KIT-Audio, der Forschungspodcast des Karlsruher Instituts für
Technologie.
Das KIT-Projekt U-SARA-Live will Staus und Schadstoffemissionen im
Straßenverkehr reduzieren.
Dafür sollen Streckenbeeinflussungsanlagen auf Autobahnen besser
gesteuert werden.
Die Forschungen laufen im Förderprogramm vom Bundesministerium für
Verkehr und digitale Infrastruktur.
Weniger Umweltbelastungen durch verbesserten Verkehrsfluss.
Ein Podcast von Almut Oxmann.
KIT-Audio.
Forschung hören.
Wohl jeder kennt diesen Autobahn-Moment.
Plötzlich leuchten die Warnblinker der Autos vor einem auf.
Alles bremst, wird langsamer und langsamer, dann steckt man im Stau.
Am KIT wird diese Bewegung mikroskopisch genau untersucht.
Wir bilden einzelne Fahrzeuge ab und das Verhalten dieser Fahrzeuge
auf der Autobahn.
Wie verhält sich jedes einzelne Fahrzeug auf einer Autobahn?
Und daraus entsteht dann ein Gesamtkollektivverkehr mit irgendwelchen
Auswirkungen auf der Autobahn.
Claude Weiland ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für
Verkehrswesen.
Sie hat die Verkehrsflusssimulation von Autobahnen mitentwickelt.
Die Forschungsgruppe Verkehrstechnik leitet Sebastian Buck.
Wir haben uns ein Fallbeispiel rausgepickt, das ist eben die Autobahn
A5 um Frankfurt herum.
Die ist insofern spannend, weil es eine der Hauptverkehrsdrehkreuze,
was den Autobahnverkehr angeht, in Deutschland ist.
Und damit unglaublich komplex ist, was die ganze Sache erstmal
schwieriger macht für uns, aber insgesamt eigentlich auch
interessanter, weil wir ganz viele unterschiedliche
Verkehrssituationen dort innerhalb relativ kurzer Zeit beobachten
können.
Da sind auf unserem Streckenabschnitt vier Kreuze, die ziemlich groß
und ziemlich komplex sind, wo es dann auch gilt, den Verkehr
realistisch abzubilden an diesen Kreuzen.
Wir haben die Verkehrsdaten von mehreren Jahren von diesem Abschnitt.
Wir beginnen unsere Simulation auf der Autobahnzufahrt Friedberg und
fahren dann Richtung Süden bis zum Autobahnenkreuz Frankfurt West.
Der ausgewählte Autobahnabschnitt ist mit einer
Streckenbeeinflussungsanlage ausgestattet.
Das sind leuchtende Schilder über der Autobahn, die anzeigen, wie
schnell die Autos aktuell fahren dürfen, ob LKWs überholen dürfen und
ob man auch den Standstreifen benutzen darf.
Die Simulation der Autobahn im Computer soll möglichst genau mit der
Realität übereinstimmen.
Dazu legen wir uns ein Luftbild in den Hintergrund und können die dann
tatsächlich einfach manuell nachfahren.
Dann müssen wir die richtige Anzahl von Fahrstreifen angeben, dann
müssen die Strecken alle richtig miteinander verknüpft sein, damit man
natürlich auch an der Ausfahrt wirklich ausfahren kann.
Um die Verkehrssituation am Computer genauso abzubilden wie vor Ort,
arbeiten die KIT-Wissenschaftler mit der Autobahn GmbH zusammen.
Die betreibt die Autobahn und misst ständig, wie viele Fahrzeuge pro
Minute auf welchen Spuren unterwegs sind, wie schnell sie fahren und
wie viel Abstand sie halten.
Diese Daten fließen in die Simulation ein.
Sie können sich das ein bisschen vorstellen wie ein Computerspiel.
Sie sehen eine Abbildung von dieser Autobahn.
Sie haben jetzt da drei Fahrstreifen, da sind verschiedene Fahrzeuge
drauf.
Jetzt gehen gerade dann die 120 an, vorher war die Anlage aus.
Und da ist jetzt im Moment auch noch nicht so viel los.
Ein bisschen später da im Netz, also wenn sie weiterfahren, wird ein
Stau sein, das werden wir jetzt gerade sehen.
Schon jetzt reagiert die Streckenbeeinflussungsanlage der A5 auf die
jeweilige Verkehrssituation.
Mit Erfolg.
Sie macht nicht nur das Fahren sicherer, sondern auch schneller.
10 bis 15 Kilometer pro Stunde mehr können die Verkehrsteilnehmer im
Durchschnitt fahren.
Auch das haben Claude Weiland und Sebastian Buck in der Simulation
berücksichtigt.
Doch nun wollen sie den Steuerungsalgorithmus verbessern.
Ich kann mal hier einfach an ein Kreuz ranzoomen.
Hier fahren ein paar Fahrzeuge ab, hier kommen wieder welche dazu.
In Rot sehen Sie jetzt hier die LKWs und in Blau die PKWs.
Um die Steuerung zu verbessern, müssen die simulierten Fahrzeuge sich
zunächst einmal genauso verhalten wie in der Realität.
Um das zu prüfen, schaut Claude Weiland erst einmal der Simulation zu.
Plausibilisieren nennen das die Forscher.
Also ich verbringe durchaus mal Tage damit einfach der Simulation
zuzugucken, unsere Kleinigkeiten zu verbessern.
Und wenn ich dann irgendwann das Gefühl habe, das läuft, dann lasse
ich die im Hintergrund einmal komplett durchlaufen, die Simulation,
und kriege als Output quasi die Verkehrsdaten, so wie man sie in der
Realität auch bekommen würde.
Also minutenfein von allen Querschnitten, PKW- und LKW-Daten.
Je mehr Autos unterwegs sind, je schneller und unstetiger sie fahren,
desto höher sind auch die Emissionen.
Der Verkehrssektor ist in Deutschland der drittgrößte Verursacher von
Treibhausgasen.
Im Jahr 2018 waren das 164 Millionen Tonnen.
Das Projekt USARA Live will einen Beitrag dazu leisten, diese Zahl zu
senken.
Die Frage, wie kann man den Verkehr auf Autobahnen so steuern, dass
weniger schädliche Emissionen produziert werden und trotzdem der
Verkehr nicht unnötig ausgebremst wird.
Wir erhoffen uns im Rahmen des Projekts auch nicht nur eine
Erweiterung um die Emissionen in die Steuerung, sondern auch noch ein
paar Detaileinblicke, die wir durch die Simulation gewinnen können, um
vielleicht andere Parameter der Steuerung auch optimieren zu können,
um eben die Emissionen zu senken, ohne den Verkehrsfluss
einzuschränken.
Sebastian Buck und Claude Weiland berechnen die Emissionen nach
detaillierten Richtlinien.
Die Autobahn GmbH wird in einem weiteren Schritt diese komplexen
Berechnungen validieren.
Das heißt, sie wird an der Autobahn Messgeräte aufstellen und
verschiedene Schadstoffe in der Luft messen.
In der Computersimulation können nach und nach einzelne Parameter
verändert werden.
Wir können testen, was passiert, wenn es eine Spitzenstunde ist, wenn
nicht so viel los ist, wenn wir mehr Lkw-Anteil haben, weniger Lkw
-Anteil.
Es gibt glaube ich auch Unterschiede, ob es jetzt ein Urlaubstag ist
oder ein Werktag.
Also ist das kollektiv auf der Straße, sind das Leute, die die A5 gut
kennen, da jeden Tag fahren, vielleicht routinierter fahren oder sind
das Leute, die dann nur durchfahren, weil sie eben in den Urlaub
fahren wollen.
In der Simulation konnte bereits gezeigt werden, dass durch die
dynamischen Anzeigen auch der Lärmpegel der Autobahn sinkt.
In ihrer Simulationsstudie testen die Forscher am KIT nun neue
Steuerungsalgorithmen.
Das draußen auf der Straße zu machen, das wirkt halt gewisse Gefahren.
Und das kann man nicht einfach so machen, wenn da nachher ein Unfall
ist und es stellt sich heraus, das war, weil wir mit der
Streckenauseinflussungsanlage experimentiert haben.
Das geht nicht.
Also ein Algorithmus, der draußen geschaltet ist, muss bombensicher
sein quasi.
Und erst wenn wir uns sicher sind, dass das funktioniert, dann gehen
wir in den Testbetrieb draußen auf der Anlage.
An jedem Stückchen Straße in Deutschland ist der Verkehr ein bisschen
anders.
Und überall reagieren die Autofahrerinnen und Fahrer anders auf eine
dynamische Anzeige.
Selbst an einem bestimmten Streckenabschnitt ändert sich das
Fahrverhalten je nach Tageszeit, Wetter- oder Verkehrsaufkommen.
Ob die Menschen akzeptieren, was ihnen angezeigt wird, ist ein
entscheidender Punkt.
Sie können sich das ja selber vorstellen.
Sie fahren draußen auf der Autobahn.
Dann kommt so eine dynamische Anzeige.
Da wird 120 angezeigt.
Und was wollen Sie als Mensch machen?
Wollen Sie 120 fahren?
Vermutlich so in die Richtung, aber nicht genau 120.
Sondern Sie wollen vielleicht 130 oder 110 fahren, vielleicht auch
150.
Und das ist für jeden Menschen ein bisschen anders und das muss
entsprechend richtig abgebildet werden.
Um alle relevanten Faktoren in einen Algorithmus zu integrieren, ist
die Karlsruher EDI GmbH Projektpartner.
Durch künstliche Intelligenz soll vorhergesagt werden, wie die
Verkehrsteilnehmer auf die dynamischen Geschwindigkeitsbegrenzungen
reagieren.
Und nicht nur das wollen die Wissenschaftler herausfinden, sondern
auch, wie viel Verkehr in den nächsten Minuten aufkommen wird.
Also ich prognostiziere, wie viel Verkehr in 1, 2, 3, 4, 5 Minuten
vorhanden sein wird.
Das ist ungefähr die Verzögerung, die die gesamte Anlage auch hat.
Wenn ich eine Minute lang messe, dann liegen die Daten natürlich erst
nach dieser einen Minute vor.
Dann brauchen die Daten noch ein bisschen Laufzeit und ein bisschen
Verarbeitungszeit in den verschiedenen Systemen, bis sie dann in die
Steuerung ankommen und berücksichtigt werden können.
Und wenn ich diese ungefähr zwei Minuten vorausschau, schon machen
kann und ich sehr nah an den echten Daten dran bin, dann kann ich
natürlich ein bisschen agiler steuern, als ich das heute kann.
In der Simulation können Änderungen gut ausprobiert und verschiedene
Szenarien miteinander verglichen werden.
Allerdings müssen die Wissenschaftler sehr genau überlegen, was sie
machen wollen, denn die Datenmenge ist groß und die Berechnung dauert
langer.
Um Zeit zu sparen, laufen mehrere Computer gleichzeitig.
Und wir haben aber in ganz Deutschland, ich weiß es jetzt nicht genau
im Kopf, aber so in der Größenordnung 20, 25 Stück in etwa.
Eine Streckenbeeinflussungsanlage aufzubauen und zu betreiben ist
teuer.
Rund um die Uhr überwachen mehrere Menschen, sogenannte Operatoren, ob
alles richtig läuft.
Und das ist aber besonders spannend für uns.
Es sind wenige, aber die Bedeutung von diesen Anlagen ist extrem groß,
weil eben unglaublich viele Autos gleichzeitig darüber fahren.
Streckenbeeinflussungsanlagen sind vor allem auf stark befahrenen
Autobahnen sinnvoll.
Auf der A5 können ein paar Prozent mehr Leistungsfähigkeit durchaus
entscheidend sein.
Die Wissenschaftler am KIT sind zuversichtlich, dass sie mit den
Ergebnissen des Projekts Usara Live Emissionen und Lärm an Autobahnen
spürbar senken können.
Claude Weiland und Sebastian Burg fahren beide übrigens eher selten
mit dem Auto.
Umso mehr liegt es ihnen am Herzen, einen Beitrag zu einem
emissionsärmeren Autoverkehr zu leisten.
Wir können den Verkehr da von der A5 nicht runterholen, das schaffen
wir beide nicht.
Aber wenn wir was dazu beitragen können, dass der Verkehr, der sowieso
da ist, einfach ein bisschen weniger Emissionen produziert, finde ich
das auch schon sehr gut.
KIT Audio.
Forschung hören.
Eine Produktion des Karlsruher Instituts für Technologie 2021.
Redaktion, Abteilung Gesamtkommunikation des KIT.
Titelmusik Arthur Tadeuszian.
Weitere Informationen finden Sie unter www.kit.edu.