Unser Physiklehrer Richard Repscher und unser Chemielehrer Martin Engerer haben unser Projekt betreut. Bei der Umsetzung der Infrarot-Kommunikation für das Modell haben wir privat die Hilfe von Hartmut Schott in Anspruch genommen. Die komplette Software, Elektronik und Idee stammt von uns. Das Foto des Infrarot-Sensors im Abschnitt 5 ist mit der Erlaubnis von Patrick Jahn (http://www.info-lsa.de) eingebunden.
Anbei liegt eine CD, welche unsere Simulationssoftware enthält, die unten erklärt wird. Zur Ausführung muss Python 2.4 und PyQT3 installiert sein. Wenn Diagramme angezeigt werden sollen, muss zusätzlich die «matplotlib» mit GTK-Backend installiert sein. Die Software ist momentan nur unter Linux lauffähig. Zuerst ist das Programmverzeichnis auf die Festplatte zu kopieren. Dann kann in diesem per Doppelklick auf die Datei «simulation.py» oder über die Eingabe von «./simulation.py» in der Konsole das Programm gestartet werden.
Wer kennt das nicht? Ewige Wartezeiten an einer roten Ampel aber weit und breit kein Auto. Doch auch an etwas stärker befahrenen Kreuzungen sind Wartezeiten oftmals unnötig hoch.
Denn wenn zum Beispiel alle Autos an einer Ampel weggefahren sind, erhalten andere Fahrzeuge nicht umgehend grün, da festgelegte Schaltzeiten verwendet werden.
Wir haben uns das Ziel gesetzt dieses Problem zu lösen.
Zu diesem Zweck haben wir eine Ampelschaltung konzipiert, welche die Anzahl, die Wartezeit und die Relevanz der Verkehrsteilnehmer berücksichtigt.
Hierdurch wird es möglich einen optimalen Vehrkehrsfluss zu erreichen.
Jeder einzelne Verkehrsteilnehmer kann somit wertvolle Zeit sparen. Außerdem wird dadurch auch Treibstoff eingespart. Jede Stunde, die der Motor im Leerlauf verbringt, kostet rund einen Liter Kraftstoff. Bei durchschnittlicher Wartezeitverkürzung von rund 20 Sekunden, ungefähr 2000 Ampelstopps im Jahr pro Auto und 50 Millionen Fahrzeugen in Deutschland ergibt das eine Kraftstoffersparnis von 556 Millionen Litern pro Jahr für ganz Deutschland. Damit verbunden ist eine enorme Umweltentlastung und Geldersparnis. Das Feinstaub-Aufkommen ließe sich durch den Einsatz einer intelligenten Ampelschaltung um bis zu 20% senken.
Desweiteren arbeitet unser System eigenständig. Damit ist gemeint, dass es selbstständig die optimale Verteilung des Verkehrs ermitteln kann.
Ein Umbau der Fahrzeuge beispielsweise durch die Aufrüstung mit einem Funkchip ist nicht nötig, jeder Verkehrsteilnehmer wird anonym erkannt.
Allerdings schließt dies nicht die Möglichkeit der Verwendung dieser Chips aus.
Durch, in Zukunft mögliche, intelligente Datenübertragung zwischen den einzelnen Fahrzeugen ließe sich das System durchaus erweitern.
Die bisherige Intelligenz unserer Schaltungsmethode soll nur der Grundstein eines perfekten Verkehrssystems sein.
Umgesetzt haben wir den Ampelschaltungsalgorhytmus mittels einer Simulationssoftware und einem Modell. Die Software simuliert Verkehrssituationen und soll die Effizienz der modernisierten Schaltung verdeutlichen. Das Modell hingegen dient zur verständlichen Veranschaulichung des Systems.
Die Geschwindigkeitsvorteile werden dadurch erreicht, dass die Position und Anzahl der Fahrzeuge und Personen an der Ampel überwacht wird, und nach folgendem Berechnungsschema die Reihenfolge der Grünschaltung bestimmt wird:
Jedem Verkehrsteilnehmer wird zuerst eine Ausgangspriorität zugeordnet.
Ist ein Polizei-/Feuerwehr-/Krankenwagen nicht im Einsatz, wird er auch nicht als solcher erkannt, folglich wird er dann als normales Auto behandelt.
| Art | Ausgangspriorität |
|---|---|
| Fußgänger/Fahrräder | 5 |
| Normales Auto | 10 |
| Bus | 50 |
| Rettungswagen im Einsatz | 999 |
Die Priorität wird nach festgelegtem Intervall erhöht, damit die Wartezeit mit einbezogen wird. Dadurch ist ein Fußgänger der vielen Autos gegenüber steht nach gewisser Wartezeit wichtig genug, um ebenfalls die Straße überqueren zu dürfen. Hat ein Fußgänger beispielsweise 10 Sekunden gewartet, erhöht sich seine Priorität auf 10 und er hat die gleiche Wichtigkeit wie ein Auto. Nach 20 Sekunden hat er eine Priorität von 15. Polizei, Krankenwagen und Feuerwehr haben immer Vorfahrt, auch wenn sie der Priorität nach unterlegen wären.
| Priorität nach | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Art | 10s | 30s | 60s | 90s | 120s |
| Fußgänger/Fahrräder | 10 | 20 | 35 | 50 | 65 |
| Normales Auto | 20 | 40 | 70 | 100 | 130 |
| Bus | 100 | 200 | 350 | 500 | 650 |
| Rettungswagen im Einsatz | 999 | 999 | 999 | 999 | 999 |
Anhand der Priorität der einzelnen Verkehrsteilnehmer errechnet sich die Gesamtpriorität an einer Ampel. Dann werden die Gesamtprioritäten der unterschiedlichen Ampeln miteinander verglichen und so die Reihenfolge der Grünschaltung bestimmt.
Dabei ist ein sinnvolle Kombination aus grünen Ampeln zu beachten. Unsere Ampelschaltung prüft deshalb, ob die Grünschaltung einer Ampel in Konflikt mit einer anderen treten würde.
Damit, wenn auf zwei Seiten der Kreuzung gleich viele Autos stehen, nicht bei beiden Seiten abwechselnd nur ein Auto fahren darf (Seite A: Auto fährt weg, Priorität sinkt => Seite B erhält grün, Auto fährt weg, Priorität sinkt => Seite A erhält grün usw.) gibt es eine Mindestanzahl an durchzulassenden Autos, die relativ zur Gesamtanzahl steht. Das hat zur Folge, dass wenn ein Stau ist, z. B. 15 Autos auf einmal fahren dürfen, bis die gegenüberliegende Seite grün erhält (vorausgesetzt, sie hat eine höhere Priorität natürlich). Wenn kein Stau ist, ist die Mindestanzahl geringer. So kann ein Stau schnell abgebaut werden, da unnötige Gelbzeit und Anfahrzeit wegfällt, wenn kein Stau ist, müssen die Autos aber trotzdem nicht zu lange warten.
Da unsere Ampelschaltung Rettungswagen sofort grün schaltet, und folglich den anderen Autos rot gibt, wird die Verkehrssicherheit bedeutend erhöht. So ist ausgeschlossen, dass andere Verkehrsteilnehmer die Rettungswagen überhöhren/-sehen, das heißt sie können sich zu 100% an dem Ampelsignal orientieren. So wird die Unfallwahrscheinlichkeit herabgesetzt.
Ampel 1: Ein 30s wartendes Auto und ein Bus, der frisch dazugekommen ist.
Ampel 2: Ein Polizeiwagen.
Ampel 3: Drei Fußgänger, die jeweils eine Minute warten.
Daraus wird die Gesamtpriorität errechnet:
Ampel 1: 90
Ampel 2: 999
Ampel 3: 105
Zuerst bekommt Ampel 2 grün (Polizei hat immer Vorfahrt), anschließend wird Ampel 3 grün geschaltet, da sie die nächsthöhere Priorität hat (die Fußgänger warten schon sehr lange).
Auf der folgenden Seite ist ein Verlaufs-Diagramm der Anzahl an wartenden Objekten bei einer normalen Ampelschaltung zu sehen (Bild 2.2a).