Verfahren zur Bestimmung des Verkehrszustands in einem Verkehrsnetz mit effektiven Engstellen

Abstract

 

1. Verfahren zur Bestimmung des Verkehrszustands in einem Verkehrsnetz mit effektiven Engstellen.

2.1. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Verkehrszustands in einem Verkehrsnetz mit effektiven Engstellen mit einer Klassifizierung mindestens in die Zustandsphasen "freier Verkehr", "synchronisierter Verkehr" und "sich bewegende breite Staus" und in daraus bestehende Muster dichten Verkehrs stromaufwärts von effektiven Engstellen.

2.2. Erfindungsgemäß werden FCD-Verkehrsdaten, die eine Information über den Ort und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs umfassen, in zeitlichem Abstand für einen jeweiligen Streckenabschnitt aufgenommen und anhand dieser festgestellt, ob eine effektive Engstelle vorliegt. Bejahendenfalls wird aus den aktuellen FCD-Verkehrsdaten weitergehend ein dazu passendes Muster dichten Verkehrs als aktuell vorliegendes Muster dichten Verkehrs bestimmt.

2.3. Verwendung z.B. zur Verkehrszustandsbestimmung einschließlich Verkehrszustandsprognose in einem Straßenverkehrsnetz.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Verkehrszustands in einem Verkehrsnetz mit effektiven Engstellen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Ein Verkehrszustandsbestimmungsverfahren dieser Art ist in der älteren deutschen Patentanmeldung 199 44 075.1 der Anmelderin beschrieben, deren Inhalt hierin in vollem Umfang durch Verweis aufgenommen wird.

[0003] Verfahren zur Überwachung und Prognose des Verkehrszustands z.B. auf Straßenverkehrsnetzen sind verschiedentlich bekannt und besonders auch für diverse Telematikanwendungen in Fahrzeugen von Interesse. Ein Ziel dieser Verfahren ist es, aus an Verkehrsmessstellen erfassten Verkehrsdaten eine mindestens qualitative Beschreibung des Verkehrszustands an der jeweiligen Messstelle und deren Umgebung zu gewinnen. Als Messstellen kommen hierbei sowohl stationär installierte Messstellen als auch bewegliche Messstellen in Betracht, letztere besonders in Form von sich im Verkehr mitbewegenden Messfahrzeugen, sogenannten "Floating Cars".

[0004] Zur qualitativen Beschreibung des Verkehrzustands ist es bekannt, diesen in verschiedene, individualisierbare Zustandsphasen einzuteilen, speziell in die Phasen "freier Verkehr", "synchronisierter Verkehr" und "Stau", wobei die Phase "synchronisierter Verkehr" Bereiche "gestauchten synchronisierten Verkehrs", sogenannte "Pinch Regions" enthalten kann, in denen nur sehr niedrige Geschwindigkeiten gefahren werden können und sich spontan kurze Stauzustände bilden, die stromaufwärts wandern und anwachsen können, so dass sich daraus bleibende Stauzustände entwickeln können. Diese Stauzustände bilden dann Bereiche von "sich bewegenden breiten Staus"; siehe zu dieser Zustandsphasenthematik die obige ältere firmeneigene deutsche Patentanmeldung 199 44 075.1 und die dort zitierte Literatur.

[0005] Der Begriff "effektive Engstellen" bezeichnet vorliegend solche Stellen des Verkehrsnetzes, an denen sich bei entsprechendem Verkehrsaufkommen eine über einen gewissen Zeitraum lokalisiert bleibende Grenze bzw. Flanke zwischen stromabwärtigem freiem Verkehr und stromaufwärtigem synchronisiertem Verkehr bildet. Die Bildung solcher effektiver Engstellen ist häufig, wenngleich nicht ausschließlich, durch entsprechende topografische Gegebenheiten des Verkehrsnetzes bedingt, wie durch Engstellen, an denen sich die Anzahl nutzbarer Fahrspuren verringert, durch einmündende Zufahrtsspuren, durch eine Kurve, eine Steigung, ein Gefälle, eine Aufteilung einer Fahrbahn in mehrere Fahrbahnen oder durch Ausfahrten. Effektive Engstellen können aber auch z.B. durch temporäre Verkehrsstörungen bedingt sein, wie durch sich im Vergleich zur mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit im freien Verkehr langsam bewegende Engstellen, z.B. Baustellenfahrzeuge, oder durch Unfallstellen.

[0006] Wie in der älteren deutschen Patentanmeldung 199 44 075.1 eingehend beschrieben, lässt sich der Verkehrszustand stromaufwärts effektiver Engstellen in verschiedene Muster dichten Verkehrs klassifizieren, die aus einer typischen Abfolge der erwähnten individualisierbaren dynamischen Zustandsphasen bzw. daraus gebildeten Bereichen bestehen. So bildet sich stromaufwärts einer effektiven Engstelle typischerweise zunächst ein Bereich synchronisierten Verkehrs, an den sich stromaufwärts ein Bereich gestauchten synchronisierten Verkehrs anschließen kann, vor dem sich dann ein Bereich sich bewegender breiter Staus bilden kann. Zu jedem solchen Muster dichten Verkehrs stromaufwärts einer effektiven Engstelle gehört ein entsprechendes Profil der für die Zustandsphasenermittlung berücksichtigten Verkehrsparameter, wie der zeitlich-örtliche Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit innerhalb des Musters. Wenn ein Muster einer ersten effektiven Engstelle den Ort einer zweiten effektiven Engstelle erreicht, kommt es zur Bildung eines sogenannten übergreifenden Musters dichten Verkehrs, in das mehrere effektive Engstellen einbezogen sind. Auch solche übergreifende Muster weisen eine typische Abfolge unterschiedlicher Verkehrszustandsphasen und zugehöriger Verkehrsparameterprofile auf.

[0007] Soweit effektive Engstellen durch die Eigenschaften des Verkehrswegenetzes selbst festgelegt sind, wie Zufahrten, Abfahrten, Steigungsstrecken, Kurven, Fahrbahnaufteilungen und Fahrbahnzusammenführungen, lässt sich die örtliche Lage solcher topografischer Streckenmerkmale problemlos fahrzeugseitig oder in einer Verkehrszentrale speichern, z.B. zusammen mit anderen Wegenetzdaten in Form einer sogenannten digitalen Wegenetzkarte.

[0008] Empirisch oder anderweitig gewonnene, abgespeicherte Verkehrsdaten können bekanntermaßen dazu verwendet werden, Verkehrszustände auf dem Verkehrsnetz zu prognostizieren, d.h. für einen zukünftigen Zeitpunkt vorherzusagen. Eine bekannte Methode hierfür ist die sogenannte Ganglinienprognose, bei der aktuell gemessene Verkehrsdaten mit abgespeicherten Ganglinien-Verkehrsdaten verglichen werden und daraus eine am besten passende Ganglinie bestimmt wird, auf deren Grundlage dann der zukünftige Verkehrszustand vorausgeschätzt wird, siehe beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 197 53 034 A1. Weitere Verkehrszustandsprognoseverfahren, die unter anderem auch von FCD(Floating Car Data)-Verkehrsdaten Gebrauch machen, sind in den Offenlegungsschriften DE 197 25 556 A1, DE 197 37 440 A1, DE 197 54 483 A1 und EP 0 902 405 A2 und der Patentschrift DE 195 26 148 C2 beschrieben.

[0009] Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, mit dem der aktuelle Verkehrszustand speziell auch im Bereich stromaufwärts von effektiven Engstellen vergleichsweise zuverlässig bestimmt werden kann, so dass auf dieser Basis bei Bedarf auch zuverlässige Verkehrsprognosen möglich sind.

[0010] Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass aktuell gewonnene FCD-Verkehrsdaten zur Erkennung von Mustern dichten Verkehrs an effektiven Engstellen herangezogen werden. Dazu beinhalten die FCD-Verkehrsdaten mindestens eine Information über den Ort und die Geschwindigkeit, vorzugsweise über den zeit- und ortsabhängigen Geschwindigkeitsverlauf, des jeweiligen verkehrsdatenaufnehmenden FCD-Fahrzeugs, wobei die FCD-Verkehrsdaten für einen jeweiligen Streckenabschnitt von einem FCD-Fahrzeug in gewissen Zeitabständen und/oder von mehreren, diesen Streckenabschnitt in zeitlichem Abstand befahrenden FCD-Fahrzeugen gewonnen werden.

[0011] Anhand der von dem oder den FCD-Fahrzeugen aufgenommenen FCD-Verkehrsdaten wird dann für den jeweiligen Streckenabschnitt festgestellt, ob eine effektive Engstelle vorliegt, d.h. eine über einen gewissen Zeitraum lokalisiert bleibende Grenze bzw. Flanke zwischen stromabwärtigem freiem Verkehr und stromaufwärtigem synchronisiertem Verkehr. Dies ist beispielsweise daran erkennbar, dass die von dem oder den FCD-Fahrzeugen im betreffenden Streckenabschnitt stromaufwärts der effektiven Engstelle gemeldeten Fahrzeuggeschwindigkeiten einen für den Zustand freien Verkehrs typischen mittleren Geschwindigkeitswert unterschreiten.

[0012] Wird auf diese Weise eine effektive Engstelle erkannt, so werden die aktuell aufgenommenen FCD-Verkehrsdaten weiter dahingehend ausgewertet, dass ihnen ein dazu passendes Muster dichten Verkehrs stromaufwärts der effektiven Engstelle zugeordnet wird. Dieses wird dann als das aktuell vorliegende Muster dichten Verkehrs an der betreffenden effektiven Engstelle betrachtet. Damit ist der aktuelle Verkehrszustand in diesem Bereich bestimmt, was z.B. für eine Verkehrsprognose mittels einer Ganglinienprognose oder einer anderen Prognosetechnik genutzt werden kann.

[0013] Mit einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Verfahren wird anhand der aktuell aufgenommenen FCD-Verkehrsdaten erkannt, ob sich ein Bereich "sich bewegender breiter Staus" von seinem Muster dichten Verkehrs abgelöst hat, an dessen stromaufwärtigen Ende er entstanden ist, was dann der Fall ist, wenn sich die gemeldeten Fahrzeuggeschwindigkeiten stromabwärts dieses Bereichs nicht wie im Bereich gestauchten synchronisierten Verkehrs verhalten, sondern z.B. wie im Bereich freien Verkehrs.

[0014] Nach den Ansprüchen 3 und 4 weitergebildete Verfahren ermöglichen die spezifische Erkennung von zufahrtartigen bzw. abfahrtartigen effektiven Engstellen daran, dass die gemeldeten Fahrzeuggeschwindigkeiten über bzw. vor dem eigentlichen, z.B. als in einer digitalen Straßenkarte gespeicherte Information vorhandenen Ort der entsprechenden Streckentopografieänderung ansteigen. Ein nach Anspruch 5 weitergebildetes Verfahren ermöglicht die Erkennung von nicht topografisch bedingten temporären Engstellen, wie sie z.B. durch Unfallstellen gegeben sind.

[0015] Mit einem nach Anspruch 6 weitergebildeten Verfahren können übergreifende Muster dichten Verkehrs erkannt werden, in die jeweils zwei oder mehr effektive Engstellen involviert sind.

[0016] Ein nach Anspruch 7 weitergebildetes Verfahren erlaubt speziell die Erkennung der Grenze zwischen dem Bereich "sich bewegender breiter Staus" und dem Bereich "gestauchten synchronisierten Verkehrs" in einem Muster dichten Verkehrs. Analog ermöglicht ein nach Anspruch 8 weitergebildetes Verfahren die Erkennung der Grenze zwischen dem Bereich "gestauchten synchronisierten Verkehrs" und dem Bereich "synchronisierten Verkehrs" in einem Muster dichten Verkehrs, und Anspruch 9 gibt ein bevorzugtes Verfahren zur Erkennung der Grenze zwischen dem Bereich "freien Verkehrs" und dem Bereich "synchronisierten Verkehrs" an.

[0017] Ein nach Anspruch 10 weitergebildetes Verfahren ermöglicht eine Bestimmung der aktuellen Verkehrsstärke aus den aufgenommenen FCD-Verkehrsdaten für die verschiedenen erkannten Verkehrszustandsphasen "freier Verkehr", "synchronisierter Verkehr" und "gestauchter synchronisierter Verkehr" anhand von zugehörigen, aus den FCD-Verkehrsdaten abgeleiteten Reisezeiten. Ein nach Anspruch 11 weitergebildetes Verfahren ermöglicht analog eine Bestimmung der Verkehrsstärke für erkannte Staubereiche.

[0018] Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1

ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verkehrszustandsbestimmung auf der Basis erkannter Muster dichten Verkehrs an effektiven Engstellen,

Fig. 2

eine schematische Darstellung eines Streckenabschnitts mit effektiver Engstelle und zugehörigem Muster dichten Verkehrs sowie einem abgelösten Bereich "sich bewegende breite Staus",

Fig. 3

eine schematische Darstellung zur Erläuterung der verfahrensgemäßen Lokalisierung einer effektiven Engstelle,

Fig. 4

eine schematische Darstellung entsprechend Fig. 2, jedoch mit nicht abgelöstem Bereich "sich bewegender breiter Staus",

Fig. 5

eine Darstellung entsprechend Fig. 4, jedoch für ein reduziertes Muster dichten Verkehrs ohne den Bereich "sich bewegender breiter Staus" und

Fig. 6

eine schematische Darstellung entsprechend Fig. 5, jedoch für ein weiter reduziertes Muster dichten Verkehrs ohne den Bereich "gestauchten synchronisierten Verkehrs".

[0019] Fig. 1 zeigt schematisch den Ablauf des vorliegenden Verkehrszustandsbestimmungsverfahrens. In einem ersten Schritt 1 werden Daten über die Orte topografischer Streckenmerkmale, die zur Bildung effektiver Engstellen führen können, für ein betrachtetes Verkehrsnetz vorab aufgenommen und in einer entsprechenden Datenbank abgelegt, bevorzugt zusammen mit weiteren Daten in Form einer digitalen Wegenetzkarte. Diese kann dann in einem fahrzeugseitigen Speicher und/oder in einem Rechner einer Verkehrszentrale mitgeführt werden. Fahrzeugseitig bzw. zentralenseitig sind des weiteren geeignete Komponenten implementiert, mit denen aktuelle FCD-Verkehrsdaten von entsprechenden FCD-Fahrzeugen empfangen und ausgewertet werden können, insbesondere dahingehend, dass aus aktuellen FCD-Verkehrsdaten auf aktuell vorliegende effektive Engstellen und Muster dichten Verkehrs stromaufwärts davon geschlossen wird. Dies wird nachstehend im Detail erläutert. Im übrigen kann die Auswertung der FCD-Verkehrsdaten nach irgendeiner der herkömmlichen Methoden erfolgen. Die Auswertung kann dann insbesondere dazu verwendet werden, automatische Reisezeitprognosen zu erstellen.

[0020] Im laufenden Betrieb des Verkehrszustandsbestimmungsverfahrens werden dann in einem entsprechenden Schritt 2 FCD-Verkehrsdaten von FCD-Fahrzeugen aufgenommen, die auf den verschiedenen Abschnitten des Verkehrsnetzes fahren, d.h. sich im Verkehr mitbewegen. Die FCD-Verkehrsdaten umfassen hierbei insbesondere Daten über die momentane Geschwindigkeit und den momentanen Ort des jeweiligen FCD-Fahrzeugs sowie je nach Anwendungsfall weitere herkömmliche FCD-Dateninhalte. Die aufgenommenen FCD-Verkehrsdaten werden an die auswertende Stelle übermittelt, die wie gesagt in einem jeweiligen Fahrzeug oder in einer stationären Verkehrszentrale positioniert sein kann. In der auswertenden Stelle erfolgt dann als der hier primär interessierende Verfahrensschritt 3 die Auswertung der geeignet aufgenommenen FCD-Verkehrsdaten zwecks Bestimmung des aktuellen Verkehrszustands insbesondere hinsichtlich des Vorliegens effektiver Engstellen und von Mustern dichten Verkehrs an effektiven Engstellen. Dies wird nachfolgend ausführlich beschrieben. Im übrigen kann der Verkehrszustand an anderen Stellen des Verkehrsnetzes bei Bedarf nach einer der üblichen Vorgehensweisen bestimmt werden. Der ermittelte aktuelle Verkehrszustand und insbesondere die erkannten, aktuell vorhandenen Muster dichten Verkehrs an effektiven Engstellen können dann Grundlage für Verkehrsprognosen bilden, siehe Schritt 4.

[0021] Die Auswertung der aufgenommenen FDC-Verkehrsdaten beginnt mit der Feststellung, ob die von einem oder von mehreren, in zeitlichem Abstand hintereinander einen jeweiligen Streckenabschnitt befahrenden FCD-Fahrzeugen laufend für aufeinanderfolgende Positionen auf dem betreffenden Streckenabschnitt gemeldeten Fahrzeuggeschwindigkeiten bzw. eine daraus gewonnene mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit am jeweiligen Messort einen vorgebbaren Schwellwert unterschreiten, der für ein Verkehrsstörungsereignis repräsentativ ist. Dadurch wird erkannt, ob dort ein Zustand nicht-freien Verkehrs vorliegt, d.h. ein Stau bzw. ein Bereich "sich bewegender breiter Staus" oder ein Bereich "synchronisierten Verkehrs" bzw. "gestauchten synchronisierten Verkehrs. Wie gesagt, ist diese Verkehrsstörungserkennung schon anhand der Daten eines einzigen FCD-Fahrzeugs möglich. Wenn die Daten mehrerer hintereinander denselben Streckenabschnitt befahrender FCD-Fahrzeuge vorhanden sind, kann jedoch die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Erkennung verbessert werden, insbesondere sind dann auch die Verkehrsdynamik und die Veränderung von mittleren Reisezeiten sowie das Verkehrsflussverhalten detektierbar.

[0022] Wenn auf diese Weise ein Zustand nicht-freien Verkehrs in einem Bereich eines jeweiligen Streckenabschnitts festgestellt wurde, werden die FCD-Verkehrsdaten dieses Bereichs weiter dahingehend analysiert, ob dieser Zustand auf einer effektiven Engstelle beruht. Ein Indiz dafür ist, wenn das stromabwärtige Ende des erkannten Zustands nicht-freien Verkehrs örtlich fixiert bleibt, was auf das dortige Vorhandensein einer effektiven Engstelle hindeutet. Weitergehend wird aus den aktuellen FCD-Verkehrsdaten, insbesondere dem entsprechenden Verkehrsparameterprofil speziell dem Geschwindigkeitsprofil, fahrzeug- und/oder zentralenseitig ein dazu passendes, zugehöriges Muster dichten Verkehrs bestimmt. Das solchermaßen ermittelte Muster dichten Verkehrs wird dann als das aktuell vorliegende betrachtet und für die weiteren Anwendungen herangezogen. Diese Anwendungen umfassen je nach Bedarf eine Verkehrslagerekonstruktion für Teilbereiche oder das gesamte Verkehrsnetz und/oder eine Verkehrsprognose hierfür und/oder eine Auswahl einer am besten passenden Ganglinie aus einer entsprechenden Ganglinien-Datenbank zur Verkehrsprognose und/oder die Erstellung einer verbesserten Ganglinienprognose für das Verkehrsnetz.

[0023] Vorteilhafte Detailmaßnahmen und Verfeinerungen dieser Vorgehensweise zur Feststellung von Mustern dichten Verkehrs an effektiven Engstellen anhand von FCD-Verkehrsdaten werden nachfolgend in Verbindung mit den Fig. 2 bis 6 näher erläutert.

[0024] Eine Maßnahme besteht darin, dass die FCD-Geschwindigkeitsdaten eines oder mehrerer FCD-Fahrzeuge für die Feststellung ausgewertet werden, ob sich ein Bereich "sich bewegender breiter Staus" vom stromaufwärtigen Ende eines Musters dichten Verkehrs, wo solche Bereiche typischerweise entstehen und sich entwickeln, abgelöst worden ist oder ob er noch zum Muster gehört. Im ersteren Fall hat sich die stromabwärtige Flanke F_st,GS des Bereichs ""sich bewegender breiter Staus" in stromaufwärtiger Richtung vom stromaufwärtigen Ende des zu einer effektiven Engstelle an einem Ort x_S,F gehörigen Muster dichten Verkehrs entfernt, wie dies im schematischen Situationsbild von Fig. 2 der Fall ist. In letzterem Fall bildet die stromaufwärtige Flanke F_St,GS des Bereichs "sich bewegender breiter Staus" die Grenze zu einem stromabwärts anschließenden Bereich "gestauchten synchronisierten Verkehrs", wie im Situationsbild von Fig. 4 dargestellt.

[0025] Der Ort der Grenze F_st,GS zwischen dem Bereich "sich bewegender breiter Staus" und dem Bereich "gestauchten synchronisierten Verkehrs" in einem Muster dichten Verkehrs kann anhand von FCD-Geschwindigkeitsdaten z.B. dadurch erkannt werden, dass ab dieser Grenze F_St,GS durch das Erreichen des "gestauchten synchronisierten Verkehrs" gegenüber den vorherigen Geschwindigkeitswerten stromaufwärts davon vergleichsweise starke und kurzzeitige Geschwindigkeitsreduzierungen bis fast zum Stillstand für typischerweise ca. 1min bis 2min mit zwischenliegenden Fahrzeugbewegungen abwechseln, während denen die Fahrzeuggeschwindigkeit in einem für gestauchten synchronisierten Verkehr typischen Bereich von ca. 20km/h bis 40 km/h für typische Zeitdauern von ca. 3min bis 7min abwechseln. Wird hingegen nach erkanntem Durchfahren eines Bereichs "sich bewegender breiter Staus" kein solches typisches Geschwindigkeitsprofil gemessen, sondern z.B. ein solches, das für freien Verkehr typisch ist, wird darauf geschlossen, dass sich der Bereich "sich bewegender breiter Staus" abgelöst hat, wie im Fall von Fig. 2.

[0026] Des weiteren ermöglicht das vorliegende Verfahren eine Entscheidung anhand von FCD-Verkehrsdaten darüber, ob eine lokalisierte effektive Engstelle eine zufahrtartige oder eine abfahrtartige effektive Engstelle ist, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert.

[0027] Fig. 3 zeigt im oberen Teil schematisch eine Umgebung einer effektiven Engstelle und im unteren Teil diagrammatisch den zugehörigen typischen ortsabhängigen Verlauf von Fahrzeugfluß, Fahrzeugdichte und Fahrzeuggeschwindigkeit. Wie daraus ersichtlich, steigt im eigentlichen Bereich der effektiven Engstelle die Fahrzeuggeschwindigkeit vom niedrigeren Wert im stromaufwärtigen Bereich synchronisierten Verkehrs stetig auf den höheren mittleren Geschwindigkeitswert im Bereich freien Verkehrs an, während umgekehrt die Fahrzeugdichte entsprechend stetig abnimmt. Mit einem senkrechten Strich ist im oberen Teilbild die Stelle angegeben, an welcher sich demgemäß die effektive Engstelle tatsächlich befindet.

[0028] Schon anschaulich ist verständlich, dass in Fällen, in denen die effektive Engstelle auf einer Zufahrt basiert, die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit erst hinter der eigentlichen Zufahrtsstelle merklich ansteigt. Dieser Fall ist in Fig. 3 angenommen. Im Gegensatz dazu beginnt die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit im Fall, dass die effektive Engstelle eine abfahrtartige Engstelle ist, d.h. auf einer Ausfahrt oder einer Verzweigung einer Schnellstraße basiert, bereits vor dem eigentlichen Abfahrtort merklich anzusteigen. Unter Ausnutzung dieser Erkenntnis werden nun die im Bereich vor und hinter einer effektiven Engstelle gemessenen FCD-Geschwindigkeiten daraufhin ausgewertet, ob das zu ihnen gehörige mittlere Fahrzeuggeschwindigkeitsprofil über den Bereich der Engstelle hinweg einen merklichen Geschwindigkeitsanstieg schon vor oder erst nach dem eigentlichen Zu- oder Abfahrtsort zeigt. In letzterem Fall wird auf das Vorliegen einer Zufahrt bzw. einer zufahrtartigen effektiven Engstelle geschlossen, in ersterem Fall auf eine Abfahrt bzw. eine abfahrtartige effektive Engstelle. Als diesbezüglich relevanter Geschwindigkeitsanstieg wird gewertet, wenn die Geschwindigkeit eines oder mehrerer FCD-Fahrzeuge, die innerhalb des Musters dichten Verkehrs im Vergleich zu einem vorgegebenen typischen Wert für freien Verkehr niedrig war, wieder ansteigt und einen für den Phasenübergang vom synchronisierten zum freien Verkehr typischen, vorgegebenen Schwellwert überschreitet, wobei sich der Ort des Geschwindigkeitsanstiegs innerhalb eines vorgegebenen maximalen Abstands vor der Abfahrtsstelle bzw. hinter der Zufahrtstelle befinden muß. Wenn hierfür die Geschwindigkeitsdaten mehrerer, in zeitlichem Abstand hintereinander die effektive Engstelle passierender FCD-Fahrzeuge herangezogen werden, sind selbige innerhalb einer vorgegebenen Toleranz auf den gleichen Ort zu beziehen, der die Stelle der Lokalisierung der effektiven Engstelle darstellt. Der zeitliche Verlauf des Geschwindigkeitsanstiegs muß dann innerhalb einer vorgegebenen Toleranz für die verschiedenen FCD-Fahrzeuge gleich sein.

[0029] Des weiteren ermöglicht das vorliegende Verfahren eine Erkennung von effektiven Engstellen, die nicht auf verzeichnete, d.h. vorab abgespeicherte Streckentopografiemerkmale zurückgehen, sondern z.B. von Unfallstellen auf Schnellstraßen temporär verursacht werden. Auf eine solche effektive Engstelle wird geschlossen, wenn die gemessenen FCD-Geschwindigkeitsdaten ein Muster dichten Verkehrs indiziert haben und die FCD-Geschwindigkeiten nach Verlassen dieses Bereichs dichten Verkehrs verglichen mit einem vorgegebenen, für freien Verkehr typischen Schwellwert niedrigen mittleren Geschwindigkeitswert wieder ansteigen und einen vorgegebenen, für einen Phasenübergang vom synchronisierten zum freien Verkehr typischen Schwellwert überschreiten, der in diesem Fall größer gewählt wird als der entsprechende Schwellwert für die oben beschriebene Unterscheidung zwischen effektiven Engstellen, die an Zufahrten und Abfahrten existieren. In diesem Fall wird eine effektive, nicht verzeichnete Engstelle angenommen, wenn der Ort des Geschwindigkeitsanstiegs außerhalb der Umgebungen der festgelegten, bekannten Orte der betreffenden Streckentopografieänderungen liegt.

[0030] Das vorliegende Verfahren erlaubt des weiteren eine Entscheidung, ob ein erkanntes Muster dichten Verkehrs ein einzelnes oder ein übergreifendes Muster ist. Als Kriterium hierfür dient die Feststellung, ob der Bereich synchronisierten Verkehrs bzw. gestauchten synchronisierten Verkehrs über den Ort der Lokalisierung einer zugehörigen effektiven Engstelle hinaus ausgedehnt ist. Dies ist anhand der gemessenen FCD-Geschwindigkeiten daran erkennbar, dass stromabwärts der die stromabwärtige Flanke des Bereichs synchronisierten Verkehrs bildenden effektiven Engstelle kein signifikanter Anstieg der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit auftritt, was bedeutet, dass ein Muster dichten Verkehrs einer stromabwärtigen effektiven Engstelle diese stromaufwärtige effektive Engstelle erreicht hat bzw. übergreift. Am ausgewerteten FCD-Geschwindigkeitsprofil lässt sich zudem erkennen, wie viele effektive Engstellen ein solches übergreifendes Muster überdeckt. Dazu wird anhand der FCD-Geschwindigkeitsdaten festgestellt, über wie viele effektive Engstellen sich ein Bereich synchronisierten Verkehrs und/oder gestauchten synchronisierten Verkehrs bzw. eine ununterbrochene und beliebige Folge von Bereichen sich bewegender breiter Staus, gestauchten synchronisierten Verkehrs und synchronisierten Verkehrs ausdehnt.

[0031] Anhand der aufgenommenen FCD-Geschwindigkeitsdaten ist des weiteren die Bestimmung des Ortes der Grenze bzw. Flanke F_GS,S zwischen einem Bereich gestauchten synchronisierten Verkehrs und einem daran stromabwärts anschließenden Bereich synchronisierten Verkehrs in einem Muster dichten Verkehr möglich. Eine solche Grenze F_GS,S liegt sowohl für ein vollständiges Muster dichten Verkehrs mit einem Bereich B_S synchronisierten Verkehrs, einem stromaufwärts anschließenden Bereich B_GS gestauchten synchronisierten Verkehrs und einem daran stromaufwärts anschließenden Bereich B_St sich bewegender breiter Staus, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, als auch für ein in Fig. 5 gezeigtes, reduziertes Muster dichten Verkehrs vor, bei dem der Bereich sich bewegender breiter Staus fehlt. Der Ort der Flanke F_GS,S wird als derjenige Ort bestimmt, ab dem das oben erläuterte, typische Geschwindigkeitsprofil des Bereichs gestauchten synchronisierten Verkehrs in ein für synchronisierten Verkehr typisches Geschwindigkeitsprofil übergeht, wonach die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit im Bereich synchronisierten Verkehrs zwischen einer typischen Minimalgeschwindigkeit für synchronisierten Verkehr, die ohne Stauchungserscheinungen möglich ist, und einer typischen Minimalgeschwindigkeit für freien Verkehr liegt.

[0032] In analoger Weise kann anhand der gemessenen FCD-Geschwindigkeitsdaten der Ort einer Grenze bzw. Flanke F_F,S zwischen dem Bereich synchronisierten Verkehrs B_S und einem stromaufwärts anschließenden Bereich freien Verkehrs B_F für ein reduziertes Muster dichten Verkehrs bestimmt werden, das in Fig. 6 dargestellt ist und nur aus dem Bereich synchronisierten Verkehrs stromaufwärts einer effektiven Engstelle besteht, an die sich stromabwärts wieder ein Bereich freien Verkehrs anschließt, wobei wie stets die stromabwärtige Flanke F_s,F des Bereichs synchronisierten Verkehrs B_S dem Ort X_S,F der effektiven Engstelle entspricht. Als Ort der Flanke F_F,S zwischen freiem Verkehr und stromabwärtigem synchronisiertem Verkehr wird derjenige Ort bestimmt, ab dem die anhand der FCD-Geschwindigkeitsdaten gewonnene mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit, die zuvor dem typischen Wert für freien Verkehr entsprach, unter den typischen Minimalwert für freien Verkehr sinkt und anschließend im typischen Geschwindigkeitsbereich für synchronisierten Verkehr liegt, d.h. zwischen der typischen Minimalgeschwindigkeit für synchronisierten Verkehr und der typischen Minimalgeschwindigkeit für freien Verkehr.

[0033] Des weiteren ermöglicht das vorliegende Verfahren eine Bestimmung der Verkehrsstärke g^(j) für die verschiedenen Streckenkanten j speziell auch für Schnellstraßen eines Verkehrsnetzes. Dazu werden zunächst anhand der aufgenommenen FCD-Verkehrsdaten die Reisezeiten t_tr^(j) mehrerer FCD-Fahrzeuge, welche die Streckenkante j zu verschiedenen Zeiten befahren, einfach anhand der entsprechenden Orts- und Zeitdaten ermittelt und zusammen mit ihrem ebenfalls aus diesen Daten zu ermittelnden Abstand ΔL auf der Streckenkante j zur Verkehrsstärkebestimmung verwendet. Dies erfolgt für die verschiedenen Verkehrszustandsphasen "freier Verkehr", "synchronisierter Verkehr", "gestauchter synchronisierter Verkehr" und "Stau" in jeweils geeignet angepasster Weise wie folgt.

[0034] In Bereichen freien Verkehrs wird die Verkehrsstärke q^(j) durch Vergleich der wie oben angegeben ermittelten Reisezeiten t_tr^(j) und Abstände ΔL anhand einer in Abhängigkeit dieser Parameter vorgegebenen Funktion Q_free^(j) bestimmt, welche die von diesen Parametern abhängige, typische Verkehrsstärke im freien Verkehr auf einer Streckenkante j, insbesondere einer Schnellstraße des Verkehrsnetzes angibt, d.h. die aktuelle Verkehrsstärke q^(j) wird zu

ermittelt. Für Bereiche synchronisierten Verkehrs wird ebenfalls eine typische vorgegebene funktionale Abhängigkeit Q_synch^(j)(T,L) der Verkehrsstärke in Abhängigkeit von der Reisezeit T und dem zugehörigen Abstand L, zwischen denen die entsprechende Reisezeit durch das jeweilige FCD-Fahrzeug gemessen wurde, herangezogen, um anhand der aktuellen gemessenen Reisezeit t_tr^(j) und dem aktuellen FCD-Fahrzeugabstand ΔL die aktuelle Verkehrsstärke q^(j) im synchronisierten Verkehr durch die Beziehung

zu bestimmen. In analoger Weise wird die Verkehrsstärke q^(j) für eine jeweilige Streckenkante j in Bereichen gestauchten synchronisierten Verkehrs durch die Beziehung

ermittelt, wobei Q_gest ^(j) (T,L) eine vorgegebene Funktion darstellt, welche die typische Abhängigkeit der Verkehrsstärke von den Reisezeiten und Abständen, zwischen denen die jeweilige Reisezeit durch FCD-Fahrzeuge gemessen wurde, in Bereichen gestauchten synchronisierten Verkehrs angibt.

[0035] In der obigen Gleichung 2 entspricht die Reisezeit der Fahrtdauer eines oder mehrerer FCD-Fahrzeuge zwischen der Grenze F_GS,S gestauchten synchronisierten Verkehrs zum synchronisierten Verkehr und der Grenze F_S,F synchronisierten Verkehrs zum freien Verkehr, wenn ein Muster dichten Verkehrs der Art von Fig. 4 oder 5 vorliegt, und der entsprechenden Fahrtdauer zwischen der Grenze F_F,S freien Verkehrs zum synchronisierten Verkehr und der Grenze F_S,F des synchronisierten zum freien Verkehr im Fall eines Muster dichten Verkehrs gemäß Fig. 6. In der obigen Gleichung 3 entspricht die Reisezeit der Fahrtdauer eines oder mehrerer FCD-Fahrzeuge zwischen den Grenzen F_St,GS und F_GS,S im Fall des Muster dichten Verkehrs von Fig. 4 und der Fahrtdauer zwischen den Grenzen F_F,GS und F_GS,S im Fall eines Musters dichten Verkehrs gemäß Fig. 5. Des weiteren ist der einzusetzende Abstand ΔL jeweils die Länge des Bereichs synchronisierten Verkehrs B_S bzw. gestauchten synchronisierten Verkehrs B_GS.

[0036] Weitere Verkehrsstärkeinformationen können aus der Differenz Δt_tr^(j) der Reisezeiten von FCD-Fahrzeugen abgeleitet werden, die in einem Zeitabstand Δt^(j) die betreffende Streckenkante j des Verkehrsnetzes befahren. Speziell sind diese Differenzen Δt_tr^(j)
mittlerer FCD-Reisezeiten zur Bestimmung der Verkehrsstärke q_in^(j) von Fahrzeugen verwendbar, die in einen Stau hineinfahren, und zwar gemäß der Beziehung

[0037] Dabei bezeichnet q_out^(j) eine charakteristische vorgegebene Verkehrsstärke von den Stau verlassenden Fahrzeugen, während Δt_tr^(j)=t_tr,2^(j)-t_tr,1^(j) die Differenz der Wartezeit eines später in den Stau hineingefahrenen, zweiten FCD-Fahrzeugs und der Wartezeit eines früher in den Stau hineingefahrenen, ersten FCD-Fahrzeugs angibt.

[0038] Wenn die Anzahl der Fahrspuren entlang der Streckenkante j nicht konstant ist, sind die obigen Gleichungen 1 bis 4 auf der rechten Gleichungsseite jeweils mit einem zusätzlichen Fahrspurfaktor n/m zu versehen, um Querschnittswerte der Verkehrsstärke mit Berücksichtigung der Fahrspuranzahl zu erhalten, wobei n die Anzahl der Fahrspuren am Beginn des betrachteten Streckenabschnitts und m die Fahrspuranzahl am Ende des Streckenabschnitts bezeichnen und vorausgesetzt ist, dass sich die Fahrspuranzahl während des betrachteten Zeitraums der ausgewerteten FCD-Verkehrsdaten nicht ändert.

Ansprüche

1. Verfahren zur Bestimmung des Verkehrszustands in einem Verkehrsnetz mit einer oder mehreren effektiven Engstellen, insbesondere in einem Straßenverkehrsnetz, bei dem

- der Verkehrszustand unter Berücksichtigung von aufgenommenen Verkehrsdaten in mehrere Zustandsphasen klassifiziert wird, die mindestens die Zustandsphasen "freier Verkehr", "synchronisierter Verkehr" und "sich bewegende breite Staus" umfassen und

- der Verkehrszustand stromaufwärts einer jeweiligen effektiven Engstelle des Verkehrsnetzes, wenn eine bei dieser fixierte Flanke (F_S,F) zwischen stromabwärtigem freiem Verkehr (B_F) und stromaufwärtigem synchronisiertem Verkehr (B_S) erkannt wird, als ein für die jeweilige effektive Engstelle repräsentatives Muster dichten Verkehrs klassifiziert wird, das einen oder mehrere verschiedene, stromaufwärts aufeinanderfolgende Bereiche (B_S, B_GS, B_St) unterschiedlicher Zustandsphasenzusammensetzung und ein zugehöriges Profil der für die Zustandsphasenermittlung berücksichtigten Verkehrsparameter beinhaltet,

dadurch gekennzeichnet, dass

- durch ein oder mehrere sich im Verkehr mitbewegende Fahrzeuge FCD-Verkehrsdaten, die eine Information über den Ort und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs umfassen, in zeitlichem Abstand aufgenommen werden und

- aus den für einen jeweiligen Streckenabschnitt aufgenommenen FCD-Verkehrsdaten festgestellt wird, ob eine effektive Engstelle vorliegt, und bejahendenfalls ein zu den aktuellen FCD-Verkehrsdaten passendes Muster dichten Verkehrs als aktuell vorliegendes Muster dichten Verkehrs an der effektiven Engstelle bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
anhand der aufgenommenen FCD-Verkehrsdaten festgestellt wird, ob ein Bereich "sich bewegender breiter Staus" noch den stromaufwärtigen Teil eines erkannten Musters dichten Verkehrs bildet oder sich davon stromaufwärts entfernt hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
anhand der FCD-Verkehrsdaten festgestellt wird, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit stromabwärts eines Musters dichten Verkehrs von einem Geschwindigkeitswert, der niedriger als ein für freien Verkehr repräsentativer Geschwindigkeitswert ist, wieder ansteigt und einen für einen Phasenübergang von synchronisiertem zu freiem Verkehr repräsentativen Schwellwert überschreitet und ob in diesem Fall der Ort des Geschwindigkeitsanstiegs hinter einem Lokalisierungsort einer zugehörigen Streckentopografieänderung liegt, woraus dann auf eine zufahrtartige effektive Engstelle geschlossen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
anhand der FCD-Verkehrsdaten festgestellt wird, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit stromabwärts eines Musters dichten Verkehrs von einem Geschwindigkeitswert, der niedriger als ein für freien Verkehr repräsentativer Geschwindigkeitswert ist, wieder ansteigt und einen für einen Phasenübergang von synchronisiertem zu freiem Verkehr repräsentativen Schwellwert überschreitet und ob in diesem Fall der Ort des Geschwindigkeitsanstiegs vor einem Lokalisierungsort einer zugehörigen Streckentopografieänderung liegt, woraus dann auf eine abfahrtartige effektive Engstelle geschlossen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
anhand der FCD-Verkehrsdaten auf das Vorliegen einer nicht durch die Streckentopografie bedingten effektiven Engstelle geschlossen wird, wenn ein Muster dichten Verkehrs erkannt wurde und die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit nach Passieren des Musters dichten Verkehrs wieder ansteigt und einen zugehörigen vorgegebenen Schwellwert überschreitet und der Ort des Geschwindigkeitsanstiegs außerhalb der Umgebung entsprechender verzeichneter Streckentopografiemerkmale liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
auf das Vorliegen eines übergreifenden Musters dichten Verkehrs geschlossen wird, wenn das FCD-Geschwindigkeitsprofil einen sich stromabwärts über den Ort einer effektiven Engstelle hinaus erstreckenden Bereich synchronisierten Verkehrs oder gestauchten synchronisierten Verkehrs anzeigt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ort der Grenze (F_St,GS) zwischen einem Bereich "sich bewegender breiter Staus" und einem Bereich "gestauchten synchronisierten Verkehrs" in einem Muster dichten Verkehrs dadurch bestimmt wird, dass das FCD-Geschwindigkeitsprofil ab diesem Ort zu einem Profil übergeht, bei dem starke, kurzzeitige Geschwindigkeitsreduktionen mit demgegenüber längeren Zeiträumen abwechseln, in denen die Geschwindigkeit in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich liegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ort der Grenze (F_GS,S) zwischen einem Bereich "gestauchten synchronisierten Verkehrs" und einem Bereich "synchronisierten Verkehrs" in einem Muster dichten Verkehrs dadurch bestimmt wird, dass das FCD-Geschwindigkeitsprofil ab diesem Ort zu einem Profil übergeht, bei dem die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen einer vorgegebenen Minimalgeschwindigkeit für synchronisierten Verkehr und einer vorgegebenen Minimalgeschwindigkeit für freien Verkehr liegt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ort der Grenze (F_F,S) zwischen einem Bereich "freien Verkehrs" und einem Bereich "synchronisierten Verkehrs" eines Musters dichten Verkehrs dadurch bestimmt wird, dass ab dort das FCD-Geschwindigkeitsprofil in ein Profil übergeht, bei dem die Geschwindigkeit unter einen vorgegebenen Minimalgeschwindigkeitswert für freien Verkehr absinkt und über einem vorgegebenen Minimalgeschwindigkeitswert für synchronisierten Verkehr bleibt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verkehrsstärke (q^j) für eine jeweilige Streckenkante (j) des Verkehrsnetzes anhand einer für die Bereiche "freier Verkehr", "synchronisierter Verkehr" und "gestauchter synchronisierter Verkehr" unterschiedlich vorgegebenen Funktion in Abhängigkeit von Reisezeiten (t_tr^(j)) und Abständen (ΔL) bestimmt wird, die sich aus den FCD-Verkehrsdaten für das Befahren der betreffenden Streckenkante (j) durch FCD-Fahrzeuge ergeben.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiter
dadurch gekennzeichnet, dass die Verkehrsstärke (q_in^(j)) von in einen Staubereich hineinfahrenden Fahrzeugen aus der Differenz der Reisezeit (Δt_tr^(j)) und der Differenz der Fahrtzeit (Δt^(j)) von nacheinander die gleiche Streckenkante (j) befahrenden FCD-Fahrzeugen bestimmt wird.

Zeichnung