Kommunikationsdatenbasierte, dezentrale Lichtsignalsteuerung in städtischen Netzen

Priemer, Christian

Die Zunahme der Verkehrsnachfrage im motorisierten Individualverkehr in urbanen Ballungsräumen führt zu vielfältigen Verkehrsproblemen (u.a. verlängerte Reisezeiten, erhöhte Emissionen). Die Qualität des Verkehrs-flusses in städtischen Netzen wird von der Güte der Lichtsignalsteuerungen wesentlich beeinflusst. Eine Mög-lichkeit, den negativen Auswirkungen entgegenzuwirken, besteht in der netzweiten Optimierung. Technische Fortschritte in der drahtlosen Kommunikation und GPS-Lokalisierung ermöglichen in der Zukunft eine standardisierte drahtlose Kommunikation zwischen Fahrzeugen untereinander und mit Infrastrukturelementen. Wesentlicher Vorteil dieser Technologie ist die frühzeitige und kontinuierliche Detektion von Fahrzeugen in den Zu- und Abflüssen von Lichtsignalanlagen. Kontinuierlich übermittelte Positions- und Geschwindigkeitsdaten (V2I-Daten) vom Fahrzeug zu einem Access Point an der Lichtsignalanlage stellen einen deutlichen Informationsgewinn dar. Im Rahmen der Dissertation wurde ein azyklisches, dezentrales Steuerungsverfahren entwickelt, welches das neue Datenpotential an V2I-Daten nutzt, um den Verkehrsfluss in städtischen Netzen zu optimieren. Es erfolgt dabei kein Informationsaustausch zwischen benachbarten Knotenpunkten oder einer zentralen Ebene. Koordinierungs- und Priorisierungsstrategien können nachweislich umgesetzt werden. Die Steuerung jedes Knotenpunkts erfolgt phasenbasiert. Die Anzahl der Phasen und -übergängen ist unbeschränkt. Zu jedem Optimierungsintervall von ?t=5s werden anhand von V2I-Daten die Warteschlangen für jede Phasenkombination für die nächsten 20s prognostiziert. Entsprechend der Zielfunktion wird die Phasenfolge mit der minimalen Gesamtrückstaulänge ausgewählt und umgesetzt. Wesentlichen Einfluss auf die Qualität des Verfahrens hat der Anteil an kommunikationsfähigen Fahrzeugen. Daher wurde eine Methode in das Verfahren integriert, die anhand von wenigen V2I-Daten eine zuverlässige Schätzung der Rückstaulängen sicherstellt.

The control of the increasing traffic volumes in cities worldwide is one of the main challenges of traffic enginee-ring even today and especially in the future. Only intelligent control strategies can reduce the negative impacts of congested urban networks like increasing travel times, increasing number of stops and therefore high pollu-tant emissions. Due to their role as bottlenecks within urban road networks, optimizing the traffic flow at signa-lized intersections is one of the key factors for reducing the mentioned impacts. Technical advances in wireless communication and GPS-location offer new meaningful options for vehicle detection at signalized intersections like the early and continuous detection of approaching vehicles within the communication range. The ongoing development and standardization of the technical framework for sending and receiving information between vehicles and the infrastructure like traffic signals (V2I-communication) are considered. The presented traffic control method takes advantage of the benefits of V2I-communication data. Major aim of the new control method is to react on the current traffic situation and to adjust the green time durations and phase sequence very quickly. Therefore the strategy is designed as decentralized and phase-based like traditional traffic signal control methods but operates without common parameters like cycle times, offsets or other fixed timings. Each discrete time interval of ?t=5s the control algorithm forecasts the future queue length for the next 20s by analyzing the received vehicles position and speed data and determines the optimal green time duration and phase sequence in order to reduce the total queue length at each intersection. The presented strategy is designed for networks and considers real planning constraints like intergreen times for pedestrians. Despite of the decentralized concept, the new approach provides methods for priority strategies and to coordinate neighbouring intersections.

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Priemer, Christian: Kommunikationsdatenbasierte, dezentrale Lichtsignalsteuerung in städtischen Netzen. 2010.

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