Fuzzy Logik in der Verkehrsbeeinflussung beauftragt vom Landesamt für Straßenwesen Baden...

Fuzzy Logik in der Fuzzy Logik in der VerkehrsbeeinflussungVerkehrsbeeinflussung

beauftragt vombeauftragt vomLandesamt für Straßenwesen Baden Württemberg Landesamt für Straßenwesen Baden Württemberg

INFORM GmbHINFORM GmbH Fuzzy Technologies DivisionFuzzy Technologies Division

realisert durchrealisert durch

Martin PozybillMartin PozybillBernhard KrauseBernhard Krause

Fuzzy Logik in Komponenten zur

Verkehrsbeeinflussung

Streckenstation

Verkehrserfassung

Signalauswertung an

Induktionsschleifen

Verkehrsrechner

Überwachung von

Meßeinrichtungen

Störungserkennung

Verkehrsflußanalyse

Analyse

Umfelddaten

WetterstationSichtweitenmessung

Fahrbahnsensor Intelligente

Steuerung

100100

Wechselverkehrszeichen

100100

Signalauswertung von Induktionsschleifen

t tv L

Bei der Erfassung ermittelte Größen: Fahrzeuggeschwindigkeit und FahrzeugtypFahrzeuggeschwindigkeit: vFahrzeug = Sensorabstand / tv

Fahrzeuglänge: LFahrzeug = vFahrzeug / tL

zur Klassifizierung nach Fahrzeugtypen


Problemfeld: Dicht auffahrende PKW werden als LKW erkannt

Lösung: Zusätzliche Klassifizierung nach Geschwindigkeit L = 6 m und v = 120 km/h : PKW L =14 m und v = 120 km/h : LKW L = 8 m und v = 100 km/h : LKW L = 8 m und v = 140 km/h : 2 PKW

Umsetzung: Grenzfälle problematischL = 8 m und v = 120 km/h : 2 PKW

L = 8 m und v = 119 km/h : LKW

Überlagerung von Größen unübersichtlich

Fuzzy LogikSystemgrößen als

Linguistische VariableBeispiel Kfz-Länge:

“typischer PKW”;“LKW Zug”; “zwei PKW”;“LKW ohne Anhänger”


Beispiel Kfz-Geschwindigkeit: “schnell”;“mittel”; “langsam”

Zusammenhänge als Fuzzy Erfahrungsregel“Die Messung Lkw ohne Anhänger ist bei 80 km/h plausibel”“Bei Fahrzeugen um die 10 Meter gilt, daß je höher die Geschwindigkeit, desto eher werden zwei PKW angenommen”

Streckentopologie undBereitstellung Basisdaten

100100

Verkehrsrechner inStreckenstationVerkehrserfassung

Wechselverkehrszeichen

Wetterstation

der Unterzentrale

Nur ungeglättete Daten verarbeitet

Verkehr: qPkw, qLkw, vPkw, vLkw (pro Zeiteinheit und Fahrstreifen)

Topologie: Abstand zwischen benachbarten Meßstellen (Sektor),

Steigungsbereiche, Rastplätze entlang der Strecke

StBA mit Fuzzy

Reduktion der notwendigen Datenmenge

BasisdatenTopologie

Ersatzwerte

Ersatz fehlender Meßwerte durch räumlich-zeitliche Prognose

80 ! 80

q qPkw Lkw

v vPkw Lkw

100100

1 2

3Prognose Am MQ stromauf werden

einfahrende Fahrzeuge

erfaßt, über die gemessene

Geschwindigkeit im Sektor verfolgt,

und so eine Prognose für

die am MQ stromab an-

kommenden Kfz erstellt.

StBA mit Fuzzy

Basisdaten

auf der Hauptfahrbahn und Ausfahrt von stromauf verfügbarer Sensorik

in einer Einfahrt von stromab verfügbarer Sensorik

ohne räumlich-zeitlichen Bezug durch Verwendung historischer Daten

Historie

Ersatzwerte

Topologie

DatenprüfungVerkehrserfassung

1

2

3

Vergleich benachbarter MQ

überwacht Detektionsqualität für alle Sektoren

Vergleich benachbarter

Sektoren lokalisiert

fehlerhafte Sensoren

StBA mit Fuzzy

Basisdatenprüfung

Basisdaten

Historie

Ersatzwerte

Topologie

UmfeldanalyseStrukturierter Systemaufbau

Me

ßre

ihe

n-

übe

rwa

chu

ng Plausibiltät von Umfelddaten

WetterstationSichtweitemeßgerät

Fahrbahnsensorik

Umfeldzustand Fahrbahnfeuchte/ Niederschlag

Niederschlagsart

Fahrbahn/ Gefriertemperatur

Sichtweite

Basisdatenprüfung

StBA mit Fuzzy

Basisdaten

Historie

Ersatzwerte

Topologie

Fahrbahnzustand

Sichtweitenstufe

Basisdatenprüfung

Basisdatenprüfung

Datenprüfung Umfeld Fahrbahnzustand

Biologische Attacke in einem Niederschlagsmeßgerät

Wenn es stark regnet, muß die Fahrbahn anschließend naß werden.

Abgleich mit der Fahrbahnsonde ergibt für Starkregen unplausiblen Zustand.

Starker Regen

StBA mit Fuzzy

Basisdaten

Historie

Ersatzwerte

Topologie

Fahrbahn weiterhin trocken

Umfeldsituation automatisch erkannt

Fehlschaltung verhindert

Geeignete Vorortmaßnahme veranlaßbar

Basisdatenprüfung

Basisdatenprüfung

Datenprüfung Umfeld Sichtzustand

Nebelmeldung eines Sichtweitenmeßgerätes bei Vereisung

durch Rauhreif

Abgleich mit Umfelddaten ergibt für Nebel unplausiblen Zustand, da Nebel schleichend auftritt

StBA mit Fuzzy

Basisdaten

Historie

Ersatzwerte

Topologie

Lufttemperatursturz weit unter Gefrierpunkt Sichtweite stark fallend

Umfeldsituation automatisch erkannt

Fehlschaltung verhindert

Geeignete Vorortmaßnahme veranlaßbar

Basisdatenprüfung

UmfeldanalyseErkennen von Hagel

StBA mit Fuzzy

Basisdatenprüfung

Basisdaten

Historie

Ersatzwerte

Topologie

Ermittlung der Niederschlagsart Hagel

aus dem Abgleich verschiedener Umfeldsensoren

Lufttemperatur über 20°C

Starke Windböen

Sehr starker Niederschlag

Sichtweite reduziert

Fahrbahntemperatur zunächst höher als Lufttemperatur

Fahrbahn naß

Fahrbahntemperatur fällt dann schnell auf deutlich unter 15 °C

Niederschlagsart automatisch erkannt

Geeignete Schaltanweisung wird erzeugt

Umfeld

FBZ Sicht

VerkehrsanalyseStörungserkennung

StBA mit Fuzzy

Umfeld

FBZ Sicht

Basisdatenprüfung

Basisdaten

Historie

Ersatzwerte

Topologie

Annahme: Ohne Grund reduziert kein Fahrer sein Tempo.

Der an einer Meßstelle gezählte Verkehr muß nach der Durchfahrzeit an der nächsten Meßstelle ankommen. Ansonsten gibt es dafür eine Ursache.

Man kann eine Störung (z.B. Unfall) dadurch erkennen, daß die an

einer Meßstelle erwarteten Fahrzeuge dort nicht erscheinen.

Der dargestellte Unfall wird somit stromabwärts erkannt.

Anwendbar auch bei sehr langen Sektroren (>4 km MQ-Abstand).

Stau

Verkehr

0

1

2

3

4

5

6

19:1019:20

19:3019:40

19:5020:00

20:10

0

20

40

60

80

100

120

140

VerkehrsanalyseSchwerer Unfall auf der B27

StBA mit Fuzzy

Umfeld

FBZ Sicht

Basisdatenprüfung

Basisdaten

Historie

Ersatzwerte

Topologie

Unfall-

beschreibung

Unfallzeit:nach Polizeibericht 17.2.96 gegen 19:40

Unfallort:im Bereich der StBA zwischen MQ6S und MQ7S

Ursache: Falschfahrer

Sektorlänge: 621 m

Sehr schwacher Verkehr

Stau

Verkehr

Verkehrsstärke an MQ7S [Kfz/Minute]

0

1

2

3

4

5

6

19:1019:20

19:3019:40

19:5020:00

20:10

0

20

40

60

80

100

120

140


StBA mit Fuzzy

Umfeld

FBZ Sicht

Basisdatenprüfung

Basisdaten

Historie

Ersatzwerte

Topologie

Stau

Verkehr

Verkehrsstärke am MQ7S [Kfz/Minute]

Geschwindigkeit am MQ6S [km/h]

Unfall-

beschreibung

Unfallzeit:nach Polizeibericht 17.2.96 gegen 19:40

Unfallort:im Bereich der StBA zwischen MQ6S und MQ7S


Sektorlänge: 621 m


0

1

2

3

4

5

6

19:1019:20

19:3019:40

19:5020:00

20:10

0

20

40

60

80

100

120

140


StBA mit Fuzzy

Umfeld

FBZ Sicht

Basisdatenprüfung

Basisdaten

Historie

Ersatzwerte

Topologie

Stau

Verkehr



Verkehrsdichte im Sektor [Kfz/km]

Unfall-

beschreibung

Unfallzeit:nach Polizeibericht 17.2.96 gg. 19:40

Unfallort:im Bereich der StBA

zwischen MQ6S und MQ7S


Sektorlänge: 621 m


0

1

2

3

4

5

6

19:1019:20

19:3019:40

19:5020:00

20:10

0

20

40

60

80

100

120

140


StBA mit Fuzzy

Umfeld

FBZ Sicht

Basisdatenprüfung

Basisdaten

Historie

Ersatzwerte

Topologie

Störungs-erkennung

Erkennung: Konventionell

nach 18 Minuten

Stau

Verkehr


Verkehrszustand konventionell

0

1

2

3

4

5

6

19:1019:20

19:3019:40

19:5020:00

20:10

0

20

40

60

80

100

120

140


StBA mit Fuzzy

Umfeld

FBZ Sicht

Basisdatenprüfung

Basisdaten

Historie

Ersatzwerte

Topologie

Störungs-erkennung

Erkennung: Fuzzy nach 3 Minuten

Stau

Verkehr


Verkehrszustand Fuzzy Steuerung

0

1

2

3

4

5

6

19:1019:20

19:3019:40

19:5020:00

20:10

0

20

40

60

80

100

120

140


StBA mit Fuzzy

Umfeld

FBZ Sicht

Basisdatenprüfung

Basisdaten

Historie

Ersatzwerte

Topologie





Unfallbeschreibung

Unfall am 17.2.96 nach Polizeibericht gegen 19:40ausgelöst durch Falschfahrer

Unfallort im Bereich der StBA zwischen MQ6S und MQ7S

Sektorlänge: 621 m


Erkennungszeit Fuzzy: nach 3 Minuten

Konventionell:nach 18 Minuten

Zuverlässigere und schnellere

Störungserkennung

Stau

Verkehr

0

1

2

3

4

5

6

19:1019:20

19:3019:40

19:5020:00

20:10

0

20

40

60

80

100

120

140


StBA mit Fuzzy

Umfeld

FBZ Sicht

Basisdatenprüfung

Basisdaten

Historie

Ersatzwerte

Topologie

Größere Sektorlänge

Unfall am 17.2.96 nach Polizeibericht gegen 19:40ausgelöst durch Falschfahrer

Unfallort: Auswertung zwischen MQ5S und MQ7S

Sektorlänge: 1640 m


Erkennungszeit Fuzzy: nach 3 Minuten

Konventionell:keine Erkennung

Stau

Verkehr





VerkehrsanalyseVerkehrszustand

StBA mit Fuzzy

Stau

Verkehr Umfeld

FBZ Sicht

Basisdatenprüfung

Basisdaten

Historie

Ersatzwerte

Topologie

Annahme: Meistens liegt ein ungestörter Verkehrsfluß vor.

In diesen Fällen ist man in der Lage, von den lokalen Beobachtungen auf den Zustand zwischen zwei Meßstellen zu schließen.

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+

Bei ungestörten Verkehrsfluß kann die Anzahl der Fahrzeuge zwischen den Meßstellen geschätzt werden.

Die zusätzliche Berücksichtigung von stromauf ein- bzw. stromab ausfahrender Kfz ergibt einen guten Schätzwert für die Verkehrsdichte.

VKZ

Zuweisung Verkehrszustand anAnzeigequerschnitt

11

44

2233

StBA mit Fuzzy

Stau

Verkehr Umfeld

FBZ SichtVKZ

Basisdatenprüfung

Basisdaten

Historie

Ersatzwerte

Topologie

14:00

14:00

14:00

14:01

14:02

14:01

Zuweisung an AQ

StBA mit FuzzyStBA mit Fuzzy

Stau

Verkehr Umfeld

FBZ SichtVKZ

Zuweisung an AQ

Erzeugen der Schaltanweisung für jeden Anzeigequerschnitt

Zur Erzeugung der Schaltanweisung stellt Fuzzy Logik Verkehrszustand, Sichtzustand und Fahrbahnzustand bereit.

Geschwindigkeitstrichter (Vorwarnung) und individuelle Betreibereingriffe

werden aus den bestehenden Systemen verwendet.

Einsatz von innovativer SteuerungEinsatz von innovativer Steuerung liefert wesentlich transparentes liefert wesentlich transparentes SystemSystem und somit geringeren Betreiberaufwand und somit geringeren Betreiberaufwand

Leicht nachrüstbar, weil reine SoftwarelösungLeicht nachrüstbar, weil reine Softwarelösung

Erstellt auf Initiative der Betreiber (Verwaltung)Erstellt auf Initiative der Betreiber (Verwaltung)

Anzeige je AQ

Basisdatenprüfung

Basisdaten

Historie

Ersatzwerte

Topologie

Schaltanweisung

Steuerung einer StBA mit Fuzzy LogikSteuerung einer StBA mit Fuzzy Logik(Streckenbeeinflussungsanlage)(Streckenbeeinflussungsanlage)

Landesamt für Straßenwesen Baden-WürttembergLandesamt für Straßenwesen Baden-Württemberg

Störungs-erkennung

Verkehrsanalyse Umfeldanalyse

Fahrbahn-zustand

Sicht-zustand

Verkehrs-zustand

Dynamische Zuweisung zu den Anzeigequerschnitten

Streckentopologie

Erzeugen der Schaltanweisung je Anzeigenquerschnitt

Basisdatenprüfung, Fehlerdiagnose und Korrektur

Bereitstellung Basisdaten (Verkehr und Umfeld)

Historie Ersatzwertbildung (Verkehr und Umfeld)

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