Das Testfeld - komodnext

DIGITALE HD-VERKEHRSBEEINFLUSSUNGSANLAGE

Zur Absicherung von operativen und taktischen Fahrmanövern wird auf der A57 eine hochauflösende und fahrstreifenfeine Verkehrslage- und Umfelderfassung konzipiert und implementiert, welche stationäre und fahrzeuggenerierte Daten fusioniert. Die das Multi-Sensor-Netzwerk nutzenden Steuerungsverfahren stellen den Fahrzeugen Informationen (z.B. zu Stau-, Unfall-, Störungs- und Baustellenereignissen) über eine hybride Kommunikationsinfrastruktur hochaufgelöst und unabhängig von physikalischen Anzeigequerschnitten bereit. Die Informationen werden fahrzeugseitig in optimierte Fahrstrategien der automatisierten Längs- und Querführung umgesetzt. Durch die Unabhängigkeit von physikalischen Anzeigequerschnitten (AQ) können zudem spezifische Verkehrsmanagementmaßnahmen räumlich hochaufgelöst für die automatisierten Fahrzeuge definiert und übertragen werden. Die Nutzung redundanter Kommunikationswege ermöglicht geringe Latenzzeiten und unterstützt die Anforderungen der funktionalen Sicherheit.

Der Streckenabschnitt auf der A57 zwischen dem AK (Autobahnkreuz) Meerbusch und dem AK Kaarst wird mit RSU ausgestattet, die die fahrzeugseitigen Daten entgegennehmen (Versuchsträger und serienmäßig ausgestattete Fahrzeuge). Die Daten werden an eine neu zu implementierende Unterzentrale (UZ) zur Fusionierung mit stationären Daten weitergeleitet. Das Steuerungsmodell der VBA wird dahingehend erweitert, dass hochaufgelöst und unabhängig von physikalischen Anzeigequerschnitten, Maßnahmen generiert und an die Fahrzeuge übertragen werden können.

Übertragung von fahrzeugseitig generierten Statusmeldungen (CAM) und Warnmeldungen (DENM) an die RSU (Road Side Unit) via ITS G5
Zentralenseitige Fusionierung von Fahrzeugdaten mit stationären Daten
Maßnahmengenerierung unabhängig von physikalischen Anzeigequerschnitten
Bereitstellung der Stauwarnungen, zulässigen Höchstgeschwindigkeiten und sonstiger Warnhinweise an die Fahrzeuge über Mobilfunk durch die HAV-Schicht
Bereitstellung der Stauwarnungen, zulässigen Höchstgeschwindigkeiten und sonstiger Warnhinweise an die Fahrzeuge über RSUs mittels ITS G5
Fahrzeugseitige Informationsverarbeitung

Generierung und Übertragung von Informationen und Verkehrsmanagementmaßnahmen an die Fahrzeuge zur Unterstützung automatisierter Fahrentscheidungen
Optimierung von Sicherheit und Komfort durch vorausschauende, taktische Wahl des Fahrmodus
Erhöhung der Verkehrssicherheit bei Zufahrt auf Stau- und Gefahrensituationen
Initiierung von frühzeitigen Fahrstreifenwechseln im Falle von Fahrstreifensperrungen
Detaillierte Verkehrsanalyse auf der Grundlage von statischen und mobilen Sensordaten

Prädiktive Perzeption

Die Unterstützung und funktionale Absicherung von zukünftigen Level 4-Fahrten erfordert das frühzeitige Erkennen von Situationen, um bei Bedarf die Übergabe der Fahrzeugführung an den Fahrer frühzeitig einzuleiten. Kritische Infrastruktur- und Netzelemente stellen hierbei besondere Herausforderungen dar.

Die im Vorgängerprojekt KoMoD realisierte hochauflösende Verkehrslageerkennung für den Rheinalleetunnel wird auf die angrenzende Rheinkniebrücke erweitert und um eine Umfelddatenerfassung ergänzt, da die bordeigene Sensorik hochautomatisierter Fahrzeuge die hier herrschenden Witterungseinflüsse nicht frühzeitig detektiert. Die fahrzeuginterne Perzeption (Umfelderfassung) sowie seine prädiktiven Funktionen werden von infrastrukturseitig generierten Informationen unterstützt, die gleichzeitig Redundanzen zur Gewährleistung der funktionalen Sicherheit etablieren. Der Netzabschnitt wird in Abhängigkeit der ermittelten Situation mit automatisierter Längs- und Querführung durchfahren oder die Fahraufgabe bei sich ändernden Bedingungen an den Fahrer übergeben.

Dafür werden im Projekt Datenkonzentratoren entwickelt, die frühzeitig maßgebliche infrastrukturseitige Informationen bereitstellen, die die automatisierten Fahrfunktionen im Fahrzeug zuverlässig beim Durchfahren von sicherheitskritischen Bereichen unterstützen. Auf Basis dieser Informationen kann die automatisierte Fahrfunktion abschätzen, ob die bevorstehende Fahraufgabe voraussichtlich automatisiert zu bewältigen ist oder aber ob ggf. die Fahraufgabe an den Fahrer zurückgegeben wird.

Übertragung von fahrzeugseitig generierten Statusmeldungen (CAM) und Warnmeldungen (DENM) an die RSU via ITS G5
Übertragung von fahrzeugseitig generierten Statusmeldungen (CAM) und Warnmeldungen (DENM) an die Datenkonzentratoren via Mobilfunk
Fusionierung von Fahrzeugdaten mit stationären Daten in den Datenkonzentratoren
Bereitstellung der Verkehrslageinformationen und Warnungen (verkehrliche Bedingungen und Umfeldbedingungen) an die Fahrzeuge über Mobilfunk durch die HAV-Schicht
Bereitstellung der Verkehrslageinformationen und Warnungen (verkehrliche Bedingungen und Umfeldbedingungen) an die Fahrzeuge über RSUs mittels ITS G5
Fahrzeugseitige Informationsverarbeitung

Generierung und Übertragung von Informationen an die Fahrzeuge zur Unterstützung automatisierter Fahrentscheidungen
Optimierung von Sicherheit und Komfort durch vorausschauende, taktische Wahl des Fahrmodus
Erhöhung der Verkehrssicherheit bei Zufahrt auf Stau- und Gefahrensituationen
Initiierung von frühzeitigen Fahrstreifenwechseln im Falle von Fahrstreifensperrungen
Detaillierte Verkehrslageanalyse und Analyse der Witterungsbedingungen auf der Grundlage von statischen und mobilen Sensordaten

VERKEHRSMANAGEMENT 4.0

Im Zuge der Vernetzung und Automatisierung des Verkehrssystems nehmen Knotenpunkte mit Blick auf Leistungsfähigkeit und Sicherheit eine herausragende Stellung ein. Mit der fortschreitenden Automatisierung der Fahrfunktionen geht eine immer höher verfügbare und präzisere Erfassung der Fahrzeuge und ihres Verhaltens im Verkehrsablauf einher. Ein Verkehrsmanagement 4.0 im Umfeld des automatisierten Fahrens muss für die LSA-Steuerung einerseits hochaktuelle Fahrzeugdaten für eine optimierte Steuerung zur Verfügung stellen und andererseits den Fahrzeugen Informationen zur Optimierung der Fahrzeugfunktionen bereitstellen.

Im Mischbetrieb zwischen manuell und automatisiert geführten Fahrzeugen besteht die Aufgabe LSA-Steuerungssysteme zu entwerfen, welche den konventionellen Verkehrsteilnehmer weiterhin optimal bedienen, aber gleichzeitig den vernetzten Fahrzeugen bereits die neuen Services zur Verfügung stellen.

Im Projekt wird eine offene, multimodale V2I-Plattform in Form eines zentralen städtischen Dienstes erstellt. Dieser zentralenseitige Dienst wird einerseits Sensordaten aus unterschiedlichen Quellen der LSA-Steuerung zuführen und umgekehrt einen Informationsfluss zurück zu den Fahrzeugen und Verkehrsteilnehmern ermöglichen. Die Plattform wird nicht auf den motorisierten Verkehr beschränkt sein. Beispielhaft werden die Radfahrer, welche über die im KoMoD-Projekt entwickelte APHA-App erfasst werden, ebenfalls an die V2I-Plattform angebunden. Die Umsetzung erfolgt an mehreren Kreuzungen im Stadtgebiet.

Übertragung von fahrzeugseitig generierten Statusmeldungen (CAM) via Mobilfunk am die zentralseitige V2I-Plattform
Übertragung von Prozessdaten Fahrzeugen aus der HAV-Schicht
Übertragung von Prozessdaten Fahrrädern aus der APHA-App
Fusionierung der Daten in V2I-Plattform
Definition und Umsetzung von Anwendungsfällen zur Nutzung der Daten in der LSA-Steuerung inkl. Übertragung der Daten an die LSA-Steuergeräte
Definition und Umsetzung einer Prozesskette für LSA-Versorgungsdaten (MAP) zur weitegehend automatisierten Übernahme von Versorgungständen aus der Planung im Verkehrsingenieurarbeitsplatz (VIAP)

Gemeinsame Konzeptentwicklung von Fahrzeugherstellern, städtischen Behörden, den Herstellern der Verkehrsmanagementsysteme sowie der LSA-Planungssysteme ermöglicht eine durchgängige Umsetzung
Optimierte LSA-Steuerung durch Nutzung von fahrzeugseitig generierten Daten
Kontinuierliche Qualitätssicherung der Signalisierung über Bewegungsmuster der Fahrzeuge
Kontinuierliche Qualitätssicherung der Versorgungsinformationen auf Seiten der Service Provider mittels Positionsdaten
Weitgehend automatisierte Übernahme neuer Versorgungsstände aus dem VIAP in das Verkehrsmanagement

LEVEL – 4 LSA

Lokale Steuerungseinheiten spielen eine wichtige Rolle im Verkehrsmanagement in Städten. Die Nutzung von hochaktuellen Fahrzeugdaten und Daten anderer Verkehrsteilnehmer für eine optimierte LSA-Steuerung kann neben dem zentralen Ansatz (UC C Lokales Verkehrsmanagement 4.0) auch auf lokaler Ebene erfolgen.

Die Level-4 LSA weiß, wo sich ausgestattete Verkehrsteilnehmer (z.B. Kfz, Busse, E-Bikes, Fahrräder und Fußgänger) im 500-Meter-Umkreis des Knotenpunkts befinden und nutzt die Informationen in der Steuerung.

Grundlage hierfür ist die sichere Kommunikation zwischen LSA, Fahrzeugen und sonstigen ausgestatteten Verkehrsteilnehmern. Neben der bewährten ITS-G5 Technik wird parallel auch die C-V2X PC5 Kommunikation an einem Knotenpunkt etabliert. Zusätzlich wird die V2I-Kommunikation mittels PKI (Public-Key-Infrastruktur) abgesichert.

Daneben werden die bestehenden ÖPNV-Priorisierungssysteme innovativ erweitert. Dabei wird auf den Ergebnissen aus dem Vorgängerprojekt KoMoD aufgesetzt. Ziel ist die Optimierung der Priorisierungsgesamtlösung unter Nutzung einer hybriden Kommunikationslösung (Short Range / Long Range). Mit der neu zu entwickelnden OnBoardUnit erfolgen die Priorisierungen unter optimierter Abdeckung von Meldepunkten sowie die Erprobung und die Optimierung von verschiedenen GNSS-Positionierungen bei schwachem Satellitensignal.

Kommunikation zwischen LSA und Fahrzeugen über ITS G5 und C-V2X
Übertragung von Prozessdaten der Fahrzeugen
Übertragung von Prozessdaten der sonstigen ausgestatteten Verkehrsteilnehmer
Fusionierung der Daten lokal im Steuergerät
Absicherung der V2I-Kommunikation mittels PKI (Public-Key-Infrastruktur)
Hybride Kommunikation der ÖPNV-OBU (Short Range / Long Range)

Lokale Optimierung der LSA-Steuerung durch neue verkehrstechnische Kenngrößen aus Fahrzeugdaten und Daten der ausgestatteten sonstigen Verkehrsteilnehmer
Gesicherte V2I-Kommunikation
Verbesserte ÖPNV Priorisierung durch optimierte GNSS Positionierung
ÖPNV-OBU mit einem integrierten Interface für zukünftige UseCase Erweiterungen

Knotenpilot

Mit der Umsetzung des Knotenpiloten werden automatisierte Fahrzeuge in die Lage versetzt, an einer Kreuzung eine vorrausschauende und koordinierte Bewegungsplanung im innerstädtischen Bereich zu erproben. Für die Unterstützung des automatisierten Fahrens im Kreuzungsbereich sind umfassende Funktionalitäten erforderlich.

Hierzu werden Daten für eine hochauflösende multimodale Umfelderfassung infrastrukturseitig aggregiert und den umliegenden Verkehrsteilnehmern zur Verfügung gestellt. Ausgestattete Verkehrsteilnehmer dienen als mobile Sensor-, Sender- und Empfangseinheiten und bilden zusammen mit der Infrastruktur ein Multi-Sensor-Netzwerk. Dieses Netzwerk generiert somit Daten, um Position und Dimension von dynamischen Objekten (motorisierte Fahrzeuge, Fußgänger und Radfahrer) in dem beobachteten Verkehrsraum zeitlich einzuordnen. Die Daten werden in einer Local Dynamic Map (LDM) zusammengeführt.

Zur Nutzung dieser Daten entwickelt KoMoDnext in Abhängigkeit temporär ändernder Operational Design Domains (ODD) geeignete Fahrstrategien, welche indirekt oder direkt von der Infrastruktur ausgesteuert werden können. Beispielsweise kann seitens der Infrastruktur eine Anpassung der Trajektorie direkt angefragt werden, um den Verkehrsfluss übergeordnet optimal zu steuern. Hierzu zählt etwa eine Spurwechselempfehlung, um die Rückstaulänge auf einem Kreuzungsarm zu minimieren.

Detektion von Verkehrsteilnehmern im Knotenpunktbereich
Bereitstellung vorverarbeiteter Sensordaten für die Integration in eine Local Dynamic Map (LDM)
Übermittlung der vorverarbeiteten und fusionierten Daten als Cooperative Perception Message (CPM)
Kontextbasierte Nutzung von Kommunikationskanälen (z.B. 5G, 5G-PC5, ITS G5, Multicast, Broadcast) zur Sicherstellung der Datenübermittlung mit hoher Güte
Automatisierung der operativen Fahraufgaben im Knotenpunkt.

Generierung und Übertragung von Informationen zur Unterstützung der automatisierten Knotendurchfahrt
Nutzung redundanter Kommunikationskanäle zur Erhöhung der funktionalen Sicherheit
Detaillierte Umfelderfassung auf der Grundlage des Sensorverbunds aus statischen und mobilen Sensoren
Datenqualitätsmanagement, Erarbeitung von zeitlichen und qualitativen Anforderungen