Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung einer mit einem Auswerterechner versehenen Lichtsignalanlage durch ein Fahrzeug, insbesondere im öffentlichen Verkehr, wobei das Fahrzeug zur Anforderung einer Grünphase an einer Sendeposition ein Datentelegramm an den Auswerterechner sendet und wobei das Datentelegramm und/oder die Sendeposition von vordefinierten Meldepunkten abhängen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Auswerterechner zur Beeinflussung einer Lichtsignalanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Schließlich betrifft die Erfindung einen Bordcomputer für ein Fahrzeug zur Beeinflussung einer Lichtsignalanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Verfahren und Systeme zur Beeinflussung von Lichtsignalanlagen der eingangs genannten Art sind aus der Praxis in den unterschiedlichsten Ausführungen bekannt. Die bekannten Systeme ermöglichen es, Lichtsignalanlagen zu beeinflussen, um so die Fahrzeiten von Fahrzeugen zu optimieren. Die Lichtsignalanlage wird dabei über Datenfunk beeinflusst. Dazu sendet ein entsprechend ausgerüstetes Fahrzeug beim Erreichen von Meldepunkten über Datenfunk Datentelegramme an die Lichtsignalanlage. Jedem Meldepunkt ist hierbei ein bestimmtes Datentelegramm zugeordnet. Die Position des Fahrzeugs wird im Zufahrtsbereich zur Lichtsignalanlage durch Ortssynchronisation physikalisch bestimmt. Je nach örtlicher Gegebenheit werden für die Beeinflussung der Lichtsignalanlage unterschiedliche Datentelegramme vom Fahrzeug an die Lichtsignalanlage gesendet:
Die gesendeten Datentelegramme werden von einer der Lichtsignalanlage zugeordneten Auswerteeinheit empfangen, dekodiert und aufbereitet. Anschließend werden die aufbereiteten Daten dem Steuergerät für die Steuerung der Lichtsignalanlage zur Verfügung gestellt. Daraus resultiert der vorgenommene Eingriff in die Steuerung. Das Steuergerät verarbeitet alle im Datentelegramm enthaltenen Informationen wie z. B. Meldepunktnummer, Fahrplanabweichung und eine Prioritätskennziffer.
Eine der wichtigsten Forderungen und Rahmenbedingungen bei der Beeinflussung von Lichtsignalanlagen ist, dass der Sendezeitpunkt der Datentelegramme bzw. die Position (Meldepunkte) an der die Datentelegramme abgesendet werden sehr genau eingehalten werden müssen.
So offenbart
Besonders kritisch ist hierbei der Abmeldepunkt, d.h. die Position bzw. der Zeitpunkt ab der die Kreuzung wieder für den normalen Verkehr freigegeben werden kann. Das Fahrzeug soll nicht zu früh die Abmeldung senden, um sich nicht selbst noch im letzten Moment auf Rot zu schalten, aber auch nicht zu spät, wenn es den Kreuzungsbereich schon längst verlassen hat. Das Fahrzeug soll die Abmeldung genau am geplanten Abmeldepunkt senden und die Kreuzung damit wieder freigeben.
Die bekannten Beeinflussungssysteme für Lichtsignalanlagen verwenden den analogen Betriebsfunk mit 4 m-, 2 m- oder 70 cm-Frequenzband. Dabei werden im Betriebsfunk je nach Anforderungen im Anwendungsfall unterschiedliche Datentelegrammtypen, die auch eine unterschiedliche Länge aufweisen, eingesetzt:
Des Weiteren gibt es heutzutage im öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) immer mehr Systeme, die auf einer IP-basierten, digitalen Funkinfrastruktur wie bspw. GPRS oder UMTS für die Datenkommunikation zwischen Fahrzeug und Leitstelle aufsetzen. Dennoch werden für die Beeinflussung von Lichtsignalanlagen weiterhin Lösungen auf Basis des analogen Betriebsfunks eingesetzt, für die dann aber im Fahrzeug eine spezielle Ausrüstung - Datentelegramm-Sender - benötigt wird. Somit ist an Systemen, die den Betriebsfunk verwenden, besonders nachteilig, dass eine separate Fahrzeugausrüstung zur Anwendung des Systems sowie separate Frequenzen für den Betriebsfunk notwendig sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, einen Auswerterechner und einen Bordcomputer zur Beeinflussung einer Lichtsignalanlage durch ein Fahrzeug derart auszugestalten und weiterzubilden, dass mit einfachen konstruktiven Mitteln eine pünktliche und rechtzeitige Beeinflussung der Lichtsignalanlage gewährleistet ist.
Die voranstehende Aufgabe ist durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 12 und 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Danach ist das gattungsbildende Verfahren zur Beeinflussung einer mit einem Auswerterechner versehenen Lichtsignalanlage durch ein Fahrzeug dadurch gekennzeichnet, dass das Datentelegramm über ein paketorientiertes, insbesondere IP (Internet Protocol) basiertes, Funknetzwerk zum Auswerterechner übermittelt wird und dass im Zulauf des Fahrzeugs auf einen Meldepunkt die Sendeposition abhängig von der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs und einer maximalen, angenommenen Datentelegrammlaufzeit vorgezogen wird.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren für alle Funksysteme, bei denen die Telegrammlaufzeit variiert, anwendbar ist. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um IP-basierte Systeme oder um eine andere Art von Datenverbindung wie beispielsweise SDS (Short Data Service) bei TETRA (Terrestrial Trunked Radio) oder SMS (Short Message Service) bei GSM (Global System for Mobile Communications) handelt
In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst einmal erkannt worden, dass es von enormem Vorteil ist, die in einem Fahrzeug ohnehin schon vorhandene Technik zur Datenkommunikation über ein paketorientiertes, insbesondere IP (Internetprotokoll) basiertes, Funknetzwerk mit der Leitstelle auch zur Kommunikation mit der Lichtsignalanlage zu verwenden. Die Übertragung ist dabei im Gegensatz zur Beeinflussung einer Lichtsignalanlage über Betriebsfunk nicht im Direct Mode (DMO) möglich. Aufgrund der Nutzung von Paketdatendiensten besteht folglich keine direkte Echtzeitverbindung zwischen sendendem Fahrzeug und empfangender Lichtsignalanlage-Einheit. Damit kann aufgrund der Latenzzeit des Systems keine sichere Vorhersage getroffen werden, wann ein Datentelegramm, insbesondere ein UDP (User Datagram Protocol) Datentelegramm beim Empfänger ankommt. Die Latenzzeit kann variieren und ist zu beachten. In weiter erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, dass dies dadurch zu kompensieren ist, indem im Zulauf des Fahrzeugs auf einen Meldepunkt die Sendeposition abhängig von der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs und einer maximalen, angenommenen Datentelegrammlaufzeit vorgezogen wird.
Folglich ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Verfahren angegeben, wonach eine pünktliche und rechtzeitige Beeinflussung der Lichtsignalanlage mit einfachen konstruktiven Mitteln gewährleistet ist.
Im Hinblick auf die Versorgung der Meldepunkte in einem Planungssystem werden diese Meldepunkte mit geänderten Attributen und zusätzlichen Parametern versorgt. Zweckmäßigerweise kann ein Meldepunkt durch eine Zieladresse des Auswerterechners, z. B. die Ziel-IP-Adresse und der zugehörige Ziel-Port, und der eigentlichen Meldepunktnummer definiert werden.
In vorteilhafter Weise kann die maximale, angenommene Datentelegrammlaufzeit global, z. B. per Parameter, definiert werden. Somit kann der Sendezeitpunkt des Datentelegramms abhängig von der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der global definierten maximalen Datentelegrammlaufzeit - Latenzzeit - dynamisch vorgezogen werden.
In ganz besonders vorteilhafter Weise werden mit dem Datentelegramm Meldepunkt, Sendezeit und die maximale, angenommene Datentelegrammlaufzeit an den Auswerterechner übermittelt.
Hinsichtlich einer Sicherstellung der Übertragung des Datentelegramms, kann dieses Datentelegramm vom Fahrzeug mehrfach ausgesendet werden.
Hinsichtlich einer sicheren Übertragung des Datentelegramms ist es des Weiteren denkbar, dass zur Übertragung des Datentelegramms ein Quittierungsmechanismus verwendet wird, der dem Fahrzeug eine erfolgreiche Übermittlung des Datentelegramms signalisiert.
Im Hinblick auf eine zeitlich korrekte Beeinflussung der Lichtsignalanlage kann der Auswerterechner bei Empfang des Datentelegramms die Laufzeit des Datentelegramms über die Differenz von Empfangszeitpunkt und Sendezeitpunkt berechnen. Bei einer berechneten Laufzeit kleiner als die maximale, angenommene Datentelegrammlaufzeit kann die Weiterverarbeitung und/oder Weitergabe des Datentelegramms um eine Differenzzeit verzögert werden. Diese Differenzzeit ergibt sich aus der Differenz von der maximalen, angenommenen Datentelegrammlaufzeit und der berechneten tatsächlichen Laufzeit des Datentelegramms.
Ist die berechnete Laufzeit des Datentelegramms größer als die maximale, angenommene Datentelegrammlaufzeit, so kann das Datentelegramm verworfen werden.
In einer konkreten Ausgestaltung können unverzüglich auszulösende Datentelegramme mit einer bestimmten Kennung versehen werden. Solche Datentelegramme sind z. B. manuell ausgelöste Datentelegramme oder Datentelegramme die mit einem Türschließ-Kriterium an einer Haltestelle gekoppelt sind. Da die Laufzeit hierbei nicht ausgeglichen werden kann, kann daher eine entsprechende Kennung, z. B. ein undefinierter Wert für den Parameter der maximal angenommenen Datentelegrammlaufzeit, zur Signalisierung an den Auswerterechner der Lichtsignalanlage mitgesendet werden.
Im Hinblick auf einen rechtzeitigen Empfang sowie einer sinnvollen Verarbeitung des Datentelegramms kann die Sendeposition des Fahrzeugs derart vorgezogen werden, dass sowohl eine höhere Geschwindigkeit des Fahrzeugs als auch ein mit der maximalen, angenommenen Datentelegrammlaufzeit behaftetes Datentelegramm berücksichtigt sind.
Hinsichtlich einer konsistenten und korrekten Berechnung der Laufzeit eines Datentelegramms kann die lokale Uhrzeit im Fahrzeug und im Auswerterechner synchronisiert werden. Dabei ist es denkbar, dass die Uhren die Uhrzeit über NTP (Network Time Protocol) oder SNTP (Simple Network Time Protocol) und/oder Ober einen im Netzwerk verfügbaren Server beziehen. In der Regel weist das Fahrzeug einen GPS-Empfänger auf, über den ebenfalls die Uhrzeit bezogen werden kann.
In besonders vorteilhafter Weise kann das Datentelegramm über eine zentrale Applikation - Router - an den Auswerterechner weitergeleitet werden. Damit das Fahrzeug die kreuzungsseitige Installation direkt ansprechen kann, muss die Ziel-IP-Adresse des Auswerterechners für das Fahrzeug sichtbar sein. Kann dies vom Netzbetreiber nicht realisiert werden, z. B. beim Einsatz von VPN (Virtual Private Network), bei verschiedenen privaten APN (Access Point Name), bei verschiedenen Netzbetreibem für Fahrzeug und Infrastruktur oder in Ermangelung von festen Ziel-IP-Adressen, so können die Datentelegramme über eine solche zentrale Applikation geleitet werden, die die Verteilung der Datentelegramme an die jeweiligen Teilnehmer weiterleitet.
Grundsätzlich sollten alle Teilnehmer nicht vom öffentlichen Internet aus sichtbar sein, sondern über private Zugänge (private APN) vor Störungen von Außen geschützt sein. Im Idealfall sind die SIM (Subscriber Identity Module) Karten der Fahrzeuge und der Auswerterechner vom selben Netzbetreiber sowie im selben VPN (private APN) registriert und die SIM-Karten der Auswerterechner weisen feste IP-Adressen auf. Des Weiteren können grundsätzlich unterschiedliche Rechner in Abhängigkeit der Lichtsignalanlage angesprochen werden, wenn die Meldepunktdaten mit einer IP-Adresse und einem Port versorgt sind. Die IP-Adresse kann in diesem Fall die IP-Adresse des zentralen Routers darstellen, die Portnummer entspricht dann der Zieladresse des Auswerterechners.
Grundsätzlich eignet sich das beschriebene Verfahren auch für alle aktuell und künftig verfügbaren Funksysteme, die kein deterministisches Zeitverhalten bezüglich den Telegrammlaufzeiten aufweisen. So eignet sich das System insbesondere auch für Systeme wie zum Beispiel TETRA (SDS messaging) oder GSM (SMS messaging).
In Bezug auf einen geeigneten Auswerterechner zur Beeinflussung einer Lichtsignalanlage ist die eingangs genannte Aufgabe durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 13 gelöst. Der Auswerterechner weist eine Sende- und Empfangseinheit, insbesondere für GPRS (General Packet Radio Service), EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), TETRA (Terrestrial Trunked Radio), WLAN (Wireless Local Area Network) und/oder WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), zum Empfangen des Datentelegramms auf und dient zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Konkreten ist es denkbar, dass der Auswerterechner mittels einer seriellen oder Relais-Schnittstelle parallel zu einer analogen Auswerteeinheit betreibbar ist. Damit ist die Möglichkeit einer sanften Migration gewährleistet, da bereits viele Kreuzungen mit analogen Empfängern und Auswerteeinheiten ausgerüstet und damit auch die Fahrzeuge der Verkehrsbetriebe mit der analogen Technik bestückt sind.
In Bezug auf einen Bordcomputer zur Beeinflussung einer Lichtsignalanlage, für ein Fahrzeug, ist die eingangs genannte Aufgabe durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 15 gelöst. Der Bordcomputer weist eine Sende- und Empfangseinheit, insbesondere für GPRS (General Packet Radio Service), EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), TETRA (Terrestrial Trunked Radio), WLAN (Wireless Local Area Network) und/oder WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), zum Aussenden des Datentelegramms auf und dient zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In vorteilhafter Weise weist der Bordcomputer ein Modul zur automatischen Positionsbestimmung, z. B. ein GPS-Modul oder Galileo-Modul, auf. Des Weiteren sind zur automatischen Positionsbestimmung auch Baken sowie optische oder Wegstreckenzähler basierte Ortungssysteme denkbar.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
In der Zeichnung zeigt die einzige
Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung den grundsätzlichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei ein Fahrzeug 1 auf eine Kreuzung 2 mit einer Lichtsignalanlage 3 zufährt. Die Lichtsignalanlage 3 wird von einem Kreuzungssteuerrechner 4 mit integriertem Auswerterechner gesteuert. Vor der Kreuzung befindet sich eine Haltestelle 5.
Des Weiteren zeigt Fig. unterschiedliche Meldepunkte, denen spezielle Datentelegramme zugeordnet sind:
Das Fahrzeug 1 sendet an jedem Meldepunkt ein Datentelegramm an den Auswerterechner der Lichtsignalanlage 3. Dieses Datentelegramm enthält neben den üblichen Informationen (Ziel, Linie, Kurs etc.) gemäß den R09 Telegrammen nach dem Standard des Verbands Deutscher Verkehrsunternehmen folgende Informationen:
Mit der vorgezogenen Sendeposition 10 zeigt die einzige Fig. eine Sendeposition des Hauptanmeldetelegramms bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wonach die Sendeposition zu Meldepunkt 7 vorgezogen wird. Das Fahrzeug mit der aktuellen Geschwindigkeit va sendet dabei das Datentelegramm um den Abstand va* LZmax früher als in den Plandaten angegeben ab. Wenn nun das Datentelegramm an dem Auswerterechner ankommt, vergleicht dieser den Sendestempel ts mit der aktuellen Zeit ta. Wenn die Differenz aus ta-ts < LZmax ist, wird das Datentelegramm vor Weitergabe an den Kreuzungssteuerrechner um die Differenzzeit, die sich aus der Differenz von LZmax und der berechneten Differenz ta-ts ergibt, verzögert. Ist ta-ts > LZmax, so wird das Datentelegramm verworfen.
Wenn sich das Fahrzeug 1 beispielsweise mit 60 km/h (= 16,67 m/sec) dem Meldepunkt 7 nähert und die maximale Datentelegrammlaufzeit 1,5 s beträgt, dann wird vom Fahrzeug die Sendeposition zum Meldepunkt 7 um 25 m (= 1,5 s * 16,67 m/sec) vorverlegt, d.h. früher abgesendet. Wenn das Datentelegramm nun aber schon nach 1 s vom Auswerterechner empfangen wird, so sind vom Auswerterechner zusätzliche 0,5 s abzuwarten, bis er das Datentelegramm an den Kreuzungssteuerrechner 4 zur Weiterverarbeitung weitergibt.
Der Auswerterechner an der Kreuzungsseite zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Baugruppe bestehend aus folgenden Komponenten:
Der Auswerterechner ist dabei für eine Montage in einem Elektronikschrank, z. B. 19"-Schrank vorgesehen. Das Kommunikationsmodul (z. B. GPRS/UMTS Modul) ist mit dem Auswerterechner verbunden. Zum Einsatz kommt hier zum Beispiel ein OEM GPSR Modul oder ein OEM UMTS-Modul. Die Antenne wird abgesetzt montiert, bei einem Kunststoff-Schaltkasten innerhalb des Schaltkastens, ansonsten außerhalb.
Die Prozessorbaugruppe ist mit großzügiger Performance, Speicher und Schnittstellen ausgestattet. Diese Rechnerhardware bildet die Plattform für die Software-Applikation, die unter einem Betriebssystem die Auswertung der UDP-Pakete (IP-Lichtsignalanlage-Telegramme) und die logische Ansteuerung der Schnittstelle zum Kreuzungssteuerrechner übernimmt.
Als Schnittstelle zum Kreuzungssteuerrechner wird in der Regel eine galvanische isolierte Relaisschnittstelle gefordert. Die Relaisbaugruppe des Auswerterechners mit 16 bistabilen Relais erfüllt diese Anforderungen. Die Relais-Baugruppe hat eine Schnittstelle zur Prozessorbaugruppe und wird von dieser angesteuert.
Der Auswerterechner kann mit 16 oder 32 Relais (1 oder 2 Relais-Baugruppe) ausgestaltet werden. Alle Kontakte (Wurzel/Ruhekontakt/Arbeitskontakt) sind zum Stecker geführt.
Die Anbindung des Auswerterechners (TSPcu) über IP ermöglicht des Weiteren komfortablere Möglichkeiten hinsichtlich Wartung und Konfiguration:
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel des Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Auswerterechners lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.