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Zukunftsprojekt Providentia

Echtzeit-Verkehrs-Vorausschau im Test

Start Digitales Testfeld Autobahn Foto: fortiss GmbH

Im Rahmen des Forschungsprojekts Providentia wird erstmals eine Echtzeit-Vorausschau auf den Verkehr durch hochautomatisierte Flottenkommunikation getestet. Ein Gespräch mit Martin Herrmann, Business Development Manager Fahrerassistenzsysteme und automatisiertes Fahren bei IPG Automotive, über das Projekt und die Zukunftsvision.

23.05.2018 Michael Schwarz
Das Projekt Providentia wird vom BMVI im Rahmen des Forschungsprogramms "Automatisierung und Vernetzung im Straßenverkehr" in der Förderrichtlinie "Automatisiertes und vernetztes Fahren auf digitalen Testfeldern in Deutschland" mit 6,1 Millionen Euro gefördert. Welche Rolle übernimmt IPG Automotive bei diesem Projekt?

IPG Automotive ist hauptsächlich an den Themen Virtualisierung und Visualisierung beteiligt. Virtualisierung beschreibt die Erstellung des sogenannten "digitalen Zwillings" der Autobahn, also ein digitales Echtzeitmodell des Verkehrs auf der Autobahn und der intelligenten Infrastruktur, welche die Verkehrsteilnehmer detektiert und die Daten zentral zusammenführt. Gemeinsam mit dem Unternehmen fortiss, das die Projektleitung innehat, wird hier eine Softwareumgebung geschaffen, in der gemessene und zentral aufbereitete Daten in der virtuellen Welt zur Verfügung stehen. Dazu wird die Simulations- und Testplattform CarMaker für den Anwendungsfall im Projekt weiterentwickelt und das Konsortium bei der Entwicklung und Integration des Gesamtsystems unterstützt. Die vom "digitalen Zwilling" bereitgestellten Daten können dann für den Nutzer visualisiert oder automatisierten Fahrzeugen oder anderen Anwendungen zur Verfügung gestellt werden, sodass sich verschiedenste neue Anwendungsmöglichkeiten ergeben. Außerdem erhält man mit dem Providentia-System eine virtuelle Testplattform für reale Verkehrsszenarien und Verkehrssituationen auf einer der meistbefahrenen Autobahnen in Deutschland. Durch die Bereitstellung und Abbildung der aktuellen Verkehrslage in maschinenlesbarer Form wird ein entscheidender Beitrag für die Entwicklung des automatisierten Fahrens geleistet.

Start Digitales Testfeld Autobahn Foto: IPG Automotive
Martin Herrmann, Business Development Manager, IPG Automotive
Mit der Simulationssoftware CarMaker übertragen Sie das Digitale Testfeld Autobahn in die virtuelle Welt. Wie stellen Sie sicher, dass die simulierten Fahrzeuge und Verkehrssituationen der Realität entsprechen?

Entlang der Autobahn sind Messstationen vorgesehen, die die Verkehrsobjekte detektieren. Überlappende Detektionsbereiche gewährleisten die notwendige Redundanz, die bei unterschiedlichsten Witterungsbedingungen und Tageszeiten durch Kamera- und Radarsensoren mit Echtzeit-Objekterkennung unterstützt wird. Außerdem wird es möglich sein, dass intelligente Fahrzeuge die Messdaten ihrer Onboard-Sensorik in das System einspeisen. Alle anfallenden Daten werden anonymisiert, zentral im sogenannten Backend mittels Sensordatenfusion zusammengeführt, miteinander abgeglichen und mehrmals pro Sekunde aktualisiert. So können Messungenauigkeiten verringert und Widersprüche in den nicht fehlerfreien Messungen aufgelöst werden. Über die Messdaten können auch Rückschlüsse auf die Fahrzeugklasse, beispielsweise Pkw, Lkw, Motorrad, und deren Abmessungen erfolgen. Zusammen mit einer georeferenziert vermessenen, hochgenauen digitalen Straßenkarte ergibt dies ein sehr exaktes virtuelles Abbild der Realität.

Die Grundidee des Providentia-Projektes ist es, Fahrern von konventionellen Fahrzeugen sowie hochautomatisierten Fahrzeugen eine Vorausschau auf den Verkehr in Echtzeit zu ermöglichen. Durch welche technischen Einrichtungen an der Strecke sowie im beziehungsweise am Fahrzeug wird das realisiert?

Wie bereits erwähnt, werden Fahrer und selbstfahrende Fahrzeuge durch die hochgenaue Lokalisierung von Verkehrsobjekten durch Infrastrukturmesspunkte an Schilderbrücken oder spezielle Masten mit Nah- und Fernbereichskameras sowie Radaren mit Informationen unterstützt. Car2X-Empfänger verarbeiten die so gewonnenen Daten und liefern zuverlässig in Echtzeit und auch unter widrigen Umweltverhältnissen relevante Informationen über die Fahrzeuge in der Umgebung. Eine weitere Grundlage für die erfolgreiche Umsetzung ist ein hochzuverlässiges Mobilfunknetz mit entsprechender Infrastruktur zur Gewährleistung der Übertragung hoher Datenraten bei kurzer Latenzzeit.

Eine wesentliche Voraussetzung für den Datenaustausch zwischen Fahrzeug und Infrastruktur in Echtzeit ist der Mobilfunkstandard 5G, der unter anderem auch auf dem Digitalen Testfeld Autobahn getestet wird. Nun steckt dieser neue Standard aber noch in den Kinderschuhen. Ist es aus Ihrer Sicht und anhand der bislang gewonnenen Erfahrungen realistisch, dass 5G die hohen Erwartungen erfüllen kann?

Umfassende Untersuchungen zu 5G erfolgen im Laufe des Jahres 2018. Für das Projekt Providentia wird hierfür auf der A 9 bei München eine 5G-Infrastruktur aufgebaut. 5G wird dabei verschiedene Services unterstützen und somit höchst unterschiedliche Anforderungen erfüllen können. Diese Anforderungen umfassen neben der Bereitstellung einer hohen Datenrate die Garantie hoher Zuverlässigkeit und geringe Latenzzeiten. In dem Projekt gilt es, Erfahrungswerte zu sammeln, welche Datenmengen benötigt werden, um den Vorausblick und die sicher­heits­kri­ti­schen Anwendungen zu bedienen. Ferner wird untersucht, inwiefern Überlast zu einer Reduktion der gelieferten Qualität führt und inwieweit dies mittels Prio­risierung gewisser Daten bei der Übermittlung gelöst werden kann.

Wenn das Zusammenspiel von Sensoren, Car2X-Komponenten und Fahrerassistenzsystemen in der Simulation funktioniert, ist im nächsten Schritt die Echtzeitvisualisierung im Fahrzeug geplant. Wie wird diese ablaufen?

Das Fahrzeug oder mobile Endgeräte können vom Providentia-System über 5G die fusionierten Daten mit allen für die jeweilige Anwendung benötigten Informationen anfordern. Die Daten werden dann auf Anzeigeinstrumenten in der Mittelkonsole, auf Head-up-Displays, Smartphones oder Tablet-PCs angezeigt. Auf dem jeweiligen Endgerät verfügbare Apps sind dann in der Lage, beispielsweise Warnungen über Nebelbänke oder liegengebliebene Fahrzeuge einzublenden, einen Vorausblick auf einen beliebigen Abschnitt der Strecke zu geben oder Voraussagen über die benötigte Fahrtzeit bei der derzeitigen und vorhergesagten Verkehrslage zu treffen.

Im Realbetrieb wäre das System in der Lage, den Fahrer beziehungsweise das hochautomatisierte Fahrzeug mit einer Flut von Informationen zu versorgen. Welches sind die wichtigsten Informationen, die zu einem sichereren und effizienteren Verkehrsfluss führen?

Am hilfreichsten sind regelmäßig aktualisierte Informationen über Position und Intention von Verkehrsteilnehmern, die sich in unmittelbarer Nähe des eigenen Fahrzeugs befinden. Mit einer Auskunft über die Fahrabsicht können zum Beispiel Fahrspurwechsel vorhergesagt oder das Ein- und Ausfädeln deutlich sicherer gemacht werden, da sich Fahrzeuge auf diese Weise kooperativ verhalten und frühzeitig Platz gewähren. Außerdem kann das Fahrzeug vom System Informationen über Verkehrsteilnehmer erhalten, die von der Onboard-Sensorik möglicherweise gar nicht erkannt werden, weil sie beispielsweise von einem anderen Verkehrsobjekt verdeckt werden. Der Wahrnehmungsbereich der automatisierten Fahrfunktion wird somit erweitert und so ein sichereres Fahren ermöglicht. Aber auch Warnungen vor lokalen Gefahren, etwa von Unfallfahrzeugen blockierte Fahrstreifen oder Personen auf der Fahrbahn, können frühzeitig übermittelt werden, was für einen sichereren und besseren Verkehrsfluss sorgt.

Start Digitales Testfeld Autobahn Foto: IPG Automotive
Hochzuverlässiges Mobilfunknetz mit entsprechender Infrastruktur.
Die Verkehrsprognose 2030 der Bundesregierung geht davon aus, 2030 gegenüber 2010 um 38 Prozent wachsen wird. Das heißt, dass der Anteil an Lkw auf den Autobahnen in den nächsten Jahren deutlich zunehmen wird. Inwiefern sind die Nutzfahrzeughersteller in das Projekt Providentia eingebunden?

Direkt am Projekt beteiligt ist derzeit kein Nutzfahrzeughersteller, da zunächst eine herstellerunabhängige technische Grundlage geschaffen werden soll. Jedoch wird mit intensiver Öffentlichkeitsarbeit ein Bewusstsein für die Ziele des Projekts geschaffen. Es ist ein transparenter Informationsfluss beabsichtigt, in den die gesamte Industrie eingebunden ist. Sobald weitere Ergebnisse der Forschungsarbeiten vorliegen, sollen auch Inputs für Standardisierungsgremien formuliert werden, damit das Wissen weitergegeben wird und einheitliche Schnittstellen zur gemeinsamen Nutzung und Weiterentwicklung für die gesamte Industrie geschaffen werden.

Das Forschungsprojekt Providentia läuft noch bis Juni 2019. Wenn das Zusammenspiel der Informationsflüsse in den Fahrzeugen sowie der Kommunikations- und Back-End­infra­struk­tur auf dem Digitalen Testfeld Autobahn der A 9 funktioniert, soll die entwickelte Live-Vorausschau den Aufbau einer Sensorinfrastruktur sowie die Einführung des hochautomatisierten Fahrens in Deutschland beschleunigen. Welche Erkenntnisse konnten bislang aus dem Providentia-Projekt gewonnen werden?


Bisher wurde aus Versuchsmessungen entlang der Strecke ein Konzept für die benötigte Infrastruktursensorik ermittelt, die auch schon simulativ getestet und prototypisch aufgebaut wurde. Mit der Einrichtung der Werkzeugkette zur simulativen Untersuchung des Providentia-Systems ist es möglich, den Aufbau von Messtechnik im Digitalen Testfeld vorab zu simulieren und damit die Voraussetzung zu schaffen, die Projektergebnisse auf weitere Autobahnabschnitte zu übertragen. Durch die Implementierung und Simulation des "digitalen Zwillings" der Teststrecke mit seiner gesamten Architektur inklusive zentraler Sensorfunktion kann schon jetzt der Verkehrsfluss basierend auf Messdaten dargestellt werden. Die dadurch gewonnenen Erkenntnisse werden den weiteren Verlauf des Projekts vorantreiben und den Schritt des Gesamtsystems von der virtuellen in die reale Welt ermöglichen.

Start Digitales Testfeld Autobahn Foto: BMVI
Das Pilotprojekt Digitales Testfeld Autobahn (DTA) wurde im September 2015 vom damaligen Bundesminister für Verkehr und digitale Infrastruktur, Alexander Dobrindt (v.l.), gestartet.
Blicken wir einmal in die Zukunft: Geht man von derzeit rund 13.000 Autobahnkilometern in Deutschland aus, würde der Realbetrieb des Systems auf dem gesamten deutschen Autobahnnetz enorme Investitionen verlangen. Gibt es hierzu seriöse Schätzungen?

Da stimme ich zu. Allerdings könnten die Kosten deutlich geringer sein, als man allgemein denkt. Für genaue Schätzungen werden noch zusätzliche Informationen benötigt, weil sich zum Beispiel die 5G-Technik noch in ihrer Entwicklung befindet und deren Kosten bei einer stärkeren Verbreitung voraussichtlich deutlich sinken werden. Unsere Empfehlung lautet aus diesem Grund, zunächst den Fokus auf viel befahrene, staugefährdete und unfallträchtige Abschnitte zu legen. Nicht jedes Auto­bahn­teilstück muss in der gleichen Weise mit Sensorik abgedeckt werden. Bei dem relativ stark befahrenen Abschnitt der A 9, auf dem das Pilotprojekt durchgeführt wird, geht man von durchschnittlich 400 Metern zwischen zwei Messpunkten aus. Mit einer höheren Verfügbarkeit von Onboard-Sensorik durch die Verbreitung hochautomatisierter Fahrzeuge kann der Abstand zwischen diesen Messpunkten möglicherweise vergrößert werden.

Wann könnte die Echtzeit-Verkehrs-Vorausschau auf deutschen Autobahnen Realität sein?


Auf dem Autobahnabschnitt des Pilotprojektes wird das im Laufe dieses Jahres möglich sein. Für das komplette Autobahnnetz in Deutschland ist dies schwer abschätzbar – und zudem auch davon abhängig, wie sich die Kostenschätzungen und die allgemeine Akzeptanz in der Öffentlichkeit entwickeln. Das Ziel unseres Providentia-Projekts ist es, den Mehrwert im Digitalen Testfeld zu beweisen und eine Antwort auf die Skalierbarkeit des Systems zu geben. Es soll die Einführung des hochautomatisierten Fahrens auf Autobahnen in den kommenden Jahren unterstützen und beschleunigen, um so die Unfallzahlen gegenüber dem heutigen Stand deutlich zu senken. Zudem soll für die Nutzer ein zusätzlicher Mehrwert in Form einer angenehmeren Mobilitätserfahrung generiert werden.

Dieser Artikel stammt aus diesem Heft
Lastauto omnibus Titel  05 2018
Heft 05 / 2018 14. April 2018 Heftinhalt anzeigen Jetzt kaufen
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