner, Demand-responsive decentralized urban traffic control, Part I: Single-intersection policies, Report to the US Department of Transportation (1982), pages 37-57, online at http://ghowe.eng.uml.edu /Faculty/Gartner/Reports/OPAC-DOT-Report1.PDF "it is known that the optimization problems of a traffic signal system meet the requirements of dynamic programming. Dynamic programming is a method for algorithmically solving optimization problems. Dynamic programming can be used successfully if the optimization problem consists of many similar sub-problems and an optimal solution to the problem consists of optimal solutions of the sub-problems. In dynamic programming, first the optimal solutions of the smallest subproblems are calculated directly and then put together to a solution of a next larger subproject. This process continues until the original problem has been solved. Once calculated partial results are stored in a table. Subsequent similar subproblems use these intermediate solutions instead of recalculating them each time. If dynamic programming is used consistently, it avoids costly recursions, because well-known partial results are reused.

Aus der DE 10 2010 052 702 A1 ist ein Verfahren zur dynamischen Steuerung mindestens einer Lichtsignalanlage bekannt, mittels mindestens einer Recheneinheit, wobei die Recheneinheit einen Schaltplan für die mindestens eine Lichtsignalanlage berechnet und die Lichtsignalanlage entsprechend dem Schaltplan steuert. Dabei wird weiter offenbart, dass das Steuerungsverfahren so implementiert ist, dass ein gleitender Horizont vorhanden ist, wobei Teilprobleme der Optimierungsaufgabe zu einem bestimmten Zeitpunkt im Voraus optimiert sind. Die Daten, die bei der Optimierung berücksichtigt werden, sind Daten über Fahrzeuge in den Zufahrtstraßen wie beispielsweise aktuelle Position und Geschwindigkeit. Dabei wird dann mindestens anhand der Daten sowie Parametern der Lichtsignalanlage der Schaltplan zur Optimierung eines Verkehrsparameters der Lichtsignalanlage berechnet. Wobei der Schaltplan den Fahrzeugen übermittelt wird, wobei dann die Fahrzeuge eine optimierte fahrzeugindividuelle Geschwindigkeit ermitteln und als Empfehlung ausgeben.From the DE 10 2010 052 702 A1 a method for the dynamic control of at least one traffic signal system is known, by means of at least one arithmetic unit, wherein the arithmetic unit calculates a circuit diagram for the at least one traffic signal system and controls the traffic signal according to the circuit diagram. It is further disclosed that the control method is implemented such that a floating horizon is present, with sub-problems of the optimization task being optimized in advance at a certain time. The data taken into account in the optimization are data about vehicles in the access roads such as current position and speed. In this case, the circuit diagram for optimizing a traffic parameter of the traffic signal system is then calculated at least on the basis of the data and parameters of the traffic signal system. Where the circuit diagram is transmitted to the vehicles, in which case the vehicles determine an optimized vehicle-specific speed and spend as a recommendation.

Aus der DE 10 2009 033 431 B4 ist ein Verfahren zur dynamischen Steuerung einer Signalanlage bekannt, wobei mindestens eine Steuereinheit Phasen der Signalanlage auf Grundlage von mindestens einer Verlustzeit mindestens eines Fahrzeugs steuert, wobei die Steuereinheit die mindestens eine Verlustzeit des mindestens einen Fahrzeugs als Eingangsgröße erhält, wobei eine aktuelle Grünphase der Signalanlage fortgesetzt wird, falls die mindestens eine Verlustzeit positiv ist, wobei die aktuelle Grünphase der Signalanlage abgebrochen wird, falls die mindestens eine Verlustzeit einen vorbestimmten kleinen Wert unterschreitet oder eine maximale Grünphasendauer der Signalanlage erreicht ist. Vorzugsweise übermittelt das mindestens eine Fahrzeug die mindestens eine Verlustzeit direkt an die Steuereinheit und/oder weitere Verkehrs- und/oder Fahrzeugkenngrößen an mindestens einer Auswerteeinheit zur Auswertung von Verkehrs- und/oder Fahrzeugkenngrößen, wobei die mindestens eine Auswerteeinhit die mindestens eine Verlustzeit aus den weiteren Verkehrs- und/oder Fahrzeugkenngrößen ermittelt und an die Steuereinheit übermittelt.From the DE 10 2009 033 431 B4 a method for the dynamic control of a signal system is known, wherein at least one control unit controls phases of the signal system based on at least one loss time of at least one vehicle, wherein the control unit receives the at least one loss time of the at least one vehicle as input, wherein a current green phase of the signal system continues is, if the at least one loss time is positive, wherein the current green phase of the signal system is aborted if the at least one loss time is less than a predetermined small value or a maximum green phase duration of the signaling system is reached. The at least one vehicle preferably transmits the at least one loss time directly to the control unit and / or further traffic and / or vehicle characteristics at at least one evaluation unit for evaluating traffic and / or vehicle parameters, wherein the at least one evaluation unit transmits the at least one loss time from the further Traffic and / or vehicle characteristics determined and transmitted to the control unit.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dynamischen Steuerung mindestens einer Lichtsignalanlage zu verbessern.The invention is based on the technical problem of improving a method and a device for the dynamic control of at least one traffic signal system.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 5. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the technical problem results from the objects with the features of claims 1 and 5. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Das Verfahren bzw. die Vorrichtung umfasst mindestens eine Recheneinheit. Die Recheneinheit ist derart ausgebildet, dass die Recheneinheit einen Schaltplan für die mindestens eine Lichtsignalanlage mittels dynamischer Programmierung berechnet und die Lichtsignalanlage entsprechend dem Schaltplan ansteuert. Hierzu erhält die Recheneinheit Daten über Fahrzeuge in den Zufahrtsstraßen zur Lichtsignalanlage über mindestens eine Schnittstelle, wobei die Daten mindestens die Anzahl und die Position der Fahrzeuge umfassen. Die Daten können dabei beispielsweise direkt von den Fahrzeugen stammen oder aber sensorisch beispielsweise mittels Kameras erfasst werden. Die Fahrzeuge können dabei beispielsweise als FCD-Fahrzeuge (Floating Car Data) ausgebildet sein und/oder über eine C2I-(Car to infrastructure) bzw. C2X-Kommunikationseinrichtung verfügen. In der Recheneinheit wird mindestens anhand der Daten unter Berücksichtigung eines zulässigen Geschwindigkeitsintervalls der Fahrzeuge (bzw. Zeitfenster der Fahrzeuge bis zum Erreichen der LSA) ein Schaltplan zur Optimierung eines Verkehrsparameters der Lichtsignalanlage berechnet. Dabei berücksichtigt das Geschwindigkeitsintervall die maximal zulässige Geschwindigkeit des Fahrzeugs sowie eine minimale Geschwindigkeit, die das Fahrzeug bei der Annäherung an die Lichtsignalanlage aufweisen kann. Dies kann entsprechend auch durch ein Zeitfenster ausgedrückt werden. Neben den Daten der Fahrzeuge werden auch Parameter der Lichtsignalanlage selbst bei der Berechnung des Schaltplanes berücksichtigt, wie z. B. eine minimale Phasendauer, eine Sperrzeit zwischen den Phasen, eine Zeit, um die Kreuzung ungebremst oder aus dem Stoppzustand zu durchfahren. Der so berechnete Schaltplan wird dann an die Fahrzeuge übermittelt, wobei dann in den Fahrzeugen berechnet werden kann, mit welcher Geschwindigkeit das Fahrzeug sich optimaler Weise der Lichtsignalanlage nähern muss oder soll. Alternativ kann diese fahrzeugindividuelle Geschwindigkeit direkt an die Fahrzeuge übermittelt werden oder aber durch geeignete Anzeigemittel den Fahrzeugen angezeigt werden. Erfindungsgemäß wird also erstmalig eine adaptive Steuerung mit GLOSA kombiniert, was zu einer erheblichen Effizienzsteigung beiträgt. Über die Möglichkeit, über GLOSA Einfluss auf die Geschwindigkeit der Fahrzeuge zu nehmen, kann die dynamische Ansteuerung optimiert werden. Voraussetzung für GLOSA ist eine stabile Vorhersage der Schaltzeitpunkte. Dies ermöglicht die Methode der dynamischen Programmierung, die die Erstellung eines stabilen Schaltplans beispielsweise für die nächsten 10 bis 100 Sekunden in Echtzeit erlaubt. Der so ermittelte Schaltplan berücksichtigt somit alle Vorgaben wie z. B. minimale und maximale Freigabezeiten und Sperrzeiten in einer für den Einzelknoten optimalen Art und Weise, wobei der Schaltplan den Einfluss von Fahrempfehlungen aus GLOSA berücksichtigt. Der so ermittelte Schaltplan ist nicht an einen Taktrahmen gebunden, sondern optimiert Schaltzeiten sekundengenau und für einzelne Fahrzeuge. Dabei sei angemerkt, dass es durchaus vorkommen kann, dass ein genannter Schaltzeitpunkt in einer späteren Nachricht aktualisiert wird. Dies kann sich beispielsweise dadurch ergeben, weil sich weitere Fahrzeuge an der Lichtsignalanlage anmelden, sodass der Schaltplan angepasst werden muss. Es wird jedoch sichergestellt, dass die von der Lichtsignalanlage bzw. der Recheneinheit an die Fahrzeuge kommunizierten Schaltzeiten durch das Fahrzeug eingehalten werden können.The method or the device comprises at least one arithmetic unit. The arithmetic unit is designed such that the arithmetic unit calculates a circuit diagram for the at least one traffic signal system by means of dynamic programming and controls the traffic signal system in accordance with the circuit diagram. For this purpose, the arithmetic unit receives data about vehicles in the access roads to the traffic signal system via at least one interface, the data comprising at least the number and the position of the vehicles. For example, the data can come directly from the vehicles or can be detected by sensors, for example by means of cameras. The vehicles may be designed, for example, as FCD vehicles (floating car data) and / or have a C2I (Car to Infrastructure) or C2X communication device. In the arithmetic unit, a circuit diagram for optimizing a traffic parameter of the traffic signal system is calculated at least on the basis of the data taking into account a permissible speed interval of the vehicles (or time window of the vehicles until reaching the LSA). In this case, the speed interval takes into account the maximum permissible speed of the vehicle and a minimum speed which the vehicle can have when approaching the traffic light system. This can also be expressed by a time window. In addition to the data of the vehicles and parameters of the traffic signal system are taken into account even in the calculation of the circuit diagram, such. B. a minimum phase duration, a blocking time between the phases, a time to pass through the intersection unbraked or from the stop state. The circuit diagram thus calculated is then transmitted to the vehicles, it then being possible to calculate in the vehicles at which speed the vehicle must or should optimally approach the traffic light system. Alternatively, this vehicle-specific speed can be transmitted directly to the vehicles or displayed to the vehicles by suitable display means. Thus, according to the invention, for the first time an adaptive control is combined with GLOSA, which contributes to a considerable increase in efficiency. The possibility of influencing the speed of the vehicles via GLOSA can be used to optimize dynamic control. The prerequisite for GLOSA is a stable prediction of the switching times. This allows the dynamic programming method, which allows creating a stable schematic, for example, for the next 10 to 100 seconds in real time. The circuit diagram thus determined takes into account all specifications such. B. minimum and maximum release times and blocking times in an optimal way for the individual node, the circuit diagram takes into account the influence of driving recommendations from GLOSA. The circuit diagram thus determined is not bound to a clock frame, but optimizes switching times to the second and for individual vehicles. It should be noted that it may well happen that a switching time mentioned in a later message is updated. This can result, for example, from the fact that other vehicles log on to the traffic signal, so that the circuit diagram must be adjusted. However, it is ensured that the switching times communicated to the vehicles by the traffic signal system or the arithmetic unit can be maintained by the vehicle.

Optimiert werden kann jede Variable (Verkehrsparameter), welche sich aus den (kontinuierlich gesendeten) Fahrzeugdaten errechnen lässt. Einer der wichtigsten und am häufigsten verwendeten Verkehrsparameter ist die Verlustzeit: das ist die Differenz zwischen der tatsächlichen Reisezeit eines Verkehrsteilnehmers und der kürzest möglichsten Reisezeit. Bei gerader Strecke ist das einfach die betrachtete Streckenlänge dividiert durch die erlaubte Geschwindigkeit, beim Abbiegen gehen in die kürzest mögliche Reisezeit weitere aus der Geometrie, der Fahrphysik und der Disposition des Fahrers folgende Zeitaufschläge ein. Bei der Optimierung am Einzelknoten ist die Verlustzeit bis zur Passierung des Knotens zu optimieren. Aber auch der Energieverbrauch der Fahrzeuge kann eine zu optimierende Größe darstellen, das verändert lediglich die Art der Information, die das Fahrzeug der Recheneinheit übermitteln muss. Each variable (traffic parameter), which can be calculated from the (continuously transmitted) vehicle data, can be optimized. One of the most important and commonly used traffic parameters is lost time: that is the difference between the actual travel time of a road user and the shortest possible travel time. In the case of a straight line, this is simply the length of the route under consideration divided by the permitted speed. When turning, further time stamps following from the geometry, the driving physics and the scheduling of the driver enter the shortest possible travel time. When optimizing at the single node, the loss time until the node has passed is to be optimized. But also the energy consumption of the vehicles can represent a variable to be optimized, which only changes the type of information that the vehicle has to transmit to the arithmetic unit.

In einer weiteren Ausführungsform umfassen die Daten von den Fahrzeugen zusätzlich eine Geschwindigkeit des Fahrzeuges und/oder eine Art des Fahrzeuges und/oder eine Abbiegeabsicht des Fahrzeuges, die bei der Erstellung des Schaltplans berücksichtigt werden. Die Kenntnis der aktuellen Geschwindigkeit kann dabei derart berücksichtigt werden, dass starke Verzögerungen oder Beschleunigungen für diese Fahrzeuge vermieden werden. Die Art des Fahrzeugs kann dabei beispielsweise die Information sein, ob ein Fahrzeug ein Bus des ÖNV (öffentlicher Nahverkehr) ist oder ob es sich um ein Hybrid-Fahrzeug handelt. So kann beispielsweise die Verlustzeit von Fahrzeugen des ÖNV stärker gewichtet werden, sodass sie bevorzugt ohne Zwischenstopp über die Kreuzung gelassen werden. Andererseits kann bei einer Energieoptimierung berücksichtigt werden, dass ein Hybrid-Fahrzeug Bremsenergie rekuperieren kann, sodass diese stärker durch den Schaltplan gebremst werden können.In a further embodiment, the data from the vehicles additionally include a speed of the vehicle and / or a type of vehicle and / or a turning intention of the vehicle, which are taken into account in the preparation of the circuit diagram. The knowledge of the current speed can be taken into account in such a way that strong delays or accelerations are avoided for these vehicles. The type of vehicle may be, for example, the information as to whether a vehicle is a bus of public transport or whether it is a hybrid vehicle. Thus, for example, the loss time of vehicles of the ÖNV can be weighted more heavily, so they are preferably left without stopping over the intersection. On the other hand, it can be taken into account in energy optimization that a hybrid vehicle can recuperate braking energy so that it can be braked more strongly by the circuit diagram.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to a preferred embodiment. The figures show:

1 eine schematische Darstellung einer Verkehrssituation an einer Lichtsignalanlage und 1 a schematic representation of a traffic situation on a traffic signal system and

2 ein Flussdiagramm zur Berechnung eines Schaltplans. 2 a flow chart for calculating a circuit diagram.

Die Berechnung des optimalen Schaltplans einer Lichtsignalanlage LSA wird am Beispiel einer 2-Phasensteuerung gemäß 1 erläutert. Die Lichtsignalanlage LSA steuert zwei sich kreuzende Ströme durch abwechselndes Schalten der horizontalen Phase H und der vertikalen Phase V. Dabei sei angenommen, dass sich zwei Fahrzeuge aus horizontaler Richtung und ein Fahrzeug aus vertikaler Richtung der Lichtsignalanlage LSA nähern. Die Ausgangsphase der Lichtsignalanlage sei H. Für jedes Fahrzeug werden Zeitfenster für das Erreichen der Kreuzung [frühster, spätester Zeitpunkt bei GLOSA-Mindestgeschwindigkeit] errechnet. Es wird davon ausgegangen, dass Fahrzeuge durch GLOSA nicht zum Stehen gebracht werden sollen. Das folgende Beispiel soll das Verfahren erläutern.

– Gegeben sind die drei Zeitfenster H = [(1, 10), (20, 35)] und V = [(3, 15)] für die drei angemeldeten Fahrzeuge,
– Ermittlung der optimalen Schaltzeiten mittels dynamischer Programmierung,
– Definition des Teilproblems A[i, j] mit i aus der Menge (0, 1); und j aus der Menge (0, 1, 2),
– Optimaler Plan (hier: minimale Verlustzeit) um i Fahrzeuge aus V und j Fahrzeuge aus H über den Knoten zu leiten,
– Es wird zeilenweise eine 2×3-Matrix A aufgebaut, wobei jede Zeile die optimale Lösung für ein Teilproblem repräsentiert.
– Das ist möglich, da sich jedes Problem A[i, j] direkt aus den Lösungen A[i – 1, j] und A[i, j – 1] ermitteln lässt. Das ist eine notwendige Bedingung, um dynamische Programmierung anwenden zu können, und ist für das vorliegende Problem gegeben, siehe Diagramm.
– In jeder Zeile der Matrix A müssen die folgenden Werte mitgeführt werden: • ”t”: Zeitpunkt, an dem das nächste Fahrzeug auf die Kreuzung fahren kann • ”l”: akkumulierter Zeitverlust aller Fahrzeuge • ”p”: Phase, welche in dieser Zeile geschaltet war • ”r”: frühestmöglicher Zeitpunkt für den nächsten Phasenwechsel • ”s”: Zeitpunkt des Phasenwechsels oder ”kein Phasenwechsel”.

The calculation of the optimal circuit diagram of a traffic signal system LSA is based on the example of a 2-phase control according to 1 explained. The traffic light system LSA controls two intersecting currents by alternately switching the horizontal phase H and the vertical phase V. Assume that two vehicles approach from the horizontal direction and one vehicle from the vertical direction approaches the traffic signal system LSA. The initial phase of the traffic signal system is H. For each vehicle, time windows for reaching the intersection [earliest, latest time at GLOSA minimum speed] are calculated. It is assumed that vehicles should not be stopped by GLOSA. The following example is intended to explain the process.

Given are the three time windows H = [(1, 10), (20, 35)] and V = [(3, 15)] for the three registered vehicles,
- determination of optimal switching times by means of dynamic programming,
- Definition of the subproblems A [i, j] with i from the set (0, 1); and j from the set (0, 1, 2),
Optimal plan (here: minimum loss time) to direct i vehicles out of V and j vehicles out of H over the node,
- A 2 × 3 matrix A is constructed line by line, each line representing the optimal solution for a subproblem.
This is possible since each problem A [i, j] can be determined directly from the solutions A [i-1, j] and A [i, j-1]. This is a necessary condition to be able to apply dynamic programming and is given for the present problem, see diagram.
- In each row of the matrix A, the following values must be carried: • "t": time at which the next vehicle can drive to the intersection • "l": accumulated loss of time of all vehicles • "p": phase, which in this Line was switched • "r": Earliest possible time for the next phase change • "s": Time of phase change or "no phase change".

Dabei ergibt sich beispielsweise die folgende Tabelle, wobei angenommen sei, dass ein Fahrzeug 1,3 s zum Durchfahren der Kreuzung benötigt. i j t l p r s optimaler Teilplan 0 0 0 0.0 H 0.0 kein - 0 1 2.3 0.0 H 20.0 kein H 0 2 21.3 0.0 H 20.0 kein HH 1 0 6.3 2.0 V 10.0 0.0 V 1 1 7.3 3.0 V 11.0 1.0 HV 1 2 21.3 3.0 H 21.0 11.0 HVH This results, for example, in the following table, it being assumed that a vehicle requires 1.3 s to drive through the intersection. i j t l p r s optimal subplan 0 0 0 0.0 H 0.0 no - 0 1 2.3 0.0 H 20.0 no H 0 2 21.3 0.0 H 20.0 no HH 1 0 6.3 2.0 V 10.0 0.0 V 1 1 7.3 3.0 V 11.0 1.0 HV 1 2 21.3 3.0 H 21.0 11.0 HVH

Die Zelle A[1, 1] entspricht dem Verkehrszustand, in dem jeweils ein Fahrzeug aus horizontaler sowie vertikaler Richtung die Kreuzung passiert hat. Um diesen Zustand mit minimaler Verlustzeit zu erreichen, werden die Fortsetzungen aus A[0, 1] und A[1, 0] ermittelt und verglichen. Da im Beispiel die LSA mit der Phase H initialisiert wurde, ist es vorteilhaft, zunächst das horizontale und anschließend das vertikale Fahrzeug passieren zu lassen. Der letzte Schaltzustand ist demnach 'V'.The cell A [1, 1] corresponds to the traffic condition in which a vehicle from the horizontal and vertical direction has passed the intersection. In order to achieve this state with minimum loss time, the continuations from A [0, 1] and A [1, 0] are determined and compared. Since in the example the LSA was initialized with the phase H, it is advantageous first to let the horizontal and then the vertical vehicle pass. The last switching state is therefore 'V'.

Das Zellenattribut p gestattet es, die Matrix A rückwärts (von 1, 2 nach 0, 0) zu durchlaufen und den optimalen Schaltplan abzulesen. Falls A(i, j, p) = H, wird j um 1 vermindert, andernfalls wird i um 1 vermindert. Dabei werden alle Zeitpunkte s von Phasenwechseln aufgesammelt.The cell attribute p allows the matrix A to be traversed backwards (from 1, 2 to 0, 0) and to read the optimal circuit diagram. If A (i, j, p) = H, j is decreased by 1, otherwise i is decreased by 1. In this case, all times s of phase changes are collected.

Anschaulich ist in der Zeile 1, 2 p = H, d. h. zuletzt hat ein Fahrzeug aus der horizontalen Richtung die Kreuzung passiert. Also muss der Vorgänger 1, 1 sein. Dabei ist p = V, also hat ein Fahrzeug aus vertikaler Richtung die Kreuzung passiert. Also ist der Vorgänger 0, 1.Illustratively, in line 1, 2, p = H, d. H. Last, a vehicle has passed the intersection from the horizontal direction. So the predecessor must be 1, 1. Where p = V, so a vehicle has passed the intersection from the vertical direction. So the predecessor is 0, 1.

Das Diagramm in 2 illustriert den Ablauf während der Berechnung des optimalen Schaltplans mittels dynamischer Programmierung. Die erfindungsrelevante Kernlogik wird in der Unterroutine ”Bestimme optimale Fortsetzung” ausgeführt.The diagram in 2 illustrates the process during the calculation of the optimal circuit diagram by means of dynamic programming. The invention-relevant core logic is executed in the subroutine "Determine optimal continuation".

Bewertung_Der_Fortsetzung (vorherige_Zelle, nächstes_Fahrzeug) – Erläuterungen:Review_Der_Fortetzung (previous_cell, next_vehicle) - Explanations:

Aus der vorherigen Zelle werden folgende Werte ausgelesen:

t:: Zeitpunkt, an dem das nächste Fahrzeug auf die Kreuzung fahren kann
l:: akkumulierter Zeitverlust aller Fahrzeuge
p:: Phase, welche in dieser Zelle vorlag
r:: frühestmöglicher Zeitpunkt für den nächsten Phasenwechsel
s:: Zeitpunkt des Phasenwechsels oder ”kein Phasenwechsel”

The following values are read from the previous cell:

t:: Time at which the next vehicle can drive to the intersection
l:: Accumulated time loss of all vehicles
p:: Phase, which was present in this cell
r:: Earliest possible time for the next phase change
s:: Time of phase change or "no phase change"

Aus dem nächsten Fahrzeug werden die folgenden Werte ausgelesen:

p':: die Phase, welche geschaltet sein muss, damit das nächste Fahrzeug fahren kann
a:: die frühestmögliche Ankunft
b:: die spätmöglichste Ankunft bei Verzögerung durch GLOSA, ohne zu stoppen

The following values are read from the next vehicle:

p ':: the phase, which must be switched, so that the next vehicle can drive
a:: the earliest possible arrival
b:: the latest possible arrival with delay by GLOSA without stopping

Folgende Konstanten werden genutzt:

K1: = Zeit, um die Kreuzung ungebremst zu durchfahren
K2: = Zeit, um die Kreuzung aus dem gestoppten Zustand zu durchfahren
K3: = Sperrzeit zwischen den Phasen
K4: = minimale Dauer der Grünphase

The following constants are used:

K1: = Time to pass through the intersection unchecked
K2: = Time to pass the intersection from the stopped state
K3: = Blocking time between phases
K4: = minimum duration of the green phase

Die folgenden Werte werden für die Fortsetzung berechnet:
t', l', p', r', s'The following values are calculated for the continuation:
t ', l', p ', r', s'

Bewertung_Der_Fortsetzung (vorherige_Zelle, nächstes_Fahrzeug) – Pseudocode:Review_Der_Fortetzung (previous_cell, next_vehicle) - Pseudocode:

p = p' ?
p = p '?

Nachdem die vollständige Tabelle ermittelt wurde, wird dann rückwärts der optimale Schaltplan ausgelesen.After the complete table has been determined, then the optimal circuit diagram is read backwards.

Bei Kreuzungen mit n Phasen muss zur Optimierung eine n-dimensionale Matrix gefüllt werden. Dabei ist es erforderlich, die einzelnen Fahrzeuge exakt den Phasen zuzuordnen. Falls z. B. eine Phase für Linksabbieger vorgesehen ist, muss, um die Optimalität zu gewährleisten, der Abbiegewunsch der Fahrzeuge rechtzeitig bekannt sein. Bei vorhandener Linksabbiegerspur kann dies durch spurgenaue Positionsangaben realisiert werden, oder das Fahrzeug muss diese Information der LSA mitteilen. Denkbar wäre auch, dass der Abbiegewunsch aus einem Navigationsgerät im Fahrzeug ausgelesen und direkt an die LSA gesendet wird. Abgesehen von der höheren Dimensionalität der Matrix und dem damit verbundenen erhöhten Rechenaufwand arbeitet der Algorithmus unverändert.For intersections with n phases, an n-dimensional matrix must be filled for optimization. It is necessary to assign the individual vehicles exactly to the phases. If z. B. a phase is provided for left turn, in order to ensure the optimality, the turn request of the vehicles must be known in good time. In the case of an existing left-turning lane, this can be achieved by precise positional information, or the vehicle must communicate this information to the LSA. It would also be conceivable that the turn request be read from a navigation device in the vehicle and sent directly to the LSA. Apart from the higher dimensionality of the matrix and the associated increased computational effort, the algorithm works unchanged.

Vorzugsweise kommt das Verfahren bei einzelnen nicht vernetzten Lichtsignalanlagen zur Anwendung.Preferably, the method is used in individual non-networked traffic signal systems.

Claims

Verfahren zur dynamischen Steuerung mindestens einer Lichtsignalanlage, mittels mindestens einer Recheneinheit, wobei die Recheneinheit einen Schaltplan für die mindestens eine Lichtsignalanlage mittels dynamischer Programmierung berechnet und die Lichtsignalanlage entsprechend dem Schaltplan ansteuert, wobei die Recheneinheit Daten über Fahrzeuge in den Zufahrtstraßen zur Lichtsignalanlage erhält, wobei die Daten mindestens die Anzahl und die Position der Fahrzeuge umfasst, wobei mindestens anhand der Daten unter Berücksichtigung eines zulässigen Geschwindigkeitsintervalls oder Zeitfensters der Fahrzeuge sowie Parametern der Lichtsignalanlage ein Schaltplan zur Optimierung eines Verkehrsparameters der Lichtsignalanlage berechnet wird, wobei das Geschwindigkeitsintervall oder Zeitfenster die maximal zulässige Geschwindigkeit des jeweiligen Fahrzeugs sowie eine minimale Geschwindigkeit, die das Fahrzeug bei der Annäherung an die Lichtsignalanlage aufweisen kann, berücksichtigt, wobei der berechnete Schaltplan den Fahrzeugen übermittelt wird, die daraus eine fahrzeugindividuelle Fahrzeuggeschwindigkeit errechnen, oder dass den Fahrzeugen eine fahrzeugindividuelle optimierte Fahrzeuggeschwindigkeit übermittelt oder angezeigt wird.Method for the dynamic control of at least one traffic signal system, by means of at least one arithmetic unit, wherein the arithmetic unit calculates a circuit diagram for the at least one traffic signal system by means of dynamic programming and controls the traffic light system according to the circuit diagram, wherein the arithmetic unit receives data about vehicles in the access roads to the traffic signal system, wherein the Data is at least the number and position of the vehicles, wherein at least based on the data taking into account a permissible speed interval or time window of the vehicles and parameters of the traffic signal a circuit diagram for optimizing a traffic parameter of the traffic signal system is calculated, wherein the speed interval or time window, the maximum speed of the vehicle and a minimum speed which the vehicle may have when approaching the traffic light system, wherein the calculated circuit diagram is transmitted to the vehicles, which calculate a vehicle-specific vehicle speed therefrom, or that the vehicle is transmitted or displayed a vehicle-specific optimized vehicle speed.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optimierte Verkehrsparameter der Lichtsignalanlage die Verlustzeit der Fahrzeuge oder der Energieverbrauch der Fahrzeuge ist. A method according to claim 1, characterized in that the optimized traffic parameter of the traffic signal system is the loss time of the vehicles or the energy consumption of the vehicles.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der Fahrzeuge, die an die Recheneinheit übermittelt werden, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder die Art des Fahrzeugs und/oder eine Abbiegeabsicht enthalten.A method according to claim 1, characterized in that the data of the vehicles which are transmitted to the arithmetic unit, a speed of the vehicle and / or the type of vehicle and / or a turning intention included.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der Fahrzeuge in Abhängigkeit der Art des Fahrzeugs in der Recheneinheit bei der Ermittlung des Schaltplans unterschiedlich gewichtet werden.A method according to claim 3, characterized in that the data of the vehicles are weighted differently depending on the type of vehicle in the arithmetic unit in the determination of the circuit diagram.

Vorrichtung zur dynamischen Steuerung mindestens einer Lichtsignalanlage, umfassend mindestens eine Recheneinheit, wobei die Recheneinheit derart ausgebildet ist, dass die Recheneinheit einen Schaltplan für die mindestens eine Lichtsignalanlage mittels dynamischer Programmierung berechnet und die Lichtsignalanlage entsprechend dem Schaltplan ansteuert, wobei die Recheneinheit Daten über Fahrzeuge in den Zufahrtsstraßen zur Lichtsignalanlage über mindestens eine Schnittstelle erhält, wobei die Daten mindestens die Anzahl und die Position der Fahrzeuge umfasst, wobei mindestens anhand der Daten unter Berücksichtigung eines zulässigen Geschwindigkeitsintervalls oder Zeitfenster der Fahrzeuge sowie Parametern der Lichtsignalanlage ein Schaltplan zur Optimierung eines Verkehrsparameters der Lichtsignalanlage berechnet wird, wobei das Geschwindigkeitsintervall oder Zeitfenster die maximal zulässige Geschwindigkeit des jeweiligen Fahrzeugs sowie eine minimale Geschwindigkeit, die das Fahrzeug bei der Annäherung an die Lichtsignalanlage aufweisen kann, berücksichtigt, wobei der berechnete Schaltplan den Fahrzeugen übermittelt wird oder den Fahrzeugen eine Fahrzeugindividuelle optimierte Fahrzeuggeschwindigkeit übermittelt oder angezeigt wird.Device for the dynamic control of at least one traffic signal system, comprising at least one arithmetic unit, wherein the arithmetic unit calculates a circuit diagram for the at least one traffic signal system by means of dynamic programming and controls the traffic light system according to the circuit diagram, wherein the arithmetic unit data on vehicles in the Access roads to the traffic signal system via at least one interface, wherein the data comprises at least the number and the position of the vehicles, wherein at least based on the data taking into account a permissible speed interval or time window of the vehicles and parameters of the traffic signal a circuit diagram for optimizing a traffic parameter of the traffic signal system is calculated , wherein the speed interval or time window, the maximum allowable speed of the respective vehicle and a minimum speed, the Vehicle in the approach to the traffic signal system, taken into account, wherein the calculated circuit diagram is transmitted to the vehicles or the vehicles a vehicle individual optimized vehicle speed is transmitted or displayed.

Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der optimierte Verkehrsparameter der Lichtsignalanlage die Verlustzeit der Fahrzeuge oder der Energieverbrauch der Fahrzeuge ist.Apparatus according to claim 5, characterized in that the optimized traffic parameter of the traffic signal system is the loss time of the vehicles or the energy consumption of the vehicles.

Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Recheneinheit von den Fahrzeugen empfangenen Daten zusätzlich eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder eine Art des Fahrzeugs und/oder eine Abbiegeabsicht des Fahrzeugs umfassen, die bei der Erstellung des Schaltplans berücksichtigt werden.Device according to Claim 5 or 6, characterized in that the data received by the computing unit from the vehicles additionally comprise a speed of the vehicle and / or a type of vehicle and / or a turning intention of the vehicle, which are taken into account in the preparation of the circuit diagram.

Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der Fahrzeuge in Abhängigkeit der Art des Fahrzeugs in der Recheneinheit bei der Ermittlung des Schaltplans unterschiedlich gewichtet werden.Apparatus according to claim 7, characterized in that the data of the vehicles are weighted differently depending on the type of vehicle in the arithmetic unit in the determination of the circuit diagram.