Fuzzy Logik in der Verkehrsbeeinflussung

Präsentation zum Thema: "Fuzzy Logik in der Verkehrsbeeinflussung"—  Präsentation transkript:

1 Fuzzy Logik in der Verkehrsbeeinflussung
beauftragt vom Landesamt für Straßenwesen Baden Württemberg INFORM GmbH Fuzzy Technologies Division realisert durch Martin Pozybill Bernhard Krause

2 Fuzzy Logik in Komponenten zur Verkehrsbeeinflussung
Intelligente Steuerung Analyse Umfelddaten Überwachung von Meßeinrichtungen Störungserkennung Verkehrsflußanalyse Signalauswertung an Induktionsschleifen

3 Signalauswertung von Induktionsschleifen
Bei der Erfassung ermittelte Größen: Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeugtyp Fahrzeuggeschwindigkeit: vFahrzeug = Sensorabstand / tv Fahrzeuglänge: LFahrzeug = vFahrzeug / tL zur Klassifizierung nach Fahrzeugtypen

4 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 problematisch L = 8 m und v = 120 km/h : 2 PKW L = 8 m und v = 119 km/h : LKW Überlagerung von Größen unübersichtlich

5 Signalauswertung von Induktionsschleifen
Fuzzy Logik Systemgrößen als Linguistische Variable Beispiel 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”

6 Signalauswertung von Induktionsschleifen

7 Streckentopologie und Bereitstellung Basisdaten
StBA mit Fuzzy Streckentopologie und Bereitstellung Basisdaten Basisdaten Topologie Nur ungeglättete Daten verarbeitet Verkehr: qPkw, qLkw, vPkw, vLkw (pro Zeiteinheit und Fahrstreifen) Topologie: Abstand zwischen benachbarten Meßstellen (Sektor), Steigungsbereiche, Rastplätze entlang der Strecke Reduktion der notwendigen Datenmenge

8 StBA mit Fuzzy Ersatzwerte Historie Ersatzwerte Topologie Basisdaten Ersatz fehlender Meßwerte durch räumlich-zeitliche Prognose auf der Hauptfahrbahn und Ausfahrt von stromauf verfügbarer Sensorik in einer Einfahrt von stromab verfügbarer Sensorik ohne räumlich-zeitlichen Bezug durch Verwendung historischer Daten Prognose 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.

9 Datenprüfung Verkehrserfassung
StBA mit Fuzzy Datenprüfung Verkehrserfassung Basisdatenprüfung Historie Ersatzwerte Topologie Basisdaten Vergleich benachbarter Sektoren lokalisiert fehlerhafte Sensoren Vergleich benachbarter MQ überwacht Detektionsqualität für alle Sektoren

10 Umfeldanalyse Strukturierter Systemaufbau
StBA mit Fuzzy Umfeldanalyse Strukturierter Systemaufbau Basisdatenprüfung Basisdatenprüfung Historie Ersatzwerte Topologie Basisdaten Plausibiltät von Umfelddaten Umfeldzustand Meßreihen-überwachung Fahrbahnfeuchte/ Niederschlag Niederschlagsart Fahrbahn/ Gefriertemperatur Sichtweite Fahrbahnzustand Sichtweitenstufe Sichtweitemeßgerät Wetterstation Fahrbahnsensorik

11 Datenprüfung Umfeld Fahrbahnzustand
StBA mit Fuzzy Datenprüfung Umfeld Fahrbahnzustand Basisdatenprüfung Basisdatenprüfung Historie Ersatzwerte Topologie Basisdaten Biologische Attacke in einem Niederschlagsmeßgerät Wenn es stark regnet, muß die Fahrbahn anschließend naß werden. Abgleich mit der Fahrbahnsonde ergibt für Starkregen unplausiblen Zustand. Umfeldsituation automatisch erkannt Fehlschaltung verhindert Geeignete Vorortmaßnahme veranlaßbar Starker Regen Fahrbahn weiterhin trocken

12 Datenprüfung Umfeld Sichtzustand
StBA mit Fuzzy Datenprüfung Umfeld Sichtzustand Basisdatenprüfung Basisdatenprüfung Historie Ersatzwerte Topologie Basisdaten Nebelmeldung eines Sichtweitenmeßgerätes bei Vereisung durch Rauhreif Abgleich mit Umfelddaten ergibt für Nebel unplausiblen Zustand, da Nebel schleichend auftritt Umfeldsituation automatisch erkannt Fehlschaltung verhindert Geeignete Vorortmaßnahme veranlaßbar Sichtweite stark fallend Lufttemperatursturz weit unter Gefrierpunkt

13 Umfeldanalyse Erkennen von Hagel
StBA mit Fuzzy Umfeldanalyse Erkennen von Hagel Umfeld FBZ Sicht Basisdatenprüfung Historie Ersatzwerte Topologie Basisdaten Ermittlung der Niederschlagsart Hagel aus dem Abgleich verschiedener Umfeldsensoren Niederschlagsart automatisch erkannt Geeignete Schaltanweisung wird erzeugt Sichtweite reduziert Lufttemperatur über 20°C Starke Windböen Sehr starker Niederschlag Fahrbahntemperatur zunächst höher als Lufttemperatur Fahrbahn naß Fahrbahntemperatur fällt dann schnell auf deutlich unter 15 °C

14 Verkehrsanalyse Störungserkennung
StBA mit Fuzzy Verkehrsanalyse Störungserkennung Stau Verkehr FBZ Sicht Umfeld Basisdatenprüfung Historie Ersatzwerte Topologie Basisdaten 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).

15 Verkehrsanalyse Schwerer Unfall auf der B27
StBA mit Fuzzy Verkehrsanalyse Schwerer Unfall auf der B27 Stau Verkehr FBZ Sicht Umfeld Basisdatenprüfung Historie Ersatzwerte Topologie Basisdaten Unfall-beschreibung Unfallzeit: nach Polizeibericht gegen 19:40 Unfallort: im Bereich der StBA zwischen MQ6S und MQ7S Ursache: Falschfahrer Sektorlänge: 621 m Sehr schwacher Verkehr Verkehrsstärke an MQ7S [Kfz/Minute]

16 Verkehrsanalyse Schwerer Unfall auf der B27
StBA mit Fuzzy Verkehrsanalyse Schwerer Unfall auf der B27 Stau Verkehr FBZ Sicht Umfeld Basisdatenprüfung Historie Ersatzwerte Topologie Basisdaten Unfall-beschreibung Unfallzeit: nach Polizeibericht gegen 19:40 Unfallort: im Bereich der StBA zwischen MQ6S und MQ7S Ursache: Falschfahrer Sektorlänge: 621 m Sehr schwacher Verkehr Verkehrsstärke am MQ7S [Kfz/Minute] Geschwindigkeit am MQ6S [km/h]

17 Verkehrsanalyse Schwerer Unfall auf der B27
StBA mit Fuzzy Verkehrsanalyse Schwerer Unfall auf der B27 Stau Verkehr FBZ Sicht Umfeld Basisdatenprüfung Historie Ersatzwerte Topologie Basisdaten Unfall-beschreibung Unfallzeit: nach Polizeibericht gg. 19:40 Unfallort: im Bereich der StBA zwischen MQ6S und MQ7S Ursache: Falschfahrer Sektorlänge: 621 m Sehr schwacher Verkehr Verkehrsstärke am MQ7S [Kfz/Minute] Geschwindigkeit am MQ6S [km/h] Verkehrsdichte im Sektor [Kfz/km]

18 Verkehrsanalyse Schwerer Unfall auf der B27
StBA mit Fuzzy Verkehrsanalyse Schwerer Unfall auf der B27 Stau Verkehr FBZ Sicht Umfeld Basisdatenprüfung Historie Ersatzwerte Topologie Basisdaten Störungs-erkennung Erkennung: Konventionell nach Minuten Geschwindigkeit am MQ6S [km/h] Verkehrszustand konventionell

19 Verkehrsanalyse Schwerer Unfall auf der B27
StBA mit Fuzzy Verkehrsanalyse Schwerer Unfall auf der B27 Stau Verkehr FBZ Sicht Umfeld Basisdatenprüfung Historie Ersatzwerte Topologie Basisdaten Störungs-erkennung Erkennung: Fuzzy nach 3 Minuten Verkehrsstärke am MQ7S [Kfz/Minute] Verkehrszustand Fuzzy Steuerung

20 Verkehrsanalyse Schwerer Unfall auf der B27
StBA mit Fuzzy Verkehrsanalyse Schwerer Unfall auf der B27 Stau Verkehr FBZ Sicht Umfeld Basisdatenprüfung Historie Ersatzwerte Topologie Basisdaten Unfallbeschreibung Unfall am nach Polizeibericht gegen 19:40 ausgelöst 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 Verkehrsstärke am MQ7S [Kfz/Minute] Geschwindigkeit am MQ6S [km/h] Verkehrszustand konventionell Verkehrszustand Fuzzy Steuerung

21 Verkehrsanalyse Schwerer Unfall auf der B27
StBA mit Fuzzy Verkehrsanalyse Schwerer Unfall auf der B27 Stau Verkehr FBZ Sicht Umfeld Basisdatenprüfung Historie Ersatzwerte Topologie Basisdaten Größere Sektorlänge Unfall am nach Polizeibericht gegen 19:40 ausgelöst durch Falschfahrer Unfallort: Auswertung zwischen MQ5S und MQ7S Sektorlänge: 1640 m Sehr schwacher Verkehr Erkennungszeit Fuzzy: nach 3 Minuten Konventionell: keine Erkennung Verkehrsstärke am MQ7S [Kfz/Minute] Geschwindigkeit am MQ5S [km/h] Verkehrszustand konventionell Verkehrszustand Fuzzy Steuerung

22 Verkehrsanalyse Verkehrszustand
StBA mit Fuzzy Verkehrsanalyse Verkehrszustand Stau VKZ FBZ Sicht Verkehr Umfeld Basisdatenprüfung Historie Ersatzwerte Topologie Basisdaten 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. + + + + + + + + + - - - - - - - -

23 Zuweisung Verkehrszustand an Anzeigequerschnitt
StBA mit Fuzzy Zuweisung Verkehrszustand an Anzeigequerschnitt Zuweisung an AQ Stau VKZ FBZ Sicht Verkehr Umfeld Basisdatenprüfung Historie Ersatzwerte Topologie Basisdaten 14:00 14:02 14:01 14:01 4 3 2 1

24 StBA mit Fuzzy Schaltanweisung Anzeige je AQ Zuweisung an AQ Stau VKZ FBZ Sicht Verkehr Umfeld Basisdatenprüfung Historie Ersatzwerte Topologie Basisdaten 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 Steuerung liefert wesentlich transparentes System und somit geringeren Betreiberaufwand Leicht nachrüstbar, weil reine Softwarelösung Erstellt auf Initiative der Betreiber (Verwaltung)

25 Steuerung einer StBA mit Fuzzy Logik (Streckenbeeinflussungsanlage) Landesamt für Straßenwesen Baden-Württemberg Erzeugen der Schaltanweisung je Anzeigenquerschnitt Dynamische Zuweisung zu den Anzeigequerschnitten Störungs-erkennung Verkehrs-zustand Fahrbahn-zustand Sicht-zustand Verkehrsanalyse Umfeldanalyse Basisdatenprüfung, Fehlerdiagnose und Korrektur Historie Ersatzwertbildung (Verkehr und Umfeld) Streckentopologie Bereitstellung Basisdaten (Verkehr und Umfeld)