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Verfahren zur Steuerung einer Verkehrsampel Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Steuerung einer Verkehrsampel in Abhängigkeit von mit Hilfe von
Detektoren festgestellten Verkehrsdaten.
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Es sind Steuer schaltungen für Kreuzungen bekannt, die nach einem
starren Schema die verschiedenen Phasen umschalten. Es ist ferner bekannt, die Steuer
schaltungen für einzelne Kreuzungen mit denen anderer Kreuzungen zu koordinieren,
indem die einzelnen Phasen dieser Kreuzungen gestaffelt auftreten. Zu diesem Zweck
ist eine Hauptsteuereinrichtung vor -gesehen, die Synchronisiersignale liefert.
Als Hauptsteuergeräte wurden auch schon Analogcomputer oder Digitalcomputer verwendet,
die den Verkehr abhängig von mit Detektoren gelesenen Verkehrsfaktoren steuern.
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Es ist auch bekannt, den Verkehr nach einem sogenannten mathematischen
Modell zu steuern. Es gibt auch eine große Anzahl von untersuchten mathematischen
Modellen für den Verkehr, jedoch hat sich herausgestellt, daß keines dieser bekannten
Modelle wirklich auf Echtzeitbasis arbeitet,
weil die Verkehrsverhältnisse
sehr komplex sind und sich ständig ändern.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Verkehrssteuerungen
zu verbessern, Auch beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Verkehrsmuster zur
Steuerung benutzt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird jedoch dem Steuerverfahren
für die einzelnen Kreuzungen eine zusätzliche individuelle Steuerung überlagert.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergröße durch
einen Gewichtsfaktor korrigiert wird, der sich aus dem Verhältnis der Halte in einer
Richtung zum Verkehrsvolumen in dieser Richtung ergibt.
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Der Gewichtsfaktor kann auf drei verschiedene Arten bestimmt werden.Bei
der ersten Art wird der Gewichtsfaktor durch den Benutzer frei gewählt.
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Bei der zweiten Art bestimmt der Benutzer das Verhältnis der Halte
in.
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den beiden Richtungen und die Steuerschaltung erzeugt automatisch
die richtigen Gewichtsfaktoren. Dies wird dadurch erreicht, daß der Gewichtsfaktor
in der ersten Richtung erhöht wird, wenn das Verhältnis der Halte zum Verkehrsvolumen
zu vermindern ist oder durch Erhöhung des Gewichtsfaktors in der zweiten Richtung,
wenn das Verhältnis der Halte zum Verkehrsvolumen in dieser Richtung vermindert
werden soll. Wenn die Erhöhung des Gewichtsfaktors in der jeweiligen Richtung nicht
das gewünschte Ergebnis bringt, können die Gewichtsfaktoren für die zweite Richtung
entsprechend vermindert werden. Diese Einstellung des Gewichtsfaktors kann einmal
pro Schaltzyklus einer Ampel aber auch zu anderen Zeiten durchgeführt wer den.
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Die dritte Möglichkeit, die Gewichtsfaktoren zu bestimmen, besteht
darin, daß die Steuerschaltung die Verhältnisse der Halte zum Verkehrsvolumen bestimmt
und die dazugehörigen Gewichtsfaktoren auswählt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles
und
der zugehörigen Zeichnungen näher erklärt. Es zeigen: Fig. 1:
ein Verkehrs -Regelsystem mit der vor liegenden Erfindung, Fig. 2: in einer Kurve
das Verkehrsvolumen, aufgezeichnet gegen Verkehrsmuster, um die als Grundlage dienenden
Verkehrsmuster durch als Grenzwerte dienenden Prüfvolumina wählen zu können, Fig.
3: eine Kurve, in welcher das als Grundlage dienende Verkehrsmuster gegen das Verhältnis
des kommenden zum gehenden Verkehr nach Geschwindigkeit oder Fahrbahnbelegung zur
Wahl des Verkehrsmusters nach VerhSltnis-Prilfwerten einer vorgezogenen Richtung
aufgezeichnet ist, Fig. 4: eine Kurve, in der das als Grundlage dienende Verkehrsmuster
gegen das Verhältnis vom kommenden zum gehenden Verkehr aufgezeichnet ist, und zwar
nach Geschwindigkeit oder Fahrbahnbelegung eines Durchschnittsmusters zunächst in
einer bevorzugten Richtung und dann in der anderen, Fig. 5: ein allgemeines Flußdiagramm
der Schritte, die zur Steuerung entsprechend der Mikroschleifen-Steuertechnik zu
unternehmen sind und Fig. 6: ein genaues Flußdiagramm der einzelnen Schritte, der
Mikrons chleifen-Regeltechnik.
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Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels In Fig. 1 ist in
Form eines Schaubildes eine Kreuzung dargestellt, die einen Teil eines überwachten
Straßensystems darstellt. An der Kreuzung befindet sich eine Ampel 10 für die verschiedenen
Fahrspuren sowie mit Lampen für die Fußgängerüberwege. Auf der Hauptstraße befindet
sich in der einen Richtung die Fahrspur Al und in der anderen die Spur A2, auf der
Nebenstraße die beiden Fahrspuren B1 und B2 in der Gegenrichtung.
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Zu jeder zur Kreuzung führenden Fahrspur gehört ein Detektor 8, der
das Passieren eines Fahrzeuges abfühlen kann. Wenn Fahrspuren z.um Linksabbiegen
vorgesehen sind, wie z.B. die Spuren C1 und C2 für die Hauptstraße, muß für diesen
Verkehr eine besondere Ampelphase vorgesehen werden. Die Signalphasen werden bei
Handsteuerung von einem lokalen Steuergerät 12 geregelt. Das lokale Steuergerät
umfaßt einen Synchronmo tor 14, der eine Zeitgeber- und Steuerscheibe 16 antreibt.
Die Scheibe weist Anschläge auf, mit denen über einen Schrittschalter 18 die Ampel
periodisch auf die nächste Phase umgeschaltet wird.
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Allgemeine Beschreibung des Gesamtsystems Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist ein zentrales Steuergerät 20 zur Erzeugung zentraler Steuersignale für die Umschaltung
der Ampeln 10 vorgesehen. Das zentrale Steuergerät 20 kann ein Rechner sein. Das
zentrale Steuergerät 20 steuert das Umschalten der Ampeln 10 durch elektrische Signale
an jedes der lokalen Steuergeräte 12 so, daß die Umschaltung über Synchronmotor
14, Steuerscheibe 16 und Schrittschalter 18 unterbrochen wird. Das Signal Zentrale
Steuerung dient dazu, den Synchronantrieb des lokalen Steuergerätes zu unterbrechen.
Die Zeiteinteilung für die Umschaltung aller Ampeln 10 wird dann von den elektrischen
Signalen über nommen, die vom zentralen Steuergerät 20 kommen. Wenn das Verkehrs-
Regelsystem
anzeigt, daß eine Phasenänderung auftreten muß, wird das Signal Umschalten auf den
Schrittschalter 18 gegeben, welcher dann die Ampel um eine Phase weiterscbalte't.
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Um sicherzustellen, daß die taXtsächRich* Phase der Ampeln auf der
Straße der Phase der Signale entspricht, die von dem -zentralen Steuergerät angegeben
werden, wird ein Signal Fernsteuerung vom lokalen Steuergerät 12 auf das zentrale
Steuergerät 20 zuu1ckg-ekoppelt Die Fernsteuerung von Ampeln 10 an einer Kreuzung
wird immer zu Beginn einer A-Grün-Phase eingeleitet. Falls zwischen dem Signal Fernsteueramg
und der Verkehr steuerfolge-Phaseninformation keine ber einstimmung besteht, wird
die Fernsteuerung der Ampeln an dieser Kreuzung zunächst einmal aufgegeben, indem
man das Signal Zentrale Steuerung für diese Kreuzung fallen läßt, so daß die Ampelsteuerung
für diese Kreuzung wieder - vomlokalen Steuergerät übernommen wird. Eingangs- und
Ausgangs signale von der zentralen Steuereinheit werden über ein Interface 22 übertragen,
welches die von der zentralen Verkehrssteuereinheit erzeugten Signale wiederholt.
Diese Wiederholung kann durch die räumliche Entfernung der Kreuzung von der zentralen
Steuereinheit bedingt sein. Die Signale können zwischen den lokalen Steuergeräten
12 an der Kreuzung und dem zentralen Steuergerät 20 durch geeignete Einrichtungen
übertragen werden, wegen größerer Zuverlässigkeit des Systems ist jedoch ein komplexes
Gerät auf der Straße wegen der dort herrschenden Umgebungsbedingungen nicht erwünscht.
Die bevorzugte Verbindung besteht aus einer direkten Leitung, z. B. einer Telefonleitung,
zwischen dem lokalen Steuergerät 12 und dem zentralen Steuer gerät 10.
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Die Steuerung des Verkehrssystems erfolgt durch ein System, welches
nach einer Verkehrs Hauptsteuerfolge arbeitet, welche in dem zentralen Steuergerät
20 gespeichert ist. Diese gerkehrs-Hauptsteuerfolge enthält mehrere Folgen, die
nach Prioritäten adressiert werden. Mehrere Unterprogramme
dienen
dazu, bestimmte Funktionen zu übernehmen und jedes Unterprogramm ist vollständig
modular, so daß sie neu zusammengesetzt und geladen werden können, ohne daß die
übrigen Unterprogramme im System davon beeinflußt werden. Dadurch sind Erweiterungen
des Systems und Änderungen der Steuerstrategie bei minimaler Störung des gesamten
Verkehr s -Steuer systems möglich.
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Das Straßenverkehrs-Steuer system sammelt Informationen über die laufenden
Verkehrsbedingungen und zeichnet sie auf, bestimmt die Schritte und steuert und
überprüft die Ampeln 10. Die normale Steuer schleife, die schematisch in Fig. 1
dargestellt ist, benutzt den Ampelsteuerbereich in der zentralen Steuereinheit 20
zur Erzeugung der oben erwähnten elektrischen Signale für die Betätigung der lokalen
Steuergeräte 12 und der Ampeln 10. Eine zweite Steuerschleife ist im allgemeinen
für ein mffielles Eingreifen in Not situationen erforderlich. Eine dritte Steuer
schleife benutzt Daten, die aus laufenden Operationen gespeichert werden, zur Erstellung
statistischer Aufzeichnungen für Studien- und Analysezwecke. Diese Steuer schleife
ist im allgemeinen eine Schleife mit größerer Zeitkonstante, die gespeicherten Daten
können jedoch auch bei Bedarf zur Erzeugung von laufenden Steuerinformationen benutzt
werden, wie später noch genauer beschrieben wid.
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In dem zentralen Steuergerät 20 ist außerdem eine große Anzahl von
als Grundlage dienenden Verkehr smustern gespeichert, die Steuer informationen für
jede Kreuzung im gesamten Verkehrs-Steuersystem liefern. Das gesamte Verkehrs -Steuersystem
ist im allgemeinen in eine Anzahl von Untersystemen unterteilt, die eine Gruppe
von Kreuzungen umfassen, welche normalerweise mit derselben Zykluslänge arbeiten.
Das als Grundlage dienende Verkehrsmuster liefert Daten über Zykluslänge, Zyklusmustertei
lung und zeitliche Versetzung des Zyklus jeder Kreuzung im Steuersystem Zur Entwicklung
dieser Verkehrsmuster stehen verschiedene Verfahren
zur Verfügung,
die vom Verkehrs-Steuersystem gewählt werden können.
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Zu diesen Verfahren gehören Zeit-Raum-Modelle, wie sie von Yardeni
in "Vehicular Traffic Control; A Time-Space Design Model", 1964, Procee'dings (34th
Annual Meeting) Institute of Traffic Engineers beschrieben wurden. Das Verkehrsmuster
kann auch aus Daten entwickelt werden, die vom Verkehrs-Steuersystem oder durch
irgend ein anderes vom Verkehrsingenieur gewähltes Verfahren erzeugt wurden. Die
große Anzahl von grundlegenden Verkehrsmustern, aus denen eines ausgewählt werden
kann, macht dieses System wirkungsvoller als bisher bekannte Systeme. Jede durch
bisher bekannte Systeme gelieferte Steuertechnik kann durch das hier beschriebene
Verkehrs Steuersystem übernommen werden, ohne daß auf der Straße irgendwelche Änderungen
vorgenommen werden, wenn die entsprechenden Möglichkeiten in den lokalen Steuergeräten
12 vorhanden sind. Die komplexeren Verkehrs-Steuerfunktionen erfordern bei der Durch
führung mit manuellen Systemen ein tedres lokales Steuergerät. Durch Anwendung des
vorliegenden Verkehrs-Steuersystemes können die komplexeren Funktionen jedoch mit
einfachen lokalen Steuergeräten ausgeführt werden und dadurch große Kosten im System
eingespart werden. Durch Wahl der Mikroschleifen-Steuertechnik können nicht nur
Funktionen ausgeführt werden, die von bisherigen Systemen ebenfalls übernommen wurden,
sondern das vorliegende System gestattet auch eine feine Abstimmung der Verkehrssteuerung
an bestimmten Kreuzungen, so daß sich daraus ein wirkungsvolleres Steuer system
ergibt.
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Ein als Grundlage dienendes Verkehrsmuster wird gewählt1 während die
Hauptverkehr s-Steuer folge aus geführt wird, vom Verkehr singenieur aus ge -wählt.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel kann z.B. das Verkehrsvolumen zur Wahl eines
Verkehrsmusters für eine Kreuzung gewählt werden.
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Wenn das durchschnittliche Verkehrsvolumen für den letzten Zeitabschnitt
z.B. 200 beträgt, wird das Muster 20 als Grundmuster für die Kreuzung gewählt. Das
Volumen kann jedoch auf 175 absinken, bevor das Muster geändert wird. Das Verhältnis
von kommendem zu gehendem Verkehr entweder
des Volumens, der Geschwindigkeit
oder der Sraßenbelegung kann dazu benutzt werden, ein geändertes Muster zu wählen,
wie es in Fig 3 für ein System ohne eine bevorzugte Richtung oder in Fig. 4 für
ein System mit einer6evorzugten Richtung gezeigt wird. Wenn angenommen wird, daß
das Verhältnis für den gewählten Faktor 92% zum Zeitpunkt der Prüfung ist, so geht
für ein System ohne eine bevorzugte Richtung aus -Fig. 3 hervor, daß das Verkehrsmuster
VM + 2 gewählt wird. Wenn eine Richtung bevorzugt wird, wie es in Fig. 4 gezeigt
ist, so führt ein Verhältnis von 92% dazu, daß das Verkehrsmuster VM gewählt wird.
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Dieses als Grundlage dienende Verkehrsmuster liefert Informationen
über Unterteilung, zeitliche Verschiebung und Länge des Zyklus für jede Kreuzung.
Um den Verkehr an den einzelnen Kreuzungen im System effektiv steuern zu können,
muß man von den an den Anfahrten der Kreuzung aufgestellten Detektoren Daten erhalten.
Hierzu kann jede geeignete Art von Detektoren benutzt werden. Vorzugsweise wird
eine Magnetschleife benutzt die ein Ausgangssignal abgibt, sobald ein Fahrzeug die
Schleife abdeckt.
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Die Detektoren werden regelmäßig etwa alle 16 msec abgefühlt, und
eine Zahl wird aufgezeichnet, wenn zur Zeit der Prüfung ein Fahrzeug den Detektor
abdeckt. Lage und Art des Detektors sowie die an jedem Detektor vorgenommenen Arten
der Prüfung müssen angegeben und in eine Detektor tabelle geladen werden. Die Detektor
tabelle wird dann dazu benutzt, die entsprechenden Daten zu sammeln, die ihrerseits
wieder z Verkehrssteuerung an den Kreuzungen im System und für andere Auswertungen
des Systems benutzt werden. Sieben Messungen können mit den Daten von den Detektoren
berechnet werden. Diese Messungen sind Geschwindigkeit, Fahrbahnbelegung, Bedarf,
Volumen, Halte, Phasendichte und Verzögerung Diese Begriffe sind nachfolgend genauer
definiert.
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Bedarf: Anzahl der Fahrzeuge, die die Kreuzung bei jedem Zyklus passieren
sollen.
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Volumen: Anzahl der Fahrzeuge, die im ausgewählten Zeitabschnitt über
den Detektor £ahren.
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Halte: Zahl der Fahrzeuge, die an der Kreuzung pro Phase anhalten.
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Verzögerung: Zeit in Sekunden, welche die Fahrzeuge an der Ampel halten.
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Ges chwindig -keit: Die Durchschnittsgeschwindigkeit in m/Sec der
Fahrzeuge, die während des gewählten Zeitabschnittes über den Detektor fahren.
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Fahrbahnbelegung: Prozentsatz des Zeitraumes, in welchem Fahrzeuge
den Detektor während des gewählten Zeitabschnittes abdecken.
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Phasendichte: Prozentsatz des Zeitraumes, in welchem Fahrzeuge den
Detektor nur während der Grünphase abdecken.
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Das vorliegende Verkehrs-Steuer systm soll eine größtmögliche Anpassungsfähigkeit
im Betrieb liefern. Daher muß als Anfangsschritt der Benutzer des Systems codierte
Daten für die Wahl verschiedener Wahlgrößen und andere Daten in das System geben,
die zum Betrieb erforderlich sind.
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Ein derartiges zu wähltndes Kriterium ist die Prüfrate für die Daten
von den Detektoren ftir Geschwindigkeiten, Fahrbahnbelegung und Anzahl der Fahrzeuge.
Typische Prüfraten sind 16, 32, 64 oder 128 msec für Geschwindigkeit und Fahrbahnbelegung
und 16 oder 192 msec für die Fahrzeugzahl. Die Intervalle für Geschwindigkeit, Fahrbahnbelegung
und Berechnungszeit müssen ebenfalls ausgewählt werden. Typische Intervallzeiten
liegen zwischen 3 und 15 Minuten Die ausgewählten Werte für diese Faktoren sind
für alle Kreuzungen im System gleich.
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Allgemeine Beschreibung der Mikroschleifen-Steuertechnik Die Mikroschleifen-Steuertechnik
ist ein Zusatz, der für jede ausgewählte Kreuzung verfügbar ist. Das eben beschriebene
Gesamtsystem ist auf maximale Anpassungsfähigkeit der verfügbaren Zusätze ausgelegt.
Die Mikroschleifen-Steuerte chnik allein ermöglicht eine hochgradige Anpa 5 sung
5 fähig -keit an das System, ohne daß die anderen Zusätze im beschriebenen System
enthalten sind. Aus diesem Grund ist die Mikroschleifen-Steuertechnik auch für andere
nicht beschriebene Systeme anwendbar.
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Die Mikroschleifen-Steuertechnik ermöglicht eine wahlweise Über steuerung
des als Grundlage dienenden Verkehrsmusters an einer Kreuzung, basierend auf den
momentanen Verkehrsbedingungen dieser Kreuzung. Fig. 5 zeigt in einem allgemeinen
Diagramm die Grundschritte bei der Steuerung mit Mikroschleifen-Steuertechnik. Zum
Betrieb des Systemes ist für jede Kreuzung mindestens ein grundlegendes Verkehr
smuster erforderlich. Zur Erreichung größter Anpassungsfähigkeit im System ist im
allgemeinen eine große Anzahl grundlegender Verkehrsmuster vorgesehen. Die Wahleinrichtung
23 wählt ein grundlegendes Verkehrsmuster für die Kreuzung, wie es im Zusammenhang
mit den Fig. 2, 3 und 4 oben beschrieben wurde. Das Verkehrsmuster setzt Länge,
Unterteilung und zeitliche Verschiebung des Zyklus für die jeweilige Kreuzung fest.
In einigen Fällen, besonders beim Anlauf eines neuen Systems, kann der Beginn mit
nur einem grundlegenden Verkehrsmuster pro Kreuzung und die Erzeugung zusätzlicher
Verkehr muster mit Hilfe der Mikros chleifen-Steuertechnik erwünscht sein.
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Eingangsdaten von jedem Detektor auf den Zufahrten zur Kreuzung werden
von einem Fühler 24 abgefühlt. Diese Daten werden im System gespeichert und zur
Berechnung der gewünschten Verkehrs-Steuerfaktoren benutzt. Der Rechner 25 berechnet
die vom Benutzer ausgewählten Faktoren welche Geschwindigkeit, Phasendichte, Bedarf
und Halte sowie Halteverhältnisse
umfassen Unter Halteverhältnissen
versteht man das Verhältnis der Halte in der A-Phase zu den Halten in der B-Phase.
Die Ampel wird auf der kleinsten A-Grün-Phase laufen gelassen, die durch die Größe
der Kreuzung1 die Geschwindigkeit des Verkehrs, die Anzahl der angehaltenen Fahrzeuge
und andere Faktoren bestimmt wird. Am Ende der kleinsten A-Grün-Phase werden die
Eingangsdaten abgefühlt und die erforderlichen Daten berechnet.
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Der ausgewählte Verkehrs -Steuerfaktor wird durch Multiplikation mit
einem Gewichtsfaktor verändert. Der Gewichtsfaktor bezeichnet die Bedeutung des
Verkehrsflusses auf einer bestimmten Zufahrt zur gesteuerten Kreuzung in bezug auf
das gesamte Verkehrs system. Angenommen, daß der Bedarf der ausgewählte Verkehrs
-Steuerfaktor ist, so wird dieser durch den Gewichtsfaktor veränderte Bedarf auf
den Zufahrten in der A-Richtung abgefühlt. Dieser Bedarf wird mit dem auf den Seitenzufahrten
vorliegenden eingestellten Bedarf verglichen. Wenn der Bedarf in der A-Richtung
größer ist, wird die A-Grün-Phase um eine festgelegte Zeit verlängert und dieselbe
Prüfung am Ende der Verlängerung der A-Grün-Phase noch einmal durchgeführt. Dieser
Betrieb wird fortgesetzt, bis die größte A-Grün-Phase (bestimmt durch das grundlegende
Verkehrsmuster und andere Faktoren) erreicht ist oder der eingestellte Bedarf für
die Zufahrten in der B-Richtung größer ist als der eingestellte Bedarf in der A-Richtung.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Phasendichte auf den A-Zufahrten abgefühlt und, falls
sie größer als der ausgewählte Wert ist, bleibt die A-Grün-Phase erhalten, auch
wenn der Bedarf auf den B-Zufahrten größer ist, da die Messung der Phasendichte
anzeigt, daß der Bedarfsmangel in der A-Richtung durch einen Verkehrsstau auf der
A-Straße hervorgerufen wird. Dieser Vergleich läuft weiter, bis der eingestellte
Bedarf in der B-Richtung größer ist als der eingestellte Bedarf in der A-Richtung
und die Phasendichte in der A-Richtung kleiner ist als der gewählte Wert oder die
längste A-Phase. Die Steuerung 26 erzeugt ein Signal Umschalten
zur
Änderung der Ampelphasen zun bestimmten Zeitpunkt. Der Speicher 27 speichert die
errechneten Faktoren zur Analyse während. des.
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laufenden Verkehrs-Steuerzyklus. Bei Bedarf können die errechneten
Faktoren für die laufende Analyse dargestellt werden. Die beschriebene Mikroschleifen-Steuertechnilk
gestattet somit eine wirkungsvollere Verkehrs steuerung, als dies mit bisher gebräuchlichen
Systemen möglich. war.
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Der Wirkungsgrad des Systemes kann weiter dadurch erhöht werden, da
man eine "Selbstlernfunktion" für das System vorsieht, indem. man laufend Daten
eingibt, um nicht nur die Verkehrssteuerkriterien, sondern auch den Wichfigkeitsfaktor
unter Verwendung bekannter Beziehungen zwischen den Verkehrsfaktoren und dem Bereich
der Halteverhältnisse zi berechnen, Diese Berechnungen kannen gemäß nachfolgender
genauerer Beschreibung laufend durchgeführt werden.
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Genaue Beschreibung der Mikroschleifen-Steuertechnik Zum Einleiten
der Fernsteuerung des Verkehrssystemes ist eine Startfolge vorgesehen. Während der
Startfolge werden die Kreuzungen der Reihe nch abgefragt, um festzustellen, ob das
Signal A-Grün , welches ansteigt, daß in die Ampel gerade in eine A-Grün-Phase eingetreten
ist, an dieser Kreuzung erschienen ist. Wenn eine Kreuzung in die A-Grün-Phase eintritt,
wird die Fernsteuerung dieser Kreuzung durch Erzeugung des Signales Zentrale Steuerung
für diese Kreuzung eingeleitet. Das grundlegende Verkehrsmuster für diese Kreuzung
wird überprüft, und wenn eine Verschiebung für diese Kreuzung festgehalten werden
muß, wird die Zeit zum Starten der A-Grün-Phase als künftigen Bezugswert aufgezeichnet.
Vorzugsweise ist ein grundlegendes Verkehr smuster für die zentrale Steuerung des
Systems zu wählen, dae in etwa mit den Mustern vergleichbar ist, die auf der Straße
unter Handsteuerung unmittelbar vor dem Eingreifen arbeiten. Die
Fernsteuerung
der Kreuzungen läuft weiter mit dem Eintreten in die A-Grün-Phase, bis alle Kreuzungen
unter Fernsteuerung laufen Zu diesem Zeitpunkt wird angezeigt, daß die Startfolge
beendet ist und alle Kreuzungen unter Fernsteuerung laufen.
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Da Änderungen der grundlegenden Verkehrsmuster während der Startphase
im allgemeinen nicht erwünscht sind, kann die Mikroschleifen-Technik erst nach Abschluß
der Startfolge angewandt werden. Beim Umschalten von einem grundlegenden Verkehrsmuster
auf ein anderes muß außerdem eine Änderung des Musters verhindert werden, bis die
Umschaltung beendet ist. Aus diesem Grund kann die Mikroschleifen-Technik für eine
Kreuzung nicht angewandt werden, während das Muster für diese Kreuzung gewechselt
wird. Wenn die Fernsteuerung einmal für das ganze Verkehrssystem eingeschaltet worden
ist, kann die ttberpriifung von Bedarf, Volumen usw. des Systemes erwünscht sein,
um ein grundlegendes Verkehrsmuster auf der Basis der momentanen Verkehrsbedingungen
auszuwählen. Für diesen Zweck sind Unterfolgen vorgesehen, und das grundlegende
Verkehrsmuster kann auf der Basis von Tageszeit, Grenzwertprüfung oder Grenzwert-Verhältnisprüfung
sowie auf einer anderen Basis vom Benutzer des Systems gewählt werden.
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Nach Beendigung der Start-Unterfolge und der Unterfolge für Verkehrsmuster-Wechsel
kann die Mikroschleifen-Steuertechnik für eine oder mehrere Kreuzungen im System
benutzt werden. Die Länge, Aufteilung und Verschiebung des Zyklus erhält man von
den grundlegenden Verkehrsmustern.
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Die Länge des Zyklus ist die Zeit, die erforderlich ist, um. eine
ganze Schaltfolge der Ampel an einer Kreuzung zu durchlaufen und kann z.B.
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60 sec betragen. Der Zyklus ist in einzelne den jeweiligen Richtungen
zugeordnete Phasen unterteilt und kann z.B. 30 sec für die A-Richtung, 20 sec für
die B-Richtung und 10 sec für die C-Richtung (Linkaabbieger von der Hauptstraße,
siehe Fig. 1) umfassen. Die Verschiebung ist der
Zeitraum in sec
oder der Prozentsatz des Zyklus, um den die Grünphase an einer Kreuzung gegenüber
einem bestimmten Bezugszeitpunkt verschoben ist und kann z.B. 20 sec betragen.
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Eine Mikroschleifen-Tabelle ist für jede Kreuzung vorgesehen, für
welche die Mikroschleifen-Technik benutzt wird. Die Mikroschleifen-Tabelle umfaßt
codierte Informationen über die Art des vorhandenen lokalen Steuergerätes, einen
zeitlichen Mindestabstand für Fußgänger, einen zeitlichen Mindestabstand für Fahrzeuge,
Phasenverschiebungsdaten und eine bestimmte Stelle zum Speichern der Endabfühldaten
sowie andere für diese Kreuzung wichtige Daten wie Zykluslänge, Aufteilung und Verschiebung.
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Der Beginn der Mikroschleifen-Technik für eine Kreuzung wird dadurch
bestimmt, daß der Beginn der A-Grün-Phase abgefühlt wird. Wenn die A-Grün-Phase
an einer durch die Mikroschleifen-Technik gesteuerten Kreuzung beginnt, wird die
Mindestzeit für die A-Grün-Phase berechnet und dieser berechnete Mindestwert gespeichert.
Bei der Berechnung für Fußgänger, Mindestabstandszeit für Fahrzeuge, momentane Geschwindigkeit
des Verkehrs und Verteiler zeit mit der Anzahl der angehaltenen Fahrzeuge multipliziert.
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Die Zykluslänge aus dem grundlegenden Verkehrsmuster beträgt beispielsweise
60 sec. Die zu erz die Mikroschleifen-Technik verfügbare e Zykluserweiterung wird
durch Subtraktion der Gesamtzahl der Mindestphasenzeiten von der momentanen Zykluslänge
ermittelt. Für das vorliegende Beispiel wird angenommen, daß die kleinste A-Phase
10 sec und die kleinste B-Phase 10 sec, die kleinste C-Phase 6 sec und die Gelb-Phase
3 sec beträgt. Somit beläuft sich die Zyklus erweiterung auf 25 sec.
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Als Beispiel wird angenommen, daß eine Fußgänger lampe vorhanden ist,
der Auslöseknopf jedoch nicht betätigt wurde. D.h., daß die kürzere Fahrzeug-Abstandszeit
benutzt wird, die z.B. 10 sec betragen so. Wenn angenommen
wird,
daß seit dem letzten Phasenwechsel 10 Fahrzeuge festgestellt wurden und diese Fahrzeuge
jetzt an der Kreuzung angehalten werden, dann läßt sich die Fahrzeug-Abstandszeit
für diese angehaltenen Fahrzeuge laufend oder auch im voraus berichtigen und die
Ergebnisse können in Tabellen gespeichert werden. Diese Fahrzeug-Abstandszeit aus
der gespeicherten Tabelle für 10 Wagen beträgt 14 sec und überschreitet somit die
Mindestabstandszeit für Fahrzeuge von 10 sec, so daß eine Mindestzeit für die A-Phase
von 14 sec erforderlich ist.
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Am Ende der Mindestphasenzeit wird die Abfühlvorrichtung 30 (siehe
Fig.
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6) betätigt, um laufende Eingangsdaten aus den zugehörigen Detektor-Ausgangssignalen
für die Kreuzungen zu erhalten. Der Rechner 32 berechnet dann den Bedarf in der
A-Richtung und der korrigierte Bedarf wirdsdurch Multiplikation dieses Faktors mit
dem Gewichtsfaktor für die A-Richtung durch die Einstellvorrichtung 34 errechnet.
Wenn z. B. angenommen wird, daß der laufende Bedarf der A-Richtung acht Fahrzeuge
beträgt und der laufende Bedarf der B-Richtung 6 Fahrzeuge und der Gewichtsfaktor
der Richtung 3:2 beträgt und der Gewichtsfaktor der B-Richtung 2:3, dann ist der
von der Einstelivorrichtung 34 ermittelte eingestellte Bedarf der A-Richtung 8 x
3 = 24 und der eingestellte Bedarf der B-Richtung 6 x 2 9 12. Der eingestellte Bedarf
der A-Richtung ist gemäß der Festatellung des Vergleichers 36 größer als der der
B-Richtung, eo daß die A-Grtln-Phase von der Verlängerungseinrichtung 38 um einen
vorgewählten Zeitraum verlängert wird.
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Wenn angenommen wird, daß die gewählte Verlängerung eine Sekunde beträgt,
wird am Ende der Verlängerung oder 15 sec nach Beginn der A-Grün-Phase eine erneute
Prüfung durchgeführt. Dieser Vorgang wird mit den laufenden Eingangsdaten wiederholt,
bis entweder die größte Phasenerweiterungszeit erreicht ist und dann zur nächsten
Phase gewechselt wird oder bis der eingestellte Bedarf der B-Richtung größer wird
als der eingestellte
Bedarf der A-Richtung, bevor die größtmögliche
Zyklus-Erweiterungszeit erreicht ist. Wenn nach Verlängerung bis zu 30 sec nach
Beginn der A-Grün-Phase der eingestellte Bedarf in der A-Richtüig weiterhin immer
größer ist als der eingestellte Bedarf in der B-Richtung,ciann wird das Ende der
von dem grundlegenden. Verkehrsniuster festgelegten A-Grün-Phase erreicht und ohne
Mikroschleifen-Steuertechnik schaltet die Ampel dann auf die nächste Phase um.
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Am Ende der Zykluserweiterungszeit (35 sec im vorliegenden Beispiel)
werden die in der Mikroschleifen-Tabelle gespeicherten Daten abgefühlt, um festzustellen,
ob Phasen bei einem fehlenden Bedarf verschoben werden können, oder ob eine Mindestphasenzeit
erforderlich ist. Wenn für diesen Fall angenommen wird, daß die Phase für die Linksabbieger
(C-Phase) verschoben werden kann und kein momentaner Bedarf dafür vorliegt, stehen
die Mindestzeit fiir die C-Phase zuzüglich der Gelb-Phase oder eine Gesamtzeit von
9 sec fiir eine zusätzliche Zykluserweiterung zur Verfügung. Wenn angenommen wird,
daß der eingestellte Bedarf in A-Richtung bei 36 sec für die A-Grün-Phase weiterhin
größer ist, bei 39 sec jedoch der Bedarf in A-Richtung vier Fahrzeuge beträgt, wodurch
sich ein eingestellter Bedarf von 12 ergibt, und der Bedarf in B-Richtung sieben
Fahrzeuge beträgt, woraus ein eingestellter Bedarf von 24 resultiert, dann wird
zu diesem Zeitpunkt die Phasendichte für die Anfahren in A-Richtung errechnet.
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Wenn nach der Bestimmung durch den Vergleicher 40 die Phasendichte
größer als ein vorbestimmter Wert ist, z. B. 18%, wird die A-Grün-Phase erweitert,
da die Phasendichte anzeigt, daß ein Verkehrsstau auf der Hauptstraße vorliegt.
Es wird angenommen, daß die momentane Phasendichte 15% beträgt. Da die Phasendichte
von 15% kleiner als der vorbestimmte Wert von 18% ist, wird die Ampel auf die B-Richtung
durch die Phasen-Abs ch lußeinrichtung 42 umgeschaltet, die über die Zentralsteuerung
das
Signal Umschalten auf das lokale Steuergerät an der betroffenen Kreuzung gibt, um
das Steuergerät auf.die nächste, nämlich die B-Grün-Phase weiter zuschalten.
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Der Vorgang läuft genauso weiter wie oben, nur daß jetzt die Gewichtsfaktoren
für die B-Richtung benutzt werden 12-3 in diesem Beispiel) und nur die verbleibende
Zykluserweiterung in dieser Phase ausgenutzt werden kann. Die Fahrzeug-Abstands
zeit für 7 Fahrzeuge beträgt 11 sec, so daß die berechnete Mindestzeit ftir die
B-Richtung auch 11 sec ausmacht. Am Ende der Mindestzeit für die B-Richtung wird
der eingestellte Bedarf mit dem Gewichtsfaktor der B-Richtung errechnet. Wenn angenommen
wird, daß ein Vergleich einen größeren Bedarf in der A-Richtung ergibt, wird die
B-Phase beendet. Die momentane Zykluszeit in diesem Beispiel beträgt 56 sec. Falls
an dieser Kreuzung eine festliegende Verschiebung erforderlich ist, wird die verbleibende
Zeit von 4 sec im nächsten Zyklus zur Mindestzeit der A-Grün-Phase addiert. Falls
keine Verschiebung erforderlich ist, wird bei künftigen Berechnungen die übrige
Zyklus zeit weggelassen.
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Die Gewichtsfaktoren für die A-Richtung und die B-Richtung können
festgelegt werden, wenn sich der Verkehrsfluß genau voraussagen läßt. Das obige
Beispiel arbeitete,mit festen Gewichtsfaktoren. Wenn man nicht mit festen Gewichtsfaktoren
arbeiten kann, können diese ebenfalls auf einer Echtzeitbasis errechnet werden,
indem man mit dem Rechner 44 das Verhältnis der Halte-Prozentsätze in der A-Richtung
und in der B-Richtung errechnet und die Gewichtsfaktoren durch einen Vergleicher
46, 48, 50, 52 einstellt und so einen vorbestimmten Prozentsatz des Halteverhältnisses
erzeugt. Die Berechnung der Gewichtsfaktoren mit Hilfe von Halteprozentsätzen erfolgt
über einen Detektor 30, der am Anfang der kleinsten A-Grün-Phase die momentanen
Verkehrsdaten liefert. Es wird angenommen, daß die folgenden Daten abgefühlt wurden:
Detektor
Phase Volumen Halte Gewichtsfaktoren 1 Al 100 50 1-1 2 Bl 75 45 1-1 3 A2 120 55
4 B2 60 40 Der Rechner 44 überprüft dann das Verhältnis der momentanen Halte zu
den momentanen Volumen.
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AI-Phase Halte/Volumen = 50/100 = 50 % A2-Phase Halte/Volumen = 55/.120
= 46 % B1-Phase Halte/Volumen = 45/ 75 = 60 % B2-Phase Halte/Volumen = 40/ 60 =
66 % Der größte Halteprozentsatz in der A-Richtung beläuft sich auf 50%, der größte
Halteprozentsatz in der B-Richtung auf 66%, woraus sich ein Verhältnis von 50/66
= 76% ergibt. Dieses ist das momentane Halteverhältnis Es sei angenommen, daß das
gewünschte Halteverhältnis bei 50% liegt. Das momentane Halteverhältnis und das
gewünschte Halteverhältnis werden vom Vergleicher 46 verglichen, der durch ein von
ihm erzeugtes Ausgangssignal auf der Leitung Nein ein ungleiches Vergleichsergebnis
angibt. Der Vergleicher 48 bestimmt die Richtung (A oder B), auf der die Halte reduziert
werden sollen. Der Vergleich erzeugt in diesem Fall ein Ausgangssignal auf der Leitung
Ja, da das momentane Halteverhältnis größer als das gewählte Verhältnis ist.
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Mikroschleifen-Tabelle, 2. Ebene, Hälteverhältnis A-Richtung zu B
-Richtung TABELLE II Wort Prozent - Schritt Verhältnis Gewichtsfaktor 1 25 1 1-4
5-1 2 38 2 3-8 4-1 3 50 3 1-2 3-1 4 63 4 5-8 5-2 5 75 5 3-4 2-1 6 88 6 7-8 3-2 7
100 7 1-1 1-1 8 112 8 9-8 2-3 9 125 9 5-4 1-2 10 150 10 3-2 2-5 11 200 11 2-1 1-3
12 300 12 3-1 1-4 13 400 13 4-1 1-5 Der Vergleicher 50 stellt dann fest, ob der
Gewichtsfaktor der A-Richtung sein Maximum erreicht hat. Die Gewichtsfaktoren werden
gemäß der Tabelle II gleichzeitig um einen Schritt erhöht. Der Gewichtsfaktor für
die A-Richtung 1-1 (Schritt Nr. 7 gemäß Tabelle II) ist nicht das Maximum, so daß
ein Ausgangs signal auf der Leitung Nein erzeugt wird und die Ein stelleinrichtung
55 erregt, die den Gewichtsfaktor der A-Richtung um einen Schritt auf den Schritt
6 in Tabelle II oder den Wert 3-2 erhöht.
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Falls der Gewichtsfaktor der A-Richtung auf Schritt 1 stand, wird
die Einstelleinrichtung -56 so betätigt, daß der Gewichtsfaktor der B-Richtung um
einen Schritt auf Schritt 8 in Tabelle II oder den Wert 2-3 erniedrigt
wurde.
Falls der momentane Prozentsatz unter 50% liegt, gibt der Vergleicher 48 ein Ausgangssignal
auf die Leitung Nein. Der Vergleicher 52 prüft dann, ob der Gewichtsfaktor der B-Richtung
am größten ist. Ist das nicht der Fall, erhöht die Einstelleinrichtung 58 den Gewichtsfaktor
der B-Richtung um einen Schritt. Wenn der Gewichtsfaktor der B-Richtung auf: seinem
höchsten Wert steht, erniedrigt die Einstelleinrichtung 60 den Gewichtsfaktor der
A-Richtung um einen Schritt.
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Der Gewichtsfaktor kann auch auf der Basis des 11Selbstlernenst? errechnet
wer den, indem das momentane Volumen abgefühlt und das Verhältnis des Volumens auf
der Hauptstraße zum Volumen auf der Seitenstraße vom Rechner 54 berücksichtigt wird
Mit Hilfe dieses Verhältnisses wird dann bestimmt, welches Halteverhältnis für dies
es Volumen optimal ist. Die Beziehung zwischen den Volumenverhältnissen und den
Halteverhäknissen kann im voraus berechnet und in einer Tabelle, wie z. B. in der
Tabelle-IU, gespeichert und dann später bei der Berechnung des Gewichtsfaktors verwendet
werden. Ein umgekehrtes Verhältnis der Volumenverhältnisse und der Halteverhältnisse
liefert erfahrungsgemäß einen ausreichenden Betrieb bei einer Steuerinstallation.
Als Beispiel werden für die in Tabelle I wiedergegebenen abgefühlten Daten die folgenden
Volumenverhältnisse er -rechnet.
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A-Richtung Volumen u 120 (maximal beide Richtungen) B-Richtung Volumen
= 75 (maximal beide Richtungen) 120/75 = 160%.
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Mikroschleifen-Tabelle, 3. Ebene, Volumenveriiältni S se A -Richtung
zu B-Richtung TABELLE III Wort % Volumenverhältnis 1 400 4-1 2 300 3-1 3 200 2-1
4 150 3-2 5 125 5-4 6 112 9-8 7 88 7-8 8 75 3-4 9 63 5-8 10 50 1-2 11 38 3-8 12
25 1-4 13 0 1-100 Aus Tabelle III geht hervor, daß das Verhältnis 160% dem Schritt
4 der Tabelle entspricht, da er zwischen 150% und 200% liegt und das Volumenverhältnis
3:2 ist. Das momentane Halteverhältnis wurde als über 76% liegend berechnet. Schritt
4 in- Tabelle II besagt, daß das Halteverhältnis 5:8 oder 63% sein soll. Durch die
oben beschriebene Operation wird festgestellt, daß die Haltezahl in der A-Richtung
reduziert werden muß, da 76% über den momentan bestimmten 63% liegen, so daß der
Gewichtsfaktor der A-Richtung um einen Schritt auf 3:2 erhöht wird. Es wird angenommen,
daß der nächste Zyklus die folgenden abgeftihlten Daten ergibt:
TABELLE
IV Detektor Phase Volumen Halte Gewichtsfaktor 1 A1 120 55 3-2 2 B1 90 55 1-1 3
A2 140 60 4 B2 75 50 Zunächst wird das momentane Volumenverhältnis überprüft. Größtes
Volumen in A-Richtung beträgt 140, größter Volumen in B-Richtung 90, das Verhältnis
140 : 90 = 155%.
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Das entspricht ebenfalls Schritt 4 der Tabelle III. Der Schritt 4
der Tabelle II gibt ein Halteverhältnis von 5.8 oder 63% an. Das momentane Halteverhältnis
wird dann wie folgt errechnet: Al Halte % » 46% A2-Halte % = 43% B1 Halte % = 61%
B2 Halte % = 66% Der größte Halteprozentsatz in A-Richtung beträgt 46%, in B-Richtung
66% und das Verhältnis 46:66=70%. Dieses momentane Halteverhältnis von 70% ist immer
noch größer als das momentane optimale- Halteverhältnis von 63%. Daher führt ein
Vergleich und eine anschließende Einstellung dazu, daß der Gewichtsfaktor der A-Richtung
um einen Schritt auf 2:1 erhöht wird. Dieser Operationszyklus läuft für jeden Zyklus
weiter,- so daß die momentanen Verkehrs-Steuerfaktoren auf momentan abgeffihlten
Daten ba -sieren und daher zu einem selbständigen Lernen des Systems führen.