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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
Signalauswertung von Induktionsschleifen
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”
Signalauswertung von Induktionsschleifen
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”
Signalauswertung von Induktionsschleifen
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
VerkehrsanalyseSchwerer Unfall auf der B27
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
Ursache: Falschfahrer
Sektorlänge: 621 m
Sehr schwacher 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
Stau
Verkehr
Verkehrsstärke am MQ7S [Kfz/Minute]
Geschwindigkeit am MQ6S [km/h]
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
Ursache: Falschfahrer
Sektorlänge: 621 m
Sehr schwacher 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
Störungs-erkennung
Erkennung: Konventionell
nach 18 Minuten
Stau
Verkehr
Geschwindigkeit am MQ6S [km/h]
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
VerkehrsanalyseSchwerer Unfall auf der B27
StBA mit Fuzzy
Umfeld
FBZ Sicht
Basisdatenprüfung
Basisdaten
Historie
Ersatzwerte
Topologie
Störungs-erkennung
Erkennung: Fuzzy nach 3 Minuten
Stau
Verkehr
Verkehrsstärke am MQ7S [Kfz/Minute]
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
VerkehrsanalyseSchwerer Unfall auf der B27
StBA mit Fuzzy
Umfeld
FBZ Sicht
Basisdatenprüfung
Basisdaten
Historie
Ersatzwerte
Topologie
Verkehrsstärke am MQ7S [Kfz/Minute]
Geschwindigkeit am MQ6S [km/h]
Verkehrszustand konventionell
Verkehrszustand Fuzzy Steuerung
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
Sehr schwacher Verkehr
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
VerkehrsanalyseSchwerer Unfall auf der B27
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
Sehr schwacher Verkehr
Erkennungszeit Fuzzy: nach 3 Minuten
Konventionell:keine Erkennung
Stau
Verkehr
Verkehrsstärke am MQ7S [Kfz/Minute]
Geschwindigkeit am MQ5S [km/h]
Verkehrszustand konventionell
Verkehrszustand Fuzzy Steuerung
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)