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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Lichtsignalanlagen (LSA) an Verkehrsknotenpunkten auf einem Fahrweg eines Einsatzfahrzeugs, umfassend die Schritte:
- - das Einsatzfahrzeug sendet mit einem im Einsatzfahrzeug angeordneten Kommunikationsmittel, dessen Reichweite eine Fahrzeugumgebung definiert, ein Anforderungssignal aus;
- - eine mit einem Kommunikationsmittel versehene und innerhalb der Fahrzeugumgebung liegende Lichtsignalanlage empfängt das Anforderungssignal und schaltet nach dem Empfang des Anforderungssignals bei einer Annäherung des Einsatzfahrzeugs aus einem Normalbetrieb in einen von dem Normalbetrieb abweichenden Bevorrechtigungsbetrieb, der dem Einsatzfahrzeug an dem Verkehrsknotenpunkt freie Fahrt gewährt, wodurch die Lichtsignalanlage zu einer führenden Lichtsignalanlage wird;
- - die führende Lichtsignalanlage schaltet nach einer Durchfahrt des Einsatzfahrzeugs in den Normalbetrieb.
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Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung von Kommunikationsmitteln für Einsatzfahrzeuge und Lichtsignalanlagen sowie eine Lichtsignalanlage, die zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind.
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Derartige Verfahren zur Steuerung von Lichtsignalanlagen an Verkehrsknotenpunkten auf einem Fahrweg eines Einsatzfahrzeugs sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und dienen der Bevorrechtigung des Einsatzfahrzeugs an Verkehrsknotenpunkten, die mit einer Lichtsignalanlage ausgestattet sind.
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Beispielsweise ist im Falle eines Unfalls, eines Verbrechens oder eines anderen Ereignisses die Zeit kritisch, die ein Einsatzfahrzeug benötigt, um zum Unfallort, Tatort oder Ort des Ereignisses zu gelangen. Dies gilt in besonderem Maße für Rettungswagen, die schwer verletzte Personen so schnell wie möglich vom Unfallort zum Krankenhaus transportieren müssen.
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Weil es dabei unter Umständen auf Sekunden ankommt, muss der Fahrweg des Einsatzfahrzeugs so frei wie möglich sein. Besonders an Verkehrsknotenpunkten mit kreuzendem Verkehr, der vom Fahrer des Einsatzfahrzeugs viel Aufmerksamkeit erfordert, kann wichtige Zeit verloren gehen, weil das Einsatzfahrzeug abbremsen oder sogar anhalten muss.
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Ohne intelligente Verkehrsführung müssen Einsatzfahrzeuge vom sogenannten Wegerecht Gebrauch durch Verwendung von Sondersignalanlagen machen. Insbesondere im Bereich von Verkehrsknotenpunkten kann dies zu gefährlichen Situationen führen, weil andere Verkehrsteilnehmer die Einsatzfahrzeuge häufig gar nicht oder erst sehr spät wahrnehmen. Darüber hinaus rechnen die meisten anderen Verkehrsteilnehmer nicht mit Einsatzfahrzeugen, die sich z.B. trotz einem gründen Lichtsignal in eigener Richtung aus einer querenden Richtung nähern. Die Folge sind häufig Verkehrsunfälle mit den Einsatzfahrzeugen selbst oder mit Fahrzeugen des nachfolgenden Verkehrs, die beispielsweise eine Gefahrenbremsung nicht erwarten und dadurch einen Auffahrunfall verursachen. Verschiedene Statistiken (z.B. Unfallstatistik im Bericht der Berufsgenossenschaft) zeigen ein zunehmendes Risiko und steigende Unfallzahlen sowie stärkere Unfallfolgen sowohl für bevorrechtigte Einsatzfahrzeuge als auch für andere Verkehrsteilnehmer.
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Deshalb besteht Bedarf an Verfahren zur Steuerung von Lichtsignalanlagen an Verkehrsknotenpunkten, so dass auf dem Fahrweg eines Einsatzfahrzeugs günstige Verkehrsbedingungen herrschen, wenn es sich dem Verkehrsknotenpunkt nähert und ihn passiert.
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Die
EP 2 192 565 A1 offenbart ein Verfahren der genannten Art zur Steuerung von Lichtsignalanlagen und ein zur Verwendung in diesem Verfahren geeignetes zentrales Steuersystem, umfassend
- - eine Vorrichtung zur periodischen Bestimmung des Orts des Einsatzfahrzeugs,
- - eine Vorrichtung zur Bestimmung des nächstliegenden Verkehrsknotenpunkts mit Lichtsignalanlage, an dem das Einsatzfahrzeug eintreffen wird, nach der periodisch bestimmten Position,
- - eine Vorrichtung zur Steuerung der Lichtsignalanlage an dem nächstliegenden Verkehrsknotenpunkt,
wobei das Steuersystem weiterhin
- - eine Vorrichtung zur Bestimmung nachfolgender Verkehrsknotenpunkte, an denen das Einsatzfahrzeug nach dem Passieren des nächstliegenden Verkehrsknotenpunkts eintreffen kann und
- - eine Vorrichtung zur Steuerung der Lichtsignalanlagen an den nachfolgenden Verkehrsknotenpunkten
umfasst.
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Bei diesem Verfahren ermittelt eine zentrale Steuereinheit den bevorzugten oder kürzesten Fahrweg des Einsatzfahrzeugs und gibt dem Einsatzfahrzeug an Verkehrsknotenpunkten auf dem Fahrweg jeweils auf Basis des Vergleichs der Position des Einsatzfahrzeugs mit elektronischen Kartendaten Priorität, indem es die Lichtsignalanlagen an den Verkehrsknotenpunkten rechtzeitig aus einem Normalbetrieb in einen Bevorrechtigungsbetrieb schaltet. Dadurch ist die Steuereinheit in der Lage, dem Einsatzfahrzeug durch entsprechendes Schalten der Lichtsignalanlagen an den jeweils nächstliegenden und nachfolgenden Verkehrsknotenpunkten eine grüne Welle bereitzustellen.
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Allerdings bleibt dabei unberücksichtigt, dass insbesondere ein Einsatzfahrzeug selbst unübersichtliche Verkehrssituationen an Verkehrsknotenpunkten hervorrufen kann. Sobald nämlich andere Verkehrsteilnehmer die Sondersignalanlagen des Einsatzfahrzeugs wahrnehmen, handeln sie häufig überstürzt, um dem schnell herannahenden Einsatzfahrzeug die Vorbeifahrt zu ermöglichen. Zudem kann es durch „Panikreaktionen“ der anderen Verkehrsteilnehmer zu weiteren Gefahren kommen. Durch gut gemeinte Reaktionen der anderen Verkehrsteilnehmer entstehen überdies Stausituationen oder sonstige Verkehrsbedingungen, die das Einsatzfahrzeug trotz grüner Welle an den Verkehrsknotenpunkten auf seinem Fahrweg derart behindern, dass es abbremsen oder sogar anhalten muss.
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Die
DE 198 42 912 A1 offenbart ein Verfahren der eingangs genannten Art. Bei diesem Verfahren erhält das Einsatzfahrzeug von der Einsatzleitstelle die geographischen Koordinaten seines Einsatzortes. Ein in dem Einsatzfahrzeug vorgesehener Bordcomputer berechnet auf der Basis der mit einem GPS-Empfänger ermittelten eigenen geographischen Koordinaten und den geographischen Koordinaten des Einsatzortes einen Fahrweg. Durch Vergleichen der in dem Bordcomputer vorgehaltenen geographischen Koordinaten von Lichtsignalanlagen mit dem berechneten Fahrweg des Einsatzfahrzeuges werden diejenigen Lichtsignalanlagen vorselektiert, die auf dem berechneten Fahrweg des Einsatzfahrzeuges liegen. Wenn das Einsatzfahrzeug auf seinem Fahrweg eine räumliche und/oder zeitliche Wartedistanz zu einer auf dem Fahrweg liegenden angesteuerten Lichtsignalanlage unterschreitet, sendet es eine Ankündigungsnachricht (Voranmeldesignal) an diese Lichtsignalanlage, worauf diese in einen Wartebetrieb schaltet. Wenn das Einsatzfahrzeug danach eine räumliche und/oder zeitliche Bevorrechtigungsdistanz zu dieser Lichtsignalanlage unterschreitet, sendet es ein Anforderungssignal (Hauptanmeldesignal) an dieser Lichtsignalanlage, worauf diese in einen Bevorrechtigungsbetrieb schaltet. Während des Wartebetriebes und Bevorrechtigungsbetriebes der Lichtsignalanlage wird intelligent auf die Verkehrsströme an dem Verkehrsknotenpunkt der Lichtsignalanlage eingewirkt, um dem Einsatzfahrzeug freie Fahrt zu gewähren, ohne die sonstigen Verkehrsteilnehmer übergebühr zu behindern. Nach der Durchfahrt des Einsatzfahrzeuges sendet es ein Abmeldesignal an die durchfahrene Lichtsignalanlage, worauf diese in den Normalbetrieb schaltet.
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Allerdings müssen für die Durchführung dieses Verfahrens alle Einsatzfahrzeuge mit einem entsprechend leistungsstarken Bordcomputer ausgestattet werden, was mit hohen Kosten einhergeht. Weiterhin müssen alle Leitstellen in die Lage versetzt werden, an Einsatzfahrzeuge auch die GPS-Koordinaten ihres Einsatzortes zu übermitteln, wodurch ebenfalls Kosten entstehen. Schließlich kann darüber hinaus das vorgeschlagene Verfahren nur dann zuverlässig funktionieren, wenn die in dem Bordcomputer gespeicherten GPS-Koordinaten aller Lichtsignalanlagen stets aktuell gehalten werden, wofür ein entsprechendes qualitätsgesichertes Verfahren unerlässlich ist.
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Die
EP 2 618 320 A1 offenbart ein weiteres Verfahren zur Steuerung von Lichtsignalanlagen an Verkehrsknotenpunkten auf einem Fahrweg eines Einsatzfahrtzeuges. Bei diesem Verfahren kommuniziert das Einsatzfahrzeug ausschließlich mit einer Einsatzleitzentrale. Die Einsatzleitzentrale wiederrum kommuniziert bidirektional mit einer Verkehrsleitzentrale, die schließlich auf dem Fahrweg des Einsatzfahrzeuges liegende Lichtsignalanlagen steuert. Bei diesem Verfahren fehlt jegliche unmittelbare Kommunikation des Einsatzfahrzeugs mit Lichtsignalanlagen an Verkehrskontenpunkten auf seinem Fahrweg. Zudem existiert auch keine unmittelbare Kommunikation zwischen den Lichtsignalanlagen.
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Es existieren weitere dezentrale Verfahren zur Steuerung von Lichtsignalanlagen, bei denen das Einsatzfahrzeug Lichtsignalanlagen auf seinem Fahrweg durch Senden von Fahrzeugnachrichten (CAM) unmittelbar beeinflusst. Dabei ist der Einflussbereich des Einsatzfahrzeugs allerdings durch die gewöhnlich geringe Reichweite des jeweils genutzten Kommunikationsmittels auf eine enge Fahrzeugumgebung begrenzt. In der Folge kann eine durchgehende grüne Welle nicht immer rechtzeitig und zuverlässig realisieren.
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Weiterhin zeigt die Erfahrung, dass sich der Verkehr an viel befahrenen Verkehrsknotenpunkten infolge einer Bevorrechtigung stauen kann und nach Beendigung des Bevorrechtigungsbetriebs nur allmählich wieder einen normalen Fluss erreicht. Dies ist insbesondere bei einer Kombination mehrerer Bevorrechtigungssysteme (z.B. ÖPNV- und Einsatzfahrzeuge-Bevorrechtigung) zu beobachten und verursacht dort besonders schwere Beeinträchtigungen des Verkehrs. Lange Wartezeiten und erhöhte Emissionen sind die Folge.
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Ferner ist bei Lichtsignalanlagen ein Schalten in den Bevorrechtigungsbetrieb wegen vorgeschriebener Zykluszeiten häufig nicht kurzfristig möglich (vgl. „Richtlinien für Lichtsignalanlagen“, RiLSA), da beispielsweise verkehrsknotenpunktabhängige Räumzeiten beachtet werden müssen. An Verkehrsknotenpunkten kann daher ein Bevorrechtigungsbetrieb nicht immer rechtzeitig geschaltet werden.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren zur Steuerung von Lichtsignalanlagen auf dem Fahrweg eines Einsatzfahrzeugs zu schaffen, das die Sicherheit bei einem Bevorrechtigungsbetrieb erhöht und die Beeinträchtigung des Verkehrsflusses infolge des Bevorrechtigungsbetriebs und die Behinderung des Einsatzfahrzeugs durch andere Verkehrsteilnehmer effektiv verringert.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Steuerung von Lichtsignalanlagen auf dem Fahrweg eines Einsatzfahrzeugs, das gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte:
- a) die führende Lichtsignalanlage sendet nach dem Empfang des Anforderungssignals AS eine Ankündigungsnachricht AN an mehrere, insbesondere alle benachbarten und mit einem Kommunikationsmittel versehenen Lichtsignalanlagen;
- b) die benachbarten Lichtsignalanlagen schalten nach dem Empfang der Ankündigungsnachricht AN aus einem Normalbetrieb in einen Wartebetrieb, der einen Bevorrechtigungsbetrieb vorbereitet;
- c) die führende Lichtsignalanlage ermittelt den Fahrweg, insbesondere die Entfernungsrichtung des Einsatzfahrzeugs EF nach einer Durchfahrt des Einsatzfahrzeugs EF und bestimmt, welche benachbarten Lichtsignalanlagen auf dem Fahrweg des Einsatzfahrzeugs EF liegen können;
- d) die führende Lichtsignalanlage sendet eine Warnnachricht WN an zumindest eine benachbarte Lichtsignalanlage, welche auf dem Fahrweg des Einsatzfahrzeugs EF liegen kann, wodurch diese zu einer neuen führenden Lichtsignalanlage wird und im Wartebetrieb verbleibt; und
- e) die führende Lichtsignalanlage sendet eine Entwarnnachricht EN an diejenigen benachbarten Lichtsignalanlagen, welche nicht auf dem Fahrweg des Einsatzfahrzeugs EF liegen können, worauf diese benachbarten, nicht auf dem Fahrweg liegenden Lichtsignalanlagen nach dem Empfang der Entwarnnachricht EN in den Normalbetrieb schalten.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das Vorankommen eines Einsatzfahrzeugs dadurch zu verbessern, dass Lichtsignalanlagen entlang des Fahrwegs untereinander kommunizieren, um einen Bevorrechtigungsbetrieb für das Einsatzfahrzeug rechtzeitig zu schalten und effizient vorzubereiten. Dazu empfängt zunächst eine Lichtsignalanlage innerhalb einer durch die Reichweite eines im Einsatzfahrzeug angeordneten Kommunikationsmittels definierten Fahrzeugumgebung ein Anforderungssignal. Bei einer Annäherung des Einsatzfahrzeugs wird diese Lichtsignalanlage zu einer führenden Lichtsignalanlage. Von dieser erhalten zunächst mehrere, insbesondere alle zu der führenden Lichtsignalanlage benachbarten und mit einem Kommunikationsmittel versehenen Lichtsignalanlagen eine Ankündigungsnachricht von der führenden Lichtsignalanlage. Nach dem Empfangen der Ankündigungsnachricht schalten die benachbarten Lichtsignalanlagen aus ihrem Normalbetrieb in einen Wartebetrieb, um einen späteren möglichen Bevorrechtigungsbetrieb vorzubereiten.
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Bevorzugt weist der Wartebetrieb lange Grünphasen, um den Fahrweg des Einsatzfahrzeugs insbesondere durch Auflösen eines Rückstaus zu räumen, und/oder minimale Zykluszeiten, um kurzfristig in den Bevorrechtigungsbetrieb umschalten zu können, auf. Durch lange Grünphasen können potentiell hinderliche Verkehrsteilnehmer den Fahrweg des Einsatzfahrzeugs vor dem Eintreffen verlassen. Eine kürzere Zykluszeit ermöglicht es der Lichtsignalanlage, bei Bedarf jederzeit und zeitnah in den Bevorrechtigungsbetrieb zu schalten.
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Zweckmäßigerweise werden in dem Warte- und/oder Bevorrechtigungsbetrieb nur solche weiteren Verkehrsteilnehmer, die das Einsatzfahrzeug auf dem Fahrweg behindern können, abgeleitet oder angehalten. Einerseits kann dadurch die Beeinträchtigung des fließenden Verkehrs durch die Bevorrechtigung des Einsatzfahrzeugs so gering wie möglich gehalten werden, da nur kreuzender Verkehr durch das Einsatzfahrzeug beeinflusst wird. Andererseits wird nach der Durchfahrt des Einsatzfahrzeugs eine schnelle Rückkehr zu einem normalen Verkehrsfluss gewährleistet.
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Sobald das Einsatzfahrzeug die führende Lichtsignalanlage passiert hat, ermittelt diese, in welche Richtung das Einsatzfahrzeug den Verkehrsknotenpunkt verlässt und welche benachbarten Lichtsignalanlagen auf dem Fahrweg des Einsatzfahrzeugs liegen können.
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Schließlich warnt die führende Lichtsignalanlage benachbarte Lichtsignalanlagen, die auf dem Fahrweg des Einsatzfahrzeuges liegen können, mit einer Warnnachricht. Diese verbleiben daraufhin im Wartebetrieb und werden zu neuen führenden Lichtsignalanlagen im Verfahren. Benachbarte Lichtsignalanlagen, die nicht auf dem Fahrweg des Einsatzfahrzeuges liegen, erhalten von der führenden Lichtsignalanlage dagegen eine Entwarnnachricht und schalten daraufhin in den Normalbetrieb zurück.
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Auf diese Weise lassen sich auch solche benachbarten Lichtsignalanlagen durch die führende Lichtsignalanlage frühzeitig über eine mögliche Annäherung des Einsatzfahrzeugs informieren, die außerhalb einer Fahrzeugumgebung liegen, welche durch die Reichweite eines in dem Einsatzfahrzeug angeordneten Kommunikationsmittels, die typischerweise etwa 500 Meter beträgt, begrenzt wird. Dadurch erhalten die benachbarten Lichtsignalanlagen genügend Zeit, einen möglichen Bevorrechtigungsbetrieb in einer speziellen Betriebsart, nämlich einem Wartebetrieb, vorzubereiten.
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Ein in räumlicher und zeitlicher Hinsicht möglichst genau vorbekannter Fahrweg des sich nähernden Einsatzfahrzeugs durch die führende Lichtsignalanlage bildet die Grundlage eines besonders effizienten Verfahrens.
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Vorteilhaft sendet das Einsatzfahrzeug dazu periodisch Fahrzeugnachrichten (CAM) aus, die insbesondere Angaben über eine Position, eine Geschwindigkeit und/oder einen vorgesehenen Fahrweg des Einsatzfahrzeugs umfassen. Das periodische Senden von Fahrzeugnachrichten stellt sicher, dass die zumindest eine Lichtsignalanlage auch dann von der Annäherung des Einsatzfahrzeugs informiert wird, wenn einzelne Fahrzeugnachrichten aufgrund einer Störung nicht oder nur unvollständig übertragen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung empfängt die führende Lichtsignalanlage die Fahrzeugnachrichten und berechnet daraus den Fahrweg des Einsatzfahrzeugs, so dass auch unvorhergesehene Ereignisse wie Beschleunigungen, Abbremsungen, Abbiegungen des Einsatzfahrzeugs berücksichtigt werden können. Dadurch werden eine große Aktualität und eine hohe Genauigkeit des berechneten Fahrwegs erreicht.
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In vorteilhafter Weise verwendet die führende Lichtsignalanlage auch aktuelle Verkehrsinformationen wie Straßensperrungen, hohe Verkehrsdichte oder dergleichen für die Berechnung. Diese helfen dabei, eine in räumlicher und zeitlicher Hinsicht möglichst genaue Prognose des Fahrwegs des Einsatzfahrzeugs zu berechnen.
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Aus den empfangenen Daten kann die führende Lichtsignalanlage bei einer Annährung des Einsatzfahrzeugs aus dem berechneten Fahrweg eine Annäherungsrichtung des Einsatzfahrzeugs bestimmen und eine räumliche und/oder zeitliche Distanz des Einsatzfahrzeugs berechnen. Infolge der Bestimmung der Annäherungsrichtung und der Berechnung der zeitlichen Distanz des Einsatzfahrzeugs muss die führende Lichtsignalanlage nicht unmittelbar nach dem Empfangen des Anforderungssignals in den passenden Bevorrechtigungsbetrieb schalten, falls das Einsatzfahrzeug noch weit genug entfernt ist. Stattdessen kann die führende Lichtsignalanlage erst bei einem Unterschreiten einer vorgegebenen räumlichen und/oder zeitlichen Bevorrechtigungsdistanz durch das Einsatzfahrzeug automatisch in den Bevorrechtigungsbetrieb schalten. Dadurch lässt sich die Behinderung anderer Verkehrsteilnehmer an dem Verkehrsknotenpunkt verringern.
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Bevorzugt schaltet die führende Lichtsignalanlage vor dem Unterschreiten der Bevorrechtigungsdistanz durch das Einsatzfahrzeug, insbesondere bei einem Unterschreiten einer vorgegebenen räumlichen und/oder zeitlichen Wartedistanz, die größer als die Bevorrechtigungsdistanz ist, automatisch in den Wartebetrieb. Ein vorgeschalteter Wartebetrieb auch der führenden Lichtsignalanlage kann dazu beitragen, Beeinträchtigungen des Einsatzfahrzeugs und auch des sonstigen Verkehrs trotz eines Bevorrechtigungsbetriebs zu verringern oder zu vermeiden.
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Bevorzugt bestimmt die führende Lichtsignalanlage benachbarte Lichtsignalanlagen auf der Grundlage lokal vorgesehener Nachbarschaftsdaten. Die Nachbarschaftsdaten können dabei jeweils benachbarte Verkehrsknotenpunkte mit Lichtsignalanlagen, ihre Richtung und ihre Entfernung von der führenden Lichtsignalanlage aus umfassen. Solche Nachbarschaftsdaten sind einfach zu implementieren, zu pflegen und zu verwenden. Eine in der Implementierung, Pflege und Verwendung aufwändige und kostenintensive digitale Umgebungskarte ist somit nicht notwendig.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens schaltet die führende Lichtsignalanlage in den Normalbetrieb und sendet Entwarnnachrichten an alle benachbarten Lichtsignalanlagen, falls sich das Einsatzfahrzeug entfernt oder keine weiteren Fahrzeugnachrichten sendet. Auf diese Weise können sich die Verkehrsverhältnisse an den beteiligten Lichtsignalanlagen ohne unnötige Verzögerung normalisieren.
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Vorteilhaft sendet die führende Lichtsignalanlage zumindest eine Statusnachricht, insbesondere über einen aktuellen Betriebszustand, an das Einsatzfahrzeug. Dann ist der Fahrer des Einsatzfahrzeugs bereits vor seiner Ankunft über die Lage an der Lichtsignalanlage informiert und kann seine Fahrweise danach richten.
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In einem Einsatzfahrzeug zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren wird weiterhin ein Kommunikationsmittel verwendet, das im Einsatzfahrzeug angeordnet ist und zum Senden einer Anforderungsnachricht und einer Fahrzeugnachricht (CAM, Cooperative Awareness Message gem. ETSI-Standard) und/oder zum Empfangen einer Statusnachricht ausgelegt ist.
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Vorteilhaft ist das Kommunikationsmittel für eine C2X- oder V2X-Kommunikation ausgelegt. C2X bzw. V2X sind eingeführte Standardprotokolle für die Kommunikation von Fahrzeugen mit anderen Fahrzeugen oder mit Infrastruktureinrichtungen.
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Bevorzugt ist das Kommunikationsmittel zum automatischen Betrieb mit einer Sondersignalanlage des Einsatzfahrzeugs verbunden. Dadurch ist der Fahrer des Einsatzfahrzeugs nicht mit zusätzlichen Aufgaben belastet und kann sich ausschließlich auf das Steuern des Einsatzfahrzeugs konzentrieren.
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Für eine Lichtsignalanlage zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Kommunikationsmittel verwendet, das für eine drahtlose Kommunikation mit benachbarten Lichtsignalanlagen, insbesondere über Richtfunk, WLAN, C2X oder V2X, oder eine drahtgebundene Kommunikation mit benachbarten Lichtsignalanlagen, insbesondere über DSL, Ethernet oder ein Feldbussystem ausgelegt ist.
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Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Lichtsignalanlage zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren, für die zumindest ein Normalprogramm für einen Normalbetrieb, zumindest ein Warteprogramm für einen Wartebetrieb und zumindest ein Bevorrechtigungsprogramm für einen Bevorrechtigungsbetrieb und zumindest ein Kommunikationsmittel für die Kommunikation mit einem Einsatzfahrzeug und/oder einer Lichtsignalanlage sowie eine mit dem zumindest einen Kommunikationsmittel und einer zum Schalten und Ausführen eines Signalprogramms dienende Steuereinrichtung verbundene Berechnungseinheit, die aus Fahrzeugnachrichten einen Fahrweg eines Einsatzfahrzeugs berechnet, vorgesehen sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist
- 1 eine Schrittansicht eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ein Ablaufdiagramm für die Kommunikation bei dem in 1 dargestellten Verfahren;
- 3 eine schematische Ansicht der an einem Verfahren nach 1 beteiligten Komponenten;
- 4 ein komponentenweises Ablaufdiagramm der in 1 dargestellten Verfahrensschritte;
- 5 ein Ablaufdiagramm einer Lichtsignalanlage in dem in 1 dargestellten Verfahren;
- 6 eine schematische Darstellung alternativer Warteprogramme der in 5 dargestellten Lichtsignalanlage; und
- 7 eine schematische Darstellung alternativer Bevorrechtigungsprogramme der in 5 dargestellten Lichtsignalanlage.
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Die 1 bis 7 zeigen ein Verfahren zur Steuerung von Lichtsignalanlagen an Verkehrsknotenpunkten auf einem Fahrweg eines Einsatzfahrzeuges EF einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Komponenten zur Verwendung in demselben.
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Das Verfahren wird beispielhaft für vier - nicht näher dargestellte - Lichtsignalanlagen an vier Verkehrsknotenpunkten K1, K2, K3 und K4, wobei die Verkehrsknotenpunkte K2, K3 und K4 jeweils zu dem Verkehrsknotenpunkt K1 benachbart sind, und einem Einsatzfahrzeug EF mit einer Sondersignalanlage erläutert. Diese Situation ist in 1 dargestellt.
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In dem Einsatzfahrzeug EF ist vorliegend ein Kommunikationsmittel KM zum drahtlosen Senden und Empfangen von C2X- oder V2X-Nachrichten angeordnet, das mit der Sondersignalanlage des Einsatzfahrzeugs EF derart verbunden ist, dass es automatisch mit dieser gestartet wird und ein Anforderungssignal AS sowie periodisch Fahrzeugnachrichten CAM aussendet. Diese Anbindung des Kommunikationsmittels an die Sondersignalanlage ist im Ablaufdiagram A der 4 dargestellt, wobei fortwährend der Betriebszustand der Sondersignalanlage getestet (Fallunterscheidung T1) und das Kommunikationsmittel KM aktiviert wird (Verfahrensschritt A1), falls die Sondersignalanlage des Einsatzfahrzeugs EF aktiv ist.
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Die Fahrzeugnachrichten CAM umfassen Angaben zu einer Position, einer Geschwindigkeit und einem Fahrweg des Einsatzfahrzeugs EF. Dabei definiert die Reichweite des Kommunikationsmittels KM eine Fahrzeugumgebung, innerhalb derer Lichtsignalanlagen Nachrichten des Einsatzfahrzeugs EF empfangen können. Mit dem Kommunikationsmittel KM ist weiterhin eine Anzeigeeinrichtung AE verbunden, die von Lichtsignalanlagen empfangene Statusnachrichten SN darstellen kann. Dieser Sachverhalt ist in 3 für die Kommunikation des Einsatzfahrzeugs EF mit der Lichtsignalanlage am Verkehrsknotenpunkt K1 dargestellt.
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Jede der vier Lichtsignalanlagen ist mit einem Kommunikationsmittel KM versehen, welches ein drahtloses Senden und Empfangen von C2X- oder V2X-Nachrichten ermöglicht, um mit einem Einsatzfahrzeug EF kommunizieren zu können. Darüber hinaus weist jede Lichtsignalanlage eine mit dem Kommunikationsmittel KM verbundene Berechnungseinheit BE und ein weiteres in die Berechnungseinheit BE integriertes, nicht näher bezeichnetes Kommunikationsmittel auf, das ein drahtloses Kommunizieren mit benachbarten Lichtsignalanlagen, insbesondere per Richtfunk, ermöglicht, um Nachrichten an diese zu übermitteln. Alternativ kann die Kommunikation auch drahtgebunden, insbesondere per DSL, Ethernet oder ein Feldbussystem erfolgen. Aus 3 ist ersichtlich, dass die Berechnungseinheit BE der Lichtsignalanlage am Verkehrsknotenpunkt K1 Warn-/Entwarnnachrichten an die Berechnungseinheiten BE der Lichtsignalanlagen an den Verkehrsknotenpunkten K2, K3 und K4 sendet.
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Weiterhin umfasst jede der vier Lichtsignalanlagen eine mit der Berechnungseinheit BE verbundene Steuereinrichtung SE zum Schalten und Ausführen mindestens eines Normalprogramms, mindestens eines Warteprogramms WP sowie mindestens eines Bevorrechtigungsprogramms BP. Dabei gewährt das Bevorrechtigungsprogramm BP dem Einsatzfahrzeug EF auf seinem Fahrweg durch ein grünes Lichtsignal freie Fahrt (grüne Welle). Je nach Annäherungsrichtung des Einsatzfahrzeuges EF schaltet die Lichtsignalanlage in einen von mehreren möglichen Bevorrechtigungsbetrieben, die ausschließlich dem Einsatzfahrzeug EF freie Fahrt gewähren. Für einen vierarmigen Verkehrsknotenpunkt sind diese in 7 beispielhaft abgebildet.
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Das Warteprogramm WP bereitet den Bevorrechtigungsbetrieb vor, indem es ggf. einen Rückstau auf dem Fahrweg des Einsatzfahrzeugs EF abfließen lässt und/oder seine Zyklus-/Schaltzeit derart verkürzt, dass ein Schalten in den Bevorrechtigungsbetrieb jederzeit kurzfristig möglich ist. Im Wartebetrieb erhalten insbesondere andere Verkehrsteilnehmer, die den Fahrweg des Einsatzfahrzeuges EF nicht kreuzen, weiterhin freie Fahrt, um die Beeinträchtigung des fließenden Verkehrs in Folge des Bevorrechtigungsbetriebes so gering wie möglich zu halten. Dies ist in 6 dargestellt, aus der für einen vierarmigen Verkehrsknotenpunkt vier verschiedene Warteprogramme WP1 bis WP4 hervorgehen, die auch weiteren Fahrzeugen, die den Fahrweg des Einsatzfahrzeugs EF nicht kreuzen, freie Fahrt gewähren.
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Die Berechnungseinheit BE kann auf empfangene Nachrichten reagieren, indem sie Berechnungen zum Fahrweg des Einsatzfahrzeugs EF durchführt, die Steuereinrichtung SE zum Schalten und zum Ausführen von Signalprogrammen veranlasst und auch ein Senden von Nachrichten an das Einsatzfahrzeug EF oder benachbarte Lichtsignalanlagen bewirkt. Dazu kann die Berechnungseinheit BE auf aktuelle Verkehrsinformationen einerseits und Nachbarschaftsdaten andererseits zugreifen. Die aktuellen Verkehrsinformationen können die Verkehrsdichte in der Umgebung des Verkehrsknotenpunkts oder Umleitungen bzw. Sperrungen betreffen. Die Nachbarschaftsdaten umfassen jeweils die Richtung und räumliche/zeitliche Distanz benachbarter, am Verfahren teilnehmender Lichtsignalanlagen. Zudem sind in der Berechnungseinheit BE eine Wartedistanz, die z.B. 1000 m beträgt, und eine Bevorrechtigungsdistanz, die z.B. 500 m beträgt, definiert. Die für eine Lichtsignalanlage angemessenen Warte- und Bevorrechtigungsdistanzen hängen von der Topologie des jeweiligen Verkehrsknotenpunkts sowie von der relativen Lage benachbarter Verkehrsknotenpunkte ab und müssen individuell bestimmt werden.
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Wenn der Fahrer auf dem Fahrweg des Einsatzfahrzeugs EF die Sondersignalanlage einschaltet, sendet das mit der Sondersignalanlage verbundene Kommunikationsmittel KM ein Anforderungssignal AS und Fahrzeugnachrichten CAM aus, das von allen Lichtsignalanlagen innerhalb der Fahrzeugumgebung empfangen wird. In diesem Beispiel liegt nur die Lichtsignalanlage an dem Verkehrsknotenpunkt K1 in der Fahrzeugumgebung und empfängt das Anforderungssignal AS des Einsatzfahrzeuges EF. Die benachbarten Lichtsignalanlagen an den Verkehrsknotenpunkten K2, K3 und K4 liegen sämtlich außerhalb der Fahrzeugumgebung und können das Anforderungssignal AS des Einsatzfahrzeugs nicht empfangen.
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Während des Betriebs der Sondersignalanlage sendet das Kommunikationsmittel KM, wie in 2 dargestellt, periodisch Fahrzeugnachrichten CAM aus, die von der Lichtsignalanlage an dem Verkehrsknotenpunkt K1 empfangen werden. Aus diesen berechnet die Berechnungseinheit BE der Lichtsignalanlage an dem Verkehrsknotenpunkt K1 fortwährend den Fahrweg und die räumliche und zeitliche Distanz des Einsatzfahrzeugs EF von dem Verkehrsknotenpunkt K1.
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Ist die Distanz des sich nähernden Einsatzfahrzeugs EF von dem Verkehrsknotenpunkt K1 beim Empfangen des Anforderungssignals AS größer als die Wartedistanz, schaltet die Lichtsignalanlage in den Wartebetrieb, sobald das Einsatzfahrzeug bei der Annäherung an den Verkehrsknotenpunkt K1 die Wartedistanz unterschreitet. Ist sie beim Empfangen des Anforderungssignals kleiner als die Wartedistanz, aber größer als die Bevorrechtigungsdistanz, schaltet die Lichtsignalanlage sofort in den Wartebetrieb und in den Bevorrechtigungsbetrieb, sobald das Einsatzfahrzeug EF bei der Annäherung die Bevorrechtigungsdistanz unterschreitet. Ist die Distanz des Einsatzfahrzeugs EF beim Empfangen des Anforderungssignals AS schließlich kleiner als die Bevorrechtigungsdistanz, schaltet die Lichtsignalanlage sofort in den Bevorrechtigungsbetrieb. Dieser Sachverhalt geht aus dem Ablaufdiagramm der 5 hervor. In Abhängigkeit von der räumlichen Distanz des Einsatzfahrzeugs (Fallunterscheidung T3) werden in den Bevorrechtigungsbetrieb (Verfahrensschritt A3) geschaltet und Ankündigungsnachrichten an benachbarte Lichtsignalanlagen gesendet (Verfahrensschritt A4), falls die Distanz kleiner als 500 m ist oder wird. Bei einem Unterschreiten einer Distanz von 1000 m wird bei nächster Gelegenheit in unmittelbar den Bevorrechtigungsbetrieb geschaltet (Verfahrensschritt A16). Beträgt die Distanz mehr als 1000 m kann der Bevorrechtigungsbetrieb noch durch einen Wartebetrieb vorbereitet werden (Verfahrensschritt A15). Parallel dazu wird entschieden (Fallunterscheidung T4), ob aufgrund der Verkehrslage eine Räumung des Fahrwegs (Verfahrensschritt A14) erfolgen soll oder ein Bevorrechtigungsbetrie wegen eines konkurrierenden Einsatzfahrzeugs oder einer Störung ggf. ausgeschlossen ist (Verfahrensschritt A13).
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Mit dem Schalten in den Bevorrechtigungsbetrieb wird die Lichtsignalanlage an dem Verkehrsknotenpunkt K1 eine führende Lichtsignalanlage im erfindungsgemäßen Verfahren und sendet je eine Ankündigungsnachricht AN an die benachbarten Lichtsignalanlagen der Verkehrsknotenpunkte K2, K3 und K4. Die benachbarten Lichtsignalanlagen schalten daraufhin in ihren Wartebetrieb.
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Im Einzelnen bestimmen die Lichtsignalanlagen an den benachbarten Verkehrsknotenpunkt K2, K3 und K4 auf die im Ablaufdiagramm C der 3 dargestellte Weise das passende Warteprogramm. Nach dem Empfangen einer Ankündigungsnachricht AN (Verfahrensschritt A7) werden die Annäherungsrichtung des Einsatzfahrzeugs EF (Verfahrensschritt A8) und das dazu passende Bevorrechtigungsprogramm BP (Verfahrensschritt A9) ermittelt. Dann werden eine Annäherungsdauer des Einsatzfahrzeugs (Verfahrensschritt A10) berechnet und aktuelle Verkehrsinformationen (Verfahrensschritt A11) berücksichtigt, um ein geeignetes Warteprogramm WP zu ermitteln (Verfahrensschritt A11).
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Durch die Kommunikation der führenden Lichtsignalanlage mit den Lichtsignalanlagen an den benachbarten Verkehrsknotenpunkten können auch solche Lichtsignalanlagen, die außerhalb der Fahrzeugumgebung liegen, wie vorliegend K2, K3 und K4, frühzeitig von einer möglichen Annäherung des Einsatzfahrzeugs EF unterrichtet werden, so dass sich die effektive Reichweite des Kommunikationsmittels KM des Einsatzfahrzeugs EF erhöht.
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Nach der Durchfahrt des weiterhin unter Sondersignal fahrenden Einsatzfahrzeugs EF ermittelt die führende Lichtsignalanlage an dem Verkehrsknotenpunkt K1 aus den periodisch empfangenen Fahrzeugnachrichten CAM die Richtung, in welcher das Einsatzfahrzeug den Verkehrsknotenpunkt K1 verlässt. Im Beispiel verlässt das Einsatzfahrzeug den Verkehrsknotenpunkt K1 in Richtung des Verkehrsknotenpunktes K4. Die führende Lichtsignalanlage an Verkehrsknotenpunkt K1 schaltet daraufhin in ihren Normalbetrieb, um die Verkehrsverhältnisse am Verkehrsknotenpunkt K1 möglichst bald zu normalisieren, und sendet Entwarnnachrichten EN an die Lichtsignalanlagen an den Verkehrsknotenpunkten K2 und K3, die ebenfalls umgehend in ihren Normalbetrieb schalten. Die Lichtsignalanlage an dem Verkehrsknotenpunkt K4 erhält von der führenden Lichtsignalanlage eine Warnnachricht WN und verbleibt in ihrem Wartebetrieb. Sie wird nun zur neuen führenden Lichtsignalanlage gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, das sich auf diese Weise entlang des Fahrwegs des Einsatzfahrzeugs EF fortsetzt.
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Das Ablaufdiagramm B der 4 zeigt die einzelnen Verfahrensschritte der führenden Lichtsignalanlage am Verkehrsknotenpunkt K1. Während des fortwährenden Empfangens von Fahrzeugnachrichten CAM des Einsatzfahrzeugs EF (Verfahrensschritt A2) wird die Distanz des Einsatzfahrzeugs berechnet. Nähert sich das Einsatzfahrzeug EF dem Verkehrsknotenpunkt an (Fallunterscheidung T2), schaltet die führende Lichtsignalanlage in den Bevorrechtigungsbetrieb (Verfahrensschritt A3) sendet Ankündigungsnachrichten AN und die empfangenen Fahrzeugnachrichten CAM an benachbarte Lichtsignalanlagen (Verfahrensschritt A4). Nach der Durchfahrt des Einsatzfahrzeugs EF wird weiterhin der Fahrweg des Einsatzfahrzeugs EF berechnet (Verfahrensschritt A5), um zu ermitteln, welche benachbarte Lichtsignalanlagen auf dem Fahrweg des Einsatzfahrzeugs EF liegen können. Benachbarte Lichtsignalanlagen auf dem Fahrweg erhalten eine Warnnachricht, die übrigen eine Entwarnnachricht (Verfahrensschritt A6).
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Es ist möglich, dass zu Beginn auch Lichtsignalanlagen das Anforderungssignal AS des Einsatzfahrzeugs EF empfangen und ihre Signalprogramme entsprechend schalten, die nicht auf dem Fahrweg des Einsatzfahrzeugs EF liegen. Sobald sie bei der fortwährenden Berechnung des Fahrtwegs (Tracken) des Einsatzfahrzeugs EF feststellen, dass sich das Fahrzeug entfernt, kehren sie in den Normalbetrieb zurück und entwarnen evtl. bereits mit einer Ankündigungsnachricht AN alarmierte benachbarte Lichtsignalanlagen.
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Analog wird verfahren, falls eine Lichtsignalanlage feststellt, dass das Einsatzfahrzeug die Einsatzfahrt abbricht und/oder seine Sondersignalanlage abschaltet. In diesem Fall sendet das Einsatzfahrzeug eine andere Information in der Fahrzeugnachricht CAM und informiert so implizit über seinen veränderten Fahrzustand. Wenn eine führende Lichtsignalanlage eine solche Fahrzeugnachricht CAM empfängt, schaltet sie in ihr Normalprogramm und schickt Entwarnnachrichten (EN) an alle benachbarten Lichtsignalanlagen. Dieses Abbruchkriterium wird von der führenden Lichtsignalanlage fortwährend geprüft, ist aber aus Gründen der besseren Übersicht in den Figuren nicht dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- K1
- Verkehrsknotenpunkt
- K2
- Verkehrsknotenpunkt
- K3
- Verkehrsknotenpunkt
- K4
- Verkehrsknotenpunkt
- EF
- Einsatzfahrzeug
- KM
- Kommunikationsmittel
- AE
- Anzeigeeinrichtung
- SE
- Steuereinrichtung
- BE
- Berechnungseinheit
- AS
- Anforderungssignal
- CAM
- Fahrzeugnachricht
- AN
- Ankündigungsnachricht
- WN
- Warnnachricht
- EN
- Entwarnnachricht
- SN
- Statusnachricht
- WP
- Warteprogramm
- WP1
- Warteprogramm
- WP2
- Warteprogramm
- WP3
- Warteprogramm
- WP4
- Warteprogramm
- BP
- Bevorrechtigungsprogramm
- BP1
- Bevorrechtigungsprogramm
- BP2
- Bevorrechtigungsprogramm
- BP3
- Bevorrechtigungsprogramm
- BP4
- Bevorrechtigungsprogramm
- T1
- Test: Ist die Sondersignalanlage des EF in Betrieb?
- T2
- Test: Nähert sich das Einsatzfahrzeug der Lichtsignalanlage?
- T3
- Test: Welchen Abstand von der Lichtsignalanlage hat das Einsatzfahrzeug?
- T4
- Test: Existiert ein Rückstau auf dem Fahrweg des Einsatzfahrzeugs, nähert sich bereits ein anderes Einsatzfahrzeug oder besteht eine Blockade der Steuereinrichtung?
- A1
- Aktion: Starten und periodisches Wiederholen des Versands von CAM und Routeninfomationen
- A2
- Aktion: Empfangen einer CAM des Einsatzfahrzeugs
- A3
- Aktion: Schalten in einen Bevorrechtigungsbetrieb
- A4
- Aktion: Weiterleiten einer CAM und Senden von Ankündigungsnachrichten an Lichtsignalanlagen an benachbarten Verkehrsknotenpunkten
- A5
- Aktion: Berechnen eines Fahrwegs des Einsatzfahrzeugs (Tracken)
- A6
- Aktion: Senden von Entwarn- und Warnnachrichten an Lichtsignalanlagen an benachbarten Verkehrsknotenpunkten
- A7
- Aktion: Empfangen einer Ankündigungsnachricht
- A8
- Aktion: Ermitteln einer Annäherungsrichtung des Einsatzfahrzeugs
- A9
- Aktion: Ermitteln eines Bevorrechtigungsprogramms
- A10
- Aktion: Berechnen einer Annäherungsdauer
- A11
- Aktion: Berücksichtigen einer Verkehrslage
- A12
- Aktion: Ermitteln eines Warteprogramms
- A13
- Aktion: Nichts verändern
- A14
- Aktion: Räumen eines Fahrwegs des Einsatzfahrzeugs
- A15
- Aktion: Verkürzen einer Zyklus-/Schaltzeit
- A16
- Aktion: Beibehalten des Signalprogramms und Vorbereiten eines Schaltens
