DE102015202434A1

DE102015202434A1 - Verfahren und Vorrichtung zur dynamischen Steuerung einer Signalanlage

Info

Publication number: DE102015202434A1
Application number: DE102015202434.2A
Authority: DE
Inventors: Robert Oertel; Peter Wagner
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2015-02-11
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2016-08-11
Anticipated expiration: 2035-02-12
Also published as: DE102015202434B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur dynamischen Steuerung einer Signalanlage (2), wobei die Signalanlage (2) mit einer Sequenz von aufeinander folgenden Phasen (P1, P2, P3, P4) der Signalanlage (2) gesteuert wird, wobei eine Abfolge der Phasen (P1, P2, P3, P4) auf Grundlage von phasenspezifischen Verlustzeiten (dP) festgelegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dynamischen Steuerung einer Signalanlage.
Zur Steuerung von Verkehrsknoten kommen oft Lichtsignalanlagen (LSA) zum Einsatz. Diese haben als Aufgabe, die Warte- und Verlustzeiten für die Verkehrsteilnehmer durch eine geschickte Freigabezeitverteilung gering zu halten. Oft werden dafür in Deutschland etablierte Steuerungsverfahren wie klassische Festzeitsteuerungen oder verkehrsabhängig regelbasierte Verfahren auf Grundlage von Fahrzeugzeitlücken, -anforderungen oder -belegungsgraden eingesetzt.
In der LSA-Steuerung zur Veränderung der Phasenfolge werden im einfachsten Fall über einen Tagesablauf verteilt verschiedene Phasenfolgen geschaltet. Diese Phasenfolgen sind vordefiniert und unveränderlich und werden abhängig von der aktuellen Tageszeit aktiviert. So kann im morgendlichen Berufsverkehr eine andere feste Phasenfolge sinnvoller sein und aktiviert werden als im abendlichen Berufsverkehr. Die Auswahl erfolgt dabei ausschließlich tageszeitabhängig und nicht verkehrsabhängig. Dieses Vorgehen entspricht einer Festzeitsteuerung.
Bei der ausschließlich tageszeitabhängigen Festzeitsteuerung ist natürlich der offensichtliche Nachteil, dass diese nicht auf das aktuelle Verkehrsgeschehen reagieren kann, da dieses nicht für die Entscheidungsfindung erfasst und genutzt wird. Wenn aufgrund einer sich ändernden Verkehrslage die Phasenfolge nicht angepasst werden kann und starr ist, dann erhöhen sich die Verlust- und Reisezeiten für alle Verkehrsteilnehmer stark.
Häufig kommen in Deutschland die sogenannten verkehrsabhängig regelbasierten Steuerungsverfahren zum Einsatz, die anhand von ortsfesten Detektoren, z.B. Induktionsschleifen oder Infrarotsensoren, Messwerte zum aktuellen Verkehrsablauf bestimmen. Auf Grundlage dieser Messwerte und vorher definierter Regeln wird dann eine unmittelbare Steuerungsentscheidung getroffen. Auch für die Phasenfolge stehen hier verschiedene Ansätze bereit. Laut den Richtlinien für Lichtsignalanlagen (RILSA) kommen hier vor allem die Elemente der Phasenanforderung und des Phasentausches zur Anwendung, die einen Einfluss auf die Phasenfolge haben. Diese beziehen sich auf den motorisierten Individualverkehr (MIV) und den öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV).
Im MIV werden dabei vor allem in den verkehrsarmen Nebenrichtungen einer Kreuzung Induktionsschleifen unmittelbar hinter der Haltelinie angeordnet, die die Aufgabe haben, die Präsenz eines Fahrzeugs zu detektieren. Nur wenn so ein Fahrzeug durch die Belegungsmeldung der Induktionsschleifen erkannt wird, erfolgt überhaupt die Freigabe (=Grün) und der Start einer Phase. So wird vermieden, dass Freigabezeit (=Grünzeit) verschwendet wird, obwohl gar kein Fahrzeug aus dieser Nebeneinrichtung queren möchte. Die Phase wird also nur auf Anforderung abhängig von der Belegungsmeldung (=Entscheidungsgröße) gestartet. Damit ist die Phasenfolge grundsätzlich auch vordefiniert und fest, kann aber durch zusätzliche Phasen flexibel ergänzt werden.
Beim ÖPNV werden sowohl bei Bussen als auch bei Straßenbahnen häufig sogenannte Meldepunkte zur rechtzeitigen Anmeldung der Fahrzeuge an einer Lichtsignalanlage genutzt. Wenn die Fahrzeuge einen Meldepunkt erreicht haben, senden sie dabei eine Nachricht an die Lichtsignalanlage, die häufig mit einer Phasenanforderung oder auch mit einem Phasentausch reagiert. Bei der Phasenanforderung wird dabei häufig eine zusätzliche, exklusive Phase für den ÖPNV geschaltet, diese also wieder in die Phasenfolge eingeschoben. Beim Phasentausch werden bestehende Phasen vorgezogen. Diese Eingriffe haben insgesamt das Ziel, den ÖPNV an einer Kreuzung zu priorisieren und zu beschleunigen. Die Anwesenheitsmeldung (=Entscheidungsgröße) der ÖPNV-Fahrzeuge an den Meldepunkten geben dabei den Anstoß für die Phaseneingriffe.
Bei der verkehrsabhängig regelbasierten Steuerung auf Grundlage von Belegungsmeldungen einzelner Induktionsschleifen des MIV ist der Nachteil, dass eigentlich gar keine Phasenwahl im Sinne einer echten Auswahl unter mehreren Kandidaten stattfindet. Nachdem eine Phase beendet wurde, wird lediglich entschieden, ob eine vordefinierte, andere Phase folgt und eingeschoben wird. Ist dies nicht der Fall, so wird die standardmäßige Phasenfolge abgearbeitet, bis zur nächsten Möglichkeit für einen Phaseneinschub. So kann es z.B. passieren, dass ein starker Verkehrsstrom der Hauptrichtung durch nur ein wartendes Fahrzeug der Nebenrichtung angehalten wird, was zu unnötigen Verlustzeiten führt. Das Problem an dieser Stelle ist, dass die Belegungsmeldung einer Induktionsschleife (=ein Fahrzeug wartet) nicht primär und zwangsläufig als Entscheidungsgröße für die Phasenfolge geeignet ist.
Ähnlich gestaltet sich die Situation beim ÖPNV, wo neben dem Phaseneinschub oft auch ein Phasentausch angewendet wird. Hier wird zu bestimmten Zeitpunkten eine gewisse Dynamisierung einer trotzdem vordefinierten Phasenfolge vorgenommen, die allerdings keine Auswahl zwischen mehreren Kandidaten ermöglicht. Die Anmeldung eines ÖPNV- Fahrzeugs (=Bus ist an Kreuzung) als Entscheidungsgröße ist für eine „gerechte“ Phasenfolge unter Berücksichtigung aller Verkehrsteilnehmer ungeeignet, da der ÖPNV zwar bevorrechtigt wird, für alle anderen Verkehrsteilnehmer aber zu erhöhten Verlustzeiten führen kann.
Daneben existieren noch sogenannte modellbasierte Steuerungsverfahren, die auf Grundlage eines Simulationsmodells den Verkehrsablauf für ein gesamtes Straßennetz zu optimieren versuchen. Hier wird eine im Modell hinterlegte Zielfunktion mit Verkehrsdaten aus dem Straßennetz gespeist und hinsichtlich verschiedener Kenngrößen minimiert. Dabei wird auch eine Phasenfolge für die einzelnen Knoten des Netzwerkes berechnet. Im Gegensatz zu den verkehrsabhängig regelbasierten Steuerungsverfahren werden diese Phaseneingriffe dann allerdings nicht zur Laufzeit vorgenommen, sondern für bestimmte Zeitintervalle von z.B. 5 bis 15 Minuten fest bestimmt und geschaltet.
Bei den modellbasierten Steuerungen kann zwar anhand einer Simulation die Phasenfolge verändert werden, allerdings ist hier der entscheidende Nachteil, dass dies nicht in Echtzeit passieren kann. Diese Simulation hat immer einen gewissen Zeitversatz, da diese für ganze Netze angewendet wird, sodass die Phasenfolge minimal aller 5 bis 15 Minuten verändert werden kann. Um mikroskopisch auf Schwanken im Ankunftsstrom innerhalb eines Umlaufs reagieren zu können, ist dies daher nicht geeignet.
Neben den bereits aufgezählten Nachteilen ist allerdings der wesentliche Nachteil, dass all diese Verfahren zur Beeinflussung der Phasenfolge nicht die aktuellen Verlustzeiten der Verkehrsteilnehmer an einem Knotenpunkt für die Auswahl der unmittelbar nächsten Phase in Betracht ziehen.
Die DE 10 2012 220 094 B3 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung einer Verlustzeit sowie ein Verfahren zur dynamischen Steuerung einer Signalanlage, wobei Phasen der Signalanlage auf Grundlage von der Verlustzeit gesteuert werden. Hierbei wird jedoch nur die Freigabezeitsteuerung in einer einzelnen Phase auf Grundlage der Verlustzeit offenbart. Bei diesem bisherigen verlustzeitbasierten Steuerungsverfahren steht somit die Anpassung der Freigabezeiten innerhalb der einzelnen Phasen im Mittelpunkt, nicht aber die Phasenfolge. Je nach Anzahl der Fahrzeuge mit angesammelter Verlustzeit in einer Knotenzufahrt wird die Freigabezeit der zugehörigen Phase verkürzt oder verlängert. Angewendet auf alle Phasen an einem Knotenpunkt lässt sich so ein Umlauf mit der Bedienung aller Knotenzufahrten abarbeiten. Dabei ist die Reihenfolge der Phasen bisher fest vorgegeben und unveränderlich. Nur die Freigabezeiten innerhalb der Phasen sind anpassbar.
Auch die DE 10 2009 033 431 A1 offenbart ein solches Verfahren zur dynamischen Steuerung einer Signalanlage, wobei mindestens eine Steuereinheit Phasen der Signalanlage auf Grundlage von mindestens einer Verlustzeit mindestens eines Fahrzeugs steuert.
Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dynamischen Steuerung einer Signalanlage zu schaffen, welche eine durchschnittliche Wartezeit von Fahrzeugen beim Passieren der Signalanlage reduziert.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur dynamischen Steuerung einer Signalanlage. Die Signalanlage kann hierbei zur Steuerung, insbesondere zur Freigabe und Sperrung, eines Verkehrsstroms vorgesehen sein. Der Verkehrsstrom kann insbesondere der Verkehrsstrom an einem Verkehrsknoten sein. Ein Verkehrsknoten kann beispielsweise eine Kreuzung sein.
Die Signalanlage kann hierbei insbesondere mehrere Signalgruppen umfassen. Eine Signalgruppe kann beispielsweise eine Ampel sein. Insbesondere kann die Signalanlage eine Signalgruppe zur Regelung eines Verkehrsstroms in allen oder ausgewählten Zufahrten des Straßenknotens umfassen.
Die Signalanlage wird mit einer Sequenz von aufeinanderfolgenden Phasen der Signalanlage gesteuert. Eine Phase kann insbesondere einen Zustand aller Signalgruppen der Signalanlage bezeichnen. Der Zustand kann insbesondere ein Freigabe-Zustand, ein Sperren-Zustand oder ein Übergang-Zustand sein. Verschiedene Phasen der Signalanlage können sich insbesondere in einem Zustand mindestens einer Signalgruppe der Signalanlage unterscheiden. Beispielsweise können in verschiedenen Phasen verschiedene Verkehrsströme des Verkehrsknotens der Signalanlage freigegeben werden. Insbesondere können Verkehrsströme in verschiedenen Zufahrten des Verkehrsknotens in voneinander verschiedenen Phasen durch die Einstellung eines Freigabezustands in einer Signalgruppe der entsprechenden Zufahrt freigegeben werden. Somit kann eine Phase auch als verkehrsstromspezifische oder zufahrtsspezifische Phase bezeichnet werden.
Ein in einer Phase geregelter Verkehrsstrom kann somit Fahrzeuge umfassen, deren Fahrt in der Phase freigegeben wird. Insbesondere kann ein in einer Phase geregelter Verkehrsstrom die Fahrzeuge in den Zufahrten umfassen, deren Signalgruppen zumindest in einem Zeitabschnitt der Phase einen Freigabe-Zustand einnehmen.
Erfindungsgemäß wird eine Abfolge der Phasen in der Sequenz von aufeinanderfolgenden Phasen auf Grundlage von phasenspezifischen Verlustzeiten festgelegt.
Die Verlustzeit beschreibt hierbei die Zeit, die ein Fahrzeug beim Passieren einer Signalanlage oder einer Signalgruppe der Signalanlage gegenüber einer idealen Durchfahrt verliert. Bei der idealen Durchfahrt kann das Fahrzeug den Verkehrsknoten ohne Geschwindigkeitsreduktion passieren. Die Verlustzeit ist hierbei ein quantitativer Wert. Eine phasenspezifische Verlustzeit kann sich, wie nachfolgend noch näher erläutert, in Abhängigkeit der Verlustzeit(en) eines oder mehrerer Fahrzeuge bestimmen, das/die Teil des in der jeweiligen Phase geregelten Verkehrsstromes ist/sind.
Somit wird die Abfolge von Phasen verlustzeitbasiert festgelegt. Insbesondere können die phasenspezifischen Verlustzeiten direkt zur Bestimmung der Abfolge der Phasen genutzt werden. Die Abfolge der Phasen durch die beschriebene verlustzeitbasierte Phasenauswahl ist im Gegensatz einer tageszeitabhängigen oder sogar festgelegten Abfolge der Phasen in der Sequenz verkehrsabhängig.
Die Verlustzeit kann hierbei mit einem dem Fachmann bekannten Verfahren bestimmt werden. Beispielsweise kann die Erfassung einer Verlustzeit auf Grundlage von Daten einer Vielzahl von Datenquellen erfolgen. So bietet sich z.B. Daten aus einer Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikation (C2I), Ausgabedaten von optischen Erfassungssystemen, so genannten Floating-Car-Data (FCD), Bluetooth-Daten, WLAN-Daten und weitere Datenquellen an. Diese ermöglichen in der Regel eine präzise Bestimmung einer Verlustzeit eines Fahrzeugs. Nachteilig ergibt sich jedoch, dass der Verbreitungsgrad von Einrichtungen zur Erzeugung der vorhergehend genannten Daten gering ist. Auch kann die Verlustzeit induktionsbasiert bestimmt werden. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert.
Hierdurch kann in vorteilhafter Weise zeitlich schnell auf sich ändernde Verkehrsverhältnisse reagiert werden, was einen Verkehrsablauf begünstigt. Insbesondere kann eine durchschnittliche Verlustzeit von Fahrzeugen des von der Signalanlage geregelten Verkehrsstroms reduziert werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird die nächstfolgende Phase in Abhängigkeit von akkumulierten phasenspezifischen Verlustzeiten aller oder ausgewählter Phasen bestimmt. Ausgewählt bedeutet hierbei, dass die nächstfolgende Phase aus einer Menge von mindestens zwei, jedoch nicht allen möglichen Folgephasen, bestimmt wird.
Die Bestimmung kann hierbei zum Zeitpunkt oder im Zeitbereich eines Phasenwechsels erfolgen. Insbesondere kann die Bestimmung unmittelbar vor, bei oder unmittelbar nach der Beendigung einer aktuell aktivierten Phase erfolgen. Eine aktivierte Phase kann hierbei die Phase bezeichnen, die zum aktuellen Zeitpunkt die vorhergehend erläuterten Zustände der Signalgruppen festlegt. Entsprechend kann eine deaktivierte Phase eine Phase bezeichnen, die zum aktuellen Zeitpunkt die vorhergehend erläuterten Zustände der Signalgruppen nicht festlegt.
Die phasenspezifische akkumulierte Verlustzeit kann insbesondere in Abhängigkeit der Verlustzeiten aller Fahrzeuge bestimmt werden, die Teil des in der entsprechenden Phase geregelten Verkehrsstromes sind. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert.
Die akkumulierten phasenspezifischen Verlustzeiten können zur Gewichtung aller oder ausgewählter möglicher Folgephasen dienen. Die akkumulierten phasenspezifischen Verlustzeiten können insbesondere die Verlustzeiten zum Zeitpunkt der Bestimmung sein.
Das beschriebene Vorgehen ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Festlegung der nächstfolgenden Phase derart, dass Verlustzeiten möglichst stark reduziert werden, da in Verkehrsströmen mit hohen Verlustzeiten mit hoher Wahrscheinlichkeit auch zukünftig hohe Verlustzeiten generiert werden. Hierdurch ergibt sich wiederum in vorteilhafter Weise die Reduktion von durchschnittlichen Verlustzeiten beim Passieren der Signalanlage.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die maximale akkumulierte phasenspezifische Verlustzeit aus einer Menge von akkumulierten phasenspezifischen Verlustzeiten aller oder ausgewählter Phasen bestimmt, wobei die nächstfolgende Phase als die Phase festgelegt wird, die diese maximale akkumulierte phasenspezifische Verlustzeit aufweist bzw. deren akkumulierte phasenspezifische Verlustzeit maximal ist. Auch dies kann wiederum zum vorhergehend erläuterten Zeitpunkt eines Phasenwechsels erfolgen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst einfach zu implementierende Festlegung der Abfolge der Phasen.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Verlustzeit aller Fahrzeuge bestimmt, die Teil eines in einer Phase geregelten Verkehrsstromes sind. Beispielsweise kann die Verlustzeit aller Fahrzeuge in mindestens einer Zufahrt des Verkehrsknotens bestimmt werden, wobei der Verkehrsstrom in dieser mindestens einen Zufahrt in zumindest einem Zeitabschnitt der entsprechenden Phase freigegeben wird.
Weiter wird die akkumulierte phasenspezifische Verlustzeit in Abhängigkeit dieser Verlustzeiten bestimmt. Insbesondere kann die akkumulierte phasenspezifische Verlustzeit als Summe der Verlustzeiten aller Fahrzeuge bestimmt werden.
Verlustzeit eines Fahrzeugs kann hierbei während und/oder außerhalb der Aktivierung der Phase erfolgen, die den Verkehrsstrom regelt, zu welchem das Fahrzeug gehört.
Die Verlustzeiten können also während eines aktivierten Zustands und/oder während eines deaktivierten Zustands bestimmt werden und entsprechenden Phasen zugeordnet werden. Dies bedeutet, dass auch Verlustzeiten von Fahrzeugen bestimmt werden, die Teil eines Verkehrsstroms sind, der durch eine aktuell deaktivierte Phase geregelt, insbesondere freigegeben, wird. Diese Verlustzeiten werden bei der Bestimmung der akkumulierten phasenspezifischen Verlustzeit dieser deaktiverten Phase berücksichtigt. Die derart bestimmten akkumulierten phasenspezifischen Verlustzeiten können selbstverständlich gespeichert werden, beispielsweise in einer entsprechenden Speichereinrichtung.
Die Verlustzeit eines einzelnen Fahrzeugs i, welches Teil des in der entsprechenden Phase geregelten Verkehrsstromes ist, kann gemäß d_i(t) = max {0, ∆t × (1 – (v_i(t) + v_i(t – ∆t))/(2 × v_max)} Formel 1 bestimmt werden, wobei v_i(t) eine Geschwindigkeit eines Fahrzeugs i zu einem aktuellen Zeitpunkt t und v_i(t – ∆t) eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs i zu einem um ein vorbestimmtes Zeitintervall ∆t zurückliegenden Zeitpunkt (t – ∆t) und v_max eine vorbestimmte Grenzgeschwindigkeit bei einer behinderungsfreien Durchfahrt bezeichnet. Das Zeitintervall ∆t kann hierbei festgelegt sein und insbesondere anwendungs- oder signalanlagenspezifisch bestimmt werden. Auch die Grenzgeschwindigkeit v_max kann fest definiert sein und beispielsweise einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit in der durch die Phase geregelten Zufahrt entsprechen. Die Grenzgeschwindigkeit v_max kann auch als Maximalgeschwindigkeit bezeichnet werden.
Aus Formel 1 ist ersichtlich, dass die Verlustzeit des Fahrzeugs i nur einen Wert größer als oder gleich Null annehmen kann. Hierdurch können insbesondere negative Verlustzeiten infolge von z.B. Geschwindigkeitsüberschreitungen ausgeschlossen werden.
Die akkumulierte phasenspezifische Verlustzeit d_P(t) kann dann insbesondere als D_P(t) = d_1,P(t) + d₂,_P(t) + ... + d_n,P(t) Formel 2 berechnet, wobei n die Anzahl der Fahrzeuge bezeichnet, die Teil des in der Phase P geregelten Verkehrsstromes sind.
Wie nachfolgend noch näher erläutert, ist die vorgeschlagene Berechnung der akkumulierten phasenspezifischen Verlustzeit d_P(t) bereits aus dem Stand der Technik, insbesondere der DE 10 2012 220 094 B3 , bekannt. Die maximale akkumulierte phasenspezifische Verlustzeit kann gemäß d_max = d(t)_max = max {d₁(t), d₂(t), ..., d_m(t)} für P = 1, ... m Formel 3 bestimmt werden, wobei m die Anzahl aller Phasen der Signalanlage bezeichnet. Der Zeitpunkt t kann insbesondere der Zeitpunkt der Beendigung der aktuell aktivierten Phase P, insbesondere den Zeitpunkt des Freigabeendes der entsprechenden Phase P, bezeichnen.
In einer weiteren Ausführungsform ist allen oder ausgewählten Phasen eine maximale Deaktivierungsdauer zugeordnet. Weiter wird die Abfolge der Phasen zusätzlich auf Grundlage der maximalen Deaktivierungsdauern festgelegt.
Z.B. kann eine phasenspezifischer Deaktivierungsdauer für alle oder ausgewählte deaktivierten Phasen bestimmt werden, insbesondere bei Beendigung einer aktuell aktivierten Phase. Die phasenspezifische Deaktivierungsdauer bezeichnet hierbei die Zeitdauer, für die sich die entsprechende Phase (bereits) im deaktivierten Zustand befindet. Ist die derart bestimmte phasenspezifische Deaktivierungsdauer größer als die phasenspezifische maximale Deaktivierungsdauer, so kann als nächstfolgende Phase anstelle der Phase, die auf Grundlage der phasenspezifischen Verlustzeit festgelegt wird, diese entsprechende Phase festgelegt werden. Existieren mehrere Phasen, deren phasenspezifischen Deaktivierungsdauern jeweils größer als die entsprechende maximale Deaktivierungsdauer ist, so kann diejenige Phase als nächstfolgende Phase festgelegt werden, die von diesen Phasen die maximale akkumulierte phasenspezifische Verlustzeit aufweist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass auch Phasen mit geringen akkumulierten phasenspezifischen Verlustzeiten in bestimmten Zeitintervallen aktiviert werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine aktuelle, also eine aktuell aktivierte, Phase der Signalanlage auf Grundlage von mindestens einer Verlustzeit mindestens eines Fahrzeuges gesteuert. Das Fahrzeug ist insbesondere Teil des in der aktuellen Phase geregelten Verkehrsstroms. Ein solches Verfahren ist insbesondere in der DE 10 2012 220 094 B3 beschrieben. Somit kann vollumfänglich auf die entsprechende Offenbarung in der genannten Druckschrift verwiesen werden, wobei die entsprechende Offenbarung Teil dieser Offenbarung ist. Das Verfahren zur Steuerung der aktuellen Phase der Signalanlage kann die aufeinanderfolgenden Teilschritte der Datenerfassung, Phasensteuerung und Zählerrücksetzung umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform werden zur Bestimmung der Verlustzeit eines Fahrzeugs folgende Verfahrensschritte durchgeführt:

– Detektion eines ersten Passierzeitpunktes eines Fahrzeugs an einem ersten Fahrzeugdetektor,
– Inkrementieren eines ersten realen Fahrzeugzählers zum ersten Passierzeitpunkt,
– Inkrementieren eines virtuellen Fahrzeugzählers nach Ablauf einer vorbestimmten Soll-Fahrzeitdauer nach dem ersten Passierzeitpunkt, wobei die vorbestimmte Soll-Fahrzeitdauer abhängig von einer zulässigen Maximalgeschwindigkeit und einem vorbekannten Abstand des ersten Fahrzeugdetektors zu einem weiteren Fahrzeugdetektor in Fahrtrichtung ist,
– Detektion eines weiteren Passierzeitpunktes eines Fahrzeuges an einem weiteren Fahrzeugdetektor, wobei der weitere Fahrzeugdetektor mit dem vorbekannten Abstand in Fahrtrichtung von dem ersten Fahrzeugdetektor angeordnet ist,
– Inkrementieren eines weiteren realen Fahrzeugzählers zum weiteren Passierzeitpunkt,
– Vergleich eines Werts des weiteren realen Fahrzeugzählers mit einem Wert des virtuellen Fahrzeugzählers,
– Bestimmen der Verlustzeit, wenn der Wert des virtuellen Fahrzeugzählers größer als der Wert des weiteren realen Fahrzeugzählers ist.

Auch dieses Bestimmen der Verlustzeit ist in der eingangs erwähnten DE 10 2012 220 094 B3 beschrieben. Auch die nachfolgenden weiterbildenden Aspekte sind in der DE 10 2012 220 094 B3 beschrieben.
Es kann ein Vergleich des Wertes des weiteren realen Fahrzeugzählers mit dem Wert des virtuellen Fahrzeugzählers spätestens zum Endzeitpunkt eines Prognosezeitraums erfolgen, wobei der Endzeitpunkt des Prognosezeitraums sich aus einer Summe des ersten Passierzeitpunktes, der vorbestimmten Soll-Fahrzeitdauer und einer vorbestimmten Prognosezeitdauer ergibt.
Weiter kann der erste Fahrzeugzähler zu einem ersten Passierzeitpunkt inkrementiert werden zu dem ein Fahrzeug einen Fahrzeugdetektor aus einer Anzahl in mehreren Fahrspuren parallel angeordneter erster Fahrzeugdetektoren passiert, wobei der virtuelle Fahrzeugzähler nach Ablauf der vorbestimmte Soll-Fahrzeitdauer nach diesem ersten Passierzeitpunkt inkrementiert wird, wobei der weitere reale Fahrzeugzähler zu einem weiteren Passierzeitpunkt inkrementiert wird, zu dem ein Fahrzeug einen Fahrzeugdetektor aus einer Anzahl in mehreren Fahrspuren parallel angeordneter weiterer Fahrzeugdetektoren überfährt, wobei die weiteren Fahrzeugdetektoren mit dem vorbekannten Abstand in Fahrtrichtung von den ersten Fahrzeugdetektoren angeordnet sind.
Weiter kann der erste reale Fahrzeugzähler, der weitere reale Fahrzeugzähler und der virtuelle Fahrzeugzähler auf einen vorbestimmten Initialwert gesetzt werden, falls ein Phasenwechsel einer Signalanlage eingeleitet wird.
Weiter kann das Setzen des vorbestimmten Initialwerts ausschließlich dann erfolgen, wenn in einem vorbestimmten Zeitraum nach Einleitung des Phasenwechsels kein Fahrzeug den weiteren Fahrzeugdetektor passiert, wobei der vorbestimmte Zeitraum größer als die Soll-Fahrzeitdauer ist.
Weiter kann der weitere reale Fahrzeugzähler (n_{D2_ist}) ausschließlich dann inkrementiert werden, falls eine Freigabephase einer Signalanlage aktiviert ist, die einen Verkehrsstrom in einem Straßenabschnitt regelt, in dem der erste und der weitere Fahrzeugdetektor angeordnet sind.
Weiter kann eine Fahrzeugdetektion induktionsbasiert erfolgen.
Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur dynamischen Steuerung einer Signalanlage. Die Signalanlage ist mit einer Sequenz von aufeinanderfolgenden Phasen der Signalanlage steuerbar. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Einrichtung zur Bestimmung von phasenspezifischen Verlustzeiten und mindestens eine Auswerte- und Steuereinrichtung.
Erfindungsgemäß ist durch die Auswerte- und Steuereinrichtung eine Abfolge der Phasen auf Grundlage von phasenspezifischen Verlustzeiten festlegbar. Weiter kann die Auswerte- und Steuereinrichtung die Signalanlage, insbesondere die Abfolge der Phasen, entsprechend steuern. Auch kann die Auswerte- und Steuereinrichtung die aktuelle Phase der Signalanlage auf Grundlage von mindestens einer Verlustzeit mindestens eines Fahrzeugs steuern.
Weiter kann die Vorrichtung mindestens ein Mittel zur Bestimmung der Verlustzeit eines Fahrzeugs umfassen.
Durch die vorgeschlagene Vorrichtung ist in vorteilhafter Weise ein Verfahren gemäß einer der vorhergehend erläuterten Ausführungsformen durchführbar.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die Figuren zeigen:
1 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine schematische Draufsicht auf eine Signalanlage,
3a ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung einer Signalanlage mit einer festgelegten Abfolge von Phasen und
3b ein schematisches Funktionsdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur dynamischen Steuerung einer Signalanlage.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
In 1 ist ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren umfasst vier Verfahrensschritte S0_1, S1_1, S2_1, S3_1, wobei zur Veranschaulichung drei Verfahrensschritte S1_1, ..., S3_1 von einem Rechteck 1 umfasst sind.
Ein erster Verfahrensschritt S0_1 wird durchgeführt, während eine Phase P aktiviert ist. Ein zweiter, dritter und vierter Verfahrensschritt S1_1, S2_1, S3_1 werden zum Zeitpunkt eines Phasenwechsels, insbesondere bei Beendigung der aktuell aktivierten Phase P, durchgeführt.
Eine aktivierte Phase P ist in 1 schematisch durch einen weiteren Block dargestellt, der ebenfalls mehrere Verfahrensschritte S0_P, S1_P, S2_P, S3_P, S4_P eines Verfahrens zur Steuerung der aktivierten Phase P umfasst. Während der aktivierten Phase P erfolgt eine Steuerung einer Freigabezeit auf Grundlage einer Verlustzeit mindestens eines Fahrzeugs, welches Teil des von der aktivierten Phase P freigegebenen Verkehrsstroms ist.
In einem ersten Schritt S0_P dieses Verfahrens zur Steuerung der aktivierten Phase P wird die Phase P aktiviert. In einem zweiten Schritt S1_P werden für die aktivierte Phase P die Verlustzeiten d_i,_P(t) von Fahrzeugen sowie eine Freigabezeit g_P bestimmt, wobei die Freigabezeit g_P die Zeitdauer seit Beginn der aktivierten Phase P bezeichnet, indem der durch diese Phase P geregelte Verkehrsstrom freigegeben ist.
Während der aktivierten Phase P können selbstverständlich auch Verlustzeiten d_i(t) von Fahrzeugen bestimmt werden, die Teil eines Verkehrsstroms sind, der zumindest zeitweise in den aktuell deaktivierten Phasen freigegeben wird.
Weiter können für alle Phasen dann die akkumulierten phasenspezifischen Verlustzeiten gemäß Formel 2 bestimmt werden.
In einem dritten Schritt S2_P wird geprüft, ob die Freigabezeit g_P größer als eine vorbestimmte minimal zulässige Freigabezeit g_P,min ist. Ist dies nicht der Fall, so wird erneut der erste Schritt S1_P durchgeführt, wobei dieser für einen späteren Zeitpunkt durchgeführt wird, der um ein vorbestimmtes Zeitintervall ∆t nach dem vorangegangenen Zeitpunkt t liegt.
Ist die Freigabezeit g_P größer als die minimal zulässige Freigabezeit g_P,min, so wird in einem vierten Verfahrensschritt S3_P geprüft, ob die Freigabezeit g_P kleiner als eine vorbestimmte maximal zulässige Freigabezeit g_P,max ist. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, so wird die aktivierte Phase P beendet und ein Wechsel in eine Folgephase vorgenommen. Ist die im vierten Schritt S3_P geprüfte Bedingung hingegen erfüllt, so wird in einem fünften Schritt S4_P geprüft, ob die aktuelle Verlustzeit d_i,_P(t) eines Fahrzeugs oder eine mittlere Verlustzeit von Fahrzeugen kleiner als eine oder gleich einer vorbestimmten Verlustzeitschwelle d_P,thr ist. Diese vorbestimmte Verlustzeitschwelle d_P,thr ist vor Durchlauf des Verfahrens festgelegt und kann z.B. größer als Null sein, jedoch nahe bei null liegen.
Ist diese Bedingung nicht erfüllt, so wird die Freigabezeit g_P der aktivierten Phase P verlängert und das Verfahren kehrt zurück zum zweiten Verfahrensschritt S1_P. Ist die im fünften Verfahrensschritt S4_P geprüfte Bedingung jedoch erfüllt, so wird die aktivierte Phase P ebenfalls beendet und ein Phasenwechsel vorgenommen.
An dieser Stelle erfolgen nunmehr der zweite, dritte und vierte Verfahrensschritt S1_1, S2_1, S3_1 des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im zweiten Schritt S1_1 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus einer Menge von akkumulierten phasenspezifischen Verlustzeiten d_P aller Phasen P1, P2, P3, P4 (siehe 3a, 3b) die Phase P1, P2, P3, P4 bestimmt, die die maximale akkumulierte phasenspezifische Verlustzeit d_max aufweist, also deren akkumulierte phasenspezifische Verlustzeit d_P maximal ist.
Im dritten Schritt S2_1 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dann die Phase P1, P2, P3, P4 aktiviert bzw. geschaltet, die die maximale phasenspezifische Verlustzeit d_max aufweist. Der vierte Verfahrensschritt S3_1 des erfindungsgemäßen Verfahrens symbolisiert ein Ende des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 2 ist eine schematische Draufsicht auf einen Verkehrsknoten 2 dargestellt. Der Verkehrsknoten 2 weist vier Knotenarme A1, A2, A3, A4 auf. Diese Knotenarme A1, A2, A3, A4 können beispielsweise jeweils eine Länge von 500 m aufweisen. Jeder dieser Knotenarme weist wiederum zwei zuführende Fahrspuren F1_A1, F2_A1, F1_A2, F2_A2, F1_A3, F2_A3, F1_A4, F2_A4 auf. Weiter dargestellt sind Verkehrsströme qF1_A1, qF2_A1, qF1_A2, qF2_A2, qF1_A3, qF2_A3, qF1_A4, qF2_A4 in den entsprechenden Fahrspuren F1_A1, ..., F2_A4.
Die in 2 zuführenden Spuren F1_A1, ..., F2_A4 unterteilen sich jeweils in eine Spur F2_A1, F2_A2, F2_A3, F2_A4 für Linksabbieger und eine Spur F1_A1, F1_A2, F1_A3, F1_A4 für Geradeaus- und Rechtsfahrer. Jeder Fahrspur F1_A1, ..., F2_A4 ist eine Signalgruppe KF1_A1, KF2_A1, KF1_A2, KF2_A2, KF1_A3, KF2_A3, KF1_A4, KF2_A4 zugeordnet, die verschiedene Zustände einnehmen und somit den Verkehrsstrom von Fahrzeugen in der entsprechenden Fahrspur F1_A1, ..., F2_A4 regeln kann.
Weiter sind in jedem Knotenarm A1, A2, A3, A4 jeweils vier Messquerschnitte DF1_1_A1, DF1_2_A1, DF2_1_A1, DF2_2_A1, DF1_1_A2, DF1_2_A2, DF2_1_A2, DF2_2_A2, DF1_1_A3, DF1_2_A3, DF2_1_A3, DF2_2_A3, DF1_1_A4, DF1_2_A4, DF2_1_A4, DF2_2_A4. Bei Überfahrt eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) über einen Messquerschnitt DF1_1_A1, ..., DF2_2_A4 kann eine Verlustzeit d_i(t) des Fahrzeugs entsprechend der vorhergehenden Erläuterungen bestimmt werden.
In 3a ist schematisch eine festgelegte Abfolge von Phasen P1, P2, P3, P4 der Signalanlage 2 (siehe 2) dargestellt. Auf die erste Phase P1 folgt die zweite Phase P2, wobei auf die zweite Phase P2 wiederum die dritte Phase P3 und auf diese dritte Phase P3 wiederum die vierte Phase P4 folgt. Die Phasen P1, ..., P4 sind hierbei schematisch als Kreise dargestellt, wobei innerhalb der Kreise durch Pfeile diejenigen Signalgruppen KF1_A1, ... KF2_A4 dargestellt sind, die in der jeweiligen Phase P1, P2, P3, P4 die entsprechenden Verkehrsströme qF1_A1, ..., qF2_A4 in den geregelten Zufahrten F1_A1, ..., F2_A4 freigeben.
Im Unterschied zu der in 3a dargestellten Steuerung ist in 3b ein erfindungsgemäßes Verfahren schematisch dargestellt. Im Unterschied zu dem in 3a schematisch dargestellten Verfahren kann hierbei die Folgephase einer aktivierten Phase P0 (siehe 1) eine der aktuell nicht aktivierten Phasen bestimmt werden. Ist beispielsweise die erste Phase P1 die aktuelle Phase P, so kann als Folgephase sowohl die zweite Phase P2, die dritte Phase P3 oder die vierte Phase P4 festgelegt werden.
Insgesamt ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass in dem vorgeschlagenen Verfahren zur Phasenauswahl die Verlustzeiten der Fahrzeuge als direkte Entscheidungsgröße genutzt werden. Somit kann die Verlustzeit im Einklang zum Handbuch für die Bemessung von Straßenverkehrsanlagen (HBS) nicht nur zur Qualitätsbewertung, sondern direkt auch zur Steuerung genutzt.
Das neue Verfahren zur Phasenauswahl kann problemlos in das bereits beschriebene verlustzeitbasierte Verfahren zum Phasenabbruch integriert werden. Insbesondere werden nur die in diesem Verfahren ohnehin schon zur Steuerung verwendeten Verlustzeiten genutzt. Damit ist kein zusätzlicher Erfassungsaufwand notwendig. Die verlustzeitbasierte Phasenauswahl stellt damit eine einfache Erweiterung und Verbesserung des bestehenden Ansatzes zur verlustzeitbasierten Freigabezeitanpassung dar.
Die verlustzeitbasierte Phasenauswahl ist gegenüber einer oft angewendeten tageszeitabhängigen, aber festen Phasenbeeinflussung verkehrsabhängig ausgestaltet. Damit kann direkt auf sich ändernde Verkehrsverhältnisse reagiert werden, was den Verkehrsablauf begünstigt.
Weiter findet nicht nur ein Phaseneinschub oder -tausch nach festem Schema statt, sondern eine echte Auswahl unter mehreren potentiellen Kandidaten für eine nachfolgende Phase. Es muss daher nicht mehr zwangsläufig eine feste Regel für die Nachfolge einer bestimmten Phase vorab definiert werden. Dies erhöht die Flexibilität bei der Verkehrsabwicklung erheblich.
Diese Auswahl der nächstfolgenden Phase richtet sich dabei nach dem aktuellen Verkehrsgeschehen und zu einer gewissen „Gerechtigkeit“ bei der Phasenfolge, da die Gewichtung einer Phase im direkten Zusammenhang mit der Verkehrsstärke steht. Phasen mit großen Verkehrsströmen sammeln schneller Verlustzeit an und werden damit eher bedient als nachfrageschwache Verkehrsströme, welche je nach angesammelter Verlustzeit auch in Umläufen übersprungen werden können.
Das vorgeschlagene Verfahren ist echtzeitfähig. Im Gegensatz zu modellbasierten Verfahren wird eine Einwirkung auf die Phasenfolge zur Laufzeit vorgenommen und nicht nur in bestimmten Intervallen im Minutenbereich.
Die verlustzeitbasierte Phasenauswahl bietet verkehrliche Vorteile gegenüber bestehenden Verfahren, die sich in geringeren Reise- und Verlustzeiten der Verkehrsteilnehmer widerspiegeln.
Das beschriebene Verfahren kann im Bereich der Steuerung von Lichtsignalanlagen zum Einsatz kommen. Dieser umfasst praktisch sämtliche Technik im öffentlichen Straßenraum, die zur Regelung von Verkehrsströmen Anwendung findet. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise die Einsparung von Verlustzeiten, Kraftstoff- und Schadstoffemissionen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012220094 B3 [0013, 0039, 0042, 0044, 0044]
DE 102009033431 A1 [0014]

Claims

Verfahren zur dynamischen Steuerung einer Signalanlage (2), wobei die Signalanlage (2) mit einer Sequenz von aufeinander folgenden Phasen (P1, P2, P3, P4) der Signalanlage (2) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abfolge der Phasen (P1, P2, P3, P4) auf Grundlage von phasenspezifischen Verlustzeiten (d_P) festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nächstfolgende Phase (P1, P2, P3, P4) in Abhängigkeit von akkumulierten phasenspezifischen Verlustzeiten (d_P) aller oder ausgewählter Phasen (P1, P2, P3, P4) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale akkumulierte phasenspezifische Verlustzeit (d_max) einer Menge von akkumulierten phasenspezifischen Verlustzeiten (d_P) aller oder ausgewählter Phasen (P1, P2, P3, P4) bestimmt wird, wobei die nächstfolgende Phase als die Phase (P1, P2, P3, P4) festgelegt wird, die diese maximale akkumulierte phasenspezifische Verlustzeit (d_max) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlustzeit (d_i,P) aller Fahrzeuge bestimmt wird, die Teil eines in einer Phase (P1, P2, P3, P4) geregelten Verkehrsstroms sind, wobei die akkumulierte phasenspezifische Verlustzeit (d_P) in Abhängigkeit dieser Verlustzeiten bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass allen oder ausgewählten Phasen (P1, P2, P3, P4) eine maximale Deaktivierungsdauer zugeordnet ist, wobei die Abfolge der Phasen (P1, P2, P3, P4) zusätzlich auf Grundlage der maximalen Deaktivierungsdauern festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine aktuelle Phase (P) der Signalanlage (2) auf Grundlage von mindestens einer Verlustzeit mindestens eines Fahrzeugs gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Verlustzeit eines Fahrzeugs folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: – Detektion eines ersten Passierzeitpunktes eines Fahrzeugs an einem ersten Fahrzeugdetektor, – Inkrementieren eines ersten realen Fahrzeugzählers zum ersten Passierzeitpunkt, – Inkrementieren eines virtuellen Fahrzeugzählers nach Ablauf einer vorbestimmten Soll-Fahrzeitdauer nach dem ersten Passierzeitpunkt, wobei die vorbestimmte Soll-Fahrzeitdauer abhängig von einer zulässigen Maximalgeschwindigkeit und einem vorbekannten Abstand des ersten Fahrzeugdetektors zu einem weiteren Fahrzeugdetektor in Fahrtrichtung ist, – Detektion eines weiteren Passierzeitpunktes eines Fahrzeugs an einem weiteren Fahrzeugdetektor, wobei der weitere Fahrzeugdetektor mit dem vorbekannten Abstand in Fahrtrichtung von dem ersten Fahrzeugdetektor angeordnet ist, – Inkrementieren eines weiteren realen Fahrzeugzählers zum weiteren Passierzeitpunkt, – Vergleich eines Werts des weiteren realen Fahrzeugzählers mit einem Wert des virtuellen Fahrzeugzählers, – Bestimmung der Verlustzeit, wenn der Wert des virtuellen Fahrzeugzählers größer als der Wert des weiteren realen Fahrzeugzählers ist.
Vorrichtung zur dynamischen Steuerung einer Signalanlage (2), wobei die Signalanlage (2) mit einer Sequenz von aufeinander folgenden Phasen (P1, P2, P3, P4) der Signalanlage (2) steuerbar ist, wobei die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Bestimmung von phasenspezifischen Verlustzeiten (d_P) und mindestens eine Auswerte- und Steuereinrichtung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Auswerte- und Steuereinrichtung eine Abfolge der Phasen (P1, P2, P3, P4) auf Grundlage von phasenspezifischen Verlustzeiten (d_P) festlegbar ist.