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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Steuern eines Verkehrsflusses von Fahrzeugen in einem Straßennetz.
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Mobility Pricing bezeichnet ein Instrument, das Nutzer eines Verkehrssystems verkehrsmittelübergreifend für dessen Nutzung zahlen lässt. Die klassische Bepreisung von Verkehrsmitteln reicht von Preissystemen im öffentlichen Personenverkehr über Abgaben wie z.B. Kfz- und Mineralölsteuern bis hin zu Parkgebühren. Weltweit werden außerdem in zunehmendem Maße Bepreisungssysteme für den motorisierten Individualverkehr (MIV) in Form von Maut-Systemen eingerichtet. Diese spezielle, auf den Verkehrsträger Straße beschränkte Form des Mobility Pricing, wird Road Pricing genannt.
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Eine sogenannte Road-Pricing-Lösung lässt sich wie folgt klassifizieren. Die Bestandteile einer Road-Pricing-Lösung sind die Road-Pricing-Form, Elemente des Tarifsystems sowie das Mauterhebungssystem. Unter den Road-Pricing-Formen wird der allgemeine Raum-/Zeitbezug einer Road-Pricing-Lösung verstanden, Beispiele sind:
- • eine objektbezogene Maut: das Befahren z.B. einer Straße, einer Brücke oder eines Tunnels wird bepreist;
- • eine Kordonmaut: das Einfahren in einen Bereich (z.B. Innenstadt, Congestion Charge in London) wird bepreist;
- • eine Flächenmaut: das Fahren innerhalb eines Gebiets wird bepreist;
- • eine fahrleistungsbezogene Maut: Abrechnung nach gefahrener Strecke (z.B. Lkw-Maut in Deutschland, Péage in Frankreich).
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Eine bestimmte Road-Pricing-Form wird mit einem konkreten Tarifsystem verknüpft. Somit ist festgelegt, worauf sich ein zu zahlender Mautbetrag bezieht und wie hoch dieser ausfällt. Differenzierungen sind beispielsweise nach Zeit, Fahrzeugeigenschaft, Umwelteigenschaften, Fahrzeugbesetzungsgrad möglich. Die notwendige Technik und Organisation der Gebührenerhebung wird unter dem Mauterhebungssystem zusammengefasst. Beispiele sind Techniken zur Erfassung der Nutzer für die Mauterhebung sowie zur Detektion und Sanktionierung nicht-kooperativer Nutzer des Systems.
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Ziel des Road Pricings ist es meist, Verlagerungseffekte zu erzielen und gleichzeitig die Kosten durch externe Effekte des Verkehrs (Stau, Schadstoffemissionen, Lärm etc.) teilweise zu kompensieren. Im Gegensatz zu Privat-Pkw und Lkw gibt es für öffentliche Verkehrsmittel (z.B. Busse, Taxis) meist Sonderregelungen oder Ausnahmen von der Zahlung. Die eintretenden Verlagerungseffekte lassen sich wiederum zwischen den statischen und dynamischen Systemen unterscheiden: Bei statischen Bepreisungssystemen, die sich auf Objekte oder Gebiete beziehen, findet in der Regel eine räumliche Verlagerung des Verkehrs auf Ausweichrouten statt. Dynamische Systeme führen zu einer zeitlichen Verschiebung der Nachfrage, so dass Nachfragespitzen abgeflacht werden. Mauten tragen auch dazu bei, dass Autofahrer auf andere Verkehrsmittel umsteigen.
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Ein wesentlicher Nachteil vorhandener Bepreisungssysteme ist die fehlende Flexibilität. Auf spontane Veränderungen der Nachfrage kann entweder nur sehr langsam oder gar nicht reagiert werden. Daraus folgen Einbußen in der Optimalität des Systemzustands, Staus und lange Wartezeiten sind die Folgen.
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Die
DE 10 2014 100 569 A1 beschreibt ein Navigationsverfahren und ein Navigationssystem zum Ermitteln einer Wegempfehlung für ein mobiles Endgerät zwischen einem Ausgangsort und einem Zielort in einem Straßennetz, das in einem Zentralrechnersystem gespeichert ist, mit den Schritten: Erfassen des Ausgangsortes und Eingeben des Zielortes in dem mobilen Endgerät, Übermitteln des Ausgangsortes und des Zielortes von dem mobilen Endgerät an das Zentralrechnersystem, Erstellen einer Gruppe von Wegvorschlägen in dem Straßennetz zwischen dem Ausgangsort und dem Zielort, die wenigstens einen Wegvorschlag umfasst, wobei jeder Wegvorschlag wenigstens ein Wegsegment aufweist, Zuordnen eines Kostenwertes zu jedem Wegsegment, Ermitteln der Wegempfehlung aus der Gruppe von Wegvorschlägen in Abhängigkeit von den Kostenwerten der Wegsegmente der Wegvorschläge und Übermitteln der Wegempfehlung von dem Zentralrechnersystem an das mobile Endgerät. Um den Verkehr in einem vorgegebenen Straßen- und Wegenetz möglichst gleichmäßig zu verteilen, kann beim Navigationsverfahren und dem System vorgesehen sein, dass der Kostenwert jedes Wegsegments eine Funktion von der Anzahl von mobilen Endgeräten auf dem Wegsegment ist, die Wegempfehlung wenigstens ein Wegsegment und eine Wegsegmentzeitangabe umfasst und für jedes Wegsegment der Wegempfehlung die Anzahl der mobilen Endgeräte in Abhängigkeit von der Wegsegmentzeitangabe um Eins erhöht wird.
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Aus der
DE 199 63 590 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung von Transporteinheiten in einem Verkehrsnetz bekannt, das miteinander verbundene Wegelemente aufweist, die mit einer für jedes Wegelement vorgegebenen maximalen Anzahl von Transporteinheiten belegt werden, wobei die vorgegebene Anzahl während des Ablaufs des Verfahrens variabel ist. Es ist vorgesehen, dass die Zeit in diskrete Zeitintervalle unterteilt wird und jede Transporteinheit zu einem beliebigen Zeitintervall seinen Weg beginnt, jedes Wegelement mit einer Mindestgebühr belegt wird, die von einer Transporteinheit für das Zeitintervall zu entrichten ist, zu dem sie das Wegelement belegt, jeder Transporteinheit ein Budget von Gebühreneinheiten zur Verfügung gestellt wird, und die Transporteinheiten sich eine Wegbenutzung mit Hilfe eines Auktionsmechanismus ersteigern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und ein System zum Steuern eines Verkehrsflusses von Fahrzeugen in einem Straßennetz zu schaffen, bei denen ein Verkehrsfluss verbessert, insbesondere flexibler, gesteuert werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Insbesondere wird ein Verfahren zum Steuern eines Verkehrsflusses von Fahrzeugen in einem Straßennetz zur Verfügung gestellt, wobei das Straßennetz in einem Speicher einer Verkehrssteuereinrichtung repräsentiert wird und wobei Abschnitten des Straßennetzes Fahrzeugschlitze zugeordnet werden, die von jeweils einem Fahrzeug zum Durchfahren der Abschnitte belegt werden können, umfassend die folgenden Schritte:
- - Zuordnen von Durchfahrungskosten zu den Abschnitten innerhalb des Straßennetzes mittels der Verkehrssteuereinrichtung; und
die folgenden Schritte für jedes Fahrzeug: - - Übermitteln mindestens einer Wunschroute durch das Straßennetz und/oder mindestens einer Zielposition im Straßennetz an die Verkehrssteuereinrichtung mittels einer dem Fahrzeug zugeordneten Endnutzereinrichtung über eine Kommunikationsschnittstelle der Endnutzereinrichtung;
- - Berechnen von Gesamtdurchfahrungskosten für die übermittelte mindestens eine Wunschroute und/oder für mindestens eine Route zur mindestens einen Zielposition auf Grundlage der zugeordneten Durchfahrungskosten mittels der Verkehrssteuereinrichtung,
- - Übermitteln der berechneten Gesamtdurchfahrungskosten an die Endnutzereinrichtung über die Kommunikationsschnittstelle,
- - Zuordnen eines freien Fahrzeugschlitzes zu dem Fahrzeug in Abhängigkeit einer an die Verkehrssteuereinrichtung von der Endnutzereinrichtung über die Kommunikationsschnittstelle übermittelten fahrzeugseitigen Routenauswahl,
- - Übermitteln der Zuordnung an die Endnutzereinrichtung über die Kommunikationsschnittstelle.
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Ferner wird ein System zum Steuern eines Verkehrsflusses von Fahrzeugen in einem Straßennetz geschaffen, umfassend eine Verkehrssteuereinrichtung mit einem Speicher und einer Kommunikationsschnittstelle, wobei das Straßennetz in dem Speicher repräsentiert ist und wobei Abschnitten des Straßennetzes Fahrzeugschlitze zugeordnet sind, die von jeweils einem Fahrzeug zum Durchfahren des Abschnittes belegt werden können; mindestens eine jeweils einem Fahrzeug zugeordnete Endnutzereinrichtung mit einer Kommunikationsschnittstelle; wobei die Verkehrssteuereinrichtung derart ausgebildet ist, den Abschnitten innerhalb des Straßennetzes jeweils Durchfahrungskosten zuzuordnen, und wobei die mindestens eine Endnutzereinrichtung derart ausgebildet ist, mindestens eine Wunschroute durch das Straßennetz und/oder mindestens eine Zielposition im Straßennetz über die Kommunikationsschnittstelle an die Verkehrssteuereinrichtung zu übermitteln, und wobei die Verkehrssteuereinrichtung ferner derart ausgebildet ist, Gesamtdurchfahrungskosten für die übermittelte mindestens eine Wunschroute und/oder für mindestens eine Route zur mindestens einen Zielposition auf Grundlage der zugeordneten Durchfahrungskosten zu berechnen, die berechneten Gesamtdurchfahrungskosten an die jeweilige mindestens eine Endnutzereinrichtung über die Kommunikationsschnittstelle zu übermitteln, einen freien Fahrzeugschlitz zu dem jeweiligen Fahrzeug in Abhängigkeit einer jeweils fahrzeugseitig getroffenen und an die Verkehrssteuereinrichtung übermittelten Routenauswahl zuzuordnen, und die Zuordnung an die jeweilige Endnutzereinrichtung über die Kommunikationsschnittstelle zu übermitteln.
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Das Verfahren und das System ermöglichen eine flexible Steuerung des Verkehrsflusses in einem Straßennetz auf Grundlage von Durchfahrungskosten, welche Abschnitten innerhalb des Straßennetzes zugeordnet werden. Das Zuordnen kann sowohl abschnittsweise erfolgen, das heißt die zugeordneten Durchfahrungskosten gelten dann für alle sich im Abschnitt befindenden Fahrzeugschlitze gleichermaßen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Durchfahrungskosten zusätzlich für jeden Fahrzeugschlitz einzeln vorzunehmen. Die Wirkungskette beim Anpassen der jeweiligen Durchfahrungskosten ist hierbei insbesondere die folgende: Eine Änderung der Durchfahrungskosten hat einen Einfluss auf das Verhalten der Fahrzeuge (bzw. einer Entscheiderlogik in den Fahrzeugen, beispielsweise deren Fahrer und/oder Betreiber/Besitzer oder einer Fahrzeugsteuerung bzw. Entscheidereinrichtung, welche auch Teil der Endnutzereinrichtung sein kann), was wiederum zu einer Veränderung des Verkehrsflusses führt. Über die Durchfahrungskosten kann daher eine (indirekte) Steuerung des Verkehrsflusses durch das Straßennetz erfolgen.
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Ein Fahrzeug, dass innerhalb des Straßennetzes eine Wunschroute befahren will oder unabhängig von einer Route eine Zielposition innerhalb des Straßennetzes anfahren will, teilt einer Verkehrssteuereinrichtung die Wunschroute oder die Zielposition mit, indem diese von einer dem Fahrzeug zugeordneten Endnutzereinrichtung an die Verkehrssteuereinrichtung übermittelt wird. Eine Wunschroute umfasst hierbei mindestens einen Abschnitt. Das Übermitteln erfolgt über Kommunikationsschnittstellen der Endnutzereinrichtung und der Verkehrssteuereinrichtung. Es können auch mehrere (alternative) Wunschrouten oder mehrere Zielpositionen übermittelt werden, beispielsweise wenn innerhalb des Straßennetzes mehrere Zielpositionen, beispielsweise touristische Sehenswürdigkeiten etc., besucht werden sollen.
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Für die übermittelte Wunschroute oder die übermittelte Zielposition berechnet die Verkehrssteuereinrichtung auf Grundlage der zugeordneten Durchfahrungskosten der jeweils auf der Wunschroute bzw. einer Route zur Zielposition liegenden Abschnitte die Gesamtdurchfahrungskosten. Dies erfolgt insbesondere durch Summierung der Durchfahrungskosten der einzelnen Abschnitte. Hierbei kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass mehrere alternative Routen zur Zielposition von der Verkehrssteuereinrichtung erstellt werden und für diese alternativen Routen jeweils die Gesamtdurchfahrtskosten von der Verkehrssteuereinrichtung berechnet werden. Die berechneten Gesamtdurchfahrungskosten für die Wunschroute bzw. für die erstellten Routen werden an die Endnutzereinrichtung über die Kommunikationsschnittstellen übermittelt. Es kann ferner vorgesehen sein, dass auch zum Erreichen der Zielposition von der Verkehrssteuereinrichtung erstellte Routen an die Endnutzereinrichtung übermittelt werden.
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Mittels der Endnutzereinrichtung kann anschließend eine Auswahl getroffen werden. Hierbei kann, sofern nur eine einzige Wunschroute bzw. Route betrachtet wird, diese Wunschroute bzw. Route bestätigt werden. Sind mehrere Wunschrouten bzw. Routen vorhanden, so kann eine davon ausgewählt werden. Die Routenauswahl wird an die Verkehrssteuereinrichtung übermittelt. Die Verkehrssteuereinrichtung ordnet dann dem Fahrzeug einen freien Fahrzeugschlitz in Abhängigkeit der Routenauswahl zu. Die Zuordnung wird an die Endnutzereinrichtung über die Kommunikationsschnittstelle übermittelt. Anschließend kann das Fahrzeug sich entlang des Fahrzeugschlitzes durch das Straßennetz bewegen, da dieser Fahrzeugschlitz für das Fahrzeug reserviert ist. Für das Durchfahren des Straßennetzes auf dem Fahrzeugschlitz entlang der Routenauswahl muss das Fahrzeug die Gesamtdurchfahrungskosten bezahlen. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines entsprechenden Abrechnungs- oder Abbuchungssystems.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass alle Fahrzeuge, die das Straßennetz zu durchfahren wünschen, im Wege des beschriebenen Verfahrens über die Verkehrssteuereinrichtung auf Fahrzeugschlitze verteilt werden und hierdurch ein Verkehrsfluss kontrolliert und gesteuert werden kann.
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Das Straßennetz ist insbesondere in Form von Knoten und Kanten in dem Speicher repräsentiert. Fahrzeugschlitze, welche auch als Fahrzeugslot bezeichnet werden können, sind zellenartig ausgebildet, können von einem Fahrzeug belegt werden und bewegen sich in Richtung eines Verkehrsstromes entlang der Kanten von Knoten zu Knoten innerhalb des Straßennetzes.
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Ein Abschnitt bezeichnet insbesondere eine Wegstrecke zwischen zwei Knoten. Auf einen Abschnitt passt eine begrenzte Anzahl von Fahrzeugen, sodass eine Anzahl von Fahrzeugschlitzen in jedem Abschnitt begrenzt ist. Eine Größe eines Fahrzeugschlitzes muss hierbei nicht fest sein, sondern kann auch in Abhängigkeit von Fahrzeugeigenschaften und/oder einem Verkehrszustand und/oder einer Verkehrsinfrastruktur festgelegt sein oder, insbesondere dynamisch, festgelegt werden.
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Ein Fahrzeug soll insbesondere ein automatisiert oder hochautomatisiert fahrendes Fahrzeug sein. Automatisiert bedeutet hierbei, dass das Fahrzeug vollkommen autonom, das heißt ohne einen Fahrer, fahren kann. Hochautomatisiert sind hierbei Fahrzeuge, die zumindest auf bestimmten Straßenabschnitten, wie beispielsweise Autobahnen, automatisiert, das heißt ohne Fahrereingriff, gefahren werden können. Ein Fahrzeug kann prinzipiell jedoch auch nicht automatisiert, das heißt handgesteuert sein. Auch wenn dieser Fall in langfristiger Zukunft vermutlich die Ausnahme sein wird, kann auch ein handgesteuertes Fahrzeug durch das Verfahren bzw. das System koordiniert werden. Hierfür muss das Fahrzeug lediglich mit einer Endnutzereinrichtung ausgestattet sein. Eine Routenauswahl und eine Zuordnung zu einem Fahrzeugschlitz können dann beispielsweise über eine Anzeige- und Bedieneinrichtung der Endnutzereinrichtung erfolgen bzw. ausgegeben werden, sodass ein Fahrer manuell eine Routenauswahl treffen kann und die ausgewählte Route und den anschließend von der Verkehrssteuereinrichtung zugeordneten Fahrzeugschlitz angezeigt bekommt. Der Fahrer fährt das Fahrzeug dann handgesteuert im zugeordneten Fahrzeugschlitz auf der ausgewählten Route durch das Straßennetz.
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Insbesondere bei automatisiert und hochautomatisiert gefahrenen Fahrzeugen können die Vorteile der Erfindung voll ausgeschöpft werden. Mittels des Verfahrens und des Systems können diese Fahrzeuge flexibel und dynamisch durch das Straßennetz geleitet werden. Das Durchleiten erfolgt hierbei auf Grundlage der Höhe der jeweiligen Durchfahrungskosten der einzelnen Abschnitte.
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Die Durchfahrungskosten sind insbesondere in monetärer Form (z.B. Euro, Dollar, Pfund etc.) ausgedrückt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, eine andere Kostengröße zu verwenden.
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Die Endnutzereinrichtung kann beispielweise als Fahrzeugcomputer oder Navigationseinrichtung in dem jeweiligen Fahrzeug ausgebildet sein. Die Endnutzereinrichtung kann hierbei auch direkt in eine Fahrzeugsteuerung eingebunden sein, sodass die Fahrzeugsteuerung mit der Verkehrssteuereinrichtung kommuniziert. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass eine Endnutzereinrichtung als Smartphone oder Tabletcomputer ausgebildet ist.
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Die Kommunikationsschnittstelle der Verkehrssteuereinrichtung und die Kommunikationsschnittstelle der mindestens einen Endnutzereinrichtung sind insbesondere als Mobilfunkschnittstellen bzw. drahtlose Schnittstellen zum Internet ausgebildet.
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Teile des Systems, insbesondere die Verkehrssteuereinrichtung und/oder die Endnutzereinrichtung(en), können jeweils einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Durchfahrungskosten für zumindest einen Abschnitt auf Grundlage eines aktuellen Verkehrszustandes festgelegt werden. Der aktuelle Verkehrszustand wird insbesondere mittels einer Sensorik erfasst. Die Sensorik kann beispielsweise Teil einer Verkehrsinfrastruktur sein und jegliche Art von Sensoren umfassen. Ferner kann der aktuelle Verkehrszustand auch mittels Floating Car Daten ermittelt werden. Fahrzeugdaten, das heißt Positionen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen etc. können beispielsweise über eine entsprechende Schnittstelle von den Fahrzeugen an die Verkehrssteuereinrichtung übermittelt werden. Insbesondere soll auf diese Weise zu jedem Zeitpunkt ein aktueller, das heißt für einen aktuellen Zeitpunkt vorliegender, Verkehrszustand bereitgestellt werden können. Die Durchfahrungskosten für einen betrachteten Abschnitt können beispielsweise erhöht werden, wenn eine Fahrzeugdichte in dem betrachteten Abschnitt oder einem den Abschnitt umfassenden Bereich des Straßennetzes ansteigt. Hierdurch kann ein negativer Anreiz geschaffen werden, der dazu führt, dass der Abschnitt bzw. der Bereich von dem bzw. den Fahrzeugen umfahren wird. Für andere Abschnitte bzw. andere Bereiche, welche gar nicht oder nur gering ausgelastet sind, können die Durchfahrungskosten hingegen gesenkt werden, sodass ein positiver Anreiz geschaffen wird, diese Abschnitte bzw. diese Bereiche zu befahren.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Durchfahrungskosten für zumindest einen Abschnitt in Abhängigkeit einer Belegung der Fahrzeugschlitze oder einer Fahrzeuganzahl auf dem Abschnitt festgelegt werden. Hierdurch kann eine direkte Beziehung zwischen der Fahrzeugschlitzbelegung bzw. der Fahrzeuganzahl und den Durchfahrungskosten geschaffen werden. Beispielsweise können die Durchfahrungskosten des betrachteten Abschnitts stetig mit der Anzahl bzw. einem Anteil der belegten Fahrzeugschlitze in dem Abschnitt ansteigen.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass fahrzeugseitig für zumindest einen Abschnitt Durchfahrungskosten vorgeschlagen werden, wobei eine Zuordnung des jeweiligen Fahrzeugs mittels der Verkehrssteuereinrichtung im Wege einer Auktion erfolgt. Hierbei werden im Falle von Anfragen mehrerer Fahrzeuge die jeweiligen Gebote für die Durchfahrungskosten für einen Abschnitt beispielsweise der Höhe nach in einer Rangfolge sortiert und die Fahrzeuge mit den jeweils höchsten Geboten den vorhandenen Fahrzeugschlitzen des Abschnitts zugeordnet. Auf diese Weise können insbesondere begrenzt vorhandene Fahrzeugschlitze auf beliebten und stark frequentierten Abschnitten den einzelnen Fahrzeugen zugeordnet werden. Hierbei kann insbesondere ein starker Anreiz geschaffen werden, diesen Abschnitt zu meiden und auf andere Abschnitte auszuweichen.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Durchfahrungskosten für zumindest einen Abschnitt in Abhängigkeit mindestens eines Zielkriteriums festgelegt werden. Das Zielkriterium kann beispielsweise Ausdruck einer Verkehrspolitik sein, in der bestimmte Vorgaben eingehalten werden sollen. Hierbei können die Durchfahrungskosten auch abhängig sein von weiteren Parametern, beispielsweise Eigenschaften des betrachteten Fahrzeugs. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass umweltfreundlichen Fahrzeuge über günstigere Durchfahrungskosten begünstigt werden, während weniger umweltfreundliche Fahrzeuge umgekehrt höhere Durchfahrungskosten aufbringen müssen. Das Zielkriterium kann ortsabhängig, zeitabhängig und abhängig von sonstigen Bedingungen, beispielsweise einer Wetterlage (z.B. Smog, Nebel, Schnee/Glätte etc.) oder von Bauarbeiten im Straßennetz sein. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, einen Verkehrsfluss während eines Berufsverkehrs morgens und abends auf alle in Frage kommenden Routen zu verteilen. Entsprechend können die Durchfahrungskosten dynamisch an einen aktuellen Verkehrszustand angepasst werden und durch Heben oder Senken der Durchfahrungskosten für einzelne Abschnitte des Straßennetzes Anreize geboten werden, Fahrzeuge auf andere Routen umzuleiten.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Zuordnen von Fahrzeugschlitzen zu Fahrzeugen zumindest auf einem Abschnitt pulkweise erfolgt. Hierbei werden mehrere Fahrzeuge einander benachbarten Fahrzeugschlitzen zugeordnet, sodass diese Fahrzeuge zusammen einen Pulk bzw. eine Gruppe bilden, in dem Fahrzeuge zumindest abschnittsweise das Straßennetz gemeinsam durchfahren. Es kann ferner vorgesehen sein, dass zur Abgrenzung des Pulks davor- und dahinterliegende Fahrzeugschlitze freigelassen oder freigehalten werden. Dies vereinfacht das Durchleiten des Pulks durch das Straßennetz.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass Fahrzeugschlitze zum Steuern des Verkehrsflusses für eine Zuordnung gesperrt sind oder gesperrt werden. Insbesondere zum Abgrenzen von Pulks und beim Zusammenführen von Verkehrsflüssen an Knotenpunkten im Straßennetz können Fahrzeugschlitze gesperrt werden. Beispielsweise können mehrere benachbarte Fahrzeugschlitze gesperrt werden, um mehrere Fahrzeugpulks voneinander zu separieren. Auch zum Verringern eines Verkehrsaufkommens, beispielsweise in schafstoff- und/oder lärmbelasteten Abschnitten des Straßennetzes, können Fahrzeugschlitze gesperrt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass jeder zweite oder jeder dritte Fahrzeugschlitz in einem Abschnitt gesperrt ist. Das Sperren kann beispielsweise indirekt auch durch Zuordnen unendlich großer Durchfahrungskosten zu den jeweiligen Fahrzeugschlitzen erfolgen, sodass die Fahrzeuge sich von sich aus gegen die gesperrten Fahrzeugschlitze entscheiden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest eine Verkehrsleiteinrichtung an mindestens einem Abschnitt im Straßennetz mittels der Verkehrssteuereinrichtung über mindestens eine Steuerschnittstelle gesteuert wird. Eine Verkehrsleiteinrichtung kann beispielsweise eine Lichtsignalanlage, ein dynamischer Wegweiser oder ein Anzeigesystem sein. Hierdurch kann neben einem Steuern einer Anzahl von Fahrzeugen auf den Fahrzeugschlitzen der Abschnitte beispielsweise auch direkt in den Verkehrsfluss eingegriffen werden, indem beispielsweise Lichtsignalanlagen entsprechend angesteuert werden, beispielsweise um stark befahrene Abschnitte des Straßennetzes gegenüber anderen Abschnitten, die weniger stark befahren sind, zu bevorzugen. Ferner kann die mindestens eine Verkehrsleiteinrichtung auch zum gezielten Durchleiten eines oder mehrerer Fahrzeugpulks angesteuert werden.
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In einer Ausführungsform des Systems ist entsprechend vorgesehen, dass die Verkehrssteuereinrichtung eine Steuerschnittstelle zum Steuern mindestens einer Verkehrsleiteinrichtung an mindestens einem Abschnitt im Straßennetz umfasst.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Steuern auf Grundlage einer in zumindest diesem Abschnitt vorherrschenden Belegung der Fahrzeugschlitze oder Fahrzeuganzahl erfolgt.
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Merkmale zur Ausgestaltung des Systems ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen des Verfahrens.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Systems zum Steuern eines Verkehrsflusses von Fahrzeugen in einem Straßennetz;
- 2 eine schematische Darstellung von Fahrzeugschlitzen auf einem Abschnitt für unterschiedliche Zeitpunkte zur Verdeutlichung der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung von an einem Knoten zusammengeführten Abschnitten zur Verdeutlichung der Erfindung;
- 4a eine schematische Darstellung einer Kurve mit konstanten Durchfahrungskosten;
- 4b eine schematische Darstellung einer Kurve mit belegungsabhängigen Durchfahrungskosten;
- 4c eine schematische Darstellung einer weiteren Kurve mit belegungsabhängigen Durchfahrungskosten;
- 5 ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Steuern eines Verkehrsflusses von Fahrzeugen in einem Straßennetz.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Systems 1 zum Steuern eines Verkehrsflusses von Fahrzeugen 10 in einem Straßennetz gezeigt. Das System 1 umfasst eine Verkehrssteuereinrichtung 2 mit einem Speicher 3 und einer Kommunikationsschnittstelle 4. Die Verkehrssteuereinrichtung 2 umfasst ferner eine Recheneinrichtung 5, welche auf den Speicher 3 zugreifen und über die Kommunikationsschnittstelle 4 kommunizieren kann. Die Recheneinrichtung 5 führt die nachfolgend für die Verkehrssteuereinrichtung 2 beschriebenen Verfahrensschritte aus. Die Recheneinrichtung 5 kann als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.
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In dem Speicher 3 der Verkehrssteuereinrichtung 2 ist das Straßennetz 20 in Form von Knoten und Kanten als Datensatz oder Datenbank repräsentiert, wobei Abschnitten des Straßennetzes 20 Fahrzeugschlitze zugeordnet sind oder zugeordnet werden, die von jeweils einem Fahrzeug 10 zum Durchfahren des Abschnittes belegt werden können.
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Der Verkehrssteuereinrichtung 2 ist zu jeder Zeit ein aktueller Verkehrszustand 50 auf dem Straßennetz 20 bekannt. Der aktuelle Verkehrszustand 50 kann hierbei beispielsweise mittels einer entsprechenden Sensorik 40 an einzelnen Abschnitten des Straßennetzes 20 erfasst werden. Die Sensorik 40 kann beispielsweise Kameras oder in Fahrspuren eingelassene Induktionsschleifen etc. umfassen. Ferner können auch Floating Car Daten berücksichtigt werden. Ferner werden der Verkehrssteuereinrichtung 2 eine Fahrzeugposition 38, ein Zeitstempel 39 und eine Fahrzeug-Identifikationsnummer 44 von Fahrzeugen 10 übermittelt. Dies kann sowohl durch ein Fahrzeug 10 selbst als auch über eine Verkehrsleiteinrichtung 41 erfolgen. Ferner können diese Daten auch von der Verkehrsleiteinrichtung 41 an das Fahrzeug 10 und anschließend an die Verkehrssteuereinrichtung 2 übermittelt werden. Die Fahrzeugposition 38, der Zeitstempel 39 und die Fahrzeug-Identifikationsnummer 44 dienen ebenfalls einer kontinuierlichen Aktualisierung des aktuellen Verkehrszustands.
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Jedem der Fahrzeuge 10 ist eine Endnutzereinrichtung 11 mit einer Kommunikationsschnittstelle 12 zugeordnet.
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Die Verkehrssteuereinrichtung 2 ordnet Abschnitten innerhalb des Straßennetzes 20 jeweils Durchfahrungskosten 21 zu. Das Zuordnen wird hierbei von der Recheneinrichtung 5 durchgeführt.
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Die Endnutzereinrichtungen 11 übermitteln jeweils eine Wunschroute 30 durch das Straßennetz 20 und/oder mindestens eine Zielposition 31 im Straßennetz 20 über die jeweilige Kommunikationsschnittstelle 12 an die Verkehrssteuereinrichtung 2.
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Die Verkehrssteuereinrichtung 2 berechnet anschließend Gesamtdurchfahrungskosten 32 für die übermittelte mindestens eine Wunschroute 30 und/oder für mindestens eine Route zur mindestens einen Zielposition 31 auf Grundlage der zugeordneten Durchfahrungskosten 21 für die auf der Wunschroute 30 bzw. der Route zur mindestens einen Zielposition 31 liegenden Abschnitte.
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Die berechneten Gesamtdurchfahrungskosten 32 werden von der Verkehrssteuereinrichtung 2 an die jeweilige mindestens eine Endnutzereinrichtung 11 über die Kommunikationsschnittstelle 4 übermittelt.
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An der jeweiligen Endnutzereinrichtung 11 kann dann eine Auswahl unter Berücksichtigung der jeweils berechneten Gesamtdurchfahrungskosten 32 getroffen werden. Insbesondere wird ausgewählt, ob eine Route bzw. bei mehreren welche der Routen befahren werden soll. Die jeweilige Routenauswahl 33 wird von der jeweiligen Endnutzereinrichtung 11 über die Kommunikationsschnittstelle 12 an die Verkehrssteuereinrichtung 2 übermittelt.
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Die Verkehrssteuereinrichtung 2 ordnet anschließend einen freien Fahrzeugschlitz dem jeweiligen Fahrzeug 10 in Abhängigkeit der jeweils fahrzeugseitig getroffenen Routenauswahl 33 zu. Die Zuordnung 34 wird an die jeweilige Endnutzereinrichtung 11 über die Kommunikationsschnittstelle 4 übermittelt.
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Anschließend fährt das Fahrzeug 10, insbesondere automatisiert, in dem zugeordneten Fahrzeugschlitz die ausgewählte Route im Straßennetz 20 ab und muss hierfür die jeweiligen Gesamtdurchfahrungskosten 32 bezahlen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Durchfahrungskosten 21 für zumindest einen Abschnitt auf Grundlage des aktuellen Verkehrszustandes 50 festgelegt werden. Insbesondere können beispielsweise die Durchfahrungskosten 21 für einen Abschnitt erhöht werden, wenn dieser Abschnitt stark befahren ist, um den Verkehr von diesem Abschnitt wegzuleiten. Umgekehrt können Durchfahrungskosten 21 verringert werden, wenn ein Abschnitt überhaupt nicht oder nur wenig ausgelastet ist. Hierdurch werden Anreize geschaffen, die den Verkehr dorthin leiten.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Durchfahrungskosten 21 für zumindest einen Abschnitt in Abhängigkeit einer Belegung der Fahrzeugschlitze oder einer Anzahl von Fahrzeugen 10 auf dem Abschnitt festgelegt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass fahrzeugseitig für zumindest einen Abschnitt Durchfahrungskosten 21 vorgeschlagen werden, wobei eine Zuordnung 34 des jeweiligen Fahrzeugs 10 mittels der Verkehrssteuereinrichtung 2 im Wege einer Auktion erfolgt. Hierbei werden die freien Fahrzeugschlitze beispielsweise an diejenigen Fahrzeuge 10 vergeben, die bereit sind, die größten Durchfahrungskosten 21 zu zahlen.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass die Durchfahrungskosten 21 für zumindest einen Abschnitt in Abhängigkeit mindestens eines Zielkriteriums 51 festgelegt werden. Insbesondere das Lenken oder Umleiten eines Verkehrsflusses und/oder eine Senkung einer Umwelt- oder Lärmbelastung können hierbei Zielkriterien 51 darstellen, welche sich über das gezielte Verändern der Durchfahrungskosten 21 auf einzelnen Abschnitten umsetzen lassen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Zuordnen von Fahrzeugschlitzen zu Fahrzeugen 10 zumindest auf einem Abschnitt pulkweise erfolgt. Hierdurch kann ein Verkehrsfluss verbessert werden, insbesondere wenn Abschnitte aneinander angrenzen und Verkehrsströme an Knoten zusammengeführt werden müssen.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass Fahrzeugschlitze zum Steuern des Verkehrsflusses für eine Zuordnung gesperrt sind oder gesperrt werden. Dies vereinfacht das Ausbilden und Separieren von Fahrzeugpulks.
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Es kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Verkehrsleiteinrichtung 41 an mindestens einem Abschnitt im Straßennetz 20 mittels der Verkehrssteuereinrichtung 2 über mindestens eine Steuerschnittstelle 6 gesteuert wird. Verkehrsleiteinrichtungen 41 können beispielsweise Lichtsignalanlagen, Anzeigesysteme und Wegweiser sein.
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Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass das Steuern auf Grundlage einer in zumindest diesem Abschnitt vorherrschenden Belegung der Fahrzeugschlitze oder einer Anzahl der Fahrzeuge auf dem Abschnitt erfolgt.
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In 2 ist eine schematische Darstellung von Fahrzeugschlitzen 22 auf einem Abschnitt 23 für unterschiedliche Zeitpunkte t0, t1, t2 zur Verdeutlichung der Erfindung gezeigt, wobei der Übersichtlichkeit halber nicht alle Fahrzeugschlitze 22 mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Fahrzeugschlitze 22 bewegen sich entlang einer Fahrtrichtung 24 im Verkehrsstrom.
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Einige der Fahrzeugschlitze 22 sind mit Fahrzeugen 10 belegt (nicht alle Fahrzeuge 10 sind mit einem Bezugszeichen markiert). Daneben gibt es freie Fahrzeugschlitze 25 und gesperrte Fahrzeugschlitze 26. Die freien Fahrzeugschlitze 25 können prinzipiell mit einem Fahrzeug 10 belegt bzw. diesem zugeordnet werden. Die gesperrten Fahrzeugschlitze 26 können hingegen nicht mit einem Fahrzeug 10 belegt bzw. diesem zugeordnet werden.
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Im Verlauf der Zeitpunkte t0, t1, t2 ist dargestellt, wie ein Fahrzeugpulk 27 zusammengeführt wird. Dies erfolgt, indem vor und hinter den belegten Fahrzeugschlitzen 25 sukzessive zusätzliche Fahrzeugschlitze 22 gesperrt werden. Dem Fahrzeugpulk 27 folgt ein weiterer Fahrzeugpulk 28. Die Fahrzeugpulks 27, 28 sind und bleiben durch gesperrte Fahrzeugschlitze 26 voneinander getrennt.
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Durch das Sperren und Freigeben von Fahrzeugschlitzen 22 kann die Verkehrssteuereinrichtung den Verkehr in Fahrzeugpulks durch den Abschnitt 23 hindurch leiten. Insbesondere an Knoten 29 im Straßennetz 20 ist das Fahren in Fahrzeugpulks 27, 28 von Vorteil, da ein Zusammenführen von Verkehrsflüssen auf zwei Abschnitten 23 einfacher und flüssiger erfolgen kann, wie schematisch in der 3 dargestellt ist. Dort werden in einem Fahrzeugpulk 27 angeordnete Fahrzeuge 10 von einem Abschnitt 23 in freie Fahrzeugschlitze 25 und gesperrte Fahrzeugschlitze 26 eines weiteren Abschnitt 43 geleitet.
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In den 4a bis 4c sind schematische Darstellungen verschiedener Möglichkeiten gezeigt, wie Durchfahrungskosten 21 eines Abschnitts mit einer Belegung von Fahrzeugschlitzen bzw. einer Fahrzeuganzahl 35 auf dem Abschnitt variieren können.
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In 4a sind die Durchfahrungskosten 21 konstant und daher unabhängig von der Belegung der Fahrzeugschlitzen bzw. einer Fahrzeuganzahl 35 in dem betrachteten Abschnitt. Die konstanten Durchfahrungskosten 21 können jedoch ungeachtet dessen beispielsweise auf Grundlage eines Zielkriteriums verändert werden.
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In 4b steigen die Durchfahrungskosten 21 mit der Belegung der Fahrzeugschlitze bzw. einer Fahrzeuganzahl 35 in dem betrachteten Abschnitt an, wobei hier ein überproportionaler Anstieg gewählt ist. Zusätzlich können die Durchfahrungskosten 21 beispielsweise auf Grundlage eines Zielkriteriums verändert werden. Beispielsweise kann eine Änderung einer Steigung oder eine Änderung der Krümmung der Kurve 36 erfolgen. Auch eine Verschiebung der dargestellten Kurve 36 insgesamt zu höheren oder niedrigeren Durchfahrungskosten 21 kann erfolgen.
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In 4c steigen die Durchfahrungskosten 21 mit der Belegung der Fahrzeugschlitze bzw. einer Fahrzeuganzahl 35 in dem betrachteten Abschnitt an. Bei der Kurve 37 verringert sich die Steigung mit zunehmender Fahrzeuganzahl 35, was einer mit zunehmender Fahrzeuganzahl 35 abnehmenden Bereitschaft der Fahrzeuge (bzw. deren Fahrer oder Besitzer) zur Zahlung der Durchfahrungskosten 21 entsprechen würde.
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Es kann hierbei prinzipiell auch eine Änderung der Steigung oder eine Änderung der Krümmung der Kurve 37 in Abhängigkeit einer Fahrzeuganzahl 35 erfolgen. Auch eine Verschiebung der dargestellten Kurve 37 insgesamt zu höheren oder niedrigeren Durchfahrungskosten 21 ist möglich.
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Zusätzlich können die Durchfahrungskosten 21 beispielsweise auf Grundlage eines Zielkriteriums verändert werden. Beispielsweise kann eine Änderung einer Steigung oder eine Änderung der Krümmung der Kurven 36, 37 in Abhängigkeit des Zielkriteriums erfolgen.
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In 5 ist ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Steuern eines Verkehrsflusses von Fahrzeugen in einem Straßennetz gezeigt. Das Verfahren wird gestartet, wenn ein Fahrzeug das Straßennetz zu betreten bzw. zu durchfahren wünscht. Das Straßennetz ist in einem Speicher einer Verkehrssteuereinrichtung repräsentiert, wobei Abschnitten des Straßennetzes Fahrzeugschlitze zugeordnet werden, die von jeweils einem Fahrzeug zum Durchfahren der Abschnitte belegt werden können
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In einem Verfahrensschritt 100 werden Durchfahrungskosten zu den Abschnitten innerhalb des Straßennetzes mittels der Verkehrssteuereinrichtung zugeordnet. Dies kann beispielsweise auf Grundlage eines aktuellen Verkehrszustandes erfolgen, beispielsweise in Form der in den 4a bis 4c dargestellten Abhängigkeiten. Ferner können auch weitere Zielkriterien berücksichtigt werden, beispielsweise eine Verteilung eines Verkehrs auf alle vorhandenen Routen oder das Vermeiden von Verkehr in bestimmten Bereichen des Straßennetzes. Die Zielkriterien finden dann Ausdruck in den zugeordneten Durchfahrungskosten.
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Für jedes Fahrzeug werden die Verfahrensschritte 101 bis 104 in der Verkehrssteuereinrichtung und die Verfahrensschritte 200 bis 202 in einer dem Fahrzeug zugeordneten Endnutzereinrichtung ausgeführt.
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In einem Verfahrensschritt 200 übermittelt das Fahrzeug mindestens eine Wunschroute durch das Straßennetz und/oder mindestens einer Zielposition im Straßennetz an die Verkehrssteuereinrichtung mittels einer dem Fahrzeug zugeordneten Endnutzereinrichtung über eine Kommunikationsschnittstelle der Endnutzereinrichtung.
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In einem Verfahrensschritt 101 berechnet die Verkehrssteuereinrichtung Gesamtdurchfahrungskosten für die übermittelte mindestens eine Wunschroute und/oder für mindestens eine Route zur mindestens einen Zielposition auf Grundlage der zugeordneten Durchfahrungskosten. Hierzu werden insbesondere alle Durchfahrungskosten der einzelnen auf der (Wunsch-)Route liegenden Abschnitte aufsummiert.
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In einem Verfahrensschritt 102 werden die berechneten Gesamtdurchfahrungskosten von der Verkehrssteuereinrichtung an die Endnutzereinrichtung über die Kommunikationsschnittstelle übermittelt.
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In einem Verfahrensschritt 201 wird eine Routenauswahl in der Endnutzereinrichtung getroffen und die getroffene Routenauswahl über die Kommunikationsschnittstelle an die Verkehrssteuereinrichtung übermittelt. Dies erfolgt insbesondere auf Grundlage der empfangenen Gesamtdurchfahrungskosten der mindestens einen Wunschroute bzw. der mindestens einen Route zu der mindestens einen Zielposition. Insbesondere wird die kostengünstigste (Wunsch-)Route ausgewählt, sofern keine anderen Zielvorgaben (z.B. fehlende Kostenbeschränkung, da die Wunschroute unabhängig von den Kosten in jedem Fall durchgeführt werden soll) vorhanden sind.
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In einem Verfahrensschritt 103 wird ein freier Fahrzeugschlitz zu dem Fahrzeug in Abhängigkeit der an die Verkehrssteuereinrichtung von der Endnutzereinrichtung über die Kommunikationsschnittstelle übermittelten fahrzeugseitigen Routenauswahl zugeordnet.
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In einem Verfahrensschritt 104 wird die Zuordnung an die Endnutzereinrichtung über die Kommunikationsschnittstelle übermittelt.
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In einem Verfahrensschritt 202 fährt das Fahrzeug, insbesondere hochautomatisiert oder automatisiert, durch das Straßennetz hindurch, wobei es sich hierbei in dem zugeordneten Fahrzeugschlitz bewegt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Verfahrensschritte auch während des Durchfahrens des Straßennetzes wiederholt werden, beispielsweise weil sich eine Wunschroute oder eine Zielposition des Fahrzeugs oder ein aktueller Verkehrszustand geändert haben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 2
- Verkehrssteuereinrichtung
- 3
- Speicher
- 4
- Kommunikationsschnittstelle
- 5
- Recheneinrichtung
- 6
- Steuerschnittstelle
- 10
- Fahrzeug
- 11
- Endnutzereinrichtung
- 12
- Kommunikationsschnittstelle
- 20
- Straßennetz
- 21
- Durchfahrungskosten
- 22
- Fahrzeugschlitz
- 23
- Abschnitt
- 24
- Fahrtrichtung
- 25
- freier Fahrzeugschlitz
- 26
- gesperrter Fahrzeugschlitz
- 27
- Fahrzeugpulk
- 28
- Fahrzeugpulk
- 29
- Knoten
- 30
- Wunschroute
- 31
- Zielposition
- 32
- Gesamtdurchfahrungskosten
- 33
- Routenauswahl
- 34
- Zuordnung
- 35
- Fahrzeuganzahl
- 36
- Kurve
- 37
- Kurve
- 38
- Fahrzeugposition
- 39
- Zeitstempel
- 40
- Sensorik
- 41
- Verkehrsleiteinrichtung
- 43
- weiterer Abschnitt
- 44
- Fahrzeug-Identifikationsnummer
- 50
- aktueller Verkehrszustand
- 51
- Zielkriterium
- 100-104
- Verfahrensschritte (Verkehrssteuereinrichtung)
- 200-202
- Verfahrensschritte (Endnutzereinrichtung)
- t0
- Zeitpunkt
- t1
- Zeitpunkt
- t2
- Zeitpunkt