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Zukunftstechnologien der Verkehrssteuerung

Erstellt am: 19.12.2019 | Stand des Wissens: 19.12.2019
Synthesebericht gehört zu:
Ansprechpartner
Institut für Mobilitäts- und Stadtplanung, Universität Duisburg-Essen, Prof. Dr.-Ing. Dirk Wittowsky

Die Fortschreitende Digitalisierung wird den Verkehr grundlegend verändern. Neue Technologien wie Car2Car-Kommunikation, autonomes Fahren und die Weiterentwicklung der Fahrzeugtechnik werden dem Verkehrsmanagement neue Wege und Mittel ermöglichen, wie Verkehrsinformationen bereitgestellt und die Steuerung der Verkehrsteilnehmer vollzogen wird.
Die Möglichkeit, dass Kraftfahrzeuge in Zukunft mit Leitzentralen kommunizieren (on-ride-communication) können, verändert die Art der Verkehrsinformation und steuerung grundlegend. Führte der Weg der Kommunikation unilateral in eine Richtung (von der Leitzentrale zum Verkehrsteilnehmer), so ist es mittlerweile möglich, dass Fahrzeuge Streckendaten an zentrale Rechner übermitteln. Es ergibt sich für die Verkehrsleitzentralen ein viel detaillierteres Bild über die Verkehrssituation. Als Ausgleich erhalten die Fahrzeugführer Informationen über die aktuelle Verkehrslage oder Warnmeldungen zu Gefahren. Alle Informationen werden vom Fahrzeug in eine Art digitale Straßenkarte integriert und das Fahrzeug berechnet auf Grundlage dieser Daten die optimale Route.
Bei der Vehicle-to-everything-communication (V2X-Kommunikation) werden die Fahrzeuge mit ihrer Umgebung vernetzt. Das X kann dabei beliebig ersetzt werden und versinnbildlich jeweils eine eigene Kommunikationsform. V2I steht für Vehicle-to-Infrastructure, V2V für Vehicle-to-Vehicle, V2N für Vehicle-to-Network und V2P für Vehicle-to-Pedestrian. Ziel dieser Technologien ist eine ganzheitliche Vernetzung des Verkehrs und einer damit einhergehenden Verbesserung der Verkehrssicherheit, des Verkehrsflusses und der Umweltverträglichkeit des Verkehrs.
Beispiele für zukünftige Anwendungen sind Gefahrenwarnungen zwischen den Fahrzeugen bei Unfällen oder Staus (V2V), Unfallprävention von Auffahrunfällen bei Bremsvorgängen oder Stauenden (V2V), Parkplatzinformationen (V2N) oder eine auf den Verkehrsfluss reagierende Signalanlagensteuerung (V2I). [ElKo19]
V2I beschreibt ein Kommunikationssystem, das es Fahrzeugen ermöglicht mit Komponenten der Infrastruktur zu kommunizieren. Dazu zählen unteranderem RFID-Chips, Kameras, Lichtsignalanlagen, Spurmarkierungen oder Straßenlaternen. Intelligente Systeme stellen den Verkehrsteilnehmern Echtzeit-Informationen über Straßenzustände, Staus, Unfälle, Baustellen oder Parkplatzverfügbarkeiten zur Verfügung. Diese Systeme können den Verkehrsfluss erhöhen, indem sie mithilfe der Fahrzeug- und Infrastrukturdaten optimale Geschwindigkeitslimits ermitteln und Signalschaltungen anpassen. Zudem gelten sie als Grundbaustein für das autonome Fahren. Seit Juli 2019 vernetzt Audi im Rahmen des GLOSA-Projekts (Green Light Optimal Speed Advisory) neue Modelle mit den Lichtsignalanlagen in Ingolstadt, weitere europäische Städte sollen 2020 folgen. [Schn19] Ziel des Systems ist es, Grün-Phasen vorauszusagen (Green-Wave-Assistant) bzw. auf den Fahrstil des Fahrers einzuwirken, in dem es den Fahrer informiert, dass er die nächste Grün-Phase nicht schaffen wird, um unnötige Beschleunigung- bzw. Bremsmanöver zu verhindern (Deceleration-Assistant). [croad19]
V2V oder auch Car-to-Car-Kommunikation beschreibt die Kommunikation von Fahrzeugen untereinander. Durch die direkte Vernetzung können Informationen über Verkehrslage und Gefahren aktuell und direkt, ohne Verzögerung, übermittelt werden. Ziel ist es Interoperabilität zwischen den Fahrzeugen zu ermöglichen, um den Straßenverkehr effizienter zu organisierent sowie sicherer und umweltfreundlicher zu gestalten. Da dieser Baustein des Verkehrsmanagements in Zukunft eine tragende Rolle spielen wird, wurde in Europa das Car-2-Car-Communication-Consortium aus führenden Fahrzeugherstellern, Zulieferern und Forschungseinrichtungen gegründet . Hauptziel des Konsortiums ist die Entwicklung, Erprobung und Bereitstellung von länderübergreifenden, kooperativen Systemen für die Fahrzeugkommunikation in Europa.
Beispiele für die V2V Kommunikation sind:
  • Unfallprävention
  • Spurhalteassistent
  • Kreuzungsassistent
  • Grüne Welle für Rettungsfahrzeuge
  • Ausparkassistenten mit Bremsfunktion
  • Reifen, die vor Aquaplaning warnen
Eine besondere Anwendung der V2V-Kommunikation stellt das Platooning dar. Dieses Konzept sieht eine Kopplung von aufeinanderfolgenden Fahrzeugen vor, sodass diese in ihrem Fahrverhalten angeglichen werden. Das Führungsfahrzeug gibt somit das Fahrverhalten für die folgenden Fahrzeuge vor. Demnach ist es für LKW auf Autobahnen beispielsweise möglich, in einem sehr geringen Abstand von wenigen Metern hintereinander zu fahren. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass sich zum einen der Luftwiederstand bedeutend verringert und zum anderen der vorhandene Verkehrsraum effizienter genutzt wird. Dementsprechend trägt das System zu einer besseren Umweltverträglichkeit bei und optimiert gleichzeitig den Verkehrsfluss. [vda19] .
Fußgänger, Radfahrer und andere nichtmotorisierte Verkehrsteilnehmern zählen im Straßenverkehr zu den besonders schützenswerten Akteuren, deren Sicherheit an oberster Stelle steht. V2P-communication berücksichtigt eine Vielzahl an unterschiedlichen Verkehrsteilnehmern einschließlich Rollstuhlfahrer, Kinderwagen oder Fahrgäste, die aus Bussen ein- oder aussteigen, und hilft, andere nichtmotorisierte Verkehrsteilnehmer besser zu erkennen und zu schützen. Beispielsweise besteht die Möglichkeit für Menschen mit Sehbehinderung, sich über eine App anzumelden, welche den Weg der Person aufzeichnet bzw. navigiert und alle anderen Teilnehmer in der Nähe darauf hinweist, besondere Vorsicht beispielsweise beim Abbiegen walten zu lassen. Ebenso können Fußgänger über ein tragbares Gerät (Handy, Smartwatch) vor dem Überqueren einer Straße vor einer möglichen Kollision gewarnt werden. [USDT15]
Die Zukunft der Mobilität ist heutzutage eng mit den Fortschritten der Digitalisierung verknüpft. Schon früher waren die Entwicklungsstufen der Mobilität eng an die Stufen der Industrialisierung geknüpft. Während der ersten Industriellen Revolution veränderte sich die Fortbewegung durch die Erfindung der Dampfmaschine grundlegend. Anfang des 20. Jahrhunderts konnte mithilfe der Massenfertigung und elektrischer Energie Mobilität für eine breite Masse hergestellt werden. Der Einsatz von Elektronik und Informationstechnik zur weiteren Automatisierung führte zu einer fortwährenden Individualisierung und Globalisierung des Verkehrs. Heutzutage im Zeitalter der Industrie 4.0 gilt, es Verkehrssysteme in intelligente, integrierte Mobilitätssysteme zu wandeln, um den Ansprüchen einer nachhaltigen und effizienten Gesellschaft gerecht zu werden. [PfKe15]
Informations- und Kommunikationstechnologien erweisen sich als zentrale Technologien im Fokus auf die Umsetzung von Effizienz- und Nachhaltigkeitszielen, insbesondere im urbanen Verkehr. Der Einsatz dieser Systeme hat zu einer erheblich verbesserten individuellen und kollektiven Informationsqualität geführt. Internationale Vereinbarungen durch Aktionspläne oder Richtlinien (IST Aktionsplan, neue Standards) haben die Interoperabilität der Dienstleistungsangebote zwischen Staaten verbessert. Durch eine flächendeckende Vernetzung via Mobilfunk wurde eine nie dagewesene Aktualität von Verkehrsdaten erreicht. Applikationen für Endgeräte ermöglichen bereits heute eine effizientere Mobilitätsplanung hervorgerufen durch Werkzeuge wie Navigation, Auskünfte, Ortung oder Buchungsplattformen, um nur wenige zu nennen.
Dennoch hat dieser Fortschritt seine Grenzen, sodass nicht alle verkehrspolitischen Probleme über einen digitalen Ansatz gelöst werden können. Demnach erfordert die rasante Entwicklung im Verkehrswesen einen institutionellen Rahmen, der dafür sorgt, dass die eingangs erwähnten Ziele (siehe Ziele des Verkehrsmanagements - ID: 116997 (AWB 06)) nicht vernachlässigt werden.
Die Verkehrswelt von heute befindet sich in einem Umbruch: Neue Technologien, Produkte und Dienstleistungen drängen auf den Markt und führen zu grundlegenden Veränderungen der Mobilität. Doch nicht nur das Angebot wandelt sich, sondern auch die Nachfrage wird durch die steigende Flexibilität aufgrund moderner Arbeitszeitmodelle verschoben. Die klassische Mobilität wandelt sich hin zur intelligenten Mobilität. Die zunehmende Vielfalt an Verkehrsmitteln in Verbindung mit einem modernen Lebensstil stellen neue Anforderungen.
Diese sich ständig ändernden Bedingungen erfordern eine ebenso schnelle und flexible Reaktion der Behörden und lassen ihnen eine völlig neue Rolle zukommen. Langatmige und träge Strukturen können dauerhaft nicht mit der Schnelllebigkeit des Marktes mithalten. Dementsprechend müssen innovative Ansätze, Maßnahmen, Instrumente sowie Lösungen gefunden werden, die auf aktuelle Trends reagieren können. Zudem müssen, aufgrund der umfassenden Datenverfügbarkeit über die Mobilität und den damit verbundenen Lebensgewohnheiten der Nutzer, diese sensiblen Daten umfassend geschützt und anonymisiert werden.
Pfliegl und Keller [PfKe15] halten eine Kooperation aus den Sektoren der Politik, Privatwirtschaft und der Zivilgesellschaft für zielführend. Diese drei Sektoren sollen über ein Mobility Governance Board koordiniert werden, welches aus Vertretern der drei Sektoren besteht, die gemeinsam Strukturen, Ziele, Strategien, Angebote und Finanzierung beschließen. Zudem soll Verkehrsdienstleistern Entwicklungschancen gegeben werden, jedoch immer unter dem Aspekt, dass soziale und ökologische Ziele der Verkehrsplanung integriert werden. (PaLa15] Es ist beispielsweise wichtig, dass Faktoren wie Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit ebenso intensiv von den Unternehmen verfolgt werden, wie wirtschaftliche Interessen. Drüber hinaus muss die Verteilung von öffentlichem Raum reguliert werden, beispielsweise, wenn öffentliche Flächen für Carsharing-Fahrzeuge oder Ladeinfrastruktur für Elektromobilität zur Verfügung gestellt werden. Auch die Frage der Besteuerung neuer Mobilitätsdienste oder die Subventionierung nachhaltiger Systeme sollte durch die Mobility Governance klar definiert werden. Neue, komplizierte Konstrukte entwickeln sich. Das führt dazu, dass sich die Angebote und Services der Mobilitätsplattformen aufgrund ihrer Komplexität immer weiter der Kontrolle des Politiksektors entziehen. Da der technologische Wandel die Anpassungsfähigkeit der aktuellen Kontrollgremien deutlich übersteigt. Sollte diesem Wandel kurz- bzw. langfristig nicht entgegengewirkt werden, kann es passieren, dass die negativen sozialen und ökologischen Folgen stärker wiegen als der Nutzen, den uns die neuen Mobilitätsservices bringen. Ein erster Schritt entgegen wäre der Abbau von Informationsasymmetrien zwischen Verwaltung und Anbietern, denn Daten sind das wertvollste Gut der intelligenten Mobilität. Da Unternehmen jedoch aus wettbewerbstechnischen Gründen die Preisgabe ihrer Daten unterbinden, wird es für die Verkehrsplanung zunehmend schwieriger, über Informationen für zukünftige Planungsprojekte zu verfügen. Dementsprechend leidet die Qualität der zukünftigen Ausbauprojekte, je stärker das Informationsdefizit ist [DoMa18] . Eine Mobility Governance könnte diese Asymmetrien regulieren und dabei helfen, Mobilitätsdaten denjenigen zur Verfügung zu stellen, die sie im Sinne einer nachhaltigen Verkehrsplanung verwenden.
Ansprechpartner
Institut für Mobilitäts- und Stadtplanung, Universität Duisburg-Essen, Prof. Dr.-Ing. Dirk Wittowsky
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Sicherung der Mobilität durch Verkehrsmanagement (Stand des Wissens: 19.12.2019)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?33546
Literatur
[croad19] C-Roads Germany (Hrsg.) Green light optimal speed advisory, 2019
[DoMa18] Docherty, Iain, Marsden, Greg, Anableb, Jillian The governance of smart mobility, veröffentlicht in Transportation Research Part A: Policy and Practice, Ausgabe/Auflage Volume 115, Elsevier B.V., 2018, Online-Referenz doi:10.1016/j.tra.2017.09.012
[ElKo19] Elektronik Kompendium (Hrsg.) Car-to-Car-Kommunikation, 2019
[PaLa15] Papa, Enrica, Lauwers, Dirk Mobility Governance in Smart Cities of the Future, veröffentlicht in Adaptive Mobility. A new policy and research agenda on mobility in horizontal metropolis, 2015/12/10, Online-Referenz doi:10.13140/RG.2.1.2233.1925
[PfKe15] Pfliegl, Reinhard, Keller, Hartmut Mobility Governance - Digitalisierungdes Verkehrs im Kontext von Industrie 4.0 und der Verantwortung der Gesellschaft zur Nachhaltigkeit der Mobilität, veröffentlicht in Elektrotechnik & Informationstechnik , Ausgabe/Auflage 132/7, Springer Wien, 2015, Online-Referenz doi:10.1007/s00502-015-0345-y, ISBN/ISSN 0932-383X
[Schn19] Schneider, Tilman Audi vernetzt sich mit Ampeln in Deutschland , 2019/05/14
[USDT15] United State Department of Transportation (Hrsg.) Connected Vehicles: Vehicle-to-Pedestrian Communications, 2015
[vda19] Verband der Automobilindustrie (Hrsg.) Platooning - Innovation im Güterverkehr, 2019
Glossar
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.
App
Ist eine Abkürzung für den Fachbegriff Applikation (App) und bezeichnet eine Anwendungssoftware, die für mobile Endgeräte, wie Smartphone oder Tablet-PC entwickelt wurde. Apps können als Zusatzsoftware auf mobilen Endgeräten installiert werden und erweitern dadurch deren Funktionsumfang. Je nach Betriebssystem kann der Nutzer auf eine Vielzahl von mobilen Applikationen auf dem vom Betriebssystem bereitgestellten Marktplatz kostenpflichtig oder kostenlos zugreifen.
Verkehrsfluss
Unter Verkehrsfluss versteht man die Anzahl der Fahrzeuge, die eine vordefinierte Verkehrs(quer)fläche pro Zeiteinheit durchfährt.
RFID RFID steht für 'Radio-frequency identification'. Mit der Hilfe von elektromagnetischen Wellen ermöglicht RFID die automatische Identifizierung und Lokalisierung von Gegenständen und Lebewesen. Dadurch ist es möglich Daten erheblich einfacher zu erfassen und zu speichern.
Platooning
Der Begriff Platooning beschreibt die Organisationform von mehreren fahrerlosen Fahrzeugen als Konvoi. Dabei befindet sich lediglich im führenden Vehikel ein Fahrer. Die Fahrzeuge sind mittels digitaler Datenverbindung miteinander verknüpft. Mit Hilfe verschiedenster Softwaresysteme wird versucht, das Betreten und Verlassen dieser Konvois so flexibel wie möglich zu gestalten.
Carsharing
Der Begriff CarSharing stammt aus dem Englischen (car= Auto, to share= teilen) und kann sinngemäß mit der Bedeutung "Auto teilen" übersetzt werden. Er beschreibt die organisierte, gemeinschaftliche Nutzung von Kraftfahrzeugen, die meist von Unternehmen gegen Gebühr bereitgestellt werden.
Durch einen Rahmenvertrag oder eine Vereinsmitgliedschaft erhalten Kunden flexiblen Zugriff auf alle Kfz eines Anbieters. Die Fahrzeuge können über eine Webseite oder über eine Smartphone-App gebucht werden. Geöffnet werden sie in der Regel mit Hilfe von Chipkarten oder durch ein Zugangscode vermittelt über die Smartphone-App.
Bei dem System des stationsbasierten CarSharing stehen die Fahrzeuge auf reservierten Stellplätzen und werden nach der Nutzung auch wieder dorthin zurückgebracht. Ein anderes Modell ist das free-floating CarSharing. Hier stehen die Fahrzeuge in einem definierten Operationsgebiert verteilt. Sie können per Smartphone geortet werden und nach der Nutzung auf einem beliebigen Stellplatz innerhalb des Operationsgebiets zurückgegeben werden.
Car-to-Car-Kommunikation direkter Informationsaustausch zwischen fahrenden Fahrzeugen auf Basis von Funknetzen
Elektromobilität
Die Elektrifizierung der Antriebe durch Batterie- und Brennstoffzellentechnologien. Im Kontext des "Nationalen Entwicklungsplans Elektromobilität" wird der Begriff auf den Straßenverkehr begrenzt. Hierbei handelt es sich insbesondere um Personenkraftwagen (Pkw) und leichte Nutzfahrzeuge, ebenso werden aber auch Zweiräder (Elektroroller, Elektrofahrräder) und Leichtfahrzeuge einbezogen.

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

https://www.forschungsinformationssystem.de/?507378

Gedruckt am Dienstag, 30. November 2021 10:25:17