[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Störungserkennung im Straßenverkehr innerhalb
eines zu überwachenden Sektors, bei dem an je einem Meßquerschnitt am Sektoranfang
und Sektorende als Meßdaten die Anzahl und die Geschwindigkeit der die Meßquerschnitte
passierenden Fahrzeugen kontinuierlich erfaßt, während endlicher, fortlaufend numerierter
Meßintervalle gesammelt und zyklisch zu Durchschnittswerten der Verkehrsstärke und
der Geschwindigkeit verdichtet und dann ausgewertet werden, wobei jeder Meßquerschnitt
alle in einer Fahrtrichtung befahrbaren Fahrstreifen umfaßt.
[0002] Aufgrund des stetig zunehmenden Straßenverkehrs werden zu dessen kollektiver Steuerung
auf mehrbahnigen Straßen immer häufiger Beeinflussungsanlagen mit Wechselverkehrszeichen
verwendet, bei deren Steuerung unterschiedliche Verfahren zur Störungserkennung im
Straßenverkehr angewendet werden. Die Motivation zur Investition in derartige Anlagen
und zur Entwicklung zugehöriger Verfahren zur Störungserkennung liegt darin begründet,
daß durch die Wechselverkehrszeichen durchführbare Warnungen des sich auf Störungsstellen
zubewegenden nachfolgenden Verkehrs die Gefahr in Form von Folgeunfällen deutlich
reduziert werden kann. Von Bedeutung ist hierbei insbesondere eine möglichst zuverlässige
sowie rasche Erkennung der Störung, d.h. eine Verkürzung der kritischen Zeit zwischen
dem Eintreten und der Absicherung einer Störung.
[0003] Die Verkehrserfassung erfolgt derzeit in der Regel über Meßverfahren, die ortsgebunden
an sogenannten Meßquerschnitten Meßdaten von Einzelfahrzeugen aufnehmen. Üblich ist
die Überwachung einzelner, jeweils durch einen Meßquerschnitt am Anfang und Ende begrenzter
Sektoren, d.h. Abschnitte einer Verkehrslinie. In der Verkehrstechnik ist die Größe
"Verkehrsstärke" als die Anzahl der erfaßten Fahrzeuge pro Zeiteinheit definiert,
woraus sich als deren Einheit beispielsweise [Fahrzeuge/min] ergibt.
[0004] Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art ist in der Druckschrift "Automatische
Störfallerkennung auf Autobahnen mit Hilfe von Fuzzy-Logik", herausgegeben 1994 von
der Siemens AG, München, Bereich Anlagentechnik, Geschäftsgebiet Straßenverkehrstechnik,
beschrieben. Das Verfahren besteht im wesentlichen aus den zwei Hauptteilen Datenaufbereitung
und Fuzzy-Entscheidungslogik. Im Datenaufbereitungsteil werden aus den über jeweils
ein endliches Meßintervall gemittelten Durchschnittswerten der Geschwindigkeit und
der Verkehrsstärke im wesentlichen die drei als Basisgrößen der Störfallerkennung
bezeichneten Indikatoren "Geschwindigkeitsdichtedifferenz" (VK-Diff), "Trendfaktor"
und "Trend der Verkehrsstärke" berechnet. Diese drei Indikatoren dienen als Eingangsvariablen
für die Fuzzy-Entscheidungslogik, die als Ausgangsgröße eine Störfallwahrscheinlichkeit
liefert. Die Fuzzy-Entscheidungslogik weist einen dreistufigen Aufbau auf und besteht
aus den drei Modulen "Pulkerkennung", "Störfallvoruntersuchung" und dem eigentlichen
Kern, der sogenannten "Störfallerkennung". Dieses Kernmodul liefert als Ausgangsgröße
eine sogenannte Störfallwahrscheinlichkeit, die in einer Spanne von 0 bis 100 % angegeben
wird.
[0005] Aufgrund der sehr komplizierten, aber dennoch eher behelfsmäßigen Definition des
Indikators "Geschwindigkeitsdichtedifferenz" arbeitet das bekannte Verfahren nur in
ganz bestimmten Verkehrssituationen zuverlässig ohne Zeitverzögerung. Insbesondere
bei Störungen, die im hinteren Bereich des überwachten Sektors auftreten, ist die
Zuverlässigkeit der Störungserkennung mangelhaft. Auch mit dem Ansatz, als Entscheidungssystem
zur Kombination der verwendeten Indikatoren eine Fuzzy-Entscheidungslogik zu verwenden,
konnten diese prinzipiellen Unzulänglichkeiten des Verfahrens nicht behoben, sondern
lediglich in gewissem Maße abgeschwächt werden.
[0006] Es sind des weiteren Verfahren allgemein bekannt, bei denen die Detektion einer Störung
im wesentlichen aus der Überstauung eines Meßquerschnitts abgeleitet wird, d.h. eine
Störung dann erkannt wird, wenn Fahrzeuge bereits auf einem Meßquerschnitt stehen
oder diesen mit sehr geringer Geschwindigkeit passieren. Diese sogenannten lokalen
Verfahren weisen jedoch den gravierenden Nachteil auf, daß je nach der Entfernung
zwischen der Störung und dem Meßquerschnitt bis zur Detektion der Störung wertvolle
Zeit verlorengeht. Insbesondere bei einer sehr großen Länge eines zu überwachenden
Sektors, die aus Kostengründen wegen der dann verringerten Zahl der Meßquerschnitte
stets anzustreben ist, vergeht zwischen dem Auftreten einer Störung in kurzem Abstand
vor einem Meßquerschnitt und dem Zeitpunkt, zu dem ein sich bildendes Stauende den
nächsten stromaufwärts liegenden Meßquerschnitt erreicht, ein sehr großer Zeitraum.
Da sich von hinten dem Stauende nähernde Fahrzeuge während dieser systembedingten
Totzeit nicht gewarnt werden können, besteht die erhebliche Gefahr, daß am Stauende
Auffahrunfälle als Folgeerscheinungen der Primärstörung auftreten.
[0007] In einem Prospekt der Firma ave Verkehrs- und Informationstechnik GmbH, Aachen, mit
dem Titel "AVE - die Komplettlösung für modernes Verkehrsmanagement" wird ferner ein
Verfahren zur Störungserkennung im Straßenverkehr beschrieben, das auf der Ermittlung
und Analyse streckenbezogener Verkehrsparameter basiert. Bei diesem auf der sogenannten
Methode der "Mustererkennung" aufbauenden Ansatz werden die an den Meßquerschnitten
erfaßten Signale der Einzelfahrzeuge ausgewertet, indem charakteristische Mustermerkmale
extrahiert, analysiert und normiert werden. Die derart aufbereiteten Meßdaten (Mustermerkmale)
werden jeweils an die dem nächsten stromab liegenden Meßquerschnitt zugeordnete Streckenstation
übertragen und dort fortlaufend mit den analysierten Meßdaten des Ausgangsquerschnitts
verglichen. Mit Hilfe geeigneter Korrelationsverfahren werden sogenannte Strecken-Systemfunktionen
gebildet, aus denen sich die streckenbezogenen Verkehrsparameter "Reisezeit" (und
damit die mittlere Reisegeschwindigkeit) der betrachteten Fahrzeugkollektive im Strekkenabschnitt
zwischen Eingangs- und Ausgangsmeßquerschnitt sowie die "Verkehrsdichte" im Streckenabschnitt
zwischen Eingangs- und Ausgangsmeßquerschnitt ableiten lassen.
[0008] Derartige Verfahren stellen allerdings sehr hohe Anforderungen an die Meßtechnik
und an die Datenübertragungskapazitäten, so daß zusätzlich zur Datenübertragung zwischen
den den jeweiligen Meßquerschnitten zugeordneten Streckenstationen und einer zentralen
Auswertestelle auch direkte Verbindungen zwischen den benachbarten Strekkenstationen
untereinander erforderlich sind.
[0009] Bei den derzeit in Betrieb befindlichen Meß-, Übertragungs- und Auswertungseinrichtungen
zur Durchführung der Verfahren nach dem Stand der Technik sind diese Hardware-Voraussetzungen
in der Regel nicht erfüllt, so daß sehr kostspielige Nachrüstungen erforderlich wären,
um derartige streckenbezogene Verfahren anwenden zu können. Des weiteren sind sämtliche
derzeit im Einsatz oder noch in der Entwicklung befindliche Techniken zur Verkehrsdatenerfassung
(d.h. zur Messung lokaler Geschwindigkeiten, der Verkehrsstärke sowie der Verkehrszusammensetzung),
die im wesentlichen von Induktionsschleifen, Mikrowellensensoren (Radar), Laser-Scannern
sowie Video-Kameras mit anschließender Auswertung der aufgezeichenten Daten mittels
spezieller Computer-Programme repräsentiert werden, mit relativ großen Unsicherheiten
behaftet. Insbesondere die Erfassung von Pkw ist dabei fehleranfällig. In der Praxis
werden häufig einzelne Fahrzeuge, z.B. infolge von Spurwechseln im Bereich von Meßquerschnitten,
nicht erfaßt. Auch ist der Ausfall fahrstreifenbezogener oder gar meßquerschnittsbezogener
Erfassungseinrichtungen möglich. Aus diesem Grunde liefern Verfahren auf Basis einer
streckenbezogenen Verkehrsdatenerfassung, bei denen die Zuverlässigkeit der Fahrzeugerfassung
eine zentrale Bedeutung einnimmt, nur unbefriedigende Ergebnisse.
[0010] Bekannte Verfahren zur Störungserkennung werten die in der Rechenzentrale auflaufenden
und aus den erfaßten Meßdaten durch zyklische Verdichtung ermittelten Durchschnittswerte
in einer Echtzeitdatenverarbeitung aus. Die Datensituation ist jedoch aufgrund der
nie zu 100 % zuverlässigen Fahrzeugerfassung unsicher.
[0011] Zur Entscheidung unter Unsicherheit oder auf der Basis unsicherer Daten existieren
verschiedene Ansätze, von denen in der Verkehrstechnik neben der bereits weiter oben
beschriebenen Methode der Fuzzy-Logik nach dem Stand der Technik auch Methoden zur
Signalkonditionierung sowie statistische Verfahren eingesetzt werden.
[0012] Als Nachteil bei der Signalkonditionierung, die zumeist in Form einer exponentiellen
Glättung durchgeführt wird, tritt in Erscheinung, daß für jeden Meßquerschnitt und
für alle Einzeldaten Parameter geführt und eingestellt werden müssen, woraus ein sehr
hoher Parametrisierungsaufwand resultiert. Statistische Verfahren hingegen weisen
den Nachteil auf, daß sie wegen der in der Einzelentscheidung fehlenden Grundgesamtheit
nicht signifikant sind.
[0013] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem unabhängig
von der Verkehrssituation mit möglichst kleinem Zeitverlust und mit einem geringen
Datenverarbeitungs- und Meßtechnikaufwand Störungen im Straßenverkehr erkannt werden
können.
[0014] Ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art, wird diese Aufgabe
dadurch gelöst,
- daß aus den am Sektoranfang ermittelten Durchschnittswerten der Verkehrsstärke und
der Geschwindigkeit der Fahrzeuge, der Länge des Sektors, einer Annahme für die zeitliche
Verteilung der Fahrzeuge innerhalb des Meßintervalls und einer Annahme für den Verlauf
der Geschwindigkeit der Fahrzeuge beim Durchfahren des Sektors zyklisch ein Prognosewert
der Verkehrsstärke am Sektorende berechnet wird, wobei
a) aus der Länge des Sektors und der Annahme für den Verlauf der Geschwindigkeit der
Fahrzeuge beim Durchfahren des Sektors eine Durchfahrtszeit ermittelt wird,
b) aus dieser Durchfahrtszeit die Nummern derjenigen Meßintervalle bestimmt werden,
in denen die im jeweiligen Meßintervall am Sektoranfang erfaßten Fahrzeuge den Meßquerschnitt
am Sektorende passieren,
c) unter Berücksichtigung der Annahme für die zeitliche Verteilung der Fahrzeuge Anteilsfaktoren
für die Aufteilung des Durchschnittswertes der Verkehrsstärke auf die gemäß b) bestimmten
Meßintervalle ermittelt werden und
d) der Prognosewert der Verkehrsstärke durch Summierung der Produkte aus den Anteilsfaktoren
und den zugehörigen Verkehrsstärken berechnet wird, wobei über alle vorangegangenen
Meßintervalle und das aktuelle Meßintervall summiert wird;
- daß zyklisch ein Vergleich des Prognosewerts der Verkehrsstärke und des aus den am
Meßquerschnitt am Sektorende erfaßten Meßdaten ermittelten Durchschnittswerts der
Verkehrsstärke am Sektorende durchgeführt und die jeweilige Differenzverkehrsstärke
bestimmt wird,
- daß eine zyklenübergreifende Summierung der Werte der Differenzverkehrsstärke durchgeführt
und fortlaufend die Anzahl der im zu überwachenden Sektor zusätzlich verbleibenden
Fahrzeuge bestimmt wird sowie
- daß bei Überschreitung eines Grenzwertes für die Anzahl der zusätzlich im Sektor verbleibenden
Fahrzeuge eine Störungsmeldung ausgelöst wird.
[0015] Durch die erfindungsgemäß durchgeführte, fortlaufende, dynamische Bilanzierung der
in den überwachten Sektor zusätzlich einfahrenden Fahrzeuge läßt sich eine sehr zuverlässige
und von der jeweiligen Verkehrssituation weitgehend unabhängige Störungserkennung
erzielen. Bei einer störungsfreien Verkehrslage läßt sich der in den überwachten Sektor
einfließende Verkehr unter Berücksichtigung der gemittelten Geschwindigkeiten, des
Fahrverhaltens, der Sektorlänge und einer Verteilungsannahme am Sektorausgang wiederfinden.
[0016] Bei der Bestimmung des Prognosewerts der Verkehrsstärke für die das Sektorende passierenden
Fahrzeuge wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt, welcher Anteil
der während eines Erfassungszyklus gemessenen Fahrzeuge den überwachten Sektor noch
in demselben Zyklus, erst im folgenden Zyklus oder in einem späteren Zyklus verlassen
wird. Zu diesem Zweck erfolgt die Bestimmung der Anteilsfaktoren, mit deren Hilfe
das am Sektoranfang erfaßte Fahrzeugkollektiv eines Erfassungszyklus auf die beiden
Zyklen aufgeteilt wird, während derer seine Anteile den Sektor voraussichtlich wieder
verlassen werden.
[0017] Die Nachteile von Verfahren, die die Meßdaten der Meßquerschnitte am Sektoranfang
und Sektorende lediglich zeitgleich und unabhängig von der Streckentopologie betrachten
und mit denen selbst bei der Konstruktion komplizierter Analysekriterien nur eine
relativ unzuverlässige Störungserkennung möglich ist, werden durch das erfindungsgemäße
Verfahren sicher vermieden. Dabei liegt der Datenverarbeitungsaufwand bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren auf einem sehr niedrigen Niveau, das am ehesten mit dem bei Verfahren zur
Störfallerkennung auf Basis lokaler Meßgrößen vergleichbar ist. Deren gravierende
Nachteile, daß eine Störfallerkennung erst bei der Überstauung eines Meßquerschnitts
möglich ist, wird durch die Erfindung jedoch vermieden, da durch die dynamischen Bilanzierungen
mögliche Störungen sehr rasch und nahezu unabhängig von ihrer Lage im überwachten
Sektor detektierbar sind.
[0018] Im Vergleich zu nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren, bei denen eine Ermittlung
und Analyse streckenbezogener Verkehrsparameter durchgeführt wird und bei denen daher
wegen der Korrelation von Fahrzeuggruppen am Sektoranfang und Sektorende über eine
Musterkennung ein enorm hoher Datenverarbeitungsaufwand erforderlich ist, ist dieser
Aufwand beim erfindungsgemäßen Verfahren sehr gering. Die Berechnung komplizierter
Indikatoren, wie z.B. der Geschwindigkeitsdichtedifferenz (VK-Diff) oder spezieller
Trendfaktoren ist nicht notwendig. Dies gilt gleichfalls für die Analyse der Meßdaten
auf das mögliche Vorliegen eines Fahrzeugpulks, der das Ergebnis bei streckenbezogenen
Verfahren ohne seine Detektion und adäquate Berücksichtigung verfälschen würde.
[0019] Ein Vergleich mit bekannten Verfahren, wie z.B. dem Verfahren auf Basis der drei
Indikatoren "Geschwindigkeitsdichtedifferenz", "Trendfaktor", "Trend der Verkehrsstärke",
zeigt deutlich, daß mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Verkehrsstörungen zuverlässiger
und schneller erkennbar sind. Mit ihm sind auch in langen Sektoren sehr hohe Sicherheiten
bei der Störungserkennung erreichbar, und die Ergebnisse werden nur sehr wenig von
der Lage der Störung innerhalb des Sektors beeinflußt, was auf die bekannten Verfahren
nicht zutrifft.
[0020] Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch sehr wirtschaftlich einsetzen, da eine
zusätzliche direkte Verbindung zwischen den den Meßquerschnitten zugeordneten Streckenstationen,
wie sie bei Verfahren auf Grundlage streckenbezogener Verkehrsparameter unbedingt
erforderlich ist, vermieden werden kann und weil aufgrund der hohen Zuverlässigkeit
der Störfallerkennung die Abstände zwischen zwei Meßquerschnitten, d.h. die Sektorlänge,
sehr groß bemessen sein kann.
[0021] Die Berechnung der Anzahl der zusätzlich im überwachten Sektor verbleibenden Fahrzeuge,
die der Störungsmeldung zugrundeliegt, läßt sich durch die folgenden Formeln veranschaulichen:
1. Berechnung der Durchfahrtszeiten
[0022] Die Durchfahrtszeit TD
i,z, die ein Fahrzeug zum Durchfahren des überwachten Sektors benötigt, ist:

worin:

mit
- TDi,z:
- die Zeit, die Fahrzeuge zum Durchfahren des Sektors benötigen
- v(s):
- angenommene Geschwindigkeit eines Fahrzeugs am Ort s innerhalb des Sektors
- vi,z
- über den Streckenverlauf des Sektors Si gemittelte Geschwindigkeit
- Si:
- Länge des Sektors zwischen den Meßquerschnitten i und i + 1
- s:
- Längenvariable mit s ∈ 0... Si
und den Indizes
- i:
- Index für Meßquerschnitte, in Fahrtrichtung aufsteigend
- z:
- Index Index für Erfassungszyklen, 1 = aktueller Zyklus, in die Vergangenheit aufsteigend
[0023] Für v(s) muß eine Annahme getroffen werden, die den aktuellen Verkehrszustand sowie
die Streckentopologie berücksichtigen sollte.. Beispielsweise ist bei starken Steigungsstrecken
- insbesondere für schwach motorisierte Fahrzeuge - mit einem Absinken der Geschwindigkeit
beim Durchfahren zu rechnen. Gleiches gilt für sehr kurvige Strecken, das Gegenteil
für Gefällestrecken. Die Abhängigkeit von v(s) vom Verkehrszustand kann durch die
gemessenen Geschwindigkeiten vm
i,z erfolgen, die Streckentopologie wirddurch einen Korrekturfaktor berücksichtigt. Darin
ist
- vmi,z:
- Gemessener Durchschnittswert der Geschwindigkeit der im Zyklus z am Meßquerschnitt
i erfaßten Fahrzeuge
[0024] Als Beispiel dient die Annahme einer konstanten Fahrgeschwindigkeit und keiner besonderen
Topologie des Streckenverlaufs (keine Kurven, Steigung, Gefälle), dann kann v(s) =
const = vm
i,z angenommen werden. Andere Annahmen sind möglich.
2. Aufteilung der erfaßten Fahrzeuge
[0025] Innerhalb des Erfassungszyklus z wird die Anzahl von Fahrzeugen am Meßquerschnitt
i gezählt. Aus der Durchfahrtszeit TD
i,z läßt sich ermitteln, wann Fahrzeuge, die im aktuellen Zeitzyklus am Meßquerschnitt
i in den Sektor einfahren, am Meßquerschnitt i+1 zu erwarten sind. Bei einer diskreten
Betrachtung der Zeiterfassung ist zu ermitteln, in welchem Erfassungszyklus welcher
Anteil der Fahrzeuge den Sektor verläßt. Die Anteilsfaktoren n
i,z ergeben sich für den aktuellen Zyklus z=1 und die vergangenen Zyklen z > 1 aus:


mit
- ni,z:
- der zum aktuellen Zyklus gehörige Anteilsfaktor; dieser Anteil an den insgesamt während
des aktuellen Zyklus in den Sektor eingefahrenen Fahrzeuge verläßt nach der Durchfahrtszeit
TDi,z den Sektor in demselben Zyklus z am Meßquerschnitt i+1 wieder.
- T:
- Länge des Erfassungszyklus
3. Ermittlung des Prognosewerts der Verkehrsstärke
[0026] Aus den gezählten Fahrzeugen, einer Annahme über die zeitliche Verteilung der erfaßten
Fahrzeuge über den Erfassungszyklus T und den ermittelten Anteilsfaktoren der Fahrzeuge
läßt sich nun der Prognosewert der Verkehrsstärke ermitteln.
[0027] Dabei wird für die während des Zyklus erfaßten Fahrzeuge eine Verteilungsannahme
x = P(t) über der Zeit t ∈ 0...T zugrundegelegt. In der Regel kann mit einer einfachen
Gleichverteilung der Fahrzeuge gearbeitet werden.
[0028] Der Prognosewert der Verkehrsstärke ergibt sich als

(z=1..Z)
Darin ist
- PQi+1:
- Der aktuelle Prognosewert (z=1) der Verkehrsstärke am Meßquerschnitt i+1
- Qi,z:
- Anzahl der am Meßquerschnitt i im Erfassungszyklus z gezählten Fahrzeuge
- P(ni,z):
- der Verteilungsannahme ermittelte Anteil an Fahrzeugen Qi,z, die im Zyklus z am Meßquerschnitt i+1 ausfahren, z.B. ist bei Annahme einer Gleichverteilung
P(ni,z) = ni,z
4. Bestimmung der Differenzverkehrsstärke
[0029] Die Differenzverkehrsstärke DQ
i,z ermittelt sich durch:

mit
- DQi,z:
- Differenzverkehrsstärke am Meßquerschnitt i im Erfassungszyklus z
- PQi,z:
- Prognosewert der Verkehrsstärke am Meßquerschnitt i im Erfassungszyklus z
- Qi,z:
- Anzahl der am Meßquerschnitt i im Erfassungszyklus z gezählten Fahrzeuge
5. Bestimmung der überschüssigen Fahrzeuge
[0030] Die Anzahl BDQi der zusätzlich im überwachten Sektor verbleibenden Fahrzeuge ermittelt
sich aus:

(z=1...Z)
oder rekursiv aus

mit:
- BDQi:
- Anzahl an Fahrzeugen im Sektor zwischen den Meßquerschnitten i-1 und i
- DQi,z:
- Differenzverkehrsstärke am Meßquerschnitt i im Erfassungszyklus z
- Z:
- Anzahl der Zyklen, innerhalb der die Summierung durchgeführt wird
[0031] Erweiterungen durch eine Kalibrierung auf 0 (eine negative Fahrzeuganzahl ist nur
durch Anlaufverhalten oder Erfassungsprobleme denkbar) oder im rekursiven Verfahren
durch eine Dämpfung verhindern die Summierung von Meßfehlern.
[0032] Übersteigt die Größe BDQ
i einen bestimmten (beispielsweise vom Verkehrszustand abhängigen Grenzwert), so wird
eine Störungsmeldung ausgelöst. Die Störungsmeldung kann je nach der Schwere der Störung,
d.h. der Höhe von BDQ
i, unterschiedlich sein, um die nachfolgenden Fahrzeuge zu einem im speziellen Fall
angemessenen Fahrverhalten aufzuforden.
[0033] Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Berechnung
des Prognosewertes der Verkehrsstärke getrennt für jeden Fahrstreifen einer Fahrtrichtung
durchgeführt wird und ein zyklischer Vergleich zwischen der Summe der Prognosewerte
aller Fahrstreifen einer Fahrtrichtung und dem am Meßquerschnitt am Sektorende bestimmten
Wert der Verkehrsstärke durchgeführt wird. Die Zuverlässigkeit des Prognosewerts kann
mit Hilfe dieser Einzelbetrachtung der Fahrstreifen gesteigert werden, da für einen
einzelnen Fahrstreifen genauere Annahmen für das Fahrverhalten und die zeitliche Verteilung
der Fahrzeuge getroffen werden können. Einzelprognosen für jeden Fahrstreifen mit
jeweils spezifischem Fahrverhalten (rechter Fahrstreifen: LKW-Verkehr, linke(r) Fahrstreifen:
Überholverkehr) und anschließende Summierung liefern somit bessere Ergebnisse als
eine Summenbildung vor der Prognose, die zu einem Informationsverlust führt.
[0034] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen,
daß zur Auslösung der Störungsmeldung eine Fuzzy-Logik angewendet wird, in der neben
der Anzahl der zusätzlich im Sektor verbleibenden Fahrzeuge mindestens eine den Verkehrszustand
beschreibende Eingangsgröße verwendet wird.
[0035] Unter Verkehrszustand sind in diesem Zusammenhang die (evtl. über mehrere Zyklen
gemittelte) Geschwindigkeit der Fahrzeuge, der Verkehrsstärke und die Verkehrsdichte
(= Verkehrsstärke/Geschwindigkeit), die Standardabweichung der Geschwindigkeit (als
Maß für die "Unruhe" im Verkehrsfluß) sowie topologische oder meteorologische Größen
zu verstehen, wobei bei der Definition der den Verkehrszustand beschreibenden Eingangsgröße
nicht unbedingt auf sämtliche der vorstehenden Größen zurückgegriffen werden muß.
Als Vorteil der Berücksichtigung des Verkehrszustands bei der Auslösung der Störungsmeldung
ergibt sich eine erhebliche Steigerung der Zuverlässigkeit des Verfahrens. Auf diese
Weise läßt sich eine besonders einfache Anpassung des erfindungsgemäßen Verfahrens
an unterschiedliche Einsatzorte und -bedingungen durchführen, da eine zeitaufwendige
Einstellung und Kalibrierung starrer Grenzwerte entfällt.
[0036] Derselbe Effekt einer Zuverlässigkeitssteigerung tritt ebenfalls ein, wenn in weiterer
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die beschreibbare Unsicherheit, wann
Fehlerfassungen an einem Meßqerschnitt auftreten, bei der Fuzzy-Logik berücksichtigt
wird und somit bei der Auslösung einer Störungsmeldung Eingang findet.
[0037] Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht ferner darin, daß von
der Fuzzy-Logik eine Ausgangsgröße geliefert wird, die die Art des Störfalls beschreibt.
[0038] Auf diese Weise lassen sich je nach Schwere der Störung unterschiedliche Störungsmeldungen
ausgeben (beispielsweise "zähfließender Verkehr" oder "völliger Stillstand" der Fahrzeuge).
Der sich auf eine Störungsstelle zubewegende Verkehr kann somit effektiv gewarnt und
zu einem jeweils angemessenen Fahrverhalten aufgefordert werden.
[0039] Es ist des weiteren besonders vorteilhaft, wenn der Verlauf der Geschwindigkeit der
Fahrzeuge beim Durchfahren des Sektors mit Hilfe von Fuzzy-Logik beschrieben wird.
[0040] Hierdurch können bei der Bestimmung des Prognosewertes der Verkehrsstärke am Sektorende
die beschreibbaren Unsicherheiten, wie die Fahrer der Fahrzeuge ihren vom jeweiligen
Verkehrszustand abhängigen Verhaltensspielraum bei ihrer Fahrweise ausnutzen, in vorteilhafter
Weise berücksichtigt werden. Als Effekt ergibt sich eine nochmalige Steigerung der
Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0041] Die Erfindung weiter ausgestaltend, ist vorgesehen, daß als Meßdaten lediglich die
Verkehrsstärke und die Geschwindigkeit der Lkw für die Störungserkennung ausgewertet
werden, sofern der Anteil der Lkw an der Gesamtverkehrsstärke einen bestimmten Grenzwert
übersteigt.
[0042] Erfahrungsgemäß unterliegen die Geschwindigkeiten der Lkw deutlich geringeren Schwankungen
als die der Pkw, wodurch die Zuverlässigkeit der Störfallerkennung mit dieser Maßnahme
weiter gesteigert werden kann. Mit der Einführung des zukünftig vorgeschriebenen EU-Geschwindigkeitsreglers
für Lkw, der deren
Höchstgeschwindigkeit auf maximal 88 km/h begrenzt, wird noch eine Verstärkung dieses
positiven Effekts erwartet. Des weiteren werden Lkw im Vergleich zu Pkw mit der heute
üblichen Erfassungstechnik mit sehr viel größerer Sicherheit erfaßt. Zu Zeiten, in
denen der Lkw-Anteil an der Gesamtverkehrsstärke einen für eine zuverlässige Störungserkennung
erforderlichen Grenzwert unterschreitet, ist eine Umschaltung auf die Erfassung sämtlicher
Fahrzeuge, d.h. sowohl der Pkw als auch der Lkw, sinnvoll.
[0043] Ferner ist es noch besonders vorteilhaft, wenn die am Sektorende eines Sektors erfaßten
Meßdaten gleichzeitig als Meßdaten am Sektoranfang eines nachfolgenden Sektors verwendet
werden.
[0044] Auf diese Weise läßt sich eine sektorbezogene Beobachtung auf eine einfache und sehr
kostengünstige Weise auf eine Vollüberwachung einer gesamten aus mehreren Sektoren
zusammengesetzten Linie ausdehnen. Jeder Meßquerschnitt stellt dabei gleichzeitig
den Meßquerschnitt am Sektorende des Sektors i sowie am Sektoranfang des Sektors i+1
dar.
1. Verfahren zur Störungserkennung im Straßenverkehr innerhalb eines zu überwachenden
Sektors, bei dem an je einem Meßquerschnitt am Sektoranfang und Sektorende als Meßdaten
die Anzahl und die Geschwindigkeit der die Meßquerschnitte passierenden Fahrzeugen
kontinuierlich erfaßt, während endlicher fortlaufend numerierter Meßintervalle gesammelt
und zyklisch zu Durchschnittswerten der Verkehrsstärke und der Geschwindigkeit verdichtet
und dann ausgewertet werden, wobei jeder Meßquerschnitt alle in einer Fahrtrichtung
befahrbaren Fahrstreifen umfaßt, dadurch gekennzeichnet,
- daß aus den am Sektoranfang ermittelten Durchschnittswerten der Verkehrsstärke und
der Geschwindigkeit der Fahrzeuge, der Länge des Sektors, einer Annahme für die zeitliche
Verteilung der Fahrzeuge innerhalb des Meßintervalls und einer Annahme für den Verlauf
der Geschwindigkeit der Fahrzeuge beim Durchfahren des Sektors zyklisch ein Prognosewert
der Verkehrsstärke am Sektorende berechnet wird, wobei
a) aus der Länge des Sektors und der Annahme für den Verlauf der Geschwindigkeit der
Fahrzeuge beim Durchfahren des Sektors eine Durchfahrtszeit ermittelt wird,
b) aus dieser Durchfahrtszeit die Nummern derjenigen Meßintervalle bestimmt werden,
in denen die im jeweiligen Meßintervall am Sektoranfang erfaßten Fahrzeuge den Meßquerschnitt
am Sektorende passieren,
c) unter Berücksichtigung der Annahme für die zeitliche Verteilung der Fahrzeuge Anteilsfaktoren
für die Aufteilung des Durchschnittswertes der Verkehrsstärke auf die gemäß b) bestimmten
Meßintervalle ermittelt werden und
d) der Prognosewert für das jeweilige Meßintervall der Verkehrsstärke durch Summierung
der Produkte aus den Anteilsfaktoren und den zugehörigen Verkehrsstärken berechnet
wird, wobei über alle vorangegangenen Meßintervalle und das aktuelle Meßintervall
summiert wird;
- daß zyklisch ein Vergleich des Prognosewerts der Verkehrsstärke und des aus den
am Meßquerschnitt am Sektorende erfaßten Meßdaten ermittelten Durchschnittswerts der
Verkehrsstärke am Sektorende durchgeführt und die jeweilige Differenzverkehrsstärke
bestimmt wird,
- daß eine zyklenübergreifende Summierung der Werte der Differenzverkehrsstärke durchgeführt
und fortlaufend die Anzahl der im zu überwachenden Sektor zusätzlich verbleibenden
Fahrzeuge bestimmt wird sowie
- daß bei Überschreitung eines Grenzwertes für die Anzahl der zusätzlich im Sektor
verbleibenden Fahrzeuge eine Störungsmeldung ausgelöst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung des Prognosewertes
der Verkehrsstärke getrennt für jeden Fahrstreifen einer Fahrtrichtung durchgeführt
wird und ein zyklischer Vergleich zwischen der Summe der Prognosewerte aller Fahrstreifen
einer Fahrtrichtung und dem am Meßquerschnitt am Sektorende bestimmten Wert der Verkehrsstärke
durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auslösung der Störungsmeldung
eine Fuzzy-Logik angewendet wird, in der neben der Anzahl der zusätzlich im Sektor
verbleibenden Fahrzeuge mindestens eine den Verkehrszustand beschreibende Eingangsgröße
verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beschreibbare Unsicherheiten
durch Fehlerfassungen an einem Meßquerschnitt bei der Fuzzy-Logik berücksichtigt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß von der Fuzzy-Logik
eine Ausgangsgröße geliefert wird, die die Art der Störung angibt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf
der Geschwindigkeit der Fahrzeuge beim Durchfahren des Sektors mit Hilfe von Fuzzy-Logik
beschrieben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßdaten
lediglich die Verkehrsstärke und die Geschwindigkeit der Lkw für die Störungserkennung
ausgewertet werden, sofern der Anteil der Lkw an der Gesamtverkehrsstärke einen bestimmten
Grenzwert übersteigt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die am Sektorende
eines Sektors erfaßten Meßdaten gleichzeitig als Meßdaten am Sektoranfang eines nachfolgenden
Sektors verwendet werden.
1. A procedure for identifying hold-ups in road traffic within a sector to be monitored,
wherein at each measuring cross-section at the sector start and sector end the number
and the speed of the vehicles passing through the measurement cross-sections are continuously
recorded as measured data, whilst finite, continuously numbered measuring intervals
are collected and are cyclically compressed to form mean values of the traffic density
and of the speed and are then evaluated, wherein each measuring cross-section comprises
all the traffic lanes which can be used in one direction of travel, characterised
in that
- a prognosis value for the traffic density at the sector end is calculated cyclically
from the mean values of the traffic density and of the speed of the vehicles as determined
at the sector start, from the length of the sector, from an assumption for the time-dependent
distribution of the vehicles over the measuring interval and from an assumption for
the progression of the speed the vehicles whilst travelling through the sector, wherein
a) a time of passage is determined from the length of the sector and from the assumption
for the progression of the speed of the vehicles whilst travelling through the sector,
b) from this time of passage the numbers of those measuring intervals are determined
in which the vehicles which are recorded in the measuring interval in question at
the sector start pass through the measuring cross-section at the sector end,
c) proportioning factors for apportioning the mean value of the traffic density to
the measuring intervals determined as in b) are determined taking into consideration
the assumption for the time-dependent distribution of vehicles, and
d) the prognosis value for the relevant measuring interval of the traffic density
is calculated by summation of the products of the proportioning factors and the associated
traffic densities, wherein the summation is effected over all the preceding measuring
intervals and the current measuring interval;
- that a comparison is made cyclically between the prognosis value of the traffic
density and the mean value of the traffic density at the sector end as determined
from the measured data recorded at the measuring cross-section at the sector end,
and the differential traffic density in question is determined,
- that a summation which covers the cycles is effected of the values of the differential
traffic density and the number of vehicles which additionally remain in the sector
to be monitored is continuously determined, and
- that if a limiting value for the number of vehicles which additionally remain in
the sector is exceeded a hold-up message is released.
2. A procedure according to claim 1, characterised in that the calculation of the prognosis
value of the traffic density is performed separately for each traffic lane of a direction
of travel and a cyclic comparison is made between the sum of the prognosis values
of all the traffic lanes of a direction of travel and the value of the traffic density
as determined at the measuring cross-section at the sector end.
3. A procedure according to claims 1 or 2, characterised in that fuzzy logic is employed
for the release of the hold-up message, in which fuzzy logic at least one input quantity
which describes the traffic situation is used in addition to the number of vehicles
which additionally remain in the sector.
4. A procedure according to claim 3, characterised in that describable uncertainties
due to faulty determinations on a measuring cross-section are taken into consideration
in the fuzzy logic.
5. A procedure according to claims 3 or 4, characterised in that an output quantity which
gives the type of hold-up is supplied by the fuzzy logic.
6. A procedure according to any one of claims 1 to 5, characterised in that the progression
of the speed of the vehicles whilst travelling through the sector is described with
the aid of fuzzy logic.
7. A procedure according to any one of claims 1 to 6, characterised in that it is merely
the traffic density and the speed of heavy goods vehicles which are evaluated as measured
data for the identification of a hold-up, provided that the proportion of heavy goods
vehicles in relation to the total traffic density exceeds a defined limiting value.
8. A procedure according to any one of claims 1 to 7, characterised in that the measured
data recorded at the sector end of a sector are used simultaneously as the measured
data at the sector start of a following sector.
1. Procédé de détection de perturbations du trafic routier sur un tronçon à surveiller,
dans lequel, à chaque section transversale de mesure au début et à la fin du tronçon,
le nombre et la vitesse des véhicules passant dans les sections transversales de mesure
sont relevés en continu, sont collectés pendant des intervalles de mesure finis numérotés
en continu et sont concentrés de façon cyclique en valeurs moyennes de l'intensité
du trafic et de la vitesse, puis exploités, chaque section transversale de mesure
prenant en compte toutes les voies de circulation praticables de même sens, caractérisé
en ce que
- une valeur prévisionnelle de l'intensité du trafic à la fin du tronçon est calculée
de façon cyclique à partir des valeurs moyennes de l'intensité du trafic et de la
vitesse des véhicules déterminées au début du tronçon, de la longueur du tronçon,
d'une hypothèse de répartition des véhicules dans le temps durant l'intervalle de
mesure et d'une hypothèse de l'évolution de la vitesse des véhicules parcourant le
tronçon,
a) un temps de parcours étant déterminé à partir de la longueur du tronçon et de l'hypothèse
de l'évolution de la vitesse des véhicules parcourant le tronçon,
b) les numéros des intervalles de mesure, au cours desquels les véhicules relevés
au début du tronçon pendant l'intervalle de mesure correspondant passent dans la section
transversale de mesure de la fin du tronçon, étant déterminés à partir de ce temps
de parcours,
c) des facteurs de proportionnalité pour la répartition de la valeur moyenne de l'intensité
du trafic étant déterminés pour les intervalles de mesure obtenus en b), en tenant
compte de l'hypothèse de répartition des véhicules dans le temps,
d) la valeur prévisionnelle de l'intensité du trafic pour l'intervalle de mesure en
question étant calculée par la somme des produits des facteurs de proportionnalité
et des intensités du trafic correspondantes, la somme effectuée portant sur tous les
intervalles de mesure antérieurs et l'intervalle de mesure en cours;
- une comparaison de la valeur prévisionnelle de l'intensité du trafic et de la valeur
moyenne de l'intensité du trafic à la fin du tronçon obtenue à partir des mesures
relevées à la section transversale de mesure de la fin du tronçon est effectuée de
façon cyclique et la différence d'intensité du trafic correspondante est déterminée,
- une somme des valeurs de différence d'intensité du trafic des cycles est effectuée,
puis le nombre des véhicules encore présents sur le tronçon à surveiller est déterminé
en continu, et en ce que
- un message de perturbations est déclenché en cas de dépassement d'un seuil pour
le nombre des véhicules encore présents sur le tronçon.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calcul de la valeur prévisionnelle
de l'intensité du trafic est effectué séparément pour chaque voie de circulation de
même sens et en ce qu'une comparaison cyclique est effectuée entre la somme des valeurs
prévisionnelles de toutes les voies de circulation de même sens et la valeur d'intensité
du trafic déterminée à la section transversale de mesure de la fin du tronçon.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est employé, pour le
déclenchement du message de perturbations, une logique floue, dans laquelle, outre
le nombre des véhicules encore présents sur le tronçon, au moins une grandeur d'entrée
décrivant l'état du trafic routier est utilisée.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les incertitudes dues à des
relevés erronés à une section transversale de mesure et pouvant être décrites peuvent
être prises en compte dans la logique floue.
5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'une grandeur de sortie
indiquant la nature des perturbations est fournie par la logique floue.
6. Procédé selon l'une des revendications de 1 à 5, caractérisé en ce que la l'évolution
de la vitesse des véhicules dans le temps lorsqu'ils parcourent le tronçon est décrite
à l'aide de la logique floue.
7. Procédé selon l'une des revendications de 1 à 6, caractérisé en ce que seules les
données de mesure concernant l'intensité du trafic et la vitesse des poids lourds
sont exploitées pour la détection des perturbations, si la proportion de poids lourds
dépasse un certain seuil de l'intensité totale du trafic routier.
8. Procédé selon l'une des revendications de 1 à 7, caractérisé en ce que les mesures
relevées à la fin d'un tronçon servent également de mesures pour le début du tronçon
suivant.