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Navigationssysteme (individuelle on-trip-Zielführung) im Rahmen des Verkehrsmanagements

Erstellt am: 22.09.2004 | Stand des Wissens: 13.12.2019
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TU Dresden, Professur für Kommunikationswirtschaft, Prof. Dr. Ulrike Stopka

Navigationssysteme zur individuellen Zielführung geben den Fahrzeuglenkern überwiegend über Sprachanweisungen und visuell auf einem Display während der Fahrt dynamische Fahr-, Abbiege-, Entfernungs- und Verkehrsinformationen. Es werden dabei "statische" und "dynamische" Routingsysteme unterschieden.
Bei statischen Systemen erfolgt die Zielführung auf der Basis einer gespeicherten routingfähigen Karte und der Bestimmung der eigenen Position mittels allgemein dem Global Navigation Satellite System (GNSS) und im speziellen beispielsweise mit dem Global Positioning System (GPS) und/oder dem Globalnaja nawigazionnaja sputnikowaja sistema (GLONASS).
Dynamische Systeme berücksichtigen zusätzlich verfügbare Daten zur aktuellen Verkehrssituation und passen die Route zum Ziel entsprechend an. Aktuelle Verkehrszustandsdaten werden über kostenlose Radio Data System/Traffic Message Channel (RDS/TMC)- oder Transport Protocol Experts Group (TPEG)-Informationen im Rahmen des Verkehrswarndienstes zur Verfügung gestellt. Daneben existieren auch teilweise kostenpflichtige Informationsservices, zum Beispiel über TMCpro oder Mobilfunk.
An der Vereinigung statischer und dynamischer Systeme durch einen gemeinsamen Speicher, einheitliche Standards und den Bezug auf gemeinsame digitale Kartenschichten (local dynamic maps) wird gearbeitet [WaMa10]. Bei einer hohen Akzeptanz durch die Nutzer sind individuelle Zielführungssysteme nicht allein Informations-, sondern auch Steuerungssysteme, mit denen der Nutzer versucht, seine individuelle Reisezeit zu optimieren [FGSV02]. Dabei stellen vor allem die Entwicklungen auf den Gebieten digitale Kommunikation, Multi-Sensor-Datenfusion und die Bildverarbeitung die zentralen Forschungsfelderdar [WaMa10]. Sie ergänzen bzw. verfeinern die Ortung mittels Satellitensignalen durch [Stra14]
  • Informationen aus dem verkehrlichen Umfeld (von anderen Verkehrsteilnehmern / Vehicle -to-Vehicle) und über die Infrastruktur / Vehicle-to-Infrastructure) über Vernetzung und neue Kommunikationswege, wie das Internet oder den Standard für WLAN Technik in PKW, demn IEEEp-Standard oder auch WLANp-Standrad genannt) [Lang09a]
  • Zuordnung von Funkempfängern zu bestimmten Basisstationen (zellbasierte Ortung)
  • Einbeziehung der Daten verschiedener Fahrzeugsensoren, wie Rad-, Drehraten- und Trägheits­sensoren / Trägheitsnavigationssystem (INS), besonders bei vom Fahrzeughersteller verbauten Geräten
  • Abgleich mit vom Fahrzeug aus optisch markant erkennbaren Objekten (Landmarkennavigation)
Getrieben wird diese Entwicklung durch die Konkurrenz von drei Interessengruppen:
  • Fahrzeughersteller mit eigener Navigations- und Sensorikausrüstung ab Werk,
  • Navigationsgerätehersteller in Einheit mit Kartendiensten und
  • Hersteller mobiler Endgeräte (Smartphones und Tablets mit Internetzugang) mit Software- und Hardware-Erweiterun­gen zur Navigation [Stra14].
Dazu kommt die rasante Entwicklung bei mobilen Endgeräte bezüglich der Informationsausgabe auf farbigen grafischen Displays, gestützt auf aktuell zu haltende digitale Karten (Geoinformationssysteme GIS). Diese  preiswerten, aber durchaus leistungsfähige Applikationen (Apps) auf Mobiltelefonen und Tablet-PCs [Stra13] erschließen die Navigation für viele weitere Anwendergruppen im Verkehrsraum außerhalb der Kraftfahrzeuge, wie für Fußgänger, Radfahrer, Nutzer des öffentlichen Nahverkehrs und intermodal wechselnde Verkehrsteilnehmer. So ist die Zahl der Käufer von und der Ausrüstungsgrad der Fahrzeuge mit Navigationsgeräten kaum noch als Gradmesser für die Durchdringung einer Bevölkerungsgruppe mit Fähigkeiten zur Ortung und Navigation geeignet. 
Die Navigation bzw. Routenberechnung geschieht heute "on-board", das heißt auf dem Gerät selbst. Die Route wird auf Basis der routingfähigen Karte und gegebenenfalls verfügbaren Verkehrsinformationen über RDS/TMC berechnet. Welche Daten genau verwendet werden unterscheidet sich von Unternehmen zu Unternehmen. Aufgrund technischer Fortschritte werden alle möglichen Daten miteinander fusioniert, um ein möglichst ganzheitliches Abbild des Verkehrs zu bekommen. Während ältere Systeme wie der Traffic Management Channel (TMC) lediglich mit Informationen aus Meldungen der Polizei und Verkehrsclubs sowie Staumeldern arbeitet, setzen neue Systeme wie TomTom Traffic, Google Maps oder Here auf dynamische Echtzeit-Daten aus Mobilfunktelefonen, Navigationsgeräten oder Tracking-Daten von Flottenfahrzeugen wie Taxen und kombiniert diese mit stationären Daten von beispielsweise Autobahnbrückensensoren und Sensorschleifen. Neue Systeme berücksichtigen unter anderem nur die Staus, die tatsächlich die Abbiegemanöver auf der Route des Fahrzeugs betreffen oder sind in der Lage auf dynamische Geschwindigkeitsbegrenzungen oder sich verändernde Wetterbedingungen zu reagieren.
Die Navigation bzw. Routenberechnung geschieht heute größtenteils "on-board", das heißt auf dem Gerät selbst. Die Route wird auf Basis der routingfähigen Karte und gegebenenfalls verfügbaren Verkehrsinformationen über RDS/TMC berechnet. Im Rahmen kostenpflichtiger Informati­ons­services werden auch "off-board" Routenberechnungen bereitgestellt. Hier erfolgt die Routenberechnung auf eine gezielte Anfrage hin, eine Zentrale berechnet die Route und stellt sie dem Endgerät wieder zur Verfügung. Gegenüber dem höheren Abstimmungs­aufwand liegen die Vorteile beim off-board Service bei aktuellen Kartendaten, zusätzlichen Verkehrsinformationen und der Möglichkeit, das Routing mit (kollektiven) Strategien zu koppeln.

Eine zunehmend wahrgenommene Einschränkung heutiger dynamischer Navigationssysteme ist die beschränkte Verfügbarkeit detaillierter Verkehrsinformationen, insbesondere für das nachgeordnete Straßennetz. Ein Grund hierfür ist die meist lokal beschränkte Detektion von Störungen. Eine automatische Detektion des Verkehrszustands findet bisher überwiegend auf Autobahnen und wichtigen Verkehr­sachsen in Ballungsgebieten statt. Die flächendeckende Detektion von Ereignissen erfolgt maßgeblich durch die Polizei und sogenannte Staumelderdienste (beispielsweise beim ADAC). Ein erklärtes Ziel ist deshalb, für zukünftige Verkehrsmanagementprojekte eine bessere Möglichkeit für den Austausch von Verkehrsinformationen zwischen den unterschiedlichen Akteuren (auf Bundes-, Landes und städtischer Ebene) zu schaffen. Somit könnten im untergeordneten Netz erhobene Informationen einfacher und besser mit den Informationen für die übergeordneten Netze verbunden werden [BMVBS07i]. Eine Vereinheitlichung der Grundlagen geografischer Informationssysteme (GIS) in Europa, die im Vorhaben INfrastructure for SPatial InfoRmation in Europe (INSPIRE) umgesetzt wird [vgl. 2007/2/EG], oder eine Herstellerunabhängigkeit (Open Street Maps) weisen in die Zukunft.
Daneben existieren die Einschränkungen der heute üblichen Kodierung und Übertragung der Meldungen durch RDS/TMC oder über UKW. Diese stoßen bei hohem Meldungsaufkommen an ihre Leistungsgrenzen, da nur eine begrenzte Anzahl von Meldungen übertragen werden kann. Auch fehlt bisher die Möglichkeit, das Ereignis detailliert nach Inhalt und Ort zu beschreiben und weitere Informationen einfließen zu lassen, wie Strategien oder Prognosedaten. Aus diesen Gründen werden in aktuellen nationalen und europäischen  Entwicklungen zunehmend neue Kodierungs- (TPEG) und Übertragungsverfahren (WLAN, DAB+, Mobilfunk) verwendet [Stra13a]. Aktuell wird in Deutschland von der Firma mediamobil über eigens gesammelte Verkehrsinformationen aus unterschiedlichsten öffentlichen und nichtöffentlichen Quellen eine sogenannte V-Traffic Lösung basierend auf DAB+ für Fahrzeuge angeboten [media15].

Ein weiteres Beispiel ist das Forschungsprojekt "diwa - Direkte Information und Warnung für den Autofahrer". Hier sollte demonstriert werden, wie der Verkehrswarnfunk die Sicherheit auf der Straße verbessern und von der technischen Entwicklung des Digitalradios DAB profitieren kann. Vorrangiges Ziel war die Erhöhung der Verkehrssicherheit im Bereich von Baustellen und sonstigen Gefahrenstellen auf Fernstraßen durch vorausschauende Warnung des Autofahrers. Die fahrzeugintegrierten Verkehrsinformations- und Assistenzsysteme sollen durch visuelle und/oder akustische Informationen frühzeitig auf Gefahren im Fahrverlauf aufmerksam machen. Als Gefahren, vor denen gewarnt werden soll, werden vor allem Unfälle, Stauenden, Hindernisse auf der Fahrbahn und Spurreduzierungen infolge von temporären Wartungsarbeiten angesehen [diwa07].

Aus verkehrlicher Sicht kommt es als Folge der steigenden Verbreitung der Systeme zunehmend zu Konflikten zwischen den Interessen des ausgerüsteten Fahrers (individuelle Optimierung der Route) und den allgemeinen Interessen der Kommunen bzw. Verkehrsbehörden (kollektive Optimierung des Verkehrsnetzes), da im Rahmen der Umfahrungen unter anderem Routen vorgeschlagen werden, die nicht gewünscht werden (beispielsweise Anliegerstraßen, beschränkte Bereiche). Dies gilt insbesondere für Lkw, die PKW-Navigationssysteme verwenden. Zur Lösung dieser Probleme werden Schritte unternommen, wie die Entwicklung Lkw-spezifischer Navigationssysteme unter Berücksichtigung von Straßenbreiten und -höhen oder eine geräteinterne Option zur Vermeidung von Anliegerstraßen. Inzwischen gibt es viele Navigationsgeräte nur für LKW und Bus. Als ein Beispiel für die Integration der LKW-Navigation und Logistik mit der anderer Verkehrsteil­nehmer ist das Projekt OPTICITIES [cold2013], das mit einer Laufzeit von drei Jahren im Dezember 2013 begann als erweiterte Fortführung des Optimod'Lyon Projektes [Jent12].
Ansprechpartner
TU Dresden, Professur für Kommunikationswirtschaft, Prof. Dr. Ulrike Stopka
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Informationsbereitstellung und Steuerung des Verkehrsablaufs als Maßnahme des Verkehrsmanagements (Stand des Wissens: 19.12.2019)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?33575
Literatur
[BMVBS07i] Dinkel, Alexander, Dipl.-Ing., Schimandl, Florian, Dipl.-Ing., Jentsch, Heiko, Dipl.-Ing., Boltze, Manfred, Univ.-Prof. Dr.-Ing., Busch, Fritz, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Vernetzung der automatisiert gewonnenen Verkehrsinformationen des Bundes, des Landes und ausgewählter Großstädte als Voraussetzung für ein integriertes, zuständigkeitsübergreifendes Verkehrsmanagement, 2007/04/30
[cold2013] Jean Coldefy OPTICITIES - Enhancing Smart Mobility, 2013
[diwa07] Die Bayerische Motoren Werke AG Forschungsprojekt DIWA - Direkte Information und Warnung für den Autofahrer, 2007
[FGSV02] FGSV-Arbeitsausschuss 1.1 "Grundsatzfragen der Verkehrsplanung", FGSV-Arbeitsausschuss 1.7 "Sonderfragen des Stadtverkehrs" Verkehrsmanagement - Einsatzbereiche und Einsatzgrenzen [FGSV-Arbeitspapier Nr. 56], veröffentlicht in FGSV-Arbeitspapiere, Ausgabe/Auflage 1. , 2002
[Jent12] Gregor Jentzsch MODERNE LKW-KOMMUNIKATION REDUZIERT STAUS IM STADTVERKEHR, 2012/04
[Lang09a] Barbara Lange Vernetzung aller Verkehrsteilnehmer mit Car-to-X
Sichtweise erhöhen, veröffentlicht in iX Magazin für professionelle Informationstechnik, Ausgabe/Auflage 11/2009, Heise-Zeitschriften-Verlag, 2009/11, ISBN/ISSN 0935-9680
[media15] Mediamobile (Hrsg.) V-Traffic-Lösungen fürs Auto, 2015
[Stra13] Oliver Strauch Schlanke Navigation / Navis der Smartphone-Anbieter, veröffentlicht in Connect Magazin zur Telekommunikation, Ausgabe/Auflage 11/2013, WEKA MEDIA PUBLISHING, 2013
[Stra13a] Oliver Strauch Stauinfo für alle / Stauinfos via Digitalradio, veröffentlicht in Connect Magazin zur Telekommunikation, Ausgabe/Auflage 11 / 2013, WEKA MEDIA PUBLISHING, 2013
[Stra14] Oliver Strauch Navi-Trends 2014, veröffentlicht in Connect Magazin zur Telekommunikation, Ausgabe/Auflage 02/2014, WEKA MEDIA PUBLISHING, 2014
[WaMa10] Gerd Wanielik, Norman Mattern Lokalisierung als eine Schlüsseltechnologie zukünftiger Fahrerassistenzsysteme, 2010
Weiterführende Literatur
[Münc09] Münchner Kreis e. V (Hrsg.) Zukunft und Zukunftsfähigkeit der Informations- und Kommunikationstechnologien und Medien, 2009, ISBN/ISSN 431522
[2007/2/EG] RICHTLINIE 2007/2/EG DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 14. März 2007 zur Schaffung einer Geodateninfrastruktur in der Europäischen Gemeinschaft (INSPIRE)
Glossar
GLONASS GLObal NAvigation Satellite System, russisches Satellitennavigationssystem
DAB+
Digital Audio Broadcasting (DAB) bezeichnet die digitale Verbreitung von Audiosignalen über eine Antenne. Das "+" steht für die Übertragung in bester Tonqualität, die zudem Platz lässt für programmbegleitende Zusatzinformationen, wie Verkehrsdaten, Wetterkarten, Titel, Interpret, Albumcover bei Musikstücken oder die aktuellen Nachrichtenschlagzeilen.
GIS Geographical Information System (GIS); geographisches Informationssystem. GIS sind IT-Anwendungen, die sich aus Computerkartographie, raumbezogenen Datenbanken und mathematischen Modellen zusammensetzen. Hierdurch wird es möglich, unterschiedliche raumbezogene Informationen zu überlagern, gemeinsam auszuwerten und darzustellen (z. B. Bevölkerungsdichte und Verkehrsinfrastruktur). Wesentliche Anwendungsfelder liegen in der Standortplanung, Einzugsbereichsanalyse, Routenfindung, Fahrweg- und Tourenplanung sowie Fahrzeugortung und Fahrzeugführung.
WLANp
Wireless Local Area Network bezeichnet ein international standardisiertes drahtloses Funknetzwerk, welche hier mit dem Zusatz p speziell für eine Kommunikation zwischen Fahrzeugen sowie zwischen Fahrzeugen und einer Infrastruktur entwickelt wurde.
UKW
Als Ultrakurzwellen (UKW) bezeichnet man elektromagnetische Wellen, die von einem Sender in einem Frequenzbereich zwischen 30 Megahertz bis 300 Megahertz abgegeben und mit einem Radiogerät empfangen werden können. In der Regel liegt die Reichweite eines UKW-Senders – je nach Sendeleistung und Empfängerstandort – bei bis zu 200 km. 
Radio Data System Radio Data System (RDS) ist ein Verkehrsinformationsdienst, welcher mehrere Kanäle für Zusatzinformationen zu den jeweiligen Radioprogrammen zur Verfügung stellt. Der sog. Traffic Message Channel (TMC) überträgt bspw. mit Hilfe von RDS nach einem spezifischen Protokoll digital codierte Verkehrsinformationen, die im Radiodisplay angezeigt werden. Durch Nutzung einer entsprechenden Chipkarte wird eine Sprachunabhängigkeit erreicht, d. h. die Informationen werden unabhängig vom augenblicklichen Aufenthaltsort in der Sprache des jeweiligen Benutzers dargestellt.
Traffic Message Channel Traffic Message Channel (TMC) ist ein Verkehrsinformationsdienst, welcher auf Radio Data System (RDS) beruht, das mehrere Kanäle für Zusatzinformationen zu den jeweiligen Radioprogrammen zur Verfügung stellt. TMC überträgt nach einem spezifischen Protokoll digital codierte Verkehrsinformationen, die im Radiodisplay angezeigt werden. Die Nutzung von TMC ist sprachunabhängig, das heißt die Informationen werden unabhängig vom augenblicklichen Aufenthaltsort in der Sprache des jeweiligen Benutzers dargestellt.
Lkw Lastkraftwagen (Lkw) sind Kraftfahrzeuge, die laut Richtlinie 1997/27/EG überwiegend oder sogar ausschließlich für die Beförderung von Gütern und Waren bestimmt sind. Oftmals handelt es sich dabei um Fahrzeuge mit einer zulässigen Gesamtmasse zwischen 3,5 und 12 Tonnen. In Einzelfällen kann die zulässige Gesamtmasse diese Werte jedoch auch unter- beziehungsweise überschreiten, sofern das Kriterium der Güterbeförderung gegeben ist. Lastkraftwagen können auch einen Anhänger ziehen.
TPEG Der Transport Protocol Experts Group (TPEG)-Standard ist ein offener internationaler Standard zur Kodierung sprachunabhängiger und multimodaler Verkehrs- und Reiseinformationen. Er baut auf den Erfahrungen von RDS-TMC (Radio Data System-Traffic Message Channel) auf, erweitert diesen aber erheblich (zum Beispiel detailliertere Beschreibung von Störungsereignissen, Ortsangaben, Übermittlung von Strategien, Prognosedaten et cetera). TPEG-Informationen können von Geräten (z.B. Navigationsgeräte) verarbeitet, aber auch so aufbereitet werden, dass sie von Personen einfach verstanden werden.
WLAN
Als Wireless Local Area Network (WLAN, deutsch: drahtloses lokales Netzwerk) wird ein lokales Funknetz und dessen verschiedene Techniken und Standards bezeichnet.
ADAC = Allgemeine Deutsche Automobil Club e. V.. Der ADAC nimmt für sich in Anspruch, die Interessen deutscher Auto-, Motorrad- und Bootfahrer zu vertreten. Er bietet - direkt oder über Tochterfirmen - Dienstleistungen an und produziert Stadtpläne sowie Straßenkarten. Außerdem betreibt er mehrere Fahrsicherheitszentren. Die ursprüngliche und bekannteste Dienstleistung des Clubs ist die Pannenhilfe.
GNSS Globale Navigationssatellitensysteme (englisch Global Navigation Satellite System) oder GNSS dienen der weltweiten Positionsbestimmung, sowie der Koordinaten- und Zeitübermittlung.
Global Positioning System Global Positioning System (GPS), offiziell NAVSTAR GPS, ist ein globales Navigationssatellitensystem zur Positionsbestimmung und Zeitmessung. GPS basiert auf Satelliten, die mit kodierten Radiosignalen ständig ihre aktuelle Position und die genaue Uhrzeit ausstrahlen. Aus den Signallaufzeiten können GPS-Empfänger dann ihre eigene Position und Geschwindigkeit berechnen.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?109166

Gedruckt am Freitag, 3. Juli 2020 19:42:52