Smart Mobility Mobilität nimmt Fahrt auf

Im Zuge der Verkehrswende sorgen die steigende Zahl und Vielfalt der Verkehrsteilnehmer für immer komplexere Szenarien und damit für mehr Daten, die es zu berücksichtigen gilt. Ob es nun um ein nachhaltigeres Verkehrsmanagement, eine bessere Straßenplanung, eine umfassendere Verkehrsüberwachung oder innovative Ansätze zum autonomen Fahren geht: Der Weg zur Optimierung des Verkehrs führt über intelligente Systeme, die in der Lage sind, diese neue Datenvielfalt zu erfassen, zu verarbeiten und in effiziente Anwendungen zu überführen.

Doch gibt es diese zukunftsfähige Verkehrstechnik überhaupt schon? Die Antwort lautet: Ja, aber sie ist nicht so neu, wie die meisten annehmen werden. Vielmehr treibt die "altbekannte" Videotechnik die Dinge voran.

Kameras werden bereits seit Jahrzehnten zur Verkehrsüberwachung eingesetzt, doch bisher waren sie überwiegend passive Beobachter. Bei lidar- oder radarbasierten Systemen wird die Kamera meist nur zur Bildaufzeichnung eingesetzt, um Verstöße schlüssig zu dokumentieren. Anders verhält es sich bei der neuesten Generation von videobasierten Verkehrsüberwachungssystemen. Hier ist die Kamera der zentrale Sensor für die Detektion, das Tracking und die Dokumentation.

Diese Weiterentwicklung beruht auf mehreren technischen Fortschritten:

Zum einen gibt es immer leistungsfähigere und kompaktere Hardware mit schnelleren und effektiveren Prozessoren. Diese tragen zur fortschreitenden Miniaturisierung bei, die zunehmend mehr Verarbeitungskapazität auf kleinem Raum ermöglicht. Im Idealfall bedeutet dies, dass die von der Kamera erfassten Daten direkt im Kameragehäuse, sprich vor Ort, ausgewertet werden können. Größere externe Komponenten, wie zusätzliche Auswertungsprozessoren in Schaltschränken, sind nicht mehr notwendig. Das macht die Realisierung von Projekten wesentlich flexibler sowie kostengünstiger und reduziert zusätzlich den Energieverbrauch.
Auch zentrale Rechenzentren sind bei diesen Systemen weniger wichtig, was die Störanfälligkeit im Betrieb reduziert und den Einsatz auch ohne Anbindung an das Hochgeschwindigkeitsinternet erlaubt.

Der zweite wesentliche Fortschritt für videobasierte Verkehrslösungen sind die Verbesserungen in der modernen Kameratechnik. Industrielle Kameras verfügen heutzutage über nahezu alle Fähigkeiten des menschlichen Auges, von der Farberkennung über das "Sehen" kleinster Details bis hin zu einem weiten Sichtfeld, das es ermöglicht, große Areale mit einer Vielzahl unterschiedlicher Verkehrsteilnehmer zu erfassen. Laserbasierte Systeme, so vorteilhaft sie in Bezug auf die Präzision auch sind, haben hier ihre Grenzen. Sie erkennen keine Farben und manchmal nur Konturen oder bestimmte Größen.

Der dritte bedeutende technologische Wandel ist auf den Trend zur Softwarisierung zurückzuführen: Mit einem leichten Zugang zu hochperformanter Hardware sind die Leistungsfähigkeit und die Art der Anwendungen von videobasierten Verkehrssystemen nicht mehr nur eine Frage der Hardware. Vielmehr kommt es in erster Linie auf die Software an, und bei videobasierten Systemen geht es dabei vor allem um intelligente Lösungen. Zur Übertragung der exzellenten visuellen Eigenschaften der Kamera in praktische Applikationen setzen moderne videobasierte Verkehrssysteme vor allem auf künstliche Intelligenz - und bahnen so den Weg für eine fortschrittliche KI-basierte Verkehrssteuerung. Eine Variante, wie diese intelligente Straßentechnologie heute umgesetzt wird, ist eine hybride Methode, d.h. die Kombination von Convolutional Neural Networks (CNNs) und mathematischen Modellen. Die CNNs können mit Bildmaterial trainiert werden und bieten bessere Leistungen als Algorithmen bei der Detektion und Identifikation. Sie sind differenzierter bei der Erkennung von Objekten und genauer bei deren Erfassung. Beispielsweise lassen sich CNNs nicht durch dicht beieinander fahrende Fahrzeuge oder starke Schatten irritieren, was bei herkömmlichen Verfahren ein Problem war und ist. Nachdem das neuronale Netz die Daten verarbeitet hat, werden Algorithmen eingesetzt, um die Fahrzeugbewegung mathematisch zu beschreiben.

Diese Softwarisierung in der Verkehrstechnik macht Systeme leichter optimierbar, nachhaltiger und skalierbarer. Zudem lassen sich neue As-a-Service-Geschäftsmodelle viel einfacher umsetzen.

Die technischen Fortschritte und der damit verbundene Einsatz der Kamera als eigenständiger Sensor führen zu einem breiten Spektrum von Anwendungsmöglichkeiten für die Verkehrstechnik. Dadurch geben videobasierte Verkehrssysteme einen maßgeblichen Impuls für ein effektiveres Verkehrsmanagement und vor allem eine höhere Verkehrssicherheit.

Zu den vielfältigen Anwendungen gehören Rotlichtüberwachung, Mautkontrolle, Überwachung von Busspuren, Achszählung, Erkennung von Umweltplaketten, Erfassung von Verstößen gegen die Straßenverkehrsordnung wie Telefonieren am Steuer und vieles mehr. Selbst sehr kleine Elektrofahrzeuge (EVs), wie z.B. E-Scooter, können von videobasierten Systemen detektiert werden, was bisherige technische Lösungen kaum gewährleisten konnten. Für sie waren beispielsweise die Nummernschilder dieser Fahrzeuge zu klein und die Bereiche, in denen sie fuhren, konnten nicht überwacht werden. Die erweiterten Erfassungsmöglichkeiten videobasierter Systeme sind vor allem auch ein großes Plus für den Schutz gefährdeter Verkehrsteilnehmer (VRUs) wie Radfahrer und Fußgänger.

Die Verkehrsoptimierung könnte sich an der Anzahl bestimmter Fahrzeugtypen auf einer bestimmten Straße in einem bestimmten Zeitraum orientieren. So könnte beispielsweise die Nutzung von Busspuren in der Nacht überprüft werden und dieses Wissen in die Verkehrsplanung einfließen. Ein weiteres Anwendungsszenario wäre die Ampelphasensteuerung im Sinne einer intelligenten Infrastruktur – oder eines KI-Verkehrsmanagements – die eigenständig auf herannahende Fußgänger reagiert.

Um es auf den Punkt zu bringen: Mit videobasierten Systemen kann theoretisch alles, was zu sehen ist, analysiert und verwertet werden. Und das alles ist keine Sache einer fernen Zukunft! Komplettanbieter mit Know-how in Hardwaresensorik und Bildanalyse können schon heute neue Anwendungen im Bereich der videobasierten Verkehrsüberwachung schnell realisieren und zügig auf die Straße bringen – von der Planung über die Projektumsetzung bis zum Service. VITRONIC setzt die Technologie bereits für verkehrstechnische Applikationen wie Rotlichtüberwachung, VRU-Erkennung und Mautkontrolle ein.

Derzeit setzen videobasierte Verkehrssysteme hauptsächlich auf Monotracking, da es äußerst schwierig ist, mehrere Sensoren und deren Daten miteinander zu verknüpfen. Dennoch könnte gerade diese Sensorfusion der Weg der Zukunft sein, insbesondere wenn Sensoren kombiniert werden, deren Stärken sich gegenseitig ergänzen. Demnach könnte die Reichweite des Radars durch die scharfe Sicht der Kamera komplettiert werden, was klassische Radarstörungen wie Ghosting vermeiden würde. Oder die genaue Messung des Lasers könnte die Detektionsfähigkeiten der Kamera erweitern. Die Möglichkeiten scheinen grenzenlos.

Was die videobasierte Verkehrstechnik an sich als Zukunftstechnologie so interessant macht, sind zwei Dinge:

Erstens, ihr Innovationspotenzial. Für Entwickler handelt es sich um eine erschwingliche Technologie mit vergleichsweise niedrigen Einstiegshürden, was zu kreativen Problemlösungen anregt. Das ist eine große Chance und macht die Lösungsklasse extrem zukunftsfähig.

Zweitens, die vergleichsweise geringen Investitionen, die für die Anschaffung und Implementierung erforderlich sind, verbunden mit einem daraus resultierenden schnelleren ROI. Dies ist vor allem für kleinere Kommunen relevant, in denen z.B. die Rotlichtüberwachung bisher nur schwer refinanzierbar war. Auch die Möglichkeit von As-a-Service-Modellen und die einfache Optimierung durch die Softwarisierung tragen zur Wirtschaftlichkeit der videobasierten Lösung bei.

Diese neue Erschwinglichkeit der Verkehrsüberwachung ermöglicht es mehr Ländern und Kommunen, sie zu nutzen, was wiederum eine umfassende Umsetzung der Verkehrswende einerseits und eine flächendeckende Erhöhung der Verkehrssicherheit andererseits begünstigt – und damit einen entscheidenden Beitrag zur Vision Zero leistet.