Selbstorganisierte Lichtsignalsteuerung auf der Basis von Synchronisationsphänomenen in getriebenen Vielteilchensystemen und Supply Networks
Zusammenfassung der Projektergebnisse
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.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2004) Network-induced oscillatory behavior in material flow networks and irregular business cycles. Physical Review E 70,056118
D. Helbing, U. Witt, S. Lämmer und T. Brenner
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevE.70.056118) - (2004) Physics, stability and dynamics of supply networks. Physical Review E 70, 066116
D. Helbing, S. Lämmer, T. Seidel, P. Seba und T. Platkowski
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevE.70.066116) - (2005) Self-organized control of irregular or perturbed network traffic. Seiten 239-274 in: C. Deissenberg and R. F. Hartl (Eds.) Optimal Control and Dynamic Games (Springer, Dordrecht)
D. Helbing, S. Lämmer und J.-P. Lebacque
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/0-387-25805-1_15) - Supply and production networks: From the bullwhip effect to business cycles. Seiten 33-66 in: D. Armbruster, A. S. Mikhailov, and K. Kaneko (Eds.) Networks of Interacting Machines: Production Organization in Complex Industrial Systems and Biological Cells (World Scientific, Singapore, 2005)
D. Helbing und S. Lämmer
- (2006) Decentralised control of material or traffic flows in networks using phase-synchronisation. Physica A 363(1) 39-47
S. Lämmer, H. Kori, K. Peters und D. Helbing
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.physa.2006.01.047) - (2006) Decentralized approaches to adaptive traffic control and an extended level of service concept. 17th International Conference on the Application of Computer Science and Mathematics in Architecture and Civil Engineering, Weimar, 12.-14. Juli 2006
A.Kesting, M. Treiber, S. Lämmer, M. Schönhof und D. Helbing
- (2006) Network-induced business cycles and oscillatory behaviour in supply networks. Seiten 57-66 in: M. Aron, F. Boillot, and J.-P. Lebacque (Eds.) Traffic Modelisation (INRETS, Arcueil Cedex)
D. Helbing, U. Witt, S. Lämmer und T. Brenner
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevE.70.056118) - (2006) On Stability Analysis and Parametric Design of Supply Networks under the Presence of Transportation Delays. ASME International Mechanical Engineering Congress & Exposition, MED-15, #14782, Chicago, USA
R. Sipahi, S. Lämmer, S.-I. Niculescu und D. Helbing
(Siehe online unter https://doi.org/10.1115/IMECE2006-14782) - (2006) Scaling laws in the spatial structure of urban road networks. Physica A 363(1) 89-95
S. Lämmer, B. Gehlsen und D. Helbing
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.physa.2006.01.051) - (2006) Self-organization principles in supply networks and production systems. Seiten 535-558 in: B.K.Chakrabarti, A.Chakraborti, A. Chatterjee (Eds.) Econophysics and Sociophysics - Trends and Perspectives (Wiley, Weinheim)
D. Helbing, T. Seidel, S. Lämmer und K. Peters
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/9783527610006.ch19) - (2007) Critical Infrastructures Vulnerability: The Highway Networks. Seiten 201-216 in: D. Helbing (Ed.) Managing Complexity: Insights, Concepts, Applications (Springer, Berlin)
L. Issacharoff, S. Lämmer, V. Rosato und D. Helbing
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/978-3-540-75261-5_9) - (2007) Decentralized Approaches to Adaptive Traffic Control. Seiten 189-199 in: D. Helbing (Ed.) Managing Complexity: Insights, Concepts, Applications (Springer, Berlin)
A. Kesting, M. Schönhof, S. Lämmer, M. Treiber und D. Helbing
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/978-3-540-75261-5_8) - (2007) Logistics Networks: Coping with Nonlinearity and Complexity. Seiten 119-136 in: D. Helbing (Ed.) Managing Complexity: Insights, Concepts, Applications (Springer, Berlin)
K. Peters, T. Seidel, S. Lämmer und D. Helbing
- (2007) Reglerentwurf zur dezentralen Online-Steuerung von Lichtsignalanlagen in Straßennetzwerken. Dissertation (Technische Universität Dresden)
S. Lämmer
- (2007) Self-organized network flows. Networks and Heterogeneous Media 2(2) 193-210
D. Helbing, J. Siegmeier und S. Lämmer
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.3934/nhm.2007.2.193) - (2008) Self-Control of Traffic Lights and Vehicle Flows in Urban Road Networks. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment, P04019
S. Lämmer und D. Helbing
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/1742-5468/2008/04/P04019) - (2008) Self-organized optimization and control of material flow networks by phase synchronization. First International workshop on Nonlinear Dynamics and Synchronization Nr. 1569107295
R. Donner, S. Lämmer und D. Helbing
