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Vision CHILL³

Langfristig soll der Verkehr in (Teil-)Autonomen Szenarien durch ein verteiltes, kooperierendes System geleitet werden. Dies inkludiert alle motorisierten- und nicht-motorisierten Verkehrsteilnehmer sowie die Verkehrsinfrastruktur. Dabei optimiert das System den Verkehrsfluss bzgl. verschiedener Metriken, welche sich sowohl auf das Gesamtwohl (bspw. die Reduktion von Treibhausgasen & Erhöhung der Verkehrssicherheit) als auch auf das Wohl jeden einzelnen Teilnehmers auswirken (bspw. die Reduktion der Fahrtzeit). Insbesondere soll die Verkehrssicherheit (safety) erhöht werden. Hierzu ist es erforderlich, dass die Verkehrsteilnehmer Informationen untereinander sowie mit der Verkehrsinfrastruktur und dem Verkehrsmanagementsystem austauschen um kooperieren zu können. Ferner werden die Nutzer in geeigneter Weise audiovisuell informiert. Dies bezieht sich sowohl auf autonom- als auch nicht-autonome Fahrzeuge und alle übrigen Verkehrsteilnehmer. Das System muss dabei realzeitfähig sein, um dynamisch auf die aktuelle Verkehrssituation reagieren zu können (bspw. bei spürbaren Verzögerungen sich dem Verkehrsfluss anpassen können). Des Weiteren stellt ein solches System sehr hohe Anforderungen an die Sicherheitsaspekte safety und security. Ferner bietet insbesondere die erforderliche Kommunikation zwischen den Teilnehmern der Systems eine breite Angriffsfläche, welche genutzt werden könnte um im Worst Case das Verkehrssystem einer Stadt lahmzulegen. Daher müssen geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um die Sicherheit des Systems zu garantieren. Die Maßnahmen müssen so gewählt werden, dass sie miteinander sinnvoll kombinierbar sind und in fordernden Situationen der Realzeitanforderungen gerecht werden können.

Im Rahmen der Projektgruppe CHILL³, soll der Anwendungsfall die Minimierung der Hilfsfrist von Rettungsdiensten in einem Stadtgebiet betrachtet werden. Hierzu soll ein erweiterbares System entwickelt werden, welches bspw. mittels einer dynamischen Rettungsgasse die Anfahrtszeit der Rettungskräfte verringert. Die Hilfsfrist ist dabei die Zeit zwischen dem Einsatzbefehl der Leitstelle bis zum Eintreffen der alarmierten Kräfte. In Niedersachsen soll diese Zeit in 95 % der Fälle kleiner als 15 Minuten sein. Wird der Leitstelle ein Notfall gemeldet, so leitet diese die Informationen an die Rettungskräfte und das globale Verkehrsmanagementsystem weiter. Das Verkehrsmanagementsystem berechnet auf Grundlage der aktuellen Verkehrssituation die optimale Route für die Rettungskräfte und spielt diese Informationen direkt in die Navigationssysteme der jeweiligen Einsatzfahrzeuge. Des Weiteren sorgt das Verkehrsmanagementsystem dynamisch dafür, dass die Rettungskräfte möglichst ungehindert anfahren können, indem bspw. die Ampelphasen optimiert und eine freie Rettungsgasse gebildet wird. Dazu ist es erforderlich alle Verkehrsteilnehmer audiovisuell über die bevorstehende Durchfahrt der Einsatzfahrzeuge zu informieren, bevor diese die Einsatzfahrzeuge wahrnehmen können. Dazu soll vorhanden Infrastruktur, wie veränderte Ampelsignale, Navigationssystem oder Smartphones, genutzt werden.

Des Weiteren soll das System den nicht-autonomen Teilnehmern Verhaltensanweisungen geben (z. B. Wechsel der Spur), um eine dynamische Rettungsgasse zu bilden. Vollautonome Fahrzeuge können diese Anweisungen automatisch umsetzen, sollen die Nutzer jedoch über entsprechende Aktionen informieren.

Das Produkt DyReC (DyReC: DYnamic REscue Chill) soll so weit möglich auf vorhandener Infrastruktur aufbauen. Dies betrifft insbesondere die Verkehrsinfrastruktur, da ein Nachrüsten von bspw. LED-Anzeigetafeln, um die Nutzer über Entscheidungen des Systems zu informieren, sehr kostspielig wäre. Stattdessen sollen für nicht-motorisierte Verkehrsteilnehmer die vorhandenen Ampelanlagen zusätzlich zu deren Smartphones verwendet werden. Dabei werden die Lautsprecher, sofern vorhanden, zur Warnung sehbehinderter Personen an Ampeln im Falle der Durchfahrt eines Rettungsfahrzeugs mit einem anderen Ton bespielt. Des Weiteren soll eine rote Ampel in diesem Fall rot blinken, anstatt konstant rot zu leuchten. Es wird davon ausgegangen, dass eine entsprechende Anpassung der StVO erfolgt. Motorisierte Verkehrsteilnehmer werden über die Navigationssysteme der Fahrzeuge informiert, welche über eine C2X-Kommunikationseinrichtung verfügen. Es wird davon ausgegangen, dass ein sehr großer Teil der Verkehrsteilnehmer bereits über ein geeignetes Navigationssystem verfügt. Zusätzlich wird verpflichtend eingeführt, dass motorisierte Verkehrsteilnehmer ihr Fahrzeug mit einem geeigneten Navigationssystem aus- bzw. nachrüsten müssen.

Die Verkehrsinfrastruktur verfügt über Sensoren (bspw. Induktionsschleifen und Kameras), mit denen die Position der Verkehrsteilnehmer ermittelt wird. Diese Informationen werden unter anderem mit den GPS-Informationen der Navigationssysteme von motorisierten Teilnehmern und entsprechenden Informationen von VRU’s über deren Smartphone-Apps angereichert.

An geeigneten Knotenpunkten der Verkehrsinfrastruktur (bspw. Ampelanlagen) wird eine lokale Verkehrsmanagement Komponente hinzugefügt. Diese beinhaltet die Optimierung des lokalen Verkehrsgeschehens zur Bildung einer Dynamischen Rettungsgasse im Falle der Durchfahrt eines Einsatzfahrzeugs. Das (globale) Verkehrsmanagementsystem kennt die grobe Verkehrsauslastung der Stadt und kann auf Grundlage dieser Daten das Routing des Einsatzfahrzeugs vornehmen. Dazu informieren die lokalen Knotenpunkte das Verkehrsmanagementsystem aggregiert über das aktuelle Verkehrsgeschehen. Ferner dient das globale Verkehrsmanagementsystem als Kommunikationsschnittstelle für die Rettungsleitstelle und identifiziert die lokalen Knotenpunkte der Verkehrsinfrastruktur, um diese über die bevorstehende Alarmfahrt zu informieren. Die lokalen Knoten der Infrastruktur kommunizieren mit den Verkehrsteilnehmern in ihrem lokalen Zuständigkeitsbereich und mit anderen benachbarten Knotenpunkten. Ergänzend können auch die Verkehrsteilnehmer in einem Abschnitt Informationen untereinander austauschen. Durch die Kommunikation der lokalen Knotenpunkte werden die lokalen Teiloptimierungen aufeinander abgestimmt. Ein weiterer Vorteil ist, dass im Falle des Ausfalls des globalen Verkehrsmanagementsystems Teilfunktionalitäten des Gesamtsystems aufrechterhalten werden.

Für eine Prototypische Implementierung des Produkts DyReC können große Teile des Gesamtsystems nur virtuell untersucht werden, da keine mit entsprechenden Ampeln und Sensoren ausgestattete reale Teststrecke zur Verfügung steht. Daher muss eine entsprechende Teststrecke in Sumo virtuell nachgebaut werden, wobei das Verhalten des Verkehrsmanagementsystems, der lokalen Knotenpunkte sowie der beweglichen Verkehrsteilnehmer in Software emuliert wird. Zudem muss auch die Kommunikation zwischen den Verkehrsteilnehmern emuliert werden. Dabei werden notwendige Informationen identifiziert und ggf. beispielhaft an einer realen Hardware getestet, ob die virtuelle Kommunikation in der realen Welt umgesetzt werden könnte.

Die Kommunikation mit dem Benutzer erfolgt audiovisuell über die Verkehrsinfrastruktur sowie lokale Geräte wie bspw. Navigationssysteme und Smartphones. Eine Darstellung der Information der Verkehrsteilnehmer während der Simulation ist aus Performanzgründen nicht realisierbar. Stattdessen werden die virtuellen Steuersignale welche bspw. zur Steuerung von Ampeln dienen in ein Testprogramm geleitet, welches ggf. prüft, ob zeitlich Constraints eingehalten wurden und die Ergebnisse als Fehlerlog und in aggregierter Form ausgibt. Exemplarisch kann die Ausgabe an den Nutzer für einen Ego-Teilnehmer im Rahmen eines Screencasts am Bildschirm dargestellt werden. Die Informationsausgabe von Navigationssystemen und Smartphones kann exemplarisch mit einem Tablet als Analogon dargestellt werden. Um festzustellen, ob das System DyReC eine Optimierung der Hilfsfrist bewirkt, werden verschiedene Verkehrsszenarien definiert, welche in Sumo mit Referenzverkehrsflusssystemen verglichen werden. Die Referenzverkehrsflusssysteme sollen dabei andere Features als DyReC aufweisen. Dabei ist insbesondere von Interesse, unter welchen Einflussfaktoren DyReC die Hilfsfrist optimiert.

Webpdpcmasterbm (marco.5ygrawunder@qhumduov4l.de) (Stand: 06.08.2020)