Konzipierung, Analyse und Realumsetzung eines mehrstufigen modellprädiktiven Lichtsignalanlagenregelungssystems

Die vorliegende Dissertation beschreibt das Konzept und den Entwicklungsprozess eines Lichtsignalanlagenregelungssystems bis zur Realumsetzung. Das Regelungssystem, welches im Rahmen des Pilotprojekts Schlosskreuzung entstanden ist, besteht dabei aus zwei untereinander abgestimmten Methoden zur Echtzeit-Verkehrsrekonstruktion und zur modellprädiktiven Regelung des Verkehrssystems anhand der vorhandenen Lichtsignalanlagen. Die Echtzeit-Verkehrsrekonstruktion approximiert dabei simulationsbasiert den aktuellen Verkehrszustand anhand gegebener Messdaten über dynamische Verkehrszuweisungen. Die entwickelte mehrstufige Lichtsignalanlagenregelung nutzt ein Fuzzy-System zur Phasenvorauswahl, um anschließend über eine modellprädiktive Regelung das nichtlineare Problem mit dem Ergebnis der optimalen Kombinationen von Phasen und Schaltzeitpunkten zu lösen. Das Regelungssystem wird in dieser Arbeit anhand eines ausgewählten Verkehrsgebiets zunächst rein simulativ getestet und mit dem vorliegenden Bestandsverfahren verglichen. Im Anschluss an die prototypische Inbetriebnahme wird dieser Vergleich durch die Feldtests abgeschlossen. Entsprechende Ergebnisse zeigen das große Potential der Entwicklung hinsichtlich der Reduktion von Kriterien wie Emissionen oder Wartezeiten und gleichzeitig den Handlungsbedarf für eine standardmäßige Nutzung.

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This dissertation describes the concept and the development process of a traffic signal control system up to the real implementation.The control system, which was developed in the context of the Pilotprojekt Schlosskreuzung, consists of two mutually coordinated methods for real-time traffic reconstruction and for model-predictive control of the traffic system based on the existing traffic light systems.The real-time traffic reconstruction approximates the current traffic state simulation-based using given measurement data via dynamic traffic assignments.The designed multi-stage traffic signal control system uses a fuzzy-system for phase preselection and subsequently employs model predictive control to solve the nonlinear problem resulting in the optimal combinations of phases and switching times.In this work, the control system is first tested purely simulatively on the basis of a selected traffic area and compared with the existing inventory method.Following the prototypical commissioning, this comparison is finalised by field tests.Corresponding results show the great potential of the development with regard to the reduction of criteria such as emissions or waiting times and at the same time the need for action for use as standard.