Optimaler Verkehrsfluss mit intelligenten Ampeln
Staus und lange Wartezeiten an Kreuzungen in Innenst?dten geh?ren zu unserem Alltag – als Fussg?nger, ?V-Benutzerin und im Individualverkehr. ETH Spin-off Lumisera verspricht mit selbst-gesteuerten Lichtsignalanlagen einen deutlich verbesserten Verkehrsfluss.
Jede gr?ssere Stadt kennt das Problem: Knotenpunkte, wo es immer wieder zu Staus und Verz?gerungen kommt. Ingenieure und Beh?rden entwickeln für jede Tageszeit und Verkehrsaufkommen Signalpl?ne für die Steuerung komplexer Lichtsignalanlagen. Ziel ist es, für jede Tageszeit die bestm?gliche Variante für alle Verkehrsteilnehmer zu finden. Bei Bedarf k?nnen durch eine Grünphasensteuerung beispielsweise Busse des ?ffentlichen Verkehrs oder Fussg?nger priorisiert werden. Diese Art von Lichtsignalsteuerung ist seit 20-30 Jahren Standard.
Christian Heimgartner (CEO) und Stefan L?mmer (CTO) von Lumisera gehen einen Schritt weiter und planen mit ihren selbstgesteuerten Lichtsignalanlagen den Verkehrsablauf von Sekunde zu Sekunde neu. Das heisst, die Schaltungen werden nicht im Voraus programmiert, sondern laufend an das Verkehrsaufkommen angepasst. Damit kann die Selbst-Steuerung schnell und flexibel auf Verkehrssituationen reagieren.
Das übergeordnete Ziel ist noch dasselbe: Die Verkehrsteilnehmer sollen wenige Stopps und Wartezeiten haben, Staus minimiert werden. Aus allen M?glichkeiten w?hlt das patentierte Optimierungsverfahren jene Kombination aus, die minimale Wartezeiten und Stopps bestm?glich erreicht. Das System erlaubt eine Gewichtung einzelner Verkehrsteilnehmer – und dies tageszeitenunabh?ngig, da das Verkehrsaufkommen fortlaufend analysiert wird. Treten unvorhersehbare Verkehrssituationen ein (z.B. Umleitungen), passt sich die Steuerung automatisch an.
Kameras, Sensoren und Algorithmen
Für die fortlaufende Analyse des Verkehrsaufkommens und Optimierung der Steuerbefehle wird eine Technologie angewendet, die ursprünglich an der TU Dresden und am Lehrstuhl für Computational Social Science unter Beteiligung von Professor Dirk Helbing entwickelt und patentiert wurde. Zur Erfassung drücken Fussg?nger wie bis anhin auf den Knopf bei der Ampel. Busse senden automatisch einen Infodatensatz an die Steuerung, und für den restlichen Verkehr gibt es sowohl Kameras als auch im Asphalt eingebaute Induktionsschlaufen. Die übermittelten Daten ergeben ein dynamisches Abbild des Verkehrsaufkommens, aufgrund dessen die Software die Lichtsignalanlagen steuert.
Die kontinuierliche Datenerfassung und der Optimierungsalgorithmus erfordern im Vergleich zu herk?mmlichen Lichtsignalanlagen mehr Rechenkapazit?t. Diese liefert ein externer Prozessor, der losgel?st von der Anlage in der Zentrale oder auch vor Ort bedient werden kann. So sind jederzeit Softwareupdates und Erweiterungen m?glich, unabh?ngig vom Lebenszyklus der Lichtsignalanlage.
Pilotprojekt Luzern
Die Stadt Luzern testete das System auf einem Strassenstück mit zwei Verkehrsknoten. T?glich verkehren dort 18'000 Fahrzeuge und rund 700 Busse. Infolge zahlreicher Arbeitspl?tze in der Umgebung ist auch der Fuss- und Veloverkehr betr?chtlich. Vor allem zu Spitzenstunden kam es zu Wartezeiten und Stau.
Eine wissenschaftliche Analyse der Testphase im Januar 2020 durch das Institut für Verkehrsplanung und Transportsysteme (IVT) der ETH Zürich lieferte erfreuliche Resultate. Die Forscher verglichen die neue und die ursprüngliche Lichtsignalsteuerung. Für s?mtliche Verkehrsteilnehmer verringerte sich die durchschnittliche Wartezeit an beiden Knotenpunkten – je nach Tageszeit sind die Einsparungen gar betr?chtlich.
Die Selbst-Steuerung hat sich hervorragend bew?hrt und inzwischen die alte Steuerung ersetzt. Weitere Anlagen sind in Planung.
Selbst-gesteuert in die Zukunft
Selbst-gesteuerte Lichtsignalanlagen haben abgesehen vom verbesserten Verkehrsfluss noch weitere Vorteile. So ist beispielsweise die aufw?ndige Vorkonfiguration von verschiedenen Signalpl?nen für diverse Tageszeiten hinf?llig. Ebenso deuten erste Beobachtungen darauf hin, dass die Sicherheit für Fussg?nger erh?ht wird, da diese weniger oft bei Rot die Strasse überqueren. Wirklich interessant würde das System im Zusammenhang mit vernetztem oder autonomem Fahren, da dort die Fahrzeuge st?ndig Signale senden, die auch ohne Induktionsschlaufen vom System empfangen würden.
Das ist jedoch noch Zukunftsmusik. Im Moment konzentrieren sich Heimgartner und L?mmer auf die weitere Verbreitung selbst-gesteuerter Anlagen. Zurzeit laufen zwei Projekte in der Schweiz sowie drei Projekte in Deutschland. Ein weiterer Bereich ihrer T?tigkeit umfasst die Erstellung von Verkehrsgutachten für Beh?rden, wofür sie auf viele Jahre Erfahrung in der Branche zurückgreifen k?nnen.
Kontakt/Links:
Computational Social Science der ETH Zurich
externe SeiteVideobeitrag in "Schweiz Aktuell" über das Projekt in Luzern (Schweizerdeutsch)
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