DE19935770A1 - Rückgekoppelte Zustandskaskade - Google Patents

Abstract

Eine qualitiativ hochwertige Erzeugung von Verkehrsinformationen aus zeitlich und/oder örtlich lückenhaft vorliegenden Meßdaten wird ermöglicht durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vervollständigung und/oder Verifizierung von den Zustand eines Verkehrsnetzes betreffenden Daten in einer Verkehrszentrale, DOLLAR A wobei zu mehreren Meßorten im Verkehrsnetz mehrere Zeitpunkte innerhalb eines sich ab dem jetzigen Zeitpunkt zeitlich rückwärts erstreckenden Zeitraumes betreffende Meßdaten zum Zustand des Verkehrsnetzes an den Meßorten vorliegen, DOLLAR A wobei aus dem zeitlichen Werte-Verfahren mehrerer zu vergangenen Zeitpunkten erfaßter Meßdaten zu einem Meßort auf den aktuellen Zustand des Verkehrsnetzes repräsentierende Ortszustandsdaten zumindest an Orten geschlossen wird, für welche Orte keine Meßdaten vorliegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vervollständigung und/oder Verifizierung von den Zustand eines Verkehrsnetzes betreffenden Daten in einer Verkehrszentrale.

Verkehrsinformationssysteme erzeugen aktuelle Verkehrsinformationen, wie Verkehrsmeldungen oder Reisezeitschätzungen und Navigationsinformationen, basierend auf zeitlich und/oder räumlich hinsichtlich des Verkehrsnetzes unvollständigen (also lückenhaften) Meßdaten aus stationär entlang Straßen des Verkehrsnetzes angeordneten stationären Sensoren und/oder in im Verkehrsnetz beweglichen Fahrzeugen angeordneten Sensoren (FCD) und/oder anderen Meßdatenquellen.

Räumliche Lücken in den Meßdaten sind dadurch bedingt, daß stationäre Sensoren und/oder in im Verkehrsnetz beweglichen Fahrzeugen angeordnete Sensoren stets räumlich beabstandet sind, so daß zwischen ihnen Meßdaten-Lücken auftreten.

Überdies enthalten die Meßdaten auch zeitliche Lücken, da Sensoren in der Regel nur in bestimmten Zeitinvervallen senden, zwischen welchen keine aktuellen Meßdaten vorliegen. Allerdings werden in in Zeitintervallen etc. übermittelten Datenpaketen in der Regel Meßwerte übermittelt, welche neben dem nahezu aktuellen Zeitpunkt auch mehrere vergangene Zeitpunkte und/oder (bei in Fahrzeugen angeordneten Sensoren) verschiedene Orte betreffen.

Aus der WO 98/27525 ist ein Verfahren zur Vervollständigung von räumlichen Lücken in den Meßdaten durch mehrfache Rückkopplung von zu vergangenen Zeitpunkten erstellten Prognosen und anderen Daten bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens bzw. einer Vorrichtung zur Vervollständigung und/oder Verifizierung von zeitlich und räumlich lückenhaften, sich auf mehrere Orte und mehrere Zeitpunkte beziehenden, den Zustand eines Verkehrsnetzes betreffenden Meßdaten. Die Aufgabe wird jeweils durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine räumliche und zeitliche Vervollständigung von den Zustand eines Verkehrsnetzes betreffenden Daten in einer Verkehrszentrale. Dabei können Meßdaten verwendet werden, die zeitlich asynchron erfaßt werden. Es können zeitlich und räumlich im Rahmen der erforderlichen Genauigkeit lückenlose vervollständigte Meßdaten ( = Ortszustandsdaten) generiert werden, wobei dies so erfolgen kann, daß sie in gleichen zeitlichen Intervallen ( = synchron) vorliegen.

Erfindungsgemäß kann eine intelligente Vorverarbeitung vor der Erstellung von Verkehrsprognosen, Verkehrsinformationen, Navigationsinformationen etc. erfolgen, welche im Prinzip aus räumlich und/oder zeitlich lückenhaften Meßdaten eine räumlich und zeitlich lückenlose Verkehrsdaten-Quelle simuliert (also virtuell erzeugt). Das Ergebnis dieser Vorverarbeitung sind auf Straßenabschnitte (auch als Richtungsmeßquerschnitte RMQ bezeichnet) bezogene zeitlich künstlich synchronisierte Verkehrsdaten. Diese weisen zweckmäßig ein einheitliches Format dergestalt auf, daß sie in gleichen zyklischen Intervallen und/oder gleichen Einheiten vorliegen; die Intervalle können beispielsweise eine Minute betragen. Bei der Erstellung der räumlich/zeitlich lückenlosen Verkehrsdatenbasis können durch Fehlerschätzung bei der Berechnung für die einzelnen Werte Qualitätsangaben mitgeneriert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles. Dabei zeigt:

Fig. 1 als Blockschaltbild Komponenten einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 im Verlaufe der Zeit von einem Sensor gemessene Meßdaten, aus einer historischen Datenbank entnommene Meßdaten und eine Fehlerabschätzung,

Fig. 3 als Tabelle grundsätzlich zur Vervollständigung von bestimmten Meßdatenlücken etc. geeignete Ersatzdatenquellen.

Fig. 1 verdeutlicht den Datenfluß anhand eines Blockschaltbildes einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die verwendeten Meßdaten umfassen von in im Verkehrsnetz beweglichen Fahrzeugen angeordneten Sensoren erfaßte Daten 1 (FCD), von stationären Sensoren im Straßenverkehrsnetz erfaßte Daten 2 (SES) sowie von einer anderen Verkehrsinformationszentrale 3 (VIZ) kommende Daten (beispielsweise basierend auf Landesmeldestellen-Meldungen, Polizeifunk etc.).

Die am Ende ausgegebenen Daten 4 repräsentieren räumlich und zeitlich mit zur Weiterverarbeitung ausreichender Genauigkeit lückenlos (aus den Daten 1 bis 3) vervollständigte Ortszustandsdaten 4. Die Ortszustandsdaten 4 (Geschwindigkeiten, Verkehrsdichte, Staus etc.) sind räumlich dergestalt lückenlos, daß beispielsweise für eine digitale Karte des Straßenverkehrsnetzes mit räumlichen Unterabschnitten für jeden räumlichen Unterabschnitt ein Meßdatum für einen relevanten Zeitpunkt vorliegt, was eine einfachere und bessere Weiterverarbeitung ermöglicht. Zeitlich lückenlos können sie beispielsweise insofern sein, daß für eine ausreichende Zahl von vor dem aktuellen Zeitpunkt liegenden, kurz zurückliegenden Zeitpunkten vervollständigte Meßdaten (Ortszustandsdaten) vorliegen.

Die Vervollständigung erfolgt im wesentlichen in einer Multidatenlogik MDL 5, in welcher im wesentlichen das erfindungsgemäße Verfahren abläuft. In den Teilmodulen M1 bis M3 6 bis 8 laufen verkehrstechnische Analyseverfahren ab, in welchen unterschiedliche Verkehrsflußmodelle basierend auf den in der MDL 5 vervollständigten Ortszustandsdaten verwendet und optimiert weden. Die Multimodell- Logik MML 9 verknüpft die Ergebnisse der auf unterschiedlichen Analyseverfahren beruhenden Module M1 bis M3, insbesondere in Form einer Zuverlässigkeits- /Glaubwürdigkeits-Analyse und -Auswahl.

Die Simulationskomponente SIM 10 berechnet aufgrund der von der Multimodell-Logik 9 erzeugten Daten eine Prognose für die Zukunft, wobei diese Zukunft eine auf die Daten bezogene Zukunft sein kann; für zu einem vergangenen Zeitpunkt erfaßte (und in MDL vervollständigte) Meßdaten ist die Zukunft gegenüber deren Erfassungszeitpunkt zu sehen, kann also auch die jetzige Gegenwart oder einen zwischen der Erfassung und der jetzigen Gegenwart liegenden Zeitpunkt betreffen (sie kann jedoch auch einen gegenüber der jetzigen Gegenwart künftigen Zeitpunkt betreffen). Bei einer Zukunftsprognose, ausgehend von zu einem vergangenen Zeitpunkt erfaßten Maßdaten für eine gegenüber deren Erfassungszeitpunkt liegende Zukunft, welche vor der aktuellen Gegenwart liegt, ist eine optimierte Ausnutzung gemessener Meßdaten durch eine genauere Ablaufanalyse von Vorgängen (Staubildung etc.) im Straßenverkehrsnetz möglich. Die Komponente HPR 11 generiert aus den von der MML 9 erzeugten aktuellen Daten Ganglinien (also zeitliche Verläufe der Meßdaten) und versucht, den Zusammenhang zwischen Verkehrszuständen und bestimmten Selektionsmerkmalen zu lernen. Die Ergebnisse der Simulationskomponente 10 werden über eine Rückkopplungseinheit RER in die Multidatenlogik rückgekoppelt zur Optimierung der (neben 1 bis 3) in die MDL einfließenden Meßdaten-Basis.

Die von der Komponente HPR generierten Ganglinien und Zusammenhänge zwischen Verkehrszuständen und Selektionsmerkmalen werden (über ein hier nicht dargestelltes Modul ZYR) ebenfalls als Eingang in die Multidatenlogik 5 eingekoppelt.

Basierend auf den Augsangsdaten der SIM 10, der MML 9 und der HPR 11 werden in einer Datenfusionseinheit 14 Daten erstellt, welche aktuelle und/oder prognostizierte Verkehrszustände von Abschnitten des Straßenverkehrsnetzes repräsentieren.

Eine Grundidee der MDL 5 besteht darin, aus räumlich und/oder zeitlich unvollständig eingehenden Meßdaten 1 bis 3 (von Sensoren etc.) durch Vervollständigung eine räumlich und zeitlich lückenlose und zeitlich synchrone Meßdatenquelle zu simulieren, um eine einfache hochwertige Weiterverarbeitung (für Verkehrsmeldungen, Prognosen, Navigationshinweise etc.) zu ermöglichen.

Fig. 2 verdeutlicht die Problematik bei eingehenden Meßdaten aufgrund einer Meßdatenhistorie. In Fig. 2 zeigt die nach rechts weisende Achse die Zeit und die nach oben weisende Achse die Geschwindigkeit. Die durchgezogene Linienfolge zeigt zu verschiedenen Zeitpunkten mit einem stationären Sensor (SES) an einer Position im Straßenverkehrsnetz erfaßte Fahrzeugdurchschnittsgeschwindigkeiten (beispielsweise alle Fahrzeuge in einer Minute). Die vom Sensor erfaßten Meßdaten betreffen mehrere bezüglich des jetzigen Zeitpunktes vergangene, hintereinanderliegende und kurz zurückliegende Zeitpunkte; diese Meßdaten werden derart eingebunden, daß ihr zeitlicher Verlauf einer Analyse unterworfen wird und zur Vervollständigung anderer Meßdaten verwendet wird.

Anschaulich erklärt sich dies beispielsweise anhand eines Fahrzeuges, welches zu einem Zeitpunkt einen Sensor an einem Ort passiert und nach einer gewissen Zeit an einem anderen Ort hinter dem Sensor eine bestimmte (gleiche oder bei Staus etc. andere bestimmbare) Geschwindigkeit hat. Aus verschiedenen Geschwindigkeiten von Fahrzeugen zu mehreren Zeitpunkten am Ort des Sensors kann somit auf vermutete (als Meßwert nicht vorliegende) Geschwindigkeiten der Fahrzeuge an Orten hinter dem Sensor wie auch (bei sich ausbreitenden Staus vor dem Sensor) geschlossen werden.

Neben Daten von stationären Sensoren kann dies auch mit von im Verkehr mitschwimmenden Fahrzeugen implementierten Meßsensoren generierten Meßdaten erfolgen; diese Meßdaten sind ebenfalls unvollständig, da sie nur unter bestimmten Bedingungen und/oder in bestimmten Zeitintervallen übermittelt werden; auch diese Meßdaten aus Fahrzeugen werden in der Regel als Paket übermittelt, wobei in einem Paket mehrere Durchschnittsgeschwindigkeiten (des Fahrzeuges) an verschiedenen Orten (entlang einer vom Fahrzeug befahrenen Straße) zu verschiedenen Zeitpunkten (den Meßzeitpunkten) auf dem Weg entlang der Straße enthalten sind.

Fig. 3 verdeutlicht beispielhaft als Tabelle, daß unterschiedlich bedingte Lücken in eingehenden unterschiedlichen generierten Meßdaten mit unterschiedlichen Ersatzdatenquellen vervollständigt werden können. Meßdatenlücken in von stationären Detektoren im Verkehrsnetz erzeugten Meßdaten (SES) können mit Ersatzdatenquellen aus historischen Datenbanken (HPR in Fig. 1) und Verkehrsanalysesystem (VAS in Fig. 1) vervollständigt werden, wobei auch die Meßdatenqualität durch eine Fehlerschätzung (LOS-Schätzung) möglich ist. Datenausfälle in von einer anderen Verkehrsinformationszentrale (welche auf Landesmeldestellen, Polizeimeldungen etc. Zugriff hat) kommenden Daten und Daten von einem Sensorerfassungssystem können beispielsweise auch aus einer historischen Datenbank HPR vervollständigt werden.

Wenn bei einem Sensor Erfassungssysteme nur bestimmte Spuren ( = Fahrbahnen) zu einer Straße überwacht werden, können nicht überwachte Spuren durch einen Spurschätzer, welcher aufgrund von Erfahrungswerten aus überwachten Spuren auf nicht überwachte Spuren schließen kann, vervollständigt werden.

Nicht überwachte Knoten eines Verkehrsnetzes, wie Ein- und Ausfahrten können zwischen verschiedenen Meßstellen eines Sensorerfassungssystems unbekannte Werte für Durchschnittsgeschwindigkeiten und/oder Fahrzeugzahlen bedingen, wobei diese unbekannten Faktoren - soweit verfügbar -ebenfalls durch historische Datenbanken relativ genau vervollständigbar sind.

Ein LOS-Schätzer (beispielsweise gemäß Fig. 3), ist als Ersatzdatenquelle verwendbar. Wenn das Meldeverhalten von stationären Detektoren (SES) im Straßenverkehrsnetz vorsieht, daß sich ein Detektor stets dann meldet, wenn ein Wechsel zwischen definierten Geschwindigkeitsbereichen in den von ihm gemessenen Meßdaten sicher stattgefunden hat (lokales Übertragungskriterium) und dies dem LOS-Schätzverfahren bekannt ist, kann bei jeder Übermittlung eines Datentelegramms (Prognose-Zeitpunkt) von einem Detektor anhand des übermittelten LOS betreffend die Straße eine Prognose für die mittlere Geschwindigkeit getroffen werden. Die Prognosegüte ist durch die halbe Breite des LOS garantiert, wenn der Prognosewert mit dem Mittelwert des LOS gleichgesetzt wird. Als LOS (Level of Service) wird dabei die Qualität einer Straße in Form der auf ihr fahrbaren Geschwindigkeit bezeichnet. Eine mögliche Einteilung ist von LOS 1 (schlecht, 0 bis 30 km/h), LOS 2 (mittel, 30 bis 60 km/h), LOS 3 (gut, 60 bis 90 km/h), LOS 4 (sehr gut, < 90 km/h).

Die Prognosegüte einer Prognose ist durch die halbe Breite des Geschwindigkeits­ bereichs eines LOS garantiert (beispielsweise 0 bis 30 km/h); wenn der Prognosewert mit dem Mittelwert (in dem Falle beispielsweise 15 km/h) des LOS gleichgesetzt wird, da bei stärkeren Abweichungen ein erneutes Datentelegramm des Detektors übersandt würde.

Das LOS-Schätzverfahren kann auch dazu benutzt werden, eine aktuell im System für einen Richtungsmeßquerschnitt (bei stationären Detektoren beispielsweise ein Meßort in Form einer Brücke) vorliegende (den Zeitverlauf repräsentierende) Ganglinie in den aktuellen LOS-Berech zu verschieben, falls eine Abweichung des letzten aktuellen Meßwertes von einer für den Meßquerschnitt aktuell gültigen Ganglinie existiert. Zum Unterschied des letzten aktuellen Meßwertes der Geschwindigkeit der SES-Daten kann die Differenz zu dem Ganglinienwert des entsprechenden Intervalls gebildet werden und der Ganglinienwert für die Geschwindigkeit um diese Differenz verschoben werden.

Falls sich die Geschwindigkeitsganglinie eines Straßenverkehrsabschnittes über der oberen Grenze eines LOS-Bereichs befindet, müssen die Geschwindigkeiten der Ganglinie abgesenkt werden, wenn sich die Geschwindigkeitsganglinie unter der unteren Grenze des LOS-Bereichs befindet, müssen sie angehoben werden.

Die zeitliche Abfolge, in der die Meß- und Ersatzdaten bereitgestellt werden, verdeutlicht sich anhand Fig. 2.

Zum Zeitpunkt t1 (bei Tagesbeginn) wird von dem Ganglinien-Managementsystem HPR die erste Ganglinie für den Detektor (von welchem das dargestellte SES- Diagramm kommt) übermittelt. Wenn dies nicht der Fall ist, kann zur Datenvervollständigung die Ganglinie des Vortages verwendet werden, falls sie persistent im HPR gespeichert ist.

Zum Zeitpunkt t2 übermittelt dieser Detektor mehrere vergangene Zeitpunkte betreffende Meßdaten (also eine Meßdatenhistorie) aufgrund eines LOS-Wechsels (Durchschnittsgeschwindigkeitsänderung auf einem Straßenabschnitt wie oben angegeben), und der LOS-Schätzer übermittelt auf der Basis dieser Daten eine Prognose für künftige Zeitpunkte.

Zum Zeitpunkt t3 übermittelt der Detektor aufgrund eines erneuten LOS-Wechsels des von ihm beobachteten Straßenabschnittes einen weiteren Satz Meßdaten (weitere Meßdatenhistorie), und der LOS-Schätzer erstellt hierauf basierend eine neue Prognose.

Zum Zeitpunkt t4 aktualisiert das Ganglinien-Managementsystem HPR die zu Tagesbeginn (t1) gelieferte Ganglinie. Die neue Ganglinie beschreibt das Verkehrsgeschehen wirklich besser als die alte Ganglinie, da dem Teilsystem HPR zur Selektion der Ganglinie mehr Informationen vorliegen.

So können Lücken in den Meßdaten durch einen Rückgriff aus Ersatzdaten aus der historischen Datenquelle HPR beseitigt werden.

Bei sich widersprechenden Daten aus unterschiedlichen Quellen (beispielsweise aktualisierten Ganglinien/alten Ganglinien, LOS-Schätzungenlaktuellen Ganglinien, Meßdatenhistorien/aktuellen Sensormeßdaten) ist ein Auswahlprozeß aufgrund der Meßdatenqualität ausführbar. Dabei kann die Datenquelle ausgewählt werden, für welche die meisten Meßdaten vorliegen, bzw. bei Fehlen von Meßdaten die Ersatzdaten mit der geringsten berechneten Fehlerwahrscheinlichkeit.

Die vervollständigten Daten können beispielsweise auf Zeitintervalle der Länge 1 min. transformiert werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Vervollständigung und/oder Verifizierung von den Zustand eines Verkehrsnetzes betreffenden Daten in einer Verkehrszentrale,
wobei zu mehreren Meßorten im Verkehrsnetz mehrere Zeitpunkte innerhalb eines sich ab dem jetzigen Zeitpunkt zeitlich rückwärts erstreckenden Zeitraumes betreffende Meßdaten zum Zustand des Verkehrsnetzes an den Meßorten vorliegen,
wobei aus dem zeitlichen Werte-Verlauf mehrerer zu vergangenen Zeitpunkten erfaßter Meßdaten zu einem Meßort auf den aktuellen Zustand des Verkehrsnetzes repräsentierende Ortszustandsdaten zumindest an Orten geschlossen wird, für welche Orte keine Meßdaten vorliegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand mehrerer Straßenabschnitte bestimmt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Meßdaten von an Straßen des Verkehrsnetzes stationär angeordneten Sensoren erfaßt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdaten Durchschnittsgeschwindigkeiten mehrerer Fahrzeuge an einer Stelle und/oder die Anzahl von die Stelle passierenden Fahrzeugen pro Zeiteinheit umfassen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Meßdaten von in in Verkehrsnetzen beweglichen Fahrzeugen angeordneten Sensoren (FCD) erfaßte werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdaten Geschwindigkeiten jeweils eines Fahrzeuges umfassen.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zustand des Verkehrsnetzes an Orten ohne Meßdaten repräsentierenden Ortszustandsdaten so generiert werden, daß sie für jeden Ort und für gleiche Zeitintervalle, insbesondere für gleiche Zeitintervalle, wie die Erfassungsintervalle von Sensoren, vorliegen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zustand des Verkehrsnetzes an Orten ohne Meßdaten repräsentierenden Ortszustandsdaten mittlere Fahrzeuggeschwindigkeiten und/oder Reisezeiten in jeweils einem Straßenabschnitt des Verkehrsnetzes repräsentieren.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zustand des Verkehrsnetzes an Orten ohne Meßdaten repräsentierenden Ortszustandsdaten die Zahl der Fahrzeuge in jeweils einem Straßenabschnitt des Verkehrsnetzes repräsentieren.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

11. Vorrichtung, insbesondere nach Anspruch 10, zur Vervollständigung oder Verifizierung von den Zustand eines Verkehrsnetzes betreffenden Meßdaten in einer Verkehrszentrale,
wobei zu mehreren Meßorten im Verkehrsnetz mehrere Zeitpunkte innerhalb eines sich ab dem jetzigen Zeitpunkt zeitlich rückwärts erstreckenden Zeitraumes betreffende Meßdaten betreffend den Zustand des Verkehrsnetzes an den Meßorten vorliegen,
wobei die Vorrichtung eine Meßdaten-Vervollständigungseinrichtung aufweist, die so ausgebildet ist, daß aus dem zeitlichen Werte-Verlauf zu mehreren vergangenen Zeitpunkten erfaßter Meßdaten zu einem Meßort auf den aktuellen Zustand des Verkehrsnetzes an Orten geschlossen wird, für welche Orte keine Meßdaten vorliegen.