Infrastruktursensoren für vernetztes Fahren

Die Forschungsgruppe Vernetzes Fahren /Vernetzte Infrastruktur des MRM betreibt sowohl eine Pilotanlage mit Infrastruktursensorik im realen Straßenverkehr an einer Kreuzung in Ulm-Lehr als auch mobile Sensoreinheiten für den flexiblen Einsatz in weiteren Verkehrsszenarien. Der Hauptschwerpunkt bei der Forschung liegt dabei auf der Unterstützung und dem kooperativen Verhalten von vernetzten automatisierten Fahrzeugen. Die Infrastruktursysteme dienen der prototypischen Evaluierung unserer Forschungsarbeiten. Zusätzlich werden, insbesondere an der Pilotanlage, auch Fragestellungen zur Einbindung weiterer Verkehrsteilnehmer, zur Zuverlässigkeitsschätzung von kommunizierten Informationen oder zur Kommunikationstechnik selbst durchgeführt.

Die Anlage wurde im Rahmen des Projekts MEC-View, das vom Bundesminsiterium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert wurde, zusammen mit Partnern initial aufgebaut. Im Rahmen des Projekts ICT4CART, das von der Europäischen Union gefördert wird, wurde die Anlage vollständig vom MRM übernommen und erweitert. Zusätzliche Erweiterungen erfolgen zusammen mit den Partnern vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekt LUKAS. Ebenfalls eingesetzt wird die Anlage in den von der Europäischen Union geförderten Projekten 5G-IANA, EVENTS und PoDIUM sowie im vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt AUTOtech.agil.

Die Pilotanlage in der Ortsmitte von Ulm-Lehr umfasst einen Kreuzungsbereich mit drei Zufahrten (T-Kreuzung), die jeweils sensorisch erfasst werden. Die Idee dabei ist, mittels der Sensoren die Anzahl, Position und Bewegungsrichtung aller Objekte im Straßenverkehr zu erfassen und vernetzten Verkehrsteilnehmern aufbereitet zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus sollen Verkehrsteilnehmer auf Basis dieser Daten Manöver abstimmen und kooperativ durchführen. Dies soll sowohl die Energieeffizienz als auch den Komfort und die Sicherheit aller Verkehrsteilnehmer steigern.

Insgesamt stehen dazu derzeit zwölf Kameras, elf Feststrahl-Lidarsensoren und vier Laserscanner sowie neun Radarsensoren zur Verfügung, die an sechs Leuchtenmasten und zwei eigens errichteten Traversen im Kreuzungsbereich angebracht sind. Alle Sensoren sind jeweils direkt mit einem Computer (Sensor Processing Unit, SPU) zur Datenverarbeitung verbunden und senden die verarbeiteten Daten per LTE/5G-Mobilfunk an einen "Multi-Access Edge Computing (MEC)"-Server. Zusätzlich stellt die Anlage Ad-hoc-Kommunikationsmöglichkeiten über ITS-G5 und 60-GHz-WiFi bereit.

Die Rohdaten der Sensoren werden auf den SPU ausgewertet und die relevanten Informationen über Verkehrsteilnehmer (Art, Position, Ausdehnung etc.) extrahiert. Diese extrahierten Daten werden dann an den MEC-Server übermittelt, wo durch Verfahren der Informationsfusion und des Trackings ein Umfeldmodell der Kreuzung berechnet wird, das den Bewegungszustand der Verkehrsteilnehmer abbildet. Um Verzögerungen durch Berechnungs- und Kommunikationszeiten entgegenzuwirken und zudem die vorausschauende Planung des eigenen Verhaltens zu erlauben, wird zudem eine Prädiktion, d.h. eine Vorhersage des erwarteten Verhaltens, der Verkehrsteilnehmer berechnet. Diese Informationen können dann an vernetzte Verkehrsteilnehmer, z.B. ein automatisiertes Fahrzeug, gesendet werden.

Zusätzlich wird derzeit an einem weiteren Dienst auf dem MEC-Server geforscht, der zentral die Situation analysiert und, sofern für den Verkehrsfluss oder die Sicherheit sinnvoll, kooperative Manöver zwischen vernetzten Verkehrsteilnehmern initiiert und koordiniert. Dabei werden sowohl manuell oder automatisiert gesteuerte Fahrzeuge als auch über Smartphones vernetzte Radfahrer oder Fußgänger in die kooperativen Manöver mit einbezogen.

Die mobilen Sensoreinheiten wurden im Rahmen der Projekte LUKAS. das vom Bundesminsiterium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert wurde, und U-Shift II, gefördert vom Wirtschaftsministerium des Landes Baden-Württemberg, aufgebaut. Sie werden auch in weiteren Projekten des Instituts eingesetzt, beispielsweise in dem von der Europäischen Union geförderten Projekten EVENTS und PoDIUM sowie im vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt AUTOtech.agil.

Die mobilen Sensoreinheiten basieren auf Anhängern, die mit einem Teleskopmast ausgestattet sind, welcher variabel auf bis zu achteinhalb Meter ausgefahren werden kann. Am Kopf des Masts sind jeweils drei Kameras und ein Laserscanner angebracht. Die Kameras sind dabei für den jeweiligen Einsatz in allen Richtungen justierbar und können einen Bereich von über 270° um den Anhänger erfassen. Die Lidare dienen hauptsächlich zur automatisierten Kalibrierung der Sensoren. Alle Sensoren sind jeweils direkt mit einem Computer (Sensor Processing Unit, SPU) zur Datenverarbeitung verbunden. Die Kommunikation mit vernetzten Fahrzeugen oder weiteren Sensoreinheiten kann über verschiedene Arten der Funkkommunikation erfolgen, unter anderem LTE/5G, ITS-G5 und/oder WLAN.

Die Rohdaten der Sensoren werden auf den SPU ausgewertet und die relevanten Informationen über Verkehrsteilnehmer (Art, Position, Ausdehnung etc.) extrahiert. Diese extrahierten Daten werden dann durch Verfahren der Informationsfusion und des Trackings zu einem Umfeldmodell um den Anhänger zusammengeführt, welches den Bewegungszustand der Verkehrsteilnehmer abbildet. Diese Informationen können dann an vernetzte Verkehrsteilnehmer, z.B. ein automatisiertes Fahrzeug, oder weitere Infrastruktureinheiten gesendet werden.

Die Pilotanlage ist im öffentlichen Raum der Stadt Ulm aufgebaut. Der Betrieb der Anlage durch das Institut für Mess-, Regel- und Mikrotechnik der Universität Ulm wurde von der Stadt Ulm genehmigt.

Die mobilen Sensoreinheiten werden nach Bedarf an verschiedenen Orten flexibel eingesetzt.

Durch die Pilotanlage wie auch durch die mobilen Sensoreinheiten werden personenbezogene Daten erfasst, die für die Forschungszwecke verarbeitet und gespeichert werden. Auf der Seite "Verkehrsinfrastruktursensorik: Informationen zur Datenverarbeitung" finden Sie die Datenschutzerkärung sowie – sofern zutreffend – Links zu den projektspezifischen Erläuterungen zur Datenverarbeitung.