[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verkehrslagebestimmung auf der Basis
von Verkehrsdaten, die durch sich im Verkehr mitbewegende Meldefahrzeuge gewonnen
werden, für ein Verkehrsnetz mit verkehrsgeregelten Netzknoten und diese verbindenden
Streckenkanten.
[0002] Verfahren zur Bestimmung der aktuellen wie auch der zukünftig zu erwartenden Verkehrslage
sind vor allem für Straßenverkehrsnetze in vielerlei Ausprägungen bekannt und gewinnen
aufgrund des ständig wachsenden Verkehrsaufkommens zunehmend an Bedeutung. Gebräuchliche
Verkehrsprognosemethoden lassen sich grob in zwei Typen unterteilen, nämlich historische
Ganglinienprognosen und dynamische Verkehrsprognosen. Erstere basieren auf zuvor gewonnenen
Verkehrslagedaten, aus denen ein Archiv sogenannter Ganglinien angelegt wird, anhand
derer dann aus aktuellen Verkehrslagedaten durch einen sogenannten Matching-Prozess,
bei dem eine am besten passende Ganglinie ausgewählt wird, auf die zukünftige Verkehrslageentwicklung
geschlossen wird. Die dynamische Verkehrsprognose basiert auf einer Erkennung verkehrlicher
Objekte bzw. Verkehrszustände, wie freier Verkehr, synchronisierter Verkehr und Stau,
aus aktuellen Verkehrsmessungen und auf der dynamischen Verfolgung dieser individualisierten
Verkehrszustände. Es können auch beide Prognosemethoden kombiniert zur Anwendung kommen.
Derartige historische und dynamische Verkehrsprognosen sind z.B. in der Patentschrift
DE 195 26 148 C2, den Offenlegungsschriften DE 196 47 127 A1 und DE 197 53 034 A1
sowie der älteren deutschen Patentanmeldung 198 35 979.9 beschrieben. Eine notwendige
Voraussetzung eines jeden Verkehrsprognoseverfahrens ist die Bestimmung der aktuellen
Verkehrslage zum Prognosezeitpunkt und gegebenenfalls zu früheren Zeitpunkten.
[0003] Die meisten gebräuchlichen Verfahren zur Verkehrslagestimmung sind auf Verkehrsnetze
abgestellt, bei denen die Dynamik des Verkehrsablaufs im wesentlichen durch die Verkehrsverhältnisse
auf den verschiedenen Streckenkanten, d.h. den Wegeverbindungen zwischen je zwei Netzknoten,
selbst bestimmt ist, d.h. durch die Dynamik der verschiedenen identifizierbaren verkehrlichen
Objekte und Phasenübergänge zwischen denselben. Solche Verhältnisse sind beispielsweise
für Schnellstraßen gegeben.
[0004] Hingegen gelten in Verkehrsnetzen von Ballungsräumen andere Verhältnisse. Dort ist
der Verkehrsablauf meist durch die Verkehrsregelungsmaßnahmen an den Netzknoten, z.B.
in Form von Lichtsignalanlagen an Kreuzungen, bestimmt und kaum durch die verkehrsdynamischen
Effekte auf den häufig relativ kurzen Streckenkanten zwischen den Knoten. Es ist bekannt,
dass in diesen Fällen eine Warteschlangentheorie angewendet werden kann, bei der die
Länge der Warteschlange vor dem jeweiligen verkehrsgeregelten Netzknoten, die Dauern
von Freiphasen, während denen der Verkehr am betreffenden Netzknoten freigegeben ist,
und von Unterbrechungsphasen, während denen der Verkehr am Netzknoten angehalten wird,
die Geschwindigkeit der Fahrzeuge außerhalb der typischen Warteschlangen vor den Netzknoten,
die Zuflüsse zur Warteschlange und die Länge der Streckenkanten für die Verkehrsdynamik
von Bedeutung sind, siehe z.B. die Veröffentlichungen S. Miyata et al., "STREAM",
Proc. of the 2nd Word Congress on Intelligent Transport Systems, Yokohama, Band 1,
Seite 289, 1995 sowie B. Ran und D. Boyce, "Modeling Dynamic Transportation Networks",
Springer-Verlag, Berlin, 1996.
[0005] In der nicht vorveröffentlichten, älteren deutschen Patentanmeldung 199 40 957.9
ist ein Verkehrsprognoseverfahren beschrieben, das sich speziell für Ballungsraum-Verkehrsnetze
eignet. Dieses Verkehrsprognoseverfahren baut auf einer Erfassung von aktuellen, durch
die Frei- und Unterbrechungsphasen der verkehrsgeregelten Netzknoten zeitdiskretisierten
Verkehrszustandsparametern auf, wie dem aktuellen Fahrzeugabfluß aus einer Warteschlange,
dem aktuellen Fahrzeugzufluß in die Warteschlange und die aktuelle Anzahl von Fahrzeugen
in der Warteschlange. Aus den aktuellen, zeitdiskretisierten Verkehrszustandsparametern
werden effektive kontinuierliche Verkehrzustandsparameter bestimmt, darunter mindestens
ein effektiver kontinuierlicher Fahrzeugabfluß aus einer Warteschlange und/oder ein
effektiver kontinuierlicher Fahrzeugzufluß in die Warteschlange, anhand derer ein
oder mehrere Verkehrsparameter auf der Basis einer dynamischen makroskopischen Modellierung
des Verkehrs prognostiziert werden, z.B. die zu einem Prognosezeitpunkt zu erwartende
Reisezeit für eine bestimmte Fahrtstrecke und/oder die zu erwartende Verkehrslage
wenigstens hinsichtlich der Anzahl von in Warteschlangen stehenden bzw. außerhalb
davon fahrenden Fahrzeugen und/oder der voraussichtlichen Länge der jeweiligen Warteschlange.
[0006] In einer parallelen deutschen Patentanmeldung der Anmelderin (DE 100 18 562) ist
ein Verfahren zur Gewinnung von Verkehrsdaten durch sich im Verkehr mitbewegende Meldefahrzeuge,
d.h. zur Gewinnung von sogenannten FCD (floating car data), beschrieben, das sich
ebenfalls speziell für Verkehrsnetze von Ballungsräumen eignet, d.h. für Verkehrsnetze,
bei denen der Verkehr durch die Verkehrsregelungsmaßnahmen an den Netzknoten dominiert
wird. Dieses Verfahren beinhaltet eine spezielle Gewinnung von FCD, d.h. von dynamischen
Einzel- bzw. Meldefahrzeugdaten, die Zeitstempelinformationen beinhalten, welche jeweils
einen Meldezeitpunkt bezeichnen, der nicht früher als der Zeitpunkt des Verlassens
einer betreffenden Streckenkante und nicht später als der Zeitpunkt liegt, zu dem
das Meldefahrzeug einen Abschnitt einer danach befahrenen Streckenkante vor einem
nächsten berücksichtigten Netzknoten erreicht. Aus diesen Zeitstempelinformationen
können die Fahrtrouten der Melde- bzw. FCD-Fahrzeuge verfolgt und die zu erwartenden
Reisezeiten für die jeweilige Streckenkante ermittelt werden, gegebenenfalls individuell
für jede von mehreren Richtungsspurmengen derselben. Der Begriff "Richtungsspurmenge"
bezeichnet hierbei die Menge der verschiedenen Richtungsspuren einer Streckenkante,
die jeweils eine oder mehrere Fahrspuren umfassen können und dadurch definiert sind,
dass die eine oder mehreren Fahrspuren einer jeweiligen Richtungsspurmenge gleichberechtigt
von den Fahrzeugen benutzt werden können, um den Netzknoten zur Weiterfahrt in einer
oder mehreren zugeordneten Zielrichtungen zu passieren. Für das vorliegende Verkehrslagebestimmungsverfahren
kann dieses FCD-Verkehrsdatengewinnungsverfahren als eine bevorzugte Grundlage zur
Bestimmung von Reisezeiten für jede jeweilige Streckenkante dienen.
[0007] Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens der
eingangs genannten Art zugrunde, mit dem ein oder mehrere, für die Verkehrslage indikative
Verkehrsparameter unter Verwendung von FCD-Informationen vergleichsweise gut bestimmt
werden können, insbesondere auch für Verkehrsnetze von Ballungsräumen.
[0008] Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verkehrslagebestimmungsverfahrens
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Gemäß diesem Verfahren werden durch sich im Verkehr
mitbewegende Meldefahrzeuge für die Reisezeiten auf den Streckenkanten indikative
Verkehrsdaten, d.h. zur Reisezeitermittlung geeignete FCD, gewonnen und anhand dieser
Verkehrsdaten die Reisezeiten für die Streckenkanten ermittelt. Anhand der ermittelten
streckenkantenspezifischen Reisezeiten werden dann ein oder mehrere Verkehrslageparameter
bestimmt, und zwar die mittlere Anzahl von Fahrzeugen in einer Warteschlange einer
jeweiligen Streckenkante vor einem verkehrsgeregelten Netzknoten, die mittlere Anzahl
von Fahrzeugen insgesamt auf der Streckenkante, die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit
auf der Streckenkante vor einer eventuellen Warteschlange, d.h. zwischen dem Anfang
der Streckenkante bis zum stromaufwärtigen Warteschlangenende, die mittlere Wartezeit
in der jeweiligen Warteschlange und/oder die mittlere Fahrzeugdichte auf der Streckenkante
vor der Warteschlange.
[0009] Mit diesem Verfahren ist es möglich, auf der Grundlage geeignet gewonnener FCD die
aktuelle Verkehrslage speziell auch für Verkehrsnetze in Ballungsräumen, bei denen
die Verkehrsdynamik durch die Verkehrsregelungsmaßnahmen an den Netzknoten dominiert
wird, ausreichend genau zu bestimmen, d.h. anhand der FCD zu rekonstruieren. Weitere
erfasste Verkehrsdaten, z.B. von ortsfesten Detektoren, können zusätzlich berücksichtigt
werden, dies ist jedoch nicht zwingend. Die solchermaßen bestimmte bzw. rekonstruierte
aktuelle Verkehrslage kann dann wiederum als Grundlage zum Aufbau einer Ganglinien-Datenbank
und weitergehend für ganglinienbasierte und/oder für dynamische Verkehrsprognosen
dienen. Für solche Verkehrsprognosen über die zu erwartende Verkehrslage auf einem
Ballungsraum-Verkehrsnetz ist die Kenntnis der zeitabhängigen Warteschlangenlängen
an den verkehrsgeregelten Netzknoten und der zeitabhängigen Anzahl von Fahrzeugen
auf der jeweiligen Streckenkante wichtig, die durch das erfindungsgemäße Verfahren
gewonnen werden kann.
[0010] In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 werden die Reisezeiten und der
oder die Verkehrslageparameter spezifisch für jede von gegebenenfalls mehreren Richtungsspurmengen
einer jeweiligen Streckenkante separat ermittelt. Damit lässt sich die Genauigkeit
der Verkehrslagebestimmung signifikant verbessern, da berücksichtigt wird, dass sich
auf einer Streckenkante vor einem verkehrsgeregelten Netzknoten im allgemeinen unterschiedlich
lange Warteschlangen für verschiedene Richtungsspurmengen bilden und/oder die Verkehrsregelung
am Netzknoten meist ebenfalls richtungsspurmengenspezifisch ist, d.h. unterschiedliche
Halte- und Durchlasszeiten, auch Frei- bzw. Unterbrechungsphasen genannt, für die
verschiedenen Richtungsspurmengen beinhaltet.
[0011] Bei einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 werden die ermittelten aktuellen
Verkehrsinformationen in Form des einen oder der mehreren, streckenkantenspezifisch
und dabei bevorzugt speziell richtungsspurmengenspezifisch ermittelten Verkehrslageparameter
für eine fortlaufende Erzeugung historischer Ganglinien bezüglich der mittleren Fahrzeuganzahl
in der jeweiligen Warteschlange, der Warteschlangenlänge, der mittleren Wartezeit
in der jeweiligen Warteschlange und/oder der mittleren Fahrzeuganzahl auf der jeweiligen
Streckenkante genutzt.
[0012] In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 wird als ein weiterer, ermittelter
Verkehrslageparameter die richtungsspurmengenspezifische Fahrzeugabbiegerate am jeweiligen
Netzknoten berücksichtigt, d.h. es wird ermittelt, wie viele Fahrzeuge zum jeweiligen
Zeitpunkt im Mittel von einer jeweiligen Richtungsspurmenge einer in einen zugehörigen
Netzknoten einmündenden Streckenkante über den Netzknoten in eine jeweilige Richtungsspurmenge
einer vom Netzknoten weiterführenden Streckenkante einfahren. Dies lässt sich durch
geeignet erhobene FCD ermitteln, indem z.B. die aufgenommenen FCD eine Information
über die am Netzknoten gewählte Fahrtrichtung bzw. Richtungsänderung enthalten.
[0013] In einer Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 5 ist eine unterscheidende Erkennung
des Zustands der Untersättigung einerseits und der Übersättigung andererseits anhand
eines geeigneten Reisezeitkriteriums vorgesehen, bei dem die ermittelte Reisezeit
mit einem Schwellwert verglichen wird, der unter anderem von der Streckenkantenlänge,
einer typischen freien Fahrzeuggeschwindigkeit auf derselben sowie der Halte- und
der Durchlassdauer der Verkehrsregelung am Netzknoten abhängt.
[0014] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 ist eine Bestimmung von verfahrensgemäß
berücksichtigten Verkehrsparametern nach unterschiedlichen Gleichungssystemen für
die beiden Fälle der Untersättigung bzw. Übersättigung vorgesehen.
[0015] Ein nach Anspruch 7 weitergebildetes Verfahren erlaubt eine spezielle, vorteilhafte
Bestimmung der Fahrzeuganzahl auf einer Streckenkante sowie des effektiven kontinuierlichen
Fahrzeugzuflusses zur Streckenkante und auch zu einer Warteschlange derselben, wenn
hierzu geeignete Verkehrsdaten von zwei oder mehr entsprechenden FCD-Fahrzeugen vorliegen,
welche die betreffende Streckenkante in zeitlichem Abstand durchfahren.
[0016] Eine Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 8 ermöglicht die Erkennung des Zustands
totaler Überfüllung einer Streckenkante, d.h. eines Zustands, bei der sich die Warteschlange
über die gesamte Streckenkante und eventuell noch stromaufwärts weiter über den dortigen
Netzknoten hinweg in andere Streckenkanten hinein erstreckt.
[0017] Ein nach Anspruch 9 weitergebildetes Verfahren berücksichtigt Zufluß- und Abflussquellen
von Fahrzeugen, wie sie z.B. in Innenstadtbereichen von Parkhäusern und Parkplätzen
gebildet werden.
[0018] Bei einem nach Anspruch 10 weitergebildeten Verfahren wird ein "ausgedünntes" Verkehrsnetz
hinsichtlich der Verkehrslagebestimmung betrachtet, das nur einen Teil aller von den
Fahrzeugen befahrbaren Streckenkanten eines Gesamtverkehrsnetzes enthält, z.B. nur
Streckenkanten bestimmter Streckentypen, wie Hauptverkehrsstraßen. Die übrigen Streckenkanten
werden als Zufluss- und Abflussquellen von Fahrzeugen behandelt.
[0019] Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen veranschaulicht
und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
- Fig. 1
- ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verkehrslagebestimmung für ein Verkehrsnetz
mit verkehrsgeregelten Netzknoten auf der Basis von FCD,
- Fig. 2
- eine idealisierte Darstellung eines Netzknotens zur Erläuterung der vorliegend verwendeten
streckenbezogenen Begriffe und
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung eines Verkehrsnetzbereichs mit zwei benachbarten Netzknoten
zur Veranschaulichung einer vorteilhaften FCD-Gewinnung.
[0020] Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren in einer vorteilhaften Realisierung
anhand des in Fig. 1 illustrierten Verfahrensablaufs im Detail erläutert. Das Verfahren
eignet sich zur Bestimmung bzw. Rekonstruktion der Verkehrslage in einem Verkehrsnetz
mit verkehrsgeregelten Netzknoten, insbesondere in einem Straßenverkehrsnetz eines
Ballungsraums. Das berücksichtigte Verkehrsnetz kann einem gesamten Verkehrsnetz entsprechen,
das alle von den zugehörigen Fahrzeugen befahrbaren Streckenkanten eines bestimmten
Gebietes umfasst, oder in einer "ausgedünnten" Form nur einen Teil der Streckenkanten
des Gesamtverkehrsnetzes enthalten, z.B. nur Straßen ab einer bestimmten Straßentyp-Mindestgröße,
wie Hauptverkehrsstraßen. Das Verfahren beginnt mit der Gewinnung von Verkehrsdaten
durch sich im Verkehr bewegende Meldefahrzeuge (Schritt 1), d.h. von FCD (floating
car data). Bevorzugt erfolgt diese FCD-Gewinnung durch das in der oben erwähnten,
parallelen deutschen Patentanmeldung (DE 100 18 562) beschriebene Verfahren, worauf
für weitere Details verwiesen werden kann. Die FCD können dabei über fahrzeugseitig
fest installierte Endgeräte, aber auch z.B. über fahrzeugseitig mitgeführte Mobiltelefone
aufgenommen bzw. weitergeleitet werden.
[0021] Zum besseren Verständnis dieses FCD-Gewinnungsverfahrens und auch der vorliegend
verwendeten streckenbezogenen Begriffe ist in Fig. 2 ein idealisierter Netzknoten
dargestellt, in den vier Streckenkanten j=1,...,4 einmünden und aus dem vier Streckenkanten
i=1,...,4 ausmünden. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist angenommen, dass die
einmündenden Streckenkanten j je zwei verschiedene Richtungsspurmengen k=1,2 und die
ausmündenden Streckenkanten i ebenfalls zwei verschiedene Richtungsspurmengen m=1,2
aufweisen. Jede Richtungsspurmenge k, m kann aus einer oder mehreren Fahrspuren bestehen,
die von Fahrzeugen gleichberechtigt verwendet werden können, um über den Netzknoten
in einer oder mehreren bestimmten Richtungen weiterzufahren. So kann z.B. die eine
Richtungsspurmenge einer einmündenden Streckenkante eine oder mehrere Fahrspuren umfassen,
von denen aus über den Netzknoten geradeaus weitergefahren oder nach rechts abgebogen
werden kann, während die andere Richtungsspurmenge eine oder mehrere Fahrspuren umfassen
kann, auf denen nach links abgebogen werden kann.
[0022] Das besagte FCD-Gewinnungsverfahren gemäß der parallelen deutschen Patentanmeldung
zeichnet sich dadurch aus, dass Datengewinnungsvorgänge wenigstens für sukzessiv befahrene
Netzknoten jeweils nicht vor dem Verlassen einer in den jeweiligen Netzknoten einmündenden
Streckenkante j ausgelöst werden und im jeweiligen Datengewinnungsvorgang als FCD
eine Zeitstempelinformation gewonnen wird, die einen auf den betreffenden Netzknoten
bezogenen Meldezeitpunkt angibt, der nicht früher als der Zeitpunkt des Verlassens
der betreffenden Streckenkante j und nicht später als der Zeitpunkt liegt, zu dem
das Meldefahrzeug einen Abschnitt einer danach befahrenen Streckenkante i vor einem
nächsten berücksichtigten Netzknoten erreicht oder in eine Warteschlange der nächsten
berücksichtigten Streckenkante i einfährt.
[0023] In einem Ballungsraum-Verkehrsnetz ist, wie gesagt, die Verkehrsdynamik bzw. das
Verhalten von Verkehrsstörungen meist durch die Verkehrsregelung an den Netzknoten
dominiert. Dabei bildet sich häufig eine Warteschlange am Ende einer in einen zugehörigen
Netzknoten einmündenden Streckenkante. Fig. 3 zeigt schematisch eine beispielhafte
Momentaufnahme aus dem Bereich eines Netzknotens K, in den unter anderem eine Streckenkante
St einmündet, an deren Ende sich vor dem Netzknoten K eine Warteschlange W mit einer
zugehörigen Anzahl Nq von Fahrzeugen gebildet hat. Das stromabwärtige Warteschlangenende
liegt an einer Abschluß- bzw. Haltelinie An, welche die Grenzlinie der Streckenkante
St an der Einmündung in den Netzknoten K darstellt. In die Warteschlange W fahren
Fahrzeuge mit einem Verkehrsfluß q
in,q ein, und aus ihr fahren Fahrzeuge mit einem Verkehrsfluß q
out heraus und in den Netzknoten K hinein, um von dort in eine der ausmündenden Streckenkanten
einzufahren. Beispielhaft sind drei FCD-Fahrzeuge FCD1, FCD2, FCD3 veranschaulicht,
welche die Warteschlange W der betreffenden Streckenkante St verlassen haben und über
den Netzknoten K in unterschiedliche Richtungen weiterfahren. Speziell fährt ein erstes
FCD-Fahrzeug FCD1 geradeaus weiter, ein zweites FCD-Fahrzeug FCD2 ist nach rechts
abgebogen, und ein drittes FCD-Fahrzeug FCD3 ist nach links abgebogen, wobei die entsprechenden
Anfangs- bzw. Grenzlinien En1, En2, En3 eingezeichnet sind, an denen die weiterführenden
Streckenkanten beginnen.
[0024] Wie in der besagten parallelen deutschen Patentanmeldung eingehend beschrieben, eignen
sich die solchermaßen gewonnenen, netzknotenbezogenen Meldezeitpunktinformationen
enthaltenden FCD unter anderem besonders gut dafür, aus ihnen die aktuell zu erwartende
Reisezeit t
tr(j,k) für die jeweilige Streckenkante j getrennt nach deren Richtungsspurmengen k zu ermitteln.
Dies ist dort näher dargelegt und bedarf daher hier keiner wiederholten Erläuterung.
Die Ermittlung der Reisezeiten t
tr(j,k) für die eine oder mehreren Richtungsspurmengen k der jeweiligen Streckenkante j ist
der nächste Schritt (2) im Ablauf des vorliegenden Verfahrens und kann gemäß der in
der parallelen deutschen Patentanmeldung beschriebenen Vorgehensweise erfolgen. Alternativ
kann die Ermittlung dieser aktuell zu erwartenden Reisezeiten t
tr(j,k) anhand von hierzu gewonnenen FCD auch mit einem beliebigen anderen, herkömmlichen
Algorithmus erfolgen, falls und soweit dem Fachmann ein solcher bekannt ist. Mit anderen
Worten ist das vorliegende Verfahren unabhängig von der Art und Weise, wie die Reisezeiten
t
tr(j,k) für die verschiedenen Streckenkanten j des Verkehrsnetzes anhand von aufgenommenen
FCD ermittelt werden.
[0025] Die ermittelten aktuellen Reisezeiten t
tr(j,k) für die Richtungsspurmengen k der Streckenkanten j des Verkehrsnetzes werden dann
zur Feststellung verwendet, ob für die jeweilige Streckenkante j, gegebenenfalls unterschieden
nach deren verschiedenen Richtungsspurmengen k, ein Zustand der Untersättigung oder
Übersättigung vorliegt (Schritt 3). Der Zustand der Untersättigung ist hierbei dadurch
definiert, dass die während einer Halte- bzw. Unterbrechungsphase, z.B. einer Rotphase
einer Lichtsignalanlage, am Ende der Streckenkante entstehende Warteschlange durch
die nachfolgende Durchlaß- bzw. Freiphase, z.B. die Grünphase einer Lichtsignalanlage,
vollständig aufgelöst wird, was als ein zum Zustand freien Verkehrs auf Schnellstraßen
analoges Verhalten angesehen werden kann. Der Zustand der Übersättigung ist dadurch
definiert, dass die während einer Unterbrechungsphase entstehende Warteschlange durch
die nachfolgende Freiphase nicht mehr vollständig aufgelöst wird, was als ein zum
Zustand dichten Verkehrs auf Schnellstraßen analoges Verhalten angesehen werden kann.
Je mehr Freiphasen ein Fahrzeug bis zur Passierung des vor ihm liegenden verkehrsgeregelten
Netzknotens warten muß, desto mehr nimmt dieses Verhalten dichten Verkehrs in jeder
jeweiligen Richtungsspurmenge der betreffenden Streckenkante des Ballungsraum-Verkehrsnetzes
zu.
[0026] Für die Feststellung, ob Unter- oder Übersättigung vorliegt, wird die ermittelte
Reisezeit t
tr(j,k) mit einem Schwellwert t
s(j,k) verglichen, der durch die Beziehung
definiert ist, wobei jeweils spezifisch für die Richtungsspurmenge k der Streckenkante
j mit L die gesamte Streckenlänge, mit T
R die Dauer der Unterbrechungs- bzw. Rotphasen, mit T
G die Dauer der Frei- bzw. Grünphasen, mit T=T
G+T
R die zugehörige Verkehrsregelungs-Periodendauer und mit β eine geeignet vorgegebene
Konstante bezeichnet ist und γ durch die Beziehung
definiert ist, wobei als Randbedingung γ
(j,k) in jedem Fall kleiner als eins gehalten wird und wiederum jeweils spezifisch für
die Richtungsspurmenge k der Streckenkante j mit q
sat ein vorgegebener Sättigungsabfluss aus der Warteschlange, mit b ein mittlerer Fahrzeugabstand
in Warteschlangen, d.h. eine mittlere Warteschlangen-Fahrzeugperiodizitätslänge, und
mit n die Anzahl von Fahrspuren bezeichnet sind. Mit ρ ist die mittlere Fahrzeugdichte
von außerhalb der Warteschlange, d.h. zwischen dem Streckenkantenanfang und dem Warteschlangenanfang,
fahrenden Fahrzeugen und mit v
free(ρ) die von der Fahrzeugdichte ρ abhängige, mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit außerhalb
der Warteschlange bezeichnet. Die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit v
free außerhalb der Warteschlange kann in vielen Fällen durch eine Konstante v
eff approximiert werden, die einem typischen, dichteunabhängig vorgegebenen Wert von
v
free entspricht. Die Konstante β ist größer gleich null und kleiner als eins und liegt
meist auf oder in der Nähe des Wertes 0,5. Die Größen q
sat, T
G, T
R und damit T sind vorgegebene Kenngrößen bzw. Funktionen der anderen verkehrslageindikativen
Größen. Des weiteren sind alle vorliegend erwähnten verkehrsbezogenen Größen meist
von der Zeit abhängige Funktionen, wie sich dies für den Fachmann versteht und was
daher bei den Größenbezeichnungen der Übersichtlichkeit halber ebenfalls nicht explizit
angegeben ist.
[0027] Die Parameter b und q
sat hängen dabei im Anwendungsfall des Straßenverkehrs vom Fahrzeugtyp ab, insbesondere
von den relativen Anteilen von im Mittel unterschiedlichen langen Fahrzeugen, wie
Personenkraftwagen und Lastkraftwagen. In diesem Fall ergeben sich die Parameter b
und q
sat jeweils als Summe der entsprechenden relativen Beiträge der verschiedenen Typen,
die sich ihrerseits jeweils als Produkt des relativen Anteils des betreffenden Typs
an der gesamten Fahrzeuganzahl multipliziert mit dem zugehörigen typspezifischen mittleren
Fahrzeugabstand bzw. Sättigungsabfluss ergeben. Soweit in der obigen Gleichung (2)
und in nachstehenden Gleichungen die Parameter b und q
sat in Form von deren Produkt q
sat·b eingehen, sei erwähnt, dass dieses Produkt q
sat·b für jede Richtungsspurmenge selbst bei Vorhandensein unterschiedlich langer Fahrzeuge
unabhängig von deren relativen Anteilen dann annähernd konstant bleibt, wenn die Fahrzeugdichte
im freien Verkehr außerhalb von Verkehrsregelungs-Warteschlangen als klein gegenüber
der Warteschlangen-Fahrzeugdichte angenommen werden kann, was in den meisten praktisch
relevanten Fällen in guter Näherung erfüllt ist.
[0028] Wenn die ermittelte Reisezeit t
tr(j,k) kleiner als der so definierte Schwellwert t
s(j,k) ist, wird auf den Untersättigungszustand geschlossen, während der Übergang zum Zustand
der Übersättigung angenommen wird, wenn die ermittelte Reisezeit t
tr(j,k) über diesem Schwellwert t
s(j,k) liegt.
[0029] Anschließend setzt das Verfahren mit der Bestimmung von die Verkehrslage beschreibenden
Verkehrslageparameter auf der Basis der ermittelten Reisezeiten t
tr(j,k) für die Richtungsspurmengen k der Streckenkanten j fort (Schritt 4), wobei die Verkehrslageparameter
für die beiden Zustände Unter- bzw. Übersättigung nach unterschiedlichen, geeigneten
Gleichungssystemen berechnet werden, um dann daraus die aktuelle Verkehrslage zu rekonstruieren
bzw. zu bestimmen. Bevorzugt beinhaltet dies, jeweils spezifisch für jede Richtungsspurmenge
k der jeweiligen Streckenkante j, die Berechnung der mittleren Gesamtanzahl N an Fahrzeugen,
der mittleren Anzahl N
q von Fahrzeugen in der Warteschlange, der mittleren Fahrzeugdichte ρ der außerhalb
der Warteschlange fahrenden Fahrzeuge und daraus der mittleren Geschwindigkeit v
free der Fahrzeuge außerhalb der Warteschlange, der mittleren Warteschlangenlänge L
q und der mittleren Wartezeit t
q in der Warteschlange.
[0030] Für den Fall der Untersättigung erfolgt dies nach folgendem Gleichungssystem:
Dabei wurde berücksichtigt, dass die ermittelte mittlere Reisezeit t
tr(j,k) die Summe der Wartezeit t
q(j,k) in der Warteschlange und der mittleren Reisezeit t
free(j,k) für die Strecke vom Streckenkantenanfang bis zum Warteschlangenanfang ist, d.h. bis
zum stromaufwärtigen Ende der Warteschlange, wobei sich letztere aus der Beziehung
ergibt. Des weiteren kann die Reisezeit t
tr, da die Warteschlangenlänge L
q nicht kleiner als null werden kann, eine minimale Reisezeit t
tr,min=L/v
free+βT
R2/T zum Befahren der völlig fahrzeugfreien Streckenkante nicht unterschreiten. Dies
wird bei allen Berechnungen im Untersättigungsfall geprüft, und gegebenenfalls wird
die Reisezeit t
tr nach unten auf dem Minimalwert t
tr,min begrenzt gehalten. Für die gesamte Anzahl N von Fahrzeugen auf der Richtungsspurmenge
k der Streckenkante j gilt die Beziehung
wobei der Quotient q
in,q(j,k)=N
q(j,k)/t
q(j,k) den mittleren Zufluss in die Warteschlange angibt.
[0031] Für den Fall der Übersättigung gelten die obigen Gleichungen.3 und 6 für die mittlere
Fahrzeugdichte ρ außerhalb der Warteschlange und die mittlere Warteschlangenlänge
L
q weiterhin, während für das dann geltende Gleichungssystem die obigen Gleichungen
4, 5 und 7 für die mittlere Gesamtanzahl N von Fahrzeugen, die mittlere Anzahl N
q von Fahrzeugen in der Warteschlange und die mittlere Wartezeit t
q in der Warteschlange, jeweils bezogen auf die Richtungsspurmenge k der Streckenkante
j, durch folgende Beziehungen ersetzt werden:
[0032] Dabei ist γ
1 definiert durch γ
1(j,k)=γ
(j,k)T
G(j,k)/T
(j,k), mit dem in der obigen Gleichung 2 definierten Parameter γ, wobei hier wiederum die
formale Randbedingung γ
1<1 gilt. Für den Übersättigungsfall gilt zudem die selbstverständliche Randbedingung
L≥L
q=bN
q/n, da die zu einer Streckenkante gehörige Warteschlange nicht länger als die Strecke
selbst werden kann. Des weiteren gilt für die Fahrzeug-Gesamtanzahl N die triviale
Randbedingung, dass sie nicht größer als die Maximalanzahl N
max=nL/b von auf der Streckenlänge L möglichen Fahrzeugen werden kann. Entsprechend kann
die Streckenkanten-Reisezeit t
tr nicht größer als die maximale Wartezeit t
q,max=N
maxT/(T
Gq
sat) in einer sich über die gesamte Streckenkante erstreckenden Warteschlange sein. Somit
wird bei allen Berechnungen im Übersättigungsfall geprüft, ob die Reisezeit t
tr unter dem Maximalwert t
q,max liegt, ansonsten wird sie auf selbigem begrenzt gehalten.
[0033] Durch Lösen des jeweiligen gekoppelten Gleichungssystems lassen sich somit sowohl
für den Untersättigungs- wie für den Übersättigungsfall die wesentlichen verkehrslagebestimmenden
Parameter mittlere Fahrzeugdichte ρ, mittlere Fahrzeuganzahl N, mittlere Anzahl N
q von Fahrzeugen in der Warteschlange, mittlere Warteschlangenlänge L
q und mittlere Wartezeit t
q in der Warteschlange für jede Richtungsspurmenge k jeder Streckenkante j des Verkehrsnetzes
anhand der FCD-gestützt ermittelten mittleren Reisezeiten t
tr(j,k) bestimmen, d.h. es kann damit die aktuelle Verkehrslage schon allein anhand geeignet
aufgenommener FCD, die stichprobenhaft aufgenommene Verkehrsdaten darstellen, rekonstruiert
werden.
[0034] In den meisten Fällen ist es sowohl für den Untersättigungsfall als auch für den
Übersättigungsfall gerechtfertigt, die an sich fahrzeugdichteabhängige, mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit
v
free(j,k) (ρ
(j,k)) vereinfachend auf einen effektiven Geschwindigkeitswert v
eff(j,k) zu setzen, der für die jeweilige Richtungsspurmenge k der Streckenkante j unabhängig
von der Fahrzeugdichte ρ konstant vorgegeben wird.
[0035] Zur Bestimmung der Verkehrslageparameter Fahrzeuganzahl N
(j,k) auf der betreffenden Richtungsspurmenge k der Streckenkante j sowie effektiver kontinuierlicher
Zufluss q
in(j,k) in die betreffende Richtungsspurmenge k der Streckenkante j und effektiver kontinuierlicher
Zufluss q
in,q(j,k) in die betreffende Warteschlange kann gegebenenfalls eine Vorgehensweise angewendet
werden, bei der die Differenz Δt
tr(j,k) der Reisezeiten t
tr(j,k) von mindestens zwei FCD-Fahrzeugen benutzt wird, welche dieselbe Richtungsspurmenge
k der Streckenkante j in einem ausreichenden zeitlichen Abstand Δt
(j,k) durchfahren. Dieser Zeitabstand Δt
(j,k) muss dabei gleich oder größer als die Verkehrsregelungs-Periodendauer T
(j,k) sein, und die mittlere Reisezeit t
tr(j,k) wird für diesen Fall aus einzelnen Reisezeitwerten über die Warteschlangen-Periodendauer
T
(j,k) gemittelt. Genauer ist der Zeitabstand Δt
(j,k) der Zeitunterschied zwischen den Zeitpunkten, zu denen die betreffenden FCD-Fahrzeuge
in die gleiche Richtungsspurmenge k der Streckenkante j einfahren.
[0036] Speziell kann hierbei der Streckenkantenzufluss q
in spezifisch für die jeweilige Richtungsspurmenge k der Streckenkante j durch die Beziehung
beschrieben werden, wobei die Näherung Δt
free(j,k)<< Δt
(j,k) verwendet wurde, die in Ballungsräumen meistens gut gerechtfertigt ist, d.h. die
Differenz Δt
free(j,k) der Reisezeiten vom Streckenkantenanfang bis zum Warteschlangenanfang für zwei aufeinanderfolgende
FCD-Fahrzeuge, die in einem zeitlichen Abstand Δt
(j,k) in die betreffende Richtungsspurmenge k der Streckenkante j einfahren, ist deutlich
kleiner ist als die Differenz Δt
q(j,k) der Wartezeiten der FCD-Fahrzeuge in der Warteschlange. Weiter enthält diese Beziehung
die Voraussetzung, dass auf der betreffenden Richtungsspurmenge k der Streckenkante
j keine Quellen und Senken des Fahrzeugflusses vorliegen.
[0037] Solche Quellen und Senken können z.B. in Innenstadtbereichen von Parkhäusern und
Parkplätzen gebildet sein. In diesem Fall ergibt sich für die jeweilige Richtungsspurmenge
k der Streckenkante j ein entsprechender Zufluss q
Q(j,k) und Abfluss q
S(j,k) von Fahrzeugen. Dies lässt sich u.a. in der obigen Gleichung 12 für den mittleren
Streckenkantenzufluss dadurch berücksichtigen, dass auf der linken Gleichungsseite
die Größe q
in(j,k) durch den Ausdruck q
in(j,k)-q
S(j,k)+q
Q(j,k) ersetzt wird. In analoger Weise können solche Quellen und Senken des Fahrzeugflusses
auch bei der Bestimmung der anderen verkehrslagerelevanten Parameter, wie oben beschrieben,
als entsprechende Verkehrsflusskorrektur berücksichtigt werden. Wenn das berücksichtigte
Verkehrsnetz ein wie oben erwähnt "ausgedünntes" Verkehrsnetz ist, werden die nicht
berücksichtigten Streckenkanten und zugehörigen Netzknoten als weitere Quellen und
Senken des Fahrzeugflusses behandelt.
[0038] Moderne Lichtsignalanlagen und ähnliche Verkehrsregelungseinrichtungen an Netzknoten
sind häufig verkehrsmengengesteuert, d.h. die Freiphasen- und Unterbrechungsphasendauern
variieren in Abhängigkeit von der Verkehrsmenge, so dass beispielsweise für eine Richtungsspurmenge,
auf der sich bereits eine relativ lange Warteschlange gebildet hat, die Freiphasendauer
gegenüber ihrem normalen Wert erhöht wird, um die übermäßig lange Warteschlange wieder
zu verkürzen. Mit anderen Worten sind die Unterbrechungsphasendauer T
R, die Freiphasendauer T
G und damit die durch die Summe dieser beiden Zeitdauern definierte Umlaufzeit T Funktionen,
die nicht nur von der Streckenkante j, der Richtungsspurmenge k und der Zeit abhängen,
sondern auch von einer oder mehreren verkehrslageindikativen Größen, wie dem Fahrzeugfluß
etc. Um von solchen lokalen verkehrsmengenabhängigen Schwankungen der Verkehrsregelungsmaßnahmen
unabhängige, globalere Aussagen über die Verkehrslage zu ermöglichen, ist es in diesen
Fällen zweckmäßig, für die Frei- bzw. Unterbrechungsphasendauern und die Umlaufzeiten,
d.h. die Verkehrsregelungs-Periodendauern, Mittelwerte zu verwenden, die durch Mittelung
über Zeitintervalle gewonnen werden, welche wesentlich größer als eine typische Umlaufzeit
ohne Verkehrsmengeneinfluß sind.
[0039] Wenngleich im allgemeinen eine richtungsspurmengenspezifische Bestimmung der verschiedenen
obigen Größen entsprechend dem verwendeten Indek k bevorzugt ist, können selbstverständlich
diese Größen auch lediglich streckenkantenspezifisch ohne weitere Unterscheidung in
die einzelnen Richtungsspurmengen ermittelt werden. Insbesondere können aus den obigen,
richtungsspurmengen- und streckenkantenspezifischen Größen durch summierende Betrachtung
aller Richtungsspurmengen einer jeweiligen Streckenkante zugehörige, lediglich streckenkantenspezifische
Größen abgeleitet werden. So können eine mittlere Anzahl N
(j) von Fahrzeugen auf der Streckenkante j, eine mittlere Anzahl N
q(j) von Fahrzeugen in allen Warteschlangen der Streckenkante j, daraus eine mittlere
Fahrzeuganzahl N
s(j) pro Fahrspur und eine mittlere Warteschlangen-Fahrzeuganzahl N
sq(j) pro Fahrspur und daraus eine mittlere, rein streckenkantenspezifische Warteschlangenlänge
L
q(j) und eine ebenfalls rein streckenkantenspezifische mittlere Wartezeit t
q(j) nach den folgenden Beziehungen abgeleitet werden:
mit t
q(j,k) aus der obigen Gleichung 12. des Übersättigungsfalles, K
(j) als der Anzahl an Richtungsspurmengen der Streckenkante j und b
(j) als mittlerer Fahrzeuglänge. Wenn q
sat(j,k) und T
(j,k) für alle Richtungsspurmengen k einer Streckenkante j jeweils gleiche Werte haben,
vereinfacht sich die obige Gleichung 19 entsprechend.
[0040] Des weiteren ermöglicht das vorliegende Verfahren die Feststellung, ob eine totale
Überfüllung der jeweiligen Richtungsspurmenge k der Steckenkante j mit den in der
Warteschlange stehenden Fahrzeugen vorliegt. Dies ist dann der Fall, wenn die Warteschlangenlänge
L
q(j,k) der Streckenlänge L
(j,k) entspricht, d.h. wenn die Beziehung
erfüllt ist, wobei N
q(j,k) nach der obigen Gleichung 11 für den Übersättigungsfall zu bestimmen ist. Diejenige
Reisezeit t
tr,crit(j,k), für die dieses Kriterium (Gleichung 14) erfüllt ist, sei als kritische Reisezeit
bezeichnet. Als Kriterium, dass eine überfüllte Richtungsspurmenge k einer Streckenkante
j eines Ballungsraum-Verkehrsnetzes eine oder mehrere stromaufwärtige Steckenkanten
über einen oder mehrere entsprechende Netzknoten hinweg blockiert, kann dann gelten,
dass in diesem Fall die Differenz t-t
2(j,k) zwischen dem aktuellen Zeitpunkt t und dem Zeitpunkt t
2(j,k), zu dem das betreffende FCD-Fahrzeug in die Richtungsspurmenge k der Streckenkante
j eingefahren ist, größer als diese kritische Reisezeit t
tr,crit(j,k) wird.
[0041] Es versteht sich, dass statt der oben explizit angegebenen Verkehrslageparameter
je nach Anwendungsfall nur ein Teil dieser Parameter und/oder zusätzlich weitere Verkehrslageparameter
auf der Basis der FCD-gestützt, streckenkantenspezifisch und dabei bevorzugt richtungsspurmengenspezifisch
ermittelten mittleren Reisezeiten bestimmt werden können. So können z.B. als weitere
Verkehrslageparameter die aktuellen Abbiegeraten am jeweiligen Netzknoten in Form
einer Matrix berücksichtigt und ermittelt werden, deren Matrixelemente die Raten angeben,
mit denen Fahrzeuge von einer jeweiligen Richtungsspurmenge einer einmündenden Streckenkante
über den betreffenden Netzknoten in eine jeweilige Richtungsspurmenge einer ausmündenden
Streckenkante einfahren.
[0042] Die wie vorliegend erläuterte Bestimmung der Verkehrslageparameter und damit der
Verkehrslage lässt sich je nach Wunsch für entsprechende weitere Anwendungen nutzen.
Insbesondere können die verfahrensgemäß ermittelten Daten über die mittlere Anzahl
von Fahrzeugen in der jeweiligen Warteschlange, die Warteschlangenlänge, die mittlere
Wartezeit in der Warteschlange und die mittlere Fahrzeuganzahl auf der jeweiligen
Richtungsspurmenge einer Streckenkante und über aktuelle Abbiegeraten fortlaufend
zur Erzeugung historischer Ganglinien über die betreffenden verkehrslagerelevanten
Größen herangezogen werden. Damit kann eine Ganglinien-Datenbank und ein entsprechendes
ganglinienbasiertes Verkehrsprognosesystem aufgebaut werden, z.B. zur Reisezeitprognose.
Dazu kann eine Verkehrszentrale mit einem Speicher ausgerüstet sein, in welchem die
entsprechenden Informationen über die Verkehrsregelungsmaßnahmen an den Netzknoten
und über Reisezeiten für alle Streckenkanten eines Ballungsraum-Straßenverkehrsnetzes
auf der Basis einer digitalen Straßenkarte abgespeichert sind. Eine Verarbeitungseinheit
in der Verkehrszentrale kann aktuelle Informationen über die Verkehrsregelungs-Periodendauern
bzw. die Freiphasen- und Unterbrechungsphasendauern für die verkehrsgeregelten Kreuzungen
sowie über die aktuellen FCD-gestützt ermittelten, streckenkantenspezifischen Reisezeiten
empfangen. Auf Basis dieser Daten ist dann eine Recheneinheit der Verkehrszentrale
in der Lage, automatisch Reisezeitprognosen für beliebige Fahrten auf dem Verkehrsnetz
durch eine ganglinienbasierte und/oder dynamische Verkehrsprognose zu ermitteln (Schritt
5).
[0043] Eine dynamische Prognose der Verkehrsentwicklung ist beispielsweise mit dem in der
oben zitierten älteren deutschen Patentanmeldung Nr. 199 40 957 beschriebenen Verfahren
möglich. Die prognostizierten Verkehrsdaten können dann mit aktuell verfügbaren Verkehrsdaten
verglichen werden, woraus eine Fehlerkorrektur für das Prognoseverfahren abgeleitet
werden kann, indem die ermittelten aktuellen Werte z.B. für die Abbiegeraten und andere
verkehrslagerelevante Parameter und/oder die entsprechenden Werte der historischen
Ganglinien in Abhängigkeit von den beim Vergleich gegebenenfalls festgestellten Abweichungen
korrigiert werden.
1. Verfahren zur Bestimmung der Verkehrslage auf der Basis von Verkehrsdaten, die durch
sich im Verkehr mitbewegende Meldefahrzeuge gewonnen werden, für ein Verkehrsnetz
mit verkehrsgeregelten Netzknoten und diese verbindenden Streckenkanten,
dadurch gekennzeichnet, dass
- für die Reisezeiten (ttr(j,k)) auf den Streckenkanten (j,k) indikative Verkehrsdaten durch sich im Verkehr mitbewegende
Meldefahrzeuge gewonnen werden,
- anhand der gewonnenen Verkehrsdaten die Reisezeiten für die Streckenkanten ermittelt
werden und
- anhand der ermittelten streckenkantenspezifischen Reisezeiten ein oder mehrere der
folgenden Verkehrslageparameter bestimmt werden:
(i) die mittlere Anzahl (Nq(j,k)) von Fahrzeugen in einer Warteschlange der jeweiligen Streckenkante (j,k) vor einem
zugehörigen verkehrsgeregelten Netzknoten,
(ii) die mittlere Anzahl (N(j,k)) von Fahrzeugen auf der jeweiligen Streckenkante (j,k),
(iii) die mittlere Geschwindigkeit (vfree(j,k)) der Fahrzeuge auf der jeweiligen Streckenkante (j,k) zwischen dem Streckenkantenanfang
und dem Warteschlangenanfang,
(iv) die mittlere Wartezeit (tq(j,k)) in einer Netzknoten-Warteschlange der jeweiligen Streckenkante (j,k) und/oder (v)
die mittlere Dichte (ρ(j,k)) von Fahrzeugen auf der jeweiligen Streckenkante (j,k) zwischen dem Streckenkantenanfang
und dem Warteschlangenanfang.
2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
die Reisezeiten (ttr(j,k)) und der oder die Verkehrslageparameter spezifisch für jede Richtungsspurmenge (k)
der jeweiligen Streckenkante (j) bestimmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
der oder die anhand der ermittelten streckenkantenspezifischen Reisezeiten bestimmten
Verkehrslageparameterwerte fortlaufend für eine Erzeugung historischer Ganglinien
bezüglich der mittleren Anzahl von Fahrzeugen in einer jeweiligen Warteschlange, der
Länge der Warteschlange, der mittleren Wartezeit in der Warteschlange und/oder der
mittleren Anzahl von Fahrzeugen auf der jeweiligen Streckenkante (j,k) verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
als weitere, anhand der ermittelten streckenkantenspezifischen Reisezeiten bestimmte
Verkehrslageparameter Abbiegeraten verwendet werden, welche jeweils die Rate von aus
einer einmündenden Richtungsspurmenge über den Netzknoten hinweg in eine ausmündende
Richtungsspurmenge fahrenden Fahrzeugen angeben.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
zur unterscheidenden Erkennung eines Untersättigungszustands einerseits und eines
Übersättigungszustands andererseits ein Schwellwert (t
s(j,k)) gemäß der Beziehung
vorgegeben und für die jeweilige Streckenkante (j,k) auf Untersättigung geschlossen
wird, wenn die ermittelte Reisezeit (t
tr(j,k)) kleiner als der Schwellwert (t
s(j,k)) ist, und auf Übersättigung geschlossen wird, wenn die ermittelte Reisezeit größer
als der Schwellwert ist, wobei L
(j,k) die Streckenlänge der Streckenkante (j, k), T
R(j,k) die Verkehrsregelungs-Unterbrechungsphasendauer, T
G(j,k) die Verkehrsregelungs-Freiphasendauer, T
(j,k)=T
G(j,k)+T
R(j,k) die Verkehrsregelungs-Periodendauer, v
free(j,k)(ρ
(j,k)) die fahrzeugdichteabhängige mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit im Bereich außerhalb
der Warteschlange und β
(j,k) eine vorgebbare Konstante größer gleich null und kleiner eins bezeichnen und
ist, wobei q
sat(j,k) den Warteschlangen-Sättigungsabfluss der jeweiligen Streckenkante (j,k), b
(j,k) den mittleren Fahrzeugabstand in der Warteschlange und n
(j,k) die Fahrspuranzahl bezeichnen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
die streckenkantenspezifischen Verkehrslageparameter mittlere Fahrzeugdichte (ρ
(j,k)) außerhalb der Warteschlange, mittlere Fahrzeuganzahl (N
(j,k)), mittlere Warteschlangen-Fahrzeuganzahl (N
q(j,k)), Warteschlangenlänge (L
q(j,k)) und Wartezeit (t
q(j,k)) in der Warteschlange für den Untersättigungszustand durch das folgende Gleichungssystem
bestimmt werden:
und für den Übersättigungszustand durch das folgende Gleichungssystem bestimmt werden:
mit
und γ
1(j,k)=γ
(j,k)T
G(j,k)/T
(j,k), wobei jeweils spezifisch für die Richtungsspurmenge k der Streckenkante j mit L
die gesamte Streckenlänge, mit T
R die Dauer der Unterbrechungs- bzw. Rotphasen, mit T
G die Dauer der Frei- bzw. Grünphasen, mit T=T
G+T
R die zugehörige Verkehrsregelungs-Periodendauer, mit q
sat ein vorgegebener Sättigungsabfluss aus der Warteschlange, mit b ein mittlerer Fahrzeugabstand
in Warteschlangen, mit n die Anzahl von Fahrspuren, mit v
free die von der Fahrzeugdichte abhängige, mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit außerhalb
der Warteschlange sowie mit β eine geeignet vorgegebene Konstante bezeichnet ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Verkehrslageparameter mittlere Fahrzeuganzahl (N(j,k)), effektiver kontinuierlicher Streckenkantenzufluss (qin(j,k)) und effektiver kontinuierlicher Warteschlangenzufluss (qin,q(j,k)) anhand von Verkehrsdaten von mindestens zwei Meldefahrzeugen, die in einem zeitlichen
Abstand (Δt(j,k)) größer gleich der Verkehrsregelungs-Periodendauer (T(j,k)) dieselbe Streckenkante (j,k) befahren, unter Verwendung der Differenz (Δttr(j,k)) der ermittelten Reisezeiten dieser Meldefahrzeuge bestimmt werden und
- hierbei für die Bestimmung des effektiven kontinuierlichen Streckenkantenzuflusses
(qin(j,k)) die Beziehung
sowie die Näherung Δtfree(j,k)<<Δt(j,k) verwendet wird, wobei Δtfree die Reisezeitdifferenz vom Streckenkantenanfang bis zum Warteschlangenanfang bezeichnet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
auf eine überfüllte Streckenkante geschlossen wird, wenn sich ein Meldefahrzeug seit
einem Zeitraum größer als eine kritische Reisezeit (t
tr,crit(j,k)) auf der betreffenden Streckenkante (j,k) befindet, wobei die kritische Reisezeit
diejenige ermittelte Reisezeit ist, welche die implizierte Beziehung
erfüllt, wobei die mittlere Warteschlangen-Fahrzeuganzahl (N
q(j,k)) diejenige für den Übersättigungsfall ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
Quellen und Senken des Fahrzeugflusses auf dem Verkehrsnetz bei der Bestimmung der
Verkehrslageparameter durch entsprechende Zuflüsse (qQ(j,k)) und Abflüsse (qS(j,k)) zu bzw. aus der jeweiligen Streckenkante (j,k) berücksichtigt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
das zur Verkehrslagebestimmung berücksichtigte Verkehrsnetz nur einen vorgebbaren
Teil aller Streckenkanten und Netzknoten eines Gesamtverkehrsnetzes bildet und die
hierbei nicht berücksichtigten Streckenkanten und Netzknoten als Quellen und Senken
des Fahrzeugflusses auf dem berücksichtigten Verkehrsnetz behandelt werden.
1. Method for determining the traffic situation based on traffic data obtained by reporting
vehicles moving in the traffic, for a traffic network with traffic-controlled network
nodes and roadway sections connecting them,
characterised in that
- traffic data indicative of travel times (ttr(j, k)) on the roadway sections (j, k) are obtained by reporting vehicles moving in the
traffic,
- the travel times for the roadway sections are determined from the traffic data obtained
and
- one or more of the following traffic situation parameters are determined from the
roadway section-specific travel times:
(i) the mean number (nq(j, k)) of vehicles in a queue at the respective roadway section (j, k) before an associated
traffic-controlled network node;
(ii) the mean number (n(j, k)) of vehicles on the respective roadway section (j, k),
(iii) the mean speed (vfree(j, k)) of the vehicles on the respective roadway section (j, k) between the roadway section
start and the queue start,
(iv) the mean waiting time (tq(j, k)) in a network node queue of the respective roadway section (j, k) and/or (v) the
mean density (ρ(j, k)) for vehicles on the respective roadway section (j, k) between the roadway section
start and the queue start.
2. Method according to claim 1, further characterised in that the travel times (ttr(j, k)) and the traffic situation parameter or parameters are determined specifically for
each direction lane set (k) of the respective roadway section (j).
3. Method according to claim 1 or 2, further characterised in that the traffic situation parameter value or values obtained from the determined roadway-section
specific travel times are used continuously for producing historical progress lines
relating to the mean number of vehicles in a respective queue, the length of the queue,
the mean waiting time in the queue and/or the mean number of vehicles on the respective
roadway section (j, k).
4. Method according to any one of claims 1 to 3, further characterised in that turn-off rates are used as further traffic situation parameters obtained from determined
roadway-section specific travel times, which turn-off rates in each case indicate
the rate of vehicles which travel from an incoming direction lane set via the network
node into an outgoing direction lane set.
5. Method according to any one of claims 1 to 4, further
characterised in that a threshold value (t
s (j,k)) is predetermined in accordance with the relationship
for distinguishing between a sub-saturated state, on the one hand, and a super-saturated
state, on the other hand, and sub-saturation is deduced for the respective roadway
section (j, k) when the determined travel time (t
tr(j, k)) is less than the threshold value (t
s(j, k)) and super-saturation is deduced if the determined travel time is greater than a
threshold value, wherein L
(j, k) is the length of the roadway section (j, k), T
R(j, k) is the traffic control interruption phase duration, T
G(j, k) is the traffic control free phase duration, T
(j, k)=T
G(j, k)+T
R(j, k) is the traffic control period duration, v
free(j, k)(ρ
(j, k)) is the vehicle density-dependent mean vehicle speed in the region outside the queue
and β
(j, k) is a constant, which can be predetermined, which is greater than or equal to zero
and less than one and
wherein q
sat(j, k) is the queue saturation outlet flow of the respective roadway section (j, k), b
(j, k) is the mean vehicle spacing in the queue and n
(j, k) is the number of lanes.
6. Method according to any one of claims 1 to 5, further
characterised in that the roadway section-specific vehicle situation parameters comprising the mean vehicle
density (ρ
(j, k)) outside the queue, mean number of vehicles (N
(j, k)), mean number of vehicles in the queue (N
q(j, k)), queue length (L
q(j, k)) and waiting time (t
q(j, k)) in the queue for the sub-saturated state are obtained by means of the following
equation system:
and for the super-saturated state are obtained by means of the following equation
system:
where
and γ
1(j, k)=γ
(j, k)T
G(j, k)/T
(j, k), wherein specifically for the respective direction lane set k of the roadway section
j, the total roadway length is L, the duration of the interruption or red phases is
T
R, the duration of the free or green phases is T
G, the associated traffic control period duration is T=T
G+T
R, a predetermined saturation outlet flow from the queue is q
sat, a mean vehicle spacing in the queues is b, the number of lanes is n, the mean vehicle
speed, dependent on the vehicle density, outside the queue is v
free, and β is a suitably predetermined constant.
7. Method according to any one of claims 1 to 6,
characterised in that
- the traffic situation parameters comprising the mean number of vehicles (N(j, k)), the effective continuous roadway section inlet flow (qin(j, k)) and effective continuous queue inlet flow (qin,q(j, k)) are obtained from vehicle data of at least two reporting vehicles which are travelling
at a time interval (Δt(j, k)) greater than or equal to the traffic control period duration (T(j, k)) on the same roadway section (j, k), using the difference (Δttr(j, k)) between the determined travel times of these reporting vehicles and
- the relationship
and the approximation Δtfree(j, k) < < Δt(j, k) are used here to determine the effective continuous roadway section inlet flow (qin(j, k)), Δtfree being the difference in travel time from the roadway section start to the queue start.
8. Method according to any one of claims 1 to 7, further
characterised in that an overfull roadway section is deduced if a reporting vehicle is located on the relevant
roadway section (j, k) for a time period greater than a critical travel time (t
tr,crit(j, k), the critical travel time being the determined travel time which satisfies the implied
relationship
wherein the mean number of vehicles in the queue (N
q(j, k)) is that for a super-saturated case.
9. Method according to any one of claims 1 to 8, further characterised in that sources and sinks of vehicle flow on the traffic network are taken into account in
determining traffic situation parameters by means of corresponding inlet flows (qQ(j, k)) and outlet flows (qs(j, k)) to and from the respective roadway section (j, k).
10. Method according to claim 9, further characterised in that the traffic network considered for determining the traffic situation comprises only
a predeterminable portion of all roadway sections and network nodes in an overall
traffic network and roadway sections and network nodes that are not considered in
this case are regarded as sources and sinks of vehicle flow on the traffic network
under consideration.
1. Procédé de détermination des conditions de circulation en fonction de données de circulation,
collectées par le biais de véhicules de signalisation se déplaçant dans le flot de
circulation, pour un réseau routier comportant des noeuds de réseau régulés en fonction
de la circulation ainsi que des tronçons de routes reliant ces noeuds,
caractérisé en ce que
- pour les temps de trajet (ttr(j,k)) sur les tronçons de route (j, k), on collecte des données de circulation indicatives
par le biais de véhicules de signalisation se déplaçant dans le flot de circulation,
- à l'aide des données de circulation collectées, on calcule les temps de trajet pour
les tronçons de route et
- à l'aide des temps de trajet calculés de façon spécifique pour les différents tronçons
de route, on détermine un ou plusieurs des paramètres suivants relatifs aux conditions
de circulation :
(i) le nombre moyen (Nq(j,k)) de véhicules présents dans une file d'attente du tronçon de route respectif (j,
k), avant un noeud de réseau associé régulé en fonction de la circulation,
(ii) le nombre moyen (N(j, k)) de véhicules présents sur le tronçon de route (j, k) respectif,
(iii) la vitesse moyenne (vfree(j, k)) des véhicules présents sur le tronçon de route respectif (j, k), entre le début
du tronçon de route et le début de la file d'attente,
(iv) le temps d'attente moyen (tq(j, k)) dans une file d'attente du tronçon de route (j, k) respectif, avant un noeud de
réseau, et/ou (v) la densité moyenne (ρ(j, k)) de véhicules sur le tronçon de route respectif (j, k), entre le début du tronçon
de route et le début de la file d'attente.
2. Procédé selon la revendication 1, en outre caractérisé en ce que l'on détermine les temps de trajet (ttr(j, k)) et le ou les paramètres relatifs aux conditions de circulation de façon spécifique
pour chaque ensemble de voie directionnelle (k) du tronçon de route respectif (j).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, en outre caractérisé en ce que la ou les valeurs des paramètres relatifs aux conditions de circulation déterminés
à l'aide des temps de trajet calculés de façon spécifique pour les différents tronçons
de route, sont ensuite utilisées pour la génération de diagrammes d'historique détaillant
le nombre moyen de véhicules présents dans une file d'attente respective, la longueur
de la file d'attente, le temps d'attente moyen dans la file d'attente et/ou le nombre
moyen de véhicules présents sur le tronçon de route respectif (j, k).
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, en outre caractérisé en ce que l'on utilise des taux d'abandon de la route principale en tant que paramètres supplémentaires
relatifs aux conditions de circulation, déterminés à l'aide des temps de trajet calculés
de façon spécifique pour les différents tronçons de route, ces taux d'abandon de la
route principale indiquant respectivement le taux de véhicules quittant un ensemble
de voie directionnelle par le biais des noeuds de réseau pour s'engager sur un ensemble
de voie directionnelle débouchant sur ce noeud.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, en outre
caractérisé en ce que pour opérer une distinction entre un état de sous-saturation d'une part et un état
de sur-saturation d'autre part, on prédétermine une valeur de seuil (t
s(j, k)) conformément à la relation
et pour le tronçon de route respectif (j, k), on conclut à une sous-saturation
lorsque le temps de trajet calculé (t
tr(j, k)) est inférieur à la valeur de seuil (t
s(j, k)) tandis que l'on conclut à une sur-saturation lorsque le temps de trajet calculé
est supérieur à la valeur de seuil, où L
(j, k) désigne la longueur du tronçon de route (j, k), T
R(j, k) désigne la durée des phases d'interruption de la régulation de la circulation, T
G(j, k) désigne la durée des phases libres de la régulation de la circulation, T
(j, k) = T
G(j, k) + T
R(j, k) désigne la durée de la période de régulation de la circulation, v
free(j, k) (ρ
(j, k)) désigne la vitesse moyenne des véhicules en fonction de la densité de véhicules
dans la zone située à l'extérieur de la file d'attente et β
(j, k) désigne une constante pouvant être prédéterminée, supérieure ou égale à zéro et inférieure
à un, et
où q
sat(j, k) désigne l'écoulement de la saturation dans les files d'attente des tronçons de route
respectifs (j, k), b
(j, k) désigne la distance moyenne entre les véhicules dans la file d'attente et n
(j, k) désigne le nombre de voies de circulation.
6. Procédé selon l'une des revendication 1 à 5, en outre
caractérisé en ce que les paramètres relatifs aux conditions de circulation, spécifiques aux différents
tronçons de route, que sont la densité moyenne de véhicules (ρ
(j, k)) à l'extérieur de la file d'attente, le nombre moyen de véhicules (N
(j, k)), le nombre moyen de véhicules présents dans la file d'attente (N
q(j, k)), la longueur de la file d'attente (L
q(j, k)) et le temps d'attente dans la file d'attente (t
q(j, k)) sont déterminés, pour l'état de sous-saturation, par le système d'équation suivant
:
et sont déterminés, pour l'état de sur-saturation, par le système d'équation suivant
:
avec γ
(j, k)=q
sat(j, k)b
(j, k) / [n
(j, k) v
free(j, k)(ρ
(j, k))] et γ
1(j, k)=γ
(j, k)T
G(j, k)/T
(j, k), où respectivement, pour l'ensemble de voie directionnelle k du tronçon de route
j, L désigne la longueur totale de la route, T
R désigne la durée des phases d'interruption ou phases rouges, T
G désigne la durée des phases libres ou phases vertes, T=T
G+T
R désigne la durée de la période de régulation de la circulation associée, q
sat désigne un écoulement prédéterminé de la saturation hors de la file d'attente, b
désigne une distance moyenne entre les véhicules dans les files d'attente, n désigne
le nombre de voies de circulation, v
free désigne la vitesse moyenne des véhicules en-dehors de la file d'attente, en fonction
de la densité de véhicules, et β désigne une constante prédéterminée appropriée.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, en outre
caractérisé en ce que
- les paramètres relatifs aux conditions de circulation que sont le nombre moyen de
véhicules (N(j, k)), l'afflux effectif continu sur le tronçon de route (qin(j, k)) et l'afflux effectif continu dans la file d'attente (qin/q(j, k)), sont déterminés à l'aide de données de circulation provenant d'au moins deux véhicules
de signalisation qui, au sein d'un intervalle de temps (Δt(j, k)) supérieur ou égal à la durée de la période de régulation de la circulation (T(j, k)), roulent sur le même tronçon de route (j, k), en utilisant la différence (Δttr(j, k)) entre les temps de trajet calculés pour ces véhicules de signalisation et
- dans ce contexte, pour la détermination de l'afflux effectif continu sur le tronçon
de route (qin(j, k)), on utilise la relation
ainsi que l'approximation Δtfree(j, k)<<Δt(j, k), où Δtfree désigne la différence de temps de trajet à partir du début du tronçon de route jusqu'au
début de la file d'attente.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, en outre
caractérisé en ce que l'on conclut à un tronçon de route surchargé lorsqu'un véhicule de signalisation
se trouve sur le tronçon de route concerné (j, k) depuis une période supérieure à
un temps de trajet critique (t
tr/crit(j, k)), où le temps de trajet critique correspond au temps de trajet calculé, qui répond
à la relation implicite
où le nombre moyen de véhicules présents dans la file d'attente (N
q(j, k)) correspond à celui déterminé dans le cas de sur-saturation.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, en outre caractérisé en ce que l'augmentation et la baisse du flux de véhicules sur le réseau routier sont pris
en compte lors de la détermination des paramètres relatifs aux conditions de circulation,
par le biais d'afflux (qQ(j, k)) et d'écoulements (qS(j, k)) correspondants vers ou hors du tronçon de route respectif (j, k).
10. Procédé selon la revendication 9, en outre caractérisé en ce que le réseau routier pris en compte pour la détermination des conditions de circulation
ne forme qu'une partie pouvant être prédéterminée de tous les tronçons de route et
noeuds de réseau d'un réseau routier total et en ce que les tronçons de route et noeuds de réseau non pris en compte sont traités en tant
qu'augmentation et baisse du flux de véhicules sur le réseau routier pris en compte.