DE19805869A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Verkehrslage auf einem Verkehrswegennetz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Verkehrslage auf einem Verkehrswegenetz, insbe­ sondere zum Zwecke der Verkehrslenkung und Zielführung von Fahr­ zeugen.

Aus der WO 89/021242 ist ein System zur optimalen Nutzung eines Straßennetzes bekannt, das an ausgewählten Orten oder Strecken­ abschnitten über mindestens einen Aufnahmesensor verfügt, der den Verkehrszustand, insbesondere die Verkehrsdichte, und den Straßenzustand erfaßt. Die Verkehrszustandsdaten werden an­ schließend an eine Leitstelle, welche ein Verkehrsrechner sein kann, übertragen. In der Leitstelle erfolgt die Verarbeitung und Aufbereitung der zugeführten, aktuellen Verkehrszustandsdaten, die anschließend zur direkten Verkehrslenkung verwendet werden, beispielsweise durch direkte Information des Autofahrers; die Verkehrslenkung erfolgt auf der Grundlage eines Soll-Ist-Ver­ gleichs der Verkehrszustandsdaten von ausgewählten Orten oder Streckenabschnitten. Die Soll-Werte entsprechen dabei beispiels­ weise dem optimalen Verkehrszustand auf dem entsprechenden Streckenabschnitt des Straßennetzes. Zur besseren Erfassung der Verkehrsströme werden die an verschiedenen Orten ermittelten Verkehrszustandsdaten zweier Meßstellen z. B. einer Korrela­ tionsanalyse unterworfen, um daraus zusätzliche Ausagen u. a. über die Verkehrsströme zu erhalten.

Aus der DE 195 26 148 A1 sind ein Verfahren und ein System zur Prognose von Verkehrsströmen an ausgewählten Orten oder Strec­ kenabschnitten eines Straßennetzes, insbesondere zur Verkehrs­ lenkung und Zielführung von Fahrzeugen bekannt, bei dem ermit­ telte Verkehrsstromdaten, die Informationen mindestens über die Verkehrsdichte enthalten, einem Verkehrsrechner zugeführt wer­ den, der eine digitale Straßenkarte aufweist. Es ist vorgesehen, daß Fahrzeuge einer Stichprobenfahrzeugflotte jeweils ihre aktu­ elle Ortsposition ermitteln und die entsprechenden Daten abspei­ chern, um sie wenigstens teilweise als Fahrtroutendaten an den Verkehrsrechner zu übertragen. Der Verkehrsrechner bestimmt bzw. aktualisiert anhand der aktuell erfaßten Fahrtroutendaten stati­ stische Verkehrsstromdaten. Zusätzlich werden aktuelle Fahrakti­ vitätsdaten in einem vorgegebenen größeren räumlichen Bereich um die ausgewählten Orte oder Streckenabschnitte herum erfaßt und an den Verkehrsrechner übertragen. Die Prognose der Verkehrs­ ströme an den ausgewählten Orten oder Streckenabschnitten eines Straßennetzes erfolgt dann im wesentlichen durch Extrapolation der den Orten oder Streckenabschnitten zugeordneten Verkehrs­ stromdaten unter Berücksichtigung der statistischen Verkehrs­ stromdaten. Anhand der prognostizierten Verkehrsströme können anschließend geeignete Maßnahmen der Verkehrsbeeinflussung oder Zielführung von Fahrzeugen erfolgen.

Aus der DE 195 34 589 A1 sind ein Verfahren und ein System zur Routenplanung bekannt, deren Gegenstand die Ermittlung einer auch über einen größeren Zeitraum günstigen Fahrtroute von einer Start- zu einer Zielposition ist. Dazu werden an einzelnen Orten oder Streckenabschnitten ermittelte Verkehrszustandsdaten an ei­ nen Verkehrsrechner, der eine digitale Straßenkarte aufweist, übertragen, der daraus in Abhängigkeit von ermittelten und/oder vorgebbaren Eingangsparametern parameterabhängige Verkehrszu­ standsmuster für mindestens einige der Orte oder Streckenab­ schnitte des Straßennetzes ableitet und zukünftige Verkehrszu­ stände prognostiziert. Unter Verwendung der digitalen Straßen­ karte und Berücksichtigung der prognostizierten Verkehrszustände ermittelt der Verkehrsrechner dann wenigstens eine günstige Fahrtroute von einer Start- zu einer Zielposition.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, mit denen sich die Verkehrslage an jedem Ort des zugrundeliegenden Wegenetzes mit verhältnismäßig geringem Auf­ wand, insbesondere ohne zwingende Notwendigkeit wegenetzseitiger Einrichtungen, vergleichsweise zuverlässig bestimmen läßt.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.

Gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 wird der Verkehrsfluß auf dem gesamten Verkehrswegenetz durch einen Verkehrsflußsimula­ tionsrechner anhand zugeführter dynamischer verkehrsflußbezoge­ ner Eingangsgrößen simuliert und dadurch die Verkehrslage be­ stimmt, wobei an der realen Verkehrslage gemessene Verkehrsfluß­ daten mit entsprechenden, durch die Simulation erhaltenen Ver­ kehrsflußdaten verglichen werden und das Vergleichsergebnis zum Abgleichen der Simulation verwendet wird. Aufgrund der erforder­ lichen hohen Rechenleistung des Verkehrsflußsimulationsrechners wird dieser in der Regel in einer Zentrale angeordnet sein.

In einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Verfahren werden als dynamische Eingangsgrößendaten in den Verkehrsflußsimulations­ rechner auch durch Schätzung ermittelte Daten über das zu erwar­ tende Verkehrsaufkommen in Form zeitlich aufgelöster OD (Origin- Destination)-Matrizen verwendet. Solche OD-Matrizen enthalten, wie an sich bekannt, im jeweiligen Matrixelement die z. B. empi­ risch gewonnene Information darüber, mit welchem Verkehrsfluß im betreffenden Zeitpunkt von einem zugehörigen ersten (Quellen-)Be­ zirk zu einem zugehörigen zweiten (Ziel-)Bezirk des in Bezirke unterteilten Wegenetzes zu rechnen ist, und eignen sich daher gut als Ausgangsbasis der Verkehrsflußsimulation.

Bei einem nach Anspruch 3 weitergebildeten Verfahren erfolgt die Simulationsrechnung schneller als Echtzeit, wodurch Kurzzeitpro­ gnosen über die in naher Zukunft in einem jeweiligen Bereich des Verkehrswegenetzes zu erwartende Verkehrslage im voraus erstellt werden können.

Die Vorrichtung nach Anspruch 4 eignet sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die einzige Figur zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Vor­ richtung zur Bestimmung der Verkehrslage auf einem Straßennetz.

Kernstück der gezeigten Vorrichtung ist ein vorzugsweise in ei­ ner Verkehrsleitzentrale angeordneter Verkehrsflußsimulations­ rechner 1, in dessen Speichereinheit 2 eine digitale Straßenkar­ te eines zugrundeliegenden Straßennetzes geladen ist. Dem Ver­ kehrsflußsimulationsrechner 1 werden von Sensoren gemessene Datensätze von Verkehrszustandsgrößen zugeführt, z. B. sogenannte Schleifendaten 3 über den aktuellen Verkehrszustand an den Or­ ten, an denen sich, soweit vorhanden, fahrbahnseitig Meßschlei­ fen zur Fahrzeugerfassung befinden, sogenannte Floating-Car- Daten (FCD) 4 von Fahrzeugen einer Stichprobenfahrzeugflotte, wenn vorhanden, und je nach Anwendungsfall weitere erfaßte Ver­ kehrsflußdaten, insbesondere auch solche in Form herkömmlicher, über einen Verkehrsfunkkanal übertragener Verkehrsstörungsmel­ dungen. Zusätzlich oder alternativ zu den Schleifendaten 3 kön­ nen Daten von anderen ortsfesten, verkehrsflußerfassenden Sen­ soreinrichtungen verwendet werden. Darüber hinaus werden dem Verkehrsflußsimulationsrechner 1 geschätzte Daten für das zu er­ wartende Verkehrsaufkommen 5 in Form von zeitlich aufgelösten n × n OD-Matrizen zugeführt, denen eine Unterteilung des zugrundelie­ genden Straßennetzes in eine Anzahl n einzelner Bezirke zugrunde liegt. Bei einer derartigen, an sich bekannten OD-Matrix gibt das jeweilige Matrixelement OD_ij(t) die statistisch zu erwarten­ de, zeitabhängige Zahl von Fahrzeugen an, die zum Zeitpunkt t vom Bezirk i (i = 1, . . ., n) zum Bezirk j (j = 1, . . ., n) fahren. Eine solche OD-Matrix kann z. B. empirisch anhand entsprechender Ver­ kehrsflußbeobachtungen in der Vergangenheit oder durch Umfragen bei den beteiligten Verkehrsteilnehmern gewonnen werden.

Der Verkehrsflußsimulationsrechner 1 simuliert in Echtzeit oder schneller den Verkehrsfluß auf dem gesamten Netz der in der Speichereinheit 2 gespeicherten digitalen Straßenkarte unter Be­ rücksichtigung der zugeführten Eingangsdaten 3, 4, 5 anhand ei­ nes geeigneten Verkehrsflußalgorithmus, wie er dem Fachmann ge­ läufig ist und daher hier keiner ausführlichen Erörterung be­ darf. Im jeweiligen Rechenschritt geht der Verkehrsflußsimula­ tionsrechner 1 von einem bisherigen, ermittelten Verkehrflußzu­ stand 6 zum Zeitpunkt t aus, wobei er zu Simulationsbeginn den erstmaligen Verkehrsflußzustand aus den zugeführten erfaßten bzw. durch die OD-Matrix bestimmten Verkehrsflußdaten ableitet, d. h. anhand der Schleifendaten 3, FCD-Daten 4 und/oder der ge­ schätzten Daten 5. Aus dem bisherigen Verkehrsflußzustand 6 be­ rechnet dann der Verkehrsflußsimulationsrechner 1 in Echtzeit oder schneller durch den Simulationsalgorithmus den Verkehrs­ flußzustand 7 für das gesamte Netz zu einem um ein Simulations­ zeitinkrement Δt späteren Zeitpunkt t+Δt.

Der neue simulierte Verkehrsflußzustand 7 wird dann mit den vom Verkehrsflußsimulationsrechner 1 zu diesem Zeitpunkt t+Δt abge­ rufenen Daten über den tatsächlichen Verkehrsflußzustand, wie den aktuellen Schleifendaten 3, FCD-Daten 4 und geschätzten Da­ ten 5 verglichen. Soweit die neuen simulierten Verkehrsflußzu­ standsdaten 7 nicht mit den tatsächlichen Verkehrsflußdaten übereinstimmen, werden die simulierten Verkehrsflußdaten je nach Art der Information, wie Daten über die Verkehrsdichte und die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit und andere verkehrsflußbestim­ mende Daten, an den entsprechenden Stellen der realen Situation bevorzugt stufenweise gleitend angepaßt. Der so erstellte, neue simulierte und anhand von Meßdaten punktuell mit der tatsächli­ chen Verkehrslage abgeglichene Verkehrsflußzustand 7 bildet dann für den nächsten Simulationsrechendurchlauf den bisherigen Ver­ kehrsflußzustand 6 für den Verkehrsflußsimulationsrechner 1, aufgrund dessen er dann einen nächsten neuen Verkehrsflußzustand zu dem um das Inkrement Δt späteren Zeitpunkt t+2Δt in Echtzeit erstellt, usw.

Durch die beschriebene Verkehrsflußsimulation werden auf dem ganzen Verkehrswegenetz, also auch an Stellen bzw. Bereichen des Netzes, für die keine gemessenen oder geschätzten Daten vorlie­ gen, vergleichsweise zuverlässige Verkehrslageschätzungen mög­ lich, die dazu genutzt werden können, den beteiligten Verkehrs­ teilnehmern zuverlässige Verkehrslageinformationen zur Verfügung zu stellen. Wenn die Simulationsrechnung schneller als Echtzeit erfolgt, können die Verkehrslageschätzungen Kurzzeitprognosen über die in kurzer Zeit in einem jeweiligen Bereich zu erwarten­ de Verkehrslage enthalten. Außer der oben beschriebenen, einfa­ chen Ersetzung simulierter Daten durch abweichende Daten über den tatsächlichen Verkehrsfluß kann im Rahmen des Datenabgleich­ vorgangs vorgesehen sein, auch den Satz von geschätzten Daten 5, d. h. die Matrixelemente der OD-Matrix, anzupassen, und zwar wie­ derum bevorzugt in stufenförmig gleitender Weise, z. B. dann, wenn sich für bestimmte Stellen des Straßennetzes ergibt, daß die simulierten und die tatsächlichen Verkehrsflußdaten dauer­ haft von den vorgegebenen geschätzten Daten 5 abweichen. Dabei kann es jeweils ausreichend sein, nicht jeden neu berechneten Verkehrsflußzustand 7 mit den Schleifendaten 3, den FCD-Daten 4 und den geschätzten Daten 5 zu vergleichen, sondern einen sol­ chen Abgleich nur jeweils nach einer gewissen Anzahl von Rechen­ zyklen bzw. in gewissen Zeitabständen durchzuführen.

Es versteht sich, daß das Verfahren und die Vorrichtung der Er­ findung nicht nur, wie beschrieben, für Straßenfahrzeuge ver­ wendbar sind, sondern für alle Arten von sich auf einem zugehö­ rigen Wegenetz bewegenden Fahrzeugen, z. B. auch für Schienen­ fahrzeuge.

Claims (4)

1. Verfahren zur Bestimmung der Verkehrslage auf einem Verkehrs­ wegenetz, dadurch gekennzeichnet, daß der Verkehrsfluß auf dem Verkehrswegenetz durch einen Verkehrs­ flußsimulationsrechner anhand zugeführter dynamischer verkehrs­ flußbezogener Eingangsgrößen simuliert und dadurch die Verkehrs­ lage bestimmt wird, wobei an der realen Verkehrslage gemessene Verkehrsflußdaten mit entsprechenden, durch die Simulation er­ haltenen Verkehrsflußdaten verglichen werden und das Vergleichs­ ergebnis zum Abgleichen der Simulations-Verkehrsflußdaten ver­ wendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als dynamische Eingangsgrößendaten auch durch Schätzung ermit­ telte Daten über das zu erwartende Verkehrsaufkommen in Form zeitlich aufgelöster OD-Matrizen verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkehrsflußsimulation schneller als in Echtzeit erfolgt.

4. Vorrichtung zur Bestimmung der Verkehrslage auf einem Ver­ kehrswegenetz mit

• - Verkehrsflußdatenerfassungsmitteln (3, 4, 5) zur Erfassung von gemessenen und/oder geschätzten Verkehrsflußdaten der realen Verkehrslage und
• - einem die erfaßten Verkehrsflußdaten weiterverarbeitenden Rechner (1),
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - der Rechner als Verkehrsflußsimulationsrechner (1) ausgelegt ist, der den Verkehrsfluß auf dem Verkehrswegenetz durch Simula­ tion anhand zugeführter dynamischer verkehrsflußbezogener Ein­ gangsgrößen und daraus die Verkehrslage bestimmt, wobei er die von den Verkehrsflußdatenerfassungsmitteln (3, 4, 5) erfaßten gemessenen oder geschätzten Verkehrsflußdaten der realen Ver­ kehrslage mit entsprechenden, durch die Simulation erhaltenen Verkehrsflußdaten vergleicht und das Vergleichsergebnis zum Ab­ gleichen der Simulations-Verkehrsflußdaten verwendet.