Self-organized traffic light control, based on synchronization phenomena in driven many-particle systems and supply networks
Final Report Abstract
Im DFG-Forschungsprojekt „Selbstorganisierte Lichtsignalsteuerung auf der Basis von Synchronisationsphänomenen in getriebenenVielteilchensystemen und Supply Networks" ist es der Gruppe um Antragsteller Prof. Dirk Helbing gelungen, ein neuartiges Konzept zur flexiblen Online-Steuerung von Lichtsignalanlagen in Straßennetz werken zu entwickeln. Anstatt von vorher berechneten Steuerungsparametern auszugehen, soll sich der Verkehr vielmehr „von selbst" regeln. Dies gelingt, indem jede Lichtsignalanlage in jedem Augenblick auf die jeweils aktuelle Verkehrs situation reagiert. Das heißt, die Steuerung verzichtet auf Grundprogramme wie zum Beispiel Umlaufzeiten, sondern entscheidet sekündlich neu, wo der größte Bedarf für „Grün" ist. Die Formel, nach der die Priorität jedes Verkehr s ström s zu berechnen ist, konnten die Forscher aus Optimalitätskriterien herleiten. Über diese Priorität erwirken sich die größten und dringlichsten Verkehrsströme die Grünzeiten „von selbst". Dieses Priorisierungsprinzip, so konnte gezeigt werden, ist zu jedem Zeitpunkt für alle am jeweiligen Knotenpunkt befindlichen Fahrzeuge wartezeiten-optimal. Eine herannahende Kolonne wird automatisch mit einer Grünen Welle bedient, aber nur, wenn dadurch tatsächlich Wartezeiten eingespart werden. Selbstverständlich muss die lokale Optimierung jedes Knotenpunktes nicht gleichzeitig auch zu einer guten Lösung für das gesamte Straßennetz führen. Es könnten „Verklemmungseffekte" auftreten, bei denen die Warteschlangen immer länger werden, oder die kleineren Verkehrsströme hätten zu lange Rotzeiten. Um dies zu vermeiden, wurden die lokalen Schaltregeln um ein stabilisierendes Korrektiv erweitert. Dieses überwacht das Verhalten der lokal optimierenden Steuerung und greift, falls nötig, kurz und zielgerichtet ein. Damit können - obwohl sich die Lichtsignalanlagen nach wie vor „chaotisch" verhalten - ungewünschte Nebeneffekte wie dynamische Instabilitäten ausgeschlossen werden. Es konnte gezeigt werden, dass ein so gesteuertes Straßennetzwerk die gleiche Verkehrsmenge bewältigen kann wie eine herkömmliche Festzeitsteuerung, zusätzlich aber flexibel und bedarfsgerecht auf die durchs Netzwerk fahrenden Kolonnen reagiert. Die Projektergebnisse sind in der Dissertationsschrift von Stefan Lämmer und zahlreichen internationalen Publikationen niedergeschrieben (http://traffic.stefanlaemmer.de). In Vorbereitung auf einen Praxiseinsatz führt Stefan Lämmer mit Computersimulationen eine Vergleichsstudie an 13 problembehafteten Knotenpunkten im Stadtgebiet von Dresden durch.
Publications
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R. Donner, S. Lämmer und D. Helbing
