Verkehrsleittechnik für den Straßenverkehr: Band II Leittechnik für den innerörtlichen Straßenverkehr

250 Pages·1988·6.548 MB·German

by  Professor Dr.-Ing. Rudolf Lapierre, Professor Dr.-Ing. Gerd Steierwald (auth.), Professor Dr.-Ing. Rudolf Lapierre, Professor Dr.-Ing. Gerd Steierwald (eds.)

Verkehrsleittechnik
fur den StraBenverkehr
Band II
Leittechnik fur den
innerortlichen StraBenverkehr
Herausgegeben von
Rudolf Lapierre und Gerd Steierwald
Mit 110 Abbildungen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo 1988
Professor Dr.-lng. R. Lapierre
Ministerialrat i. R.
Honorarprofessor an der Rhein.-Westf. Techn. Hochschule Aachen
Sonnenscheinstr. 8
5300 Bonn-Bad Godesberg
Professor Dr.-lng. G. Steierwald
ordentlicher Professor an der Universitat Stuttgart
Direktor des Instituts fUr StraBen- und Verkehrswesen
Universitat Stuttgart
Pfaffenwaldring 7
7000 Stuttgart 80
ISBN-13: 978-3-642-93329-5 e-ISBN-13: 978-3-642-93328-8
DOl: 10.1007/978-3-642-93328-8
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Verkehrsleittechnik fUr den StraBenverkehr 1 Rudolf Lapierre; Gerd Steierwald
Berlin; Heidelberg; New York; London; Paris; Tokyo: Springer
NE: Lapierre, Rudolf [Hrsg.]
Bd.2. Leittechnik fUr den innerortlichen StraBenverkehr. - 1988
ISBN-l3: 978-3-642-93329-5
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1988
Soft cover reprint of the hardcover 1st edition 1988
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berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der
Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann
benutzt werden diirften.
2160/3020-543210
Beitragsautoren
Behrendt, 1., Dr.-Ing.,
Bundesanstalt fUr StraBenwesen, Bergisch-Gladbach
Bottger, R., Dr.,
Siemens AG, Munchen
Boesefeldt, 1., Dipl.-Ing.,
Heusch/Boesefeldt GmbH, Aachen
Everts, K., Dipl.-Ing.,
Heusch/Boesefeldt GmbH, Aachen
Kaemmerer, H., Dipl.-Ing.,
StraBenbauamt, Stadtverwaltung Dusseldorf
Krell, K., Dr.-Ing., Prof.,
Bundesanstalt fUr StraBenwesen, Bergisch-Gladbach
Lapierre, R., Dr.-Ing., Prof.,
Bonn
Philipps, P., Dipl.-Ing.,
Heusch/Boesefeldt GmbH, Aachen
Schneider, H.-W., Dipl.-Ing.,
Heusch/Boesefeldt GmbH, Aachen
Sch6nharting, 1., Dr. techn.,
Steierwald SchOnharting
und Partner GmbH, Stuttgart
Wimmer, W., Dipl.-Ing.,
Siemens AG, Munchen
Vorwort
Der Anstieg des Verkehrs in den Verdichtungsriiumen der hochmotorisierten Liinder
fUhrte trotz intensiver planerischer und baulicher MaBnahmen zu zahlreichen
Stauungen und Unfiillen auf den innerortlichen und auBerortlichen StraBen. Die
daraus resultierenden negativen Erscheinungen im Raumleben von Stadt und Land
mit hohen volkswirtschaftlichen Verlusten sind der Grund fUr die weltweiten
Bemiihungen, durch verkehrspolitische Programme nachhaltig auf eine Situationsver
besserung im Verkehrswesen hinzuwirken. Dies gilt nieht nur fUr das System StraBe,
sondern aueh fUr die iibrigen Verkehrssysteme. Die Bemiihungen werden gestiitzt
durch die jeder Regierung obliegende Aufgabe, eine ausreiehende Transportqualitiit
fUr den Austauseh von Personen und Giitern sicherzustellen. Die finanzielle und
wirtsehaftliehe Situation, das stiirkere UmweltbewuBtsein und die Energiekrise haben
in den letzten Jahren bei den Fragen der Substanzerhaltung und der besseren Nutzung
der vorhandenen StraBennetze neue Prioritiiten gesetzt.
Die vielseitigen Anstrengungen, die fiir ein leistungsfiihiges und sicheres StraBensy
stem notwendige Qualitiit zu erhalten, sind daher zu einem groBen Teil auf die
Verbesserung des Verkehrsablaufs und auf die optima Ie Nutzung der vorhandenen
StraBenfliiehe zur Bewiiltigung groBer Verkehrsmengen ausgeriehtet.
Aufgrund dieser Entwieklung hat die Verkehrsleittechnik, die die Planung, den Bau
und den Betrieb von Mitteln und Einriehtungen zur Steuerung und Regelung des
StraBenverkehrs umfaBt, zunehmend an Bedeutung gewonnen. Ais wiehtiges Teilge
biet des Verkehrsingenieurwesens ziihlt sie heute zu jenen verkehrsteehnischen
Bereiehen, ohne die der individuelle und Offentliehe StraBenverkehr nieht mehr zu
bewiiltigen sind.
Die gerade im letzten Jahrzehnt auf den Gebieten der Elektronik und Datenverarbei
tung erzielten Fortsehritte haben die betriebs-und verkehrstechnisehen Moglichkeiten
und den Anwendungsbereich fUr die Steuerung des StraBenverkehrs an Knotenpunk
ten, aufStraBenabsehnitten und in StraBennetzen erheblich erweitert. Sie leiteten eine
Innovationsphase ein, die zur Entwicklung adaptiver Steuerungskonzeptionen und
Steuerungsverfahren fiihrte. Dies gilt besonders fiir die situationsabhiingigen Leittech
niken, die eine flexible Anpassung an die mit veriinderlicher Verkehrsnachfrage zeitlich
weehselnden Verkehrssituationen und an sich iindernde Umfeldbedingungen gewiihr
leisten. Ihre effiziente Anwendung setzt jedoeh ein hohes MaB an Kenntnissen iiber die
GesetzmiiBigkeiten im Verkehrsablauf, die Struktur und Wirkungsweise des Rege
lungssystems und die Mogliehkeiten seiner technischen Realisierung fUr denjeweiligen
Einsatzbereieh voraus.
Forschung und Praxis auf dem Gebiet der Verkehrsleittechnik haben inzwischen einen
Wissens- und Erfahrungsstand erreieht, der einer systematisehen und priizisen
Erfassung und Darstellung des Stoffes bedarf. Da dies bisher nieht nur in der
VIII Vo rwort
deutschsprachigen Fachliteratur fehlt, haben die Herausgeber sich die Aufgabe
gestellt, durch ein Handbuch die Lucke zu schlieBen und das vorhandene Wissen und
die praxisbewiihrten Erfahrungen einem groBeren Kreis von Fachleuten zugiinglich zu
machen.
Fur die Mitarbeit konnten namhafte Fachleute aus dem wissenschaftlichen, industriel
len und administrativen Bereich gewonnen werden. Darnit ist sichergestellt; daB der
erfaBte und aufbereitete Wissensstoff fachdiszipliniir hinreichend abgedeckt und auch
der Interessensbereich angrenzender Fachgebiete berucksichtigt ist. Daruber hinaus
gewahrleistet die Kooperation mit international erfahrenen Fachkollegen die Einbe
ziehung der Entwicklungen und Erkenntnisse in den wichtigsten europaischen und
auBereuropiiischen Landern. Dennoch muB betont werden, daB die innovatorische
Phase auf diesem Gebiet keineswegs abgeschlossen ist. Die Verkehrsleittechnik liiBt
auch in den niichsten lahren die Entwicklung neuer Technologien und Betriebssysteme
erwarten.
Mit dem Buch solI der Fachwelt ein Instrumentarium an die Hand gegeben werden,
das die wissenschaftlichen und praktischen Vo raussetzungen fUr die erfolgreiehe
Anwendung bewiihrter Verkehrsleittechniken aufzeigt. Die beiden ersten Biinde
befassen sieh mit den Grundlagen und der Technik (Band I) und mit der Verkehrsleit
technik fur innerortliche StraBen (Band II). Diese Beschriinkung war wegen der zur
Zeit sprunghaften Entwicklung in vielen anderen Bereiehen notwendig, was insbeson
dere auch fUr die Schienenbahnen zutrifft, bei denen die Verkehrsleittechnik im
Hinblick auf die notwendige Automation und Rationalisierung ebenfalls eine groBe
Rolle spielt.
Der Inhalt des Buches ist so gegliedert, daB er den Gesamtkomplex der Probleme,
Aufgaben und Losungsansiitze aufzeigt und systematisch in die jeweiligen Arbeits
schritte einfuhrt. Die zur VerfUgung stehende Hard-und Software werden aus der Sieht
der Geriitetechnik und der Datenverarbeitung eingehend beschrieben und kritisch
bewertet. Der sich mit den Modellvorste11ungen zur Beschreibung des Verkehrsablaufs
befassende Teil vermittelt das mathematische Riistzeug fUr die aus der Theorie
ableitbaren Berechnungsverfahren zur qualitativen Beurteilung des Systemeinsatzes.
Die Teile Steuerungs-und BewertungsgroBen und verkehrstechnische Steuerungsver
fahren versetzen den Leser in die Lage, die Einsatzmoglichkeiten abzugrenzen und die
Optirnierungskriterien in ihrer Bedeutung und Wirkung realistisch abzuschatzen. Ais
Verstandnis- und Anwendungshilfe dienen abschnittsweise eingestreute Beispiele aus
der Praxis.
Das Buch richtet sich sowohl an den wissenschaftlich orientierten Fachmann wie an
den Praktiker; fur den Studierenden solI es gleichfa11s als Lehrbuch gelten. Stofflich ist
der Interessensbereieh der Wissenschaft ebenso beruhrt wie der der Industrie und der
Administration. Das Buch solI aber auch der Kommunikation dienen zwischen den
verschiedenen Spezialdisziplinen und deren Randgebieten, die sich aus der Vie1falt und
Verzahnung der komplexen Materie ergeben. Hier darf nicht ubersehen werden, daB
zahlreiche Begriffe definitorisch noch nicht einheitlich abgesichert sind. Die Herausge
ber haben sich bemuht, begriffliche Unterschiede in den verschiedenen Fachdiszipli
nen auszugleichen.
Moge das kooperativ erste11te Werk schlieBlich dazu beitragen, durch eine gezielt
angewendete Verkehrsleittechnik Angebot und Nachfrage im StraBenverkehr in eine
yom technischen Aufwand her vertretbare Relation zu bringen. Die hierdurch
Vorwort IX
erreichbare bessere Nutzung des vorhandenen Verkehrsraumes, die Einsparung von
Zeit und Energie, die Verringerung der Verkehrsunfalle und die Einschrankung von
Larm und Abgasbelastigung rechtfertigen diesen Wunsch und stutzen die Forderung
nach systemgerechter Realisierung.
Die Herausgeber sind den Autoren fUr ihre Mitarbeit zu groBem Dank verpflichtet.
Ohne die Bereitschaft, ihr Fachwissen und ihre Erfahrung aus Lehre, Forschung,
Beratung und Praxis zur Verfugung zu stellen, ware es nicht m6glich gewesen, den
umfangreichen Stoff wissenschaftlich fundiert, aktuell und praxisnah fur eine
Buchver6ffentlichung vorzubereiten.
Nicht zuletzt m6chten wir dem Verlag danken fur die vertrauensvolle und effiziente
Zusammenarbeit und fUr die Herausgabe des Buches in dieser hervorragenden
Ausstattung.
Bonn und Stuttgart, im Dezember 1987 Rudolf Lapierre, Gerd Steierwald
Inhaltsverzeichnis
Tell D Einfiihrung
Tell E Knotenpunktgerlite und Betriebsorganisation
zur Lichtsignaisteuerung (H. Kaemmerer)
1 Funktion der Knotenpunktgerite
Scbaltgerite und Steuergerite ................................ 7
2 Steuerungstechniken
Einsatzpunktsteuerung und Signalgruppensteuerung 10
3 Sicherheitsphilosophie der Lichtsignalsteuerung ................... 17
3.1 Bedeutung der Lichtsignalanlagen ............................ 17
3.2 Anforderungen an die Geratetechnik .......................... 17
3.3 Verwirklichung der Forderungen nach Sicherheit
und Verftigbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 19
4 Knotenpunktgerite mit Zwischenzeitenverriegelung ................ 22
5 Betriebsorganisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26
5.1 Zentralsteuerung " . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26
5.2 Dezentrale Steuerung ...................................... 27
5.3 Indirekte Zentralsteuerung .................................. 28
6 Neuere Entwicklungstendenzen (W. Wimmer) .................... 30
6.1 Aufbau und Arbeitsweise von Microcomputem . . . . . . . . . . . . . . . . .. 30
6.2 Einsatzm6g1ichkeiten und Vorteile ........................... 31
6.3 Auswirkungen auf die Gesamtkonzeption ...................... 33
7 Literatur ................................................ 34
XII Inhaltsverzeichnis
TeU F Verkehrs- und regelungstechnische Gesichtspunkte
und Strategien zur Lichtsignalsteuerung
1 Verkehrs- und regeiungstechnische Gesichtspunkte (J. Boesefeldt) . . . .. 37
1.1 Einftihrung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 37
1.2 StraBenverkehrssystem ..................................... 38
1.3 Regelkreis ............................................... 41
1.4 Einsatzbereiche ........................................... 43
1.5 Entwicklungsstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 45
1.6 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47
2 Signalsteuerungsstrategien (R. Lapierre) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 48
2.1 Definition ............................................... 48
2.2 Ausgangslage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 50
2.3 Ausgewahlte Steuerungsstrategien ............................ 51
2.4 Integration der Steuerungsstrategien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 62
2.5 Verkehrs-System-Management ............................... 65
2.6 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 68
TeU G Signalprogrammauswahl, Signalprogrammodifikation
und Signalprogrammbildung
1 Signalprogrammauswahl (K. Everts) ............................ 73
1.1 Ausgangslage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 73
1.2 Zeitplanabhangige Signalprogrammauswahl ..................... 73
1.2.1 Erfassung und Analyse des Verkehrs .......................... 73
1.2.2 Aufstellung der Zeitplane ................................... 76
1.2.3 Ermittlung der Signalprogramme ............................. 77
1.2.4 Auswahlverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 78
1.3 Verkehrsabhangige Signalprogrammauswahl .................... 78
1.3.1 Wahl von Zielbereich und ZielgroBe .......................... 78
1.3.2 Erfassung und Analyse des Verkehrs .......................... 80
1.3.3 Ermittlung der Signalprogramme ............................. 83
1.3.4 Auswahlverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 83
1.3.5 Randbedingungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 86
1.4 Verfahren der Signalprogrammumschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 87
1.4.1 Aligemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 87
1.4.2 Einzelknotensteuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 87
1.4.3 Koordinierte Signalsteuerung ................................ 92
Inhaltsverzeichnis XIII
1.5 Anpassung der PhasenUingen ................................ 98
1.5.1 Zielvorstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 98
1.5.2 Erfassung und Analyse des Verkehrs .......................... 99
1.5.3 Beeinflussung des Signalprogramms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 100
1.6 Protokollierung und Archivierung der SteuerungsmaBnahmen ...... 104
1.7 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 105
2 Signaiprogramm-ModifIkation (R. Bottger) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 107
2.1 Aufgaben und Wirkungen der verkehrsabhiingigen
Signalprogramm-Modifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 107
2.2 Steuerverfahren fUr Einzelknotenpunkte ....................... 108
2.3 Art und Wirkungsweise von Anforderungen .................... 109
2.3.1 Allgemeines tiber An- und Abmeldungen ...................... 109
2.3.2 Bevorzugung durch Verliingern oder Vorziehen einer Phase ........ 109
2.3.3 Bevorzugung durch Ansteuern eigener Signale fUr den offentlichen
Verkehr mit zeitlich festgelegten Griinzeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 110
2.3.4 Absolute Bevorzugung von Bahnen, Feuerwehr,
Notdienstfahrzeugen u. a. ................................... 111
2.3.5 Linienkennung und FahrstraBen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 111
2.4 Modifikation beim Wechsel des Basis-Signalprogramms ........... 112
2.5 Einfache Modifikationsbeispiele .............................. 112
3 Signalprogrammbildung (P. Philipps und 1. Schonharting) ........... 119
3.1 Einftihrung und Definitionen ................................ 119
3.2 Modellautbau ............................................ 121
3.2.1 Riiumliche Verteilung der Fahrzeuge im StraBennetz ............. 121
3.2.2 Optimierungsmodell. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 122
3.2.3 Restriktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 124
3.3 Beschreibung einiger Modelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 125
3.3.1 Allgemeines .............................................. 125
3.3.2 Heuristisches Modell zur Steuerung des Verkehrsablaufs
an einem Knotenpunkt; Optimierungskriterium Wartezeit ......... 127
3.3.3 Algorithmisches Modell zur Steuerung des Verkehrsablaufs
an einem Einzelknoten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 127
3.3.4 Plausibilitiitsmodell fUr einen Einzelknoten ..................... 129
3.3.5 Steuerungsmodell fUr einen Hauptknoten mit Nachbarknoten ...... 134
3.3.6 Steuerungsmodell fUr einen StraBenzug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 138
3.4 Bewertung und Einsatzbereiche der Steuerungsmodelle der
Signalprogrammbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 139
3.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 139
3.4.2 MeBergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 139
3.4.3 Einsatzbereiche ........................................... 141
3.5 Literatur ................................................. 142