Stauvermeidung in Städten

LiDAR im Einsatz zur Verkehrsflussoptimierung

Wer schon einmal während der Rush Hour in München über den Mittleren Ring gefahren ist, der kennt das enorme Problem von urbanen Räumen weltweit: Stau so weit das Auge reicht. Im Durchschnitt standen die Deutschen im Jahr 2018 120 Stunden im Stau, in München waren es sogar 140 Stunden. Für Autofahrer sind diese verlorenen Stunden ärgerlich und beeinträchtigen ihre Lebensqualität. Für den Staat Deutschland bedeuten diese Zahlen erhebliche wirtschaftliche Auswirkungen: Stau kostet jährlich mehrere Milliarden Euro, da Mitarbeiter im Stau stehen, statt produktiv zu sein und Warenlieferungen auf der Straße stehen, statt im Regal. Hinzu kommt eine hohe Umweltbelastung wegen des erhöhten Benzinverbrauchs und damit vermehrten CO₂-Ausstoßes.

Stau ist ein Problem, besonders in den Städten. Neue Technologien können und werden jedoch einen wichtigen Beitrag leisten, um dieses Problem zu lösen.

Mehr wissen, als der einzelne Verkehrsteilnehmer

Wie entsteht Stau überhaupt? Stau ist ein verteiltes Problem, das dadurch zustande kommt, dass jeder Verkehrsteilnehmer für sich optimiert sein Fahrzeug steuert. Er schließt zum Beispiel zum vorausfahrenden Auto auf oder wechselt die Spur – was immer ihm als Möglichkeit erscheint, schneller an sein Ziel zu kommen. Da der einzelne Verkehrsteilnehmer gar nicht überblicken kann, wie er den Verkehr um sich herum beeinflusst, kann er auch nicht dementsprechend optimiert handeln. Dass ein auf-die-Bremse-steigen drei Kilometer hinter dem bremsenden Fahrzeug einen Stau auslösen kann, registriert der Autofahrer selber nicht.

An diesem Punkt muss angesetzt werden: Das Verhalten der Einzelpersonen muss in der Verkehrsplanung und -steuerung ausgeglichen werden, um den Verkehrsfluss zu optimieren. Die Lösung liegt darin, präemptiv und verteilt, also vorausschauend und über den einzelnen Teilnehmer hinaus, den Verkehr zu regeln. Dafür ist ein Gesamtüberblick über die Verkehrssituation nötig.

Mit GPS, Kameras und Sensoren zum Gesamtüberblick

Um diesen Gesamtüberblick zu erlangen, können verschiedene Technologien zum Einsatz kommen. Wirft man einen genauen Blick auf diese, stellt man fest, dass einige dieser Technologien sich aus verschiedenen Gründen eher weniger für die Ausstattung einer Smarten Infrastruktur eignen:

GPS:

GPS liefert wertvolle Daten, indem es die Bewegungsdaten der Verkehrsteilnehmer sammelt. Somit kann mit Hilfe dieser Technologie recht zuverlässig Stau gemeldet werden. Fußgänger und Radfahrer zu berücksichtigen, übersteigt allerdings die Möglichkeiten von GPS.

Statt, wie im Fall von GPS, mit Hilfe der Verkehrsteilnehmer Informationen zu sammeln, können Sensoren und Kameras in die Infrastruktur integriert werden, um das Verkehrsgeschehen zu beobachten. Hierfür werden die Geräte in Ampeln, Straßenlaternen oder Verkehrsschilder eingebaut und sammeln von dort aus Informationen über ihr Umfeld. Auch hier lassen sich klare Vor- und Nachteile der möglichen Technologien erkennen:

Kameras:

Kameras etwa sind in der Lage, Farbbilder zu erfassen, können aber bei Dunkelheit nicht mit gleicher Qualität eingesetzt werden. Zudem stellen sie die Daten lediglich in 2D zur Verfügung und geraten bei der Aufzeichnung und Speicherung von personenbezogenen Daten schnell in eine datenschutzrechtliche Grauzone. 

Radar:

Radar wird bisher hauptsächlich zur Geschwindigkeitsüberwachung eingesetzt, könnte aber auch in der Verkehrsüberwachung Anwendung finden. Jedoch liefert Radar nur ein sehr ungenaues Bild: Die Technologie kann deshalb zwar Objekte erkennen, ist aber aufgrund der fehlenden Detailtiefe nicht in der Lage, diese auch zu klassifizieren. Mit Radar-Daten lässt sich also beispielsweise nicht zuverlässig zwischen Fußgänger und Radfahrer unterscheiden. 

LiDAR erfasst Verkehrsteilnehmer präzise und anonymisiert

Eine Technologie, die sehr präzise zwischen allen Verkehrsteilnehmer unterscheiden kann, ist die laserbasierte LiDAR-Technologie. Die Sensoren liefern detaillierte und zuverlässige 3D-Informationen, die es ermöglichen zwischen den verschiedenen Verkehrsteilnehmern zu unterscheiden. Dabei kann erkannt werden, ob es sich bei der 3D-Punktwolke um einen Fußgänger oder Radfahrer handelt, allerdings ist die individuelle Identifizierung von einzelnen Personen nicht möglich, was die Privatsphäre der Verkehrsteilnehmer schützt.

Zudem sind LiDAR-Sensoren in der Lage, auch bei schwierigen Wetterbedingungen und Lichtverhältnissen zuverlässig Informationen zu sammeln. Dunkelheit, Staub oder Nebel machen der Technologie nichts aus. Neben Positions- und Objektinformationen erfassen die Sensoren zudem auch Geschwindigkeiten, was bei der Analyse des Verkehrsflusses oder Entstehungsgründen von Stau hilfreich sein kann.  

Solid-State als Lösung für heutige LiDAR-Probleme

Die High-Tech Sensoren kommen aktuell vor allem im Bereich des autonomen Fahrens zum Einsatz und stehen vor einer großen Herausforderung: Heute verfügbare LiDAR-Sensoren sind teuer und störanfällig. Diese Probleme löst die Solid-State-Technologie. Bei dieser Art von LiDAR werden die beweglichen Bauteile, die den Laser ablenken, um die Umgebung abzutasten, durch wartungsfreie Komponenten ersetzt. Die Sensoren sind damit deutlich robuster und zudem günstiger – und somit für den breit gefächerten Einsatz in der Infrastruktur bestens geeignet.

Verkehrsinformationen ermöglichen konkrete Maßnahmen

Die in der Infrastruktur verbauten LiDAR-Sensoren liefern Informationen über die aktuelle Verkehrssituation in Echtzeit: Fließt oder stockt der Verkehr? Gibt es einen Unfall oder eine Baustelle? Stehen viele Fußgänger an der Ampel oder am Zebrastreifen?

Mit diesen Informationen lassen sich die folgenden Maßnahmen in Echtzeit und auf den Verkehr angepasst ergreifen, um den Verkehrsfluss zu optimieren:

• Anpassung von Ampelphasen
• Anpassung von Geschwindigkeitsbegrenzungen
• Anzeigen von Stauwarnungen
• Ausspielen von Umleitungsempfehlungen
• Identifizierung und Umbau von Gefahrenstellen

In Zukunft wird man sogar noch einen Schritt weitergehen: Dann werden autonome Fahrzeuge die Informationen verwenden um ihre Fahrpläne und -routen dynamisch an das Verkehrsgeschehen anzupassen.

Städte, die sich wieder um den Menschen drehen

In vielen Städten sind heute noch deutlich die Einflüsse des Paradigmas der „autogerechten Stadt“ zu erkennen: Die Stadtplanung wird nach dem Ziel des ungehinderten Verkehrsflusses des Autos ausgerichtet. Auch wenn sich dieses Modell schon seit einigen Jahrzehnten starker Kritik gegenübersieht, sind viele Verkehrskonzepte in den Städten noch am motorisierten Individualverkehr orientiert.

Dieser Ansatz wird in den letzten Jahren zunehmend von der Forderung nach autofreien Zonen oder sogar ganzen Innenstädten verdrängt. Diese Forderungen zeigen deutlich: Die Städte- und Verkehrsplanung muss sich wieder mehr um den Menschen drehen. Die Bedürfnisse der Bewohner, Pendler und aller weiteren Verkehrsteilnehmer müssen in den Mittelpunkt rücken und das bedeutet, Mobilität so sicher und unkompliziert wie möglich zu gestalten. Fußgängerübergänge müssen sicherer konzipiert werden, Abbiegeunfälle vermieden werden, ausreichend Platz für Radfahrer geschaffen werden – die Liste der Maßnahmen ist lang. Die intelligente Steuerung des Verkehrs mit Hilfe einer smarten Infrastruktur ermöglicht genau das – und die LiDAR Technologie steht in ihrem Mittelpunkt.