Case Study Intelligente Straßeninfrastruktur zur Unterstützung automatisierter und vernetzter Fahrzeuge

Die Ausgangssituation:

Eine Lösung für mehr Sicherheit für VRUs gesucht

Städte stehen vor der Herausforderung, die Mobilitätswende voranzutreiben, wobei Verkehrssicherheit und Nachhaltigkeit zentrale Treiber sind. Die rasante Entwicklung des automatisierten und vernetzten Fahrens bietet Chancen, den Verkehr effizienter und sicherer zu gestalten, birgt aber auch Gefahren. Auf der einen Seite können automatisierte Fahrzeuge innerorts die Sicherheit für Vulnerable Road Users (VRUs) erhöhen, denn rund 90 % aller Unfälle sind auf menschliches Fehlverhalten zurückzuführen. Andererseits darf trotz der großen technischen Fortschritte im Bereich des automatisierten Fahrens, nicht übersehen werden, dass die Technologie im fließenden Verkehr immer noch vor Herausforderungen steht. Die Sicherheit von Fußgängern und Radfahrern, insbesondere in kritischen Bereichen wie komplexen Kreuzungen, muss jedoch unbedingt gewährleistet sein.

Entscheidend ist dabei, innovative Technologielösungen als Investition in die Infrastruktur von morgen zu etablieren, um für die Mobilität der Zukunft gerüstet zu sein.

VITRONICs Reallabor:

Betrachtet man den innerstädtischen Verkehrsraum, so stellen insbesondere Kreuzungsbereiche einen Unfallschwerpunkt dar, an denen es häufig zu Kollisionen zwischen Fahrzeugen und VRUs kommt. Studien haben gezeigt, dass es dabei durchschnittlich sieben verschiedene Kreuzungsszenarien gibt, in denen sich die Bewegungsbahnen der Verkehrsteilnehmenden kreuzen und mögliche Gefahrensituationen entstehen können.

Deshalb hat VITRONIC gemeinsam mit einem führenden deutschen Forschungsinstitut der Verkehrstechnik und verschiedenen Fahrzeugherstellern seit 2021 ein Reallabor an einem Kreuzungsbereich in Potsdam etabliert. Das Forschungsprojekt folgte der Leitfrage „Wie können automatisierte und vernetzte Fahrzeuge in komplexen Verkehrsszenarien optimal durch intelligente Infrastrukturen unterstützt werden?“. Ziel war es, durch die Kombination von technologischen Innovationen und Praxiswissen wichtige Erkenntnisse über die Wirkung einer digitalen Infrastruktur in Zusammenhang mit autonomer Fahrzeugtechnologie und den lokalen Verkehrssituationen zu erhalten.

Erfassung einer dynamischen Umgebung:

In Potsdam wurde ein Reallabor unter dem Namen „Local Traffic Safety Analyzer (LTSA)“ entwickelt, das sich auf die optische Erfassung von Verkehrsteilnehmern stützt. Dies wird durch die VITRONIC Smart Sensor Plattform (SSP) ermöglicht und erlaubt eine datenschutzkonforme Erfassung von Bewegungsdaten von Radfahrern, Autofahrern und Fußgängern in Kreuzungsbereichen. Zusätzlich verfügt der LTSA über Road Side Units (RSU), die als Kommunikationsschnittstelle für automatisierte und vernetzte Fahrzeuge dienen, um anonymisierte Bewegungsdaten der Verkehrsteilnehmer bereitzustellen.

Diese Daten unterstützen die Fahrzeuge in komplexen Verkehrssituationen bei der Planung sicherer und zuverlässiger Fahrmanöver, indem sie zusätzliche Informationen über sonst nicht sichtbare Bereiche liefern.

Um die Dynamik an der Kreuzung besser zu verstehen, wurde das System darauf trainiert, die folgenden Gefahrensituationen zu erkennen und zu unterscheiden:

Innerhalb der dargestellten Szenarien hat VITRONIC Analysemethoden eingesetzt, um mögliche Kollisionen zwischen den Verkehrsteilnehmern frühzeitig zu erkennen und diese Gefahrenmeldungen über die Kommunikationskanäle an die Fahrzeuge zu senden.

Die technische Umsetzung:

Die VITRONIC Smart Sensor Plattform nutzen eine bildbasierte Objekterkennung, um die Verkehrsteilnehmer und deren Bewegungsmuster im Kreuzungsbereich zu erfassen. Sie liefern detaillierte Informationen über Position, Richtung und Geschwindigkeit jedes einzelnen Verkehrsteilnehmers. Die gesammelten Daten werden einerseits für die Analyse des Gefahrenpotenzials (entsprechend der Szenarien) und andererseits für die Erstellung von Gefahrenwarnungen verwendet. Sowohl die Rohdaten, d.h. die Bewegungsdaten zu jedem Objekt, als auch die Kollisionswarnungen werden dabei in einem standardisierten Nachrichtenformat ausgegeben, das von den automatisierten und vernetzten Fahrzeugen verstanden wird. Diese Standardisierung ist von großer Bedeutung, da sie eine einheitliche Kommunikation und Interpretation der Daten unabhängig von Fahrzeugtyp und Hersteller ermöglicht.

Die standardisierten Nachrichten werden dann über ein Kommunikationsnetzwerk (ITS-G5) mittels der Road Side Units (RSU) in Echtzeit an die On Board Unit der automatisierten und vernetzten Fahrzeuge gesendet. Auf diese Weise können sich die Fahrzeuge ein genaues Bild von ihrer Umgebung machen und bei potenziellen Gefahrensituationen entsprechend reagieren. Das System bietet eine erweiterte Realität, denn es erkennt auch verdeckte Verkehrsteilnehmer oder Hindernisse, die die Fahrzeugsensoren auf den ersten Blick nicht erfassen. Neben der erhöhten Sicherheit für die Verkehrsteilnehmer trägt dies auch zu einem effizienteren Verkehrsfluss bei. Darüber hinaus können die gesammelten Daten auch als Grundlage für eine sicherheitsorientierte Steuerung und Optimierung von Ampelschaltungen dienen.

Das Resultat:

Wichtige Erkenntnisse für die Unterstützung automatisierter und vernetzter Fahrzeuge

Die Ergebnisse des Reallabors unterstreichen, dass der Einsatz fortschrittlicher Technologien wie der VITRONIC Smart Sensor Plattform in Verbindung mit intelligenten Algorithmen ein effektiver Weg ist, um eine sichere und nachhaltige Mobilität in urbanen Räumen zu fördern. Insbesondere bei der Analyse von Gefahrenszenarien zeigte sich, dass das System vor allem in Abbiegeszenarien, speziell bei Rechtsabbiegern zwischen Pkw und Radfahrern, das Kollisionsrisiko signifikant reduziert. Auch in Szenarien mit Personen auf der Straße trägt die schnelle und präzise Erkennung des Systems dazu bei, potenzielle Kollisionen zu minimieren.

Der erprobte Ansatz bietet deshalb wertvolle Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise bei der Implementierung von autonomen Shuttle-Diensten oder autonomen Straßenbahnen im öffentlichen Nahverkehr, um an kritischen Punkten für zusätzliche Sicherheit zu sorgen. Darüber hinaus kann das VITRONIC System flexibel in neue oder bestehende Infrastrukturen integriert und für weitere Einsatzzwecke, wie z.B. die Verkehrssteuerung in Umweltzonen, anpassen und erweitert werden.