Thomas Riedel
KurzfassungRegelung in Verkehrssystemen: dabei denkt man unweigerlich an Ampeln und Kreuzungen. – Sollte es nicht möglich sein, den Verkehrsfluss in einer Stadt optimal zu steuern? – Es ist möglich unter der Bedingung, dass die Fahrzeuge messbar sind und ihre Positionen als Eingangsgrösse eines Reglers verwendet werden können. Der Regler seinerseits muss die Kreuzung zeitverzugslos steuern können. Die Arbeit stellt einen durchgehenden Ansatz eines neuen, dynamischen Regelprinzips vor. Nebst der Methodologie der Beschreibung der Kreuzung und des Entwurfes der Regelung wird an einem Beispiel die Implementierung eines konkreten Reglers gezeigt.
Fahrzeugdetektoren messen den Verkehr. Nach der Aufbereitung dieser Signale mittels eines Beobachters kann die Phasenfolge der Kreuzung für die nächste Zukunft optimiert werden. Weit entfernte Fahrzeuge üben nur einen geringen Einfluss auf diesen Entscheid aus. Erneutes Berechnen der Phasenfolge, sobald zusätzliche Information über Fahrzeuge bekannt ist, führt zu einer wiederholten Optimierung mit finitem Zeithorizont. Die Optimierung selbst ist ein mehrstufiger Entscheidungsprozess, weshalb sie nach dynamischer Programmierung verfahren darf, aus Gründen kürzerer Rechenzeit zusätzlich von Branch and Bound überlagert.
Dadurch erreicht man einen Bruch mit der üblichen zyklischen Ampel-Steuerung und kann auf sich verändernde Verkehrssituationen rasch reagieren. Optimalitätskriterien lassen sich formulieren, und der Forderung nach Vortritt des öffentlichen Verkehrs kann vollumfänglich entsprochen werden.
Nach einer Einführung geht das zweite Kapitel auf die mathematische Beschreibung einer Kreuzung und die Herleitung des Regelalgorithmus ein. Im dritten Kapitel wird die Implementierung des Reglers für eine Kreuzung in Zürich beschrieben und welche Resultate damit erzielt worden sind. Dabei muss besonders auf die Aufbereitung von verfälschten Detektor-Signalen eingegangen werden. Filterung und synchronisierte Simulation sind die Aufgaben des Beobachters, welcher den Regler mit zuverlässiger Information speisen muss.
Da es nicht nur dieses Problem der Regelung in Verkehrssystemen gibt, geht das vierte Kapitel auf Grüne Wellen und das Dosieren des Zuflusses auf Schnellstrassen ein sowie auf die Grenzen der Anwendung einer solchen Regelung in allgemeinen Warteschlangensystemen.
Das fünfte Kapitel beschreibt die Software, ohne deren Hilfe der Entwurf einer dynamischen Regelung für eine Verkehrskreuzung nicht möglich wäre. Es sind dies ein Simulator, ein Beobachter und der Regler selbst.
This abstract is also available in English.