NACHHALTIGE LÖSUNGEN IN TRANSPORT UND MOBILITÄT.

C-ITS in der LSA-Steuerung Die Ampel 4.0 30. November 2016 its-bavaria "Urbane Mobilität - intelligent vernetzte Angebote"

Tobias Schendzielorz, TRANSVER GmbH Andreas Schmid, SWARCO TRAFFIC SYSTEMS GmbH TRANSVER GmbH | Maximilianstr. 45 | D – 80538 München | Phone: +49 89 211878 - 0 | Fax: +49 89 211878 - 29 | E-Mail: [email protected] | Internet: www.transver.de

NACHHALTIGE LÖSUNGEN IN C-ITS in der LSA-Steuerung TRANSPORT Die Ampel 4.0 UND MOBILITÄT. 1. Einführung Stellen sie sich vor… Vision oder Realität? 2. Was ist V2X und Kooperative Systeme? Was motiviert die Entwicklung? 3. Drei notwendige Aspekte Definierter Inhalt - Standard-Nachrichten Definierte Anwendungen Einbettung in die bestehende Umgebung 4. Und was passiert demnächst: Für den Planer bedeutet das…

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C-ITS – Vision oder schon Realität? So sieht die Zukunft aus! Lichtsignalanlagen sehen Fahrzeuge. Einzeln. Jede Position. Jede Sekunde. Unterschieden nach Fahrzeugtyp (PKW, LKW, (Linien-)Bus, TRAM, Rettungsfahrzeug im Einsatz). Woher sie kommen, wohin sie gefahren sind, wohin sie fahren wollen. Fahrzeuge und Lichtsignalanlagen kooperieren aktiv miteinander: Priorisierungen erfolgen differenziert. Identische Technik für ÖPNV Priorisierung, Rettung und Sondereinsatzfahrten, Schwerlastverkehr. Flexibles Ein- und Ausschalten. Fahrzeuge folgen der Koordination, Korridore, grüne Wellen. Jede Anlage ist Sender/Empfänger von Warnmeldungen Verkehrsmanagement weitet sich vom physischen auf den virtuellen Straßenraum aus. Investitionen in dynamische Beschilderung gehen zurück – verschwinden aber nicht in Gänze. ‚Kooperative‘ Funktionen sind in ‚klassischen‘ Produkten erforderlich um ein nahtloses System zu schaffen. In Zentralen, Steuerungsrechner an der Straße, Schildern

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NACHHALTIGE LÖSUNGEN IN C-ITS – Vision oder schon Realität? So sieht die Zukunft TRANSPORT UND aus! MOBILITÄT. Einbindung der Verkehrsdaten in die Regelungsprozesse. Bislang lokale Messgrößen wie z.B. Zeitlücken lediglich als Indikatoren für die Verkehrsnachfrage zur Verfügung. C-ITS liefert mit Datenquellen wie Floating Car Data/Probe Vehicle Data zunehmend die tatsächlichen Zielgrößen der Verkehrssteuerung wie Wartezeiten oder Rückstaulängen. Verbesserung der Planungsgrundlagen durch gezielte und effiziente Abschätzung der Verkehrsnachfrage und der Abbiegebeziehung. Schätzung der Signalprograme durch Analyse der Trajektorien im Zu- und Ablauf an einer Lichtsignalanlage. Durch verbesserte Datengrundlage und Automatisierung und lassen sich Schwachstellen kontinuierlich im gesamten Straßennetz im Zeitverlauf nachvollziehen, die Priorisierung der Verbesserungsmaßnahmen kann zielgerichtet vorgenommen werden und die Qualität des Verkehrsablaufs an den LSA wird steigen.

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Kontext Was ist die Motivation für eine derartige Entwicklungen?

Internationaler Innovationsdruck in der Fahrzeugindustrie zum automatisierten Fahren Sichtbar an Industrie-Aktivitäten und (förder-)politischer Unterstützung Innovationsmotor und Standortsicherung Vielversprechende Nutzen Fahrererlebnis/Wettbewerbsvorteil Einsparungen bei Kraftstoffverbrauch und Umweltverschmutzung oft betont als Motivation für kooperatives und vernetztes Fahren Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation ist Schlüssel in vielen Anwendungen zur Sicherheit und Effizienzsteigerung (z.B. elektronisches Bremslicht, LKW-Platooning, Gefahrenwarnung) Zugewinn an Sicherheit (in automatisierten Fahrzeugen) und gleichzeitig effiziente Verkehrsabwicklung ist nicht möglich ohne Infrastruktur-Kommunikation Erkennung von stets korrekter Signalisierung/verpflichtende (dyn.) Beschilderung ist auf Basis alleiniger Fahrzeug-Sensorik nicht schnell genug/sicher! Aussagen auf EU Ebene: ….s. nächste Folien

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Warum Kooperative Systeme?

C-ITS Platform 2015 – final report: http://ec.europa.eu/transport/themes/its/c-its_en.htm

Dominierende monetäre Nutzen Schneller & effizienter ankommen (66%) Weniger Unfälle (22%) Kraftstoff sparen (11%)

Scenarios include use-cases of … V2V … + V2I inter-urban

Quelle: WG1 final report p38 … + urban

Erst mit Einbeziehen des urbanen Raums lassen sich die volkswirtschaftlichen Nutzen im großen Stil und wesentlich zeitnäher erreichen

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Wo entstehen Kosten?

C-ITS Platform 2015 – final report http://ec.europa.eu/transport/themes/its/c-its_en.htm

Dominierende monetäre Kosten Hardware in Fahrzeugen (86%) Aftermarket devices (10%) Rest (inkl. Infrastruktur) (4%) Quelle: WG1 final report p38

d.h. Fahrzeugindustrie wird den größten Teil der Zusatzkosten haben …und daher das Thema wesentlich beeinflussen/treiben!

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Technologische Aspekte

Drei notwendige Aspekte I. Definierter Inhalt - Standard-Nachrichten II. Definierte Anwendungen III. Einbettung in die bestehende Umgebung

I: Standard-Nachrichten „Basis-Wortschatz“ für die Kommunikation weltweit „Messages“ und Ihre Bedeutung CAM DENM SPAT / MAP IVI …und was immer noch kommt

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Technologie – Stand der Technik Definierter Inhalt: Standard-Nachrichten

Folgende Nachrichten werden in unterschiedlichen Normen definiert:

CAM: Position, Direction, Speed, veh. Type, [other] @1..10Hz

CAM - Cooperative Awareness Message (ETSI EN 302 637-2) Position, speed, direction of a vehicle, 1..10 Hz; optional content for prioritisation

DENM - Decentralized Environmental Notification Message (ETSI EN 302 637-3)

DENM: Warning @event

Warning messages

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Technologie – Stand der Technik Definierter Inhalt: Standard-Nachrichten

SPAT/MAP (SAE-J2735 und ISO 19091) SPaT - Signal Phase and Timing Intersection traffic light status [and forecast] per signal group

MAP (map topology) Is depicting each driving lane with at least two coordinates one being the stop-line Defines driving relations through intersection

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Technologie – Stand der Technik Definierter Inhalt: Standard-Nachrichten

IVI - In Vehicle Information (ISO/TS 19321) Content of [dynamic] road signs

Images: ECo-AT ECo-AT_SWP2.1_InVehicleInformation

VSVI-BW Aktuelle Themen der Lichtsignalsteuerung | 22. November 2016 | [email protected]

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Technologie – Stand der Technik Definierte Anwendungen

Roadworks Warning: Baustellenwarnung am Sperranhänger GLOSA: Wie man bei grün die Kreuzung passiert? TTG: Wie lange muss man warten? Rotlicht-Verstoß: Erkennen, warnen, reagieren im Fahrzeug Priorisierung: sichere und differenzierte Gewährung von Vorrang mit günstiger V2X Standard-Technik Dynamische Schilder: So erkennt sie die automatisierte Fahrfunktion sicher Stau: Vermeidung von Stoßwellen Genaue Erfassung und Statistik des Verkehrs durch die Kreuzung …und was immer noch kommt…

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Technologie – Stand der Technik Definierte Anwendungen

Priorisierung Nutzung von “CAM“-Standardnachrichten zur stetigen Erfassung des annähernden Fahrzeugs Auch R09.16 ist Teil des EU Profils von CAM! Verschiedene Priorisierungen ermöglichen, z.B.: i) Trambahnen und Busse, ii) Polizei und Rettungsdienste, iii) Schwerlastverkehr und Lkw V2X Sicherheitsmechanismen für flexibles Versorgen und Entziehen von Nutzungsrechten z.B. Busse der Nachbarstadt für Sonderereignis entleihen und einsetzen

Kooperative Priorisierung Spart Kraftstoff und verringert Umweltbelastung Spart Kosten (keine weitere Technologie nötig, da die V2X Technologie für verschiedenste Anwendungen gleichzeitig genutzt werden kann) Basiert auf hohen Stückzahlen Ist flexibel

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Technologie – Stand der Technik Definierte Anwendungen

Erfassung des Verkehrs Fahrzeugbewegungsdaten auswerten Jede Sekunde eine Messung: V2X-CAM Nachrichten als Ressource

Datenproben bei Kreuzung Halte (je Spur; vor/nach der Haltelinie) Warte- und Reisezeiten Start- und Ziel (Abbiegebeziehung)

Ein Detektor für diverse 100m Geschwindigkeit/Reisezeit auf diversen Fahrstreifen oder Rampen Stau/Stauauflösung

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Kooperative Verkehrsdaten Ermöglichen Analysen des Verkehrs in neuer Dimension, da basiert auf EinzelFahrzeugbewegung

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NACHHALTIGE LÖSUNGEN IN Technologie – Stand der Technik TRANSPORT UND MOBILITÄT.Kontext Anwendungen mit planerischem

1000 0

500

distance [m]

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SAFARI

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cycle length [s]

OD-Schätzung mittels FCD

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NACHHALTIGE LÖSUNGEN IN SAFARI Signalprogrammrekonstruktion und Schaltzeitprognose TRANSPORT UND MOBILITÄT. Iterative Bestimmung möglicher Umlaufzeiten Schätzung der Haltlinienquerungen von Trajektorien Zeitliche Projektion der Querungszeitpunke in mögliche Umlaufzeiten Statistische Analyse der Querungszeitpunkte

■ ■ ■

Available trajectories

Start of green time

End of green time

Cycle length

316

51

2

90 sec.

0

5

10

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0

100

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200

distance [m]

distance [m] 300 400

500

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600

■

Wahrscheinlichkeit zur Erkennung der wahren Umlauflänge abhängig von: Stichprobenumfang (n) Verhältnis zw. Freigabezeit/Sperrzeit Anteil gleichverteilter Fahrzeugtrajektorien (Rauschen)

■

0

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cycle length [s]

Bundesstraße 13, trough traffic (inbound), evening traffic peak 04:00-05:00 p.m. (UTC)

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NACHHALTIGE LÖSUNGEN IN SAFARI Signalprogrammrekonstruktion und Schaltzeitprognose TRANSPORT UND MOBILITÄT. Querungszeitpunkte über Umlauflänge (Freigabezeit)

Stehende Fahrzeuge über Umlauflänge (Sperrzeit)

Stopping Vehicles over cycle length

20

Frequency [-]

30 0

0

10

10

20

Frequency [-]

40

30

50

Crossing vehicles over cycle length

0

20

40

60 cycle length [s]

80

0

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40

60

80

cycle length [s]

Dateneigenschaften ■ ■ ■

Reale Daten (tatsächlich gemessene Fahrzeugbewegungen) Teils komplementäre Informationen Beide Eingangsinformationen können mehr oder weniger stark durch “Fehler” beeinträchtigt sein Modell zur Datenfilterung notwendig

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NACHHALTIGE LÖSUNGEN IN mit FCD Quelle-Ziel Matrix Schätzung TRANSPORT UND MOBILITÄT. Zur Schätzung von Verkehrsbeziehungen aus reinen Querschnittsdaten mit dem Modell der Informationsminimierung können gute Ergebnisse erzielt werden. Ein Problem ist die fehlende Information zur Struktur der Verkehrsnachfrage. Floating Car Data beinhalten jedoch genau diese Information zur Struktur der Verkehrsnachfrage.

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Implementierung in den Kontext Einbettung in die bestehende Umgebung

“Standardisierte Luftschnittstelle reicht nicht aus” Wie werden die Anwendungen in der integrierten Umgebung erreicht? Nationale Spezifikationen erforderlich, um die Anwendungsfälle entlang der Kette zu unterstützen

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SWARCO Ansatz Infrastructure lernt Sprechen: Standard Sprache auf verschiedenen Kanälen

Modulares Konzept Erweiterung bestehender Steuergeräte mit integrierten V2X-Funktionen Abstraktion des Kommunikationsmediums Unabhängige Weiterentwicklung von

Dynamisches Schild Warnanhänger LSA-Steuergerät

V2X Standard Messages

V2X Kommunikations-Technologie V2X Standard-Nachrichten V2X Funktionsintegration in dezidierte Controller

Var. Communication Channels

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Weitere Entwicklung der Technologie heute stabil – morgen haben wir?

Kommunikationstechnologie Mobilfunkanbieter integrieren Anforderungen für hochautomatisiertes und vernetztes Fahren in die nächste Generation Mobile Edge Computing Low latency Local, fast “computing” resources as ‘cloudlet’

V-LTE Low latency Device-to-Device (D2D) erlaubt Verbindung selbst wenn keine zentrale Basisstation in Reichweite ist

Bild: http://inside5g.com/mobile-edge-computing-used-to-support-assisted-driving/

5GAA Meldung im Handelsblatt und bei Volkswagen 27.09.2016: Gründung der 5G Automotive Association (5GAA): “Today AUDI AG, BMW Group, Daimler AG, Ericsson, Huawei, Intel, Nokia and Qualcomm Incorporated, announce the formation of the "5G Automotive Association". VSVI-BW Aktuelle Themen der Lichtsignalsteuerung | 22. November 2016 | [email protected]

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NACHHALTIGE LÖSUNGEN Verkehrsplaner der ZukunftIN Kennen die Möglichkeiten von C-ITS TRANSPORT UND MOBILITÄT. Nutzen die Massen-Standard-Technologie •

Zur Priorisierung − ÖPNV − Rettung − Schwerverkehr und Pulks

•

Zur Optimierung und Koordination − Greenlight Optimal Speed Advisory (GLOSA) − Time To Green (TTG)

Wissen über die Bedeutung • • • • •

Der Prognosefähigkeit von Steuerungen Der Vernetzung und Kooperation Einbindung der Verkehrsdaten in die Regelungsprozesse zur Steuerung von LSA Der neuen Datenquellen zur Verbesserung der Planungsgrundlagen Der verbesserte Datengrundlage und Automatisierung zum kontinuierlichen Nachvollziehen von Schwachstellen im gesamten Straßennetz

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NACHHALTIGE IN Essentiell ist dieLÖSUNGEN Zusammenarbeit TRANSPORT UND MOBILITÄT.

Juni 2015: Rupert Stadler, Berliner Wirtschaftstag: “Wären alle Ampeln in Deutschland bereits vernetzt, könnten wir im Jahr 900 Millionen Liter Kraftstoff sparen. Das entspricht mehr als zwei Millionen Tonnen weniger an CO2."

75 Jahre zuvor…. 1940: Norman Geddes, Magic motorways: “The two, the car and the road, are both essential to the realization of automatic safety. It is a job that must be done by motor-car manufacturers and road builders cooperatively.”

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NACHHALTIGE Vielen Dank LÖSUNGEN IN TRANSPORT UND MOBILITÄT.

Andreas Schmid Product Manager Integrated Traffic Management and Cooperative Systems Projects SWARCO TRAFFIC SYSTEMS GMBH | Adolf Dambachstraße 1| 76571 Gaggenau [email protected] | www.swarco.com/sts +49 151 64961153

Tobias Schendzielorz Leiter Intelligente Verkehrssysteme und Forschung TRANSVER GmbH | Maximilianstraße 45 | 80538 München [email protected] | www.transver.de +49 89 211878-21

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