Stauvermeidung in Städten: LiDAR-basierte Smarte Infrastruktur

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 Autofahrende 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 Mitarbeitende 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 Verkehrsteilnehmende

Wie entsteht Stau überhaupt? Stau ist ein verteiltes Problem, das dadurch zustande kommt, dass jede Person für sich optimiert sein Fahrzeug steuert. Sie schließt zum Beispiel zum vorausfahrenden Auto auf oder wechselt die Spur – was immer ihr als Möglichkeit erscheint, schneller an ihr Ziel zu kommen. Da einzelne Verkehrsteilnehmende gar nicht überblicken können, wie sie den Verkehr um sich herum beeinflussen, können sie auch nicht dementsprechend optimiert handeln. Dass ein auf-die-Bremse-steigen drei Kilometer hinter dem bremsenden Fahrzeug einen Stau auslösen kann, registrieren die Autofahrenden 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 Teilnehmenden hinaus, den Verkehr zu regeln. Dafür ist ein Gesamtüberblick über die Verkehrssituation nötig und hier kommt das Konzept der Smarten Infrastruktur ins Spiel.

Was bedeutet Smarte Infrastuktur?

In einer Smarten Infrastruktur werden unsere bestehenden Straßen mit fortschrittlicher Technologie wie GPS, Kameras und Sensoren auszustatten, um kontinuierlich Verkehrsdaten zu sammeln. Die gewonnenen Informationen können dann genutzt werden, um städtische Herausforderungen wie den Verkehrsfluss und die Zeitpläne dynamisch anzupassen.

Mit GPS, Kameras und Sensoren zum Gesamtüberblick

Dazu 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 Verkehrsteilnehmenden sammelt. Somit kann mit Hilfe dieser Technologie recht zuverlässig Stau gemeldet werden. Fußgänger:innen und Radfahrende zu berücksichtigen, übersteigt allerdings die Möglichkeiten von GPS.

Statt, wie im Fall von GPS, mit Hilfe der Verkehrsteilnehmenden 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:innen und Radfahrenden unterscheiden. 

LiDAR erfasst Verkehrsteilnehmende präzise und anonymisiert

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

Verkehrsinformationen dank Smarter Infrastruktur 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:innen 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:innen, Pendler:innen und aller weiteren Verkehrsteilnehmenden 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:innen 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.