Teilprojekt Informative Lichtsignalanlage
Die Grundidee
Lichtsignalanlagen (LSA) sind der Schlüssel zur Lenkung von Verkehrsflüssen und steuern alle Arten von Verkehrsteilnehmenden wie motorisierten Individualverkehr, ÖPNV, Radfahrende oder Fußgänger gleichermaßen. Eine Lichtsignalanlage selbst ist dabei nur der "Bote" zur Übermittlung von Informationen für den laufenden Verkehr. Dieser „Bote“ wird immer von Detektoren begleitet, die in verschiedenen Ausprägungen auftreten können. Das können in Straßen eingebaute Induktionsschleifen, Taster für Fußgänger, Funkempfänger für Signale von Bussen oder Straßenbahnen sein, um nur einige zu nennen. Jede Kreuzung mit all ihren Elementen wird von der LSA gesteuert, die ihrerseits auf verschiedene Eingangssignale reagiert.
- Ergebnisse
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Die Lichtsignalanlagen sind ein zentrales Element der Verkehrsinfrastruktur der Stadt Jena und laufen als Teil
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der kritischen Infrastruktur über ein geschlossenes Netzwerk. Um die technischen Signale nutzbar zu machen, wurde durch Data In Motion und dem Kommunalservice Jena zusätzliche Controller-Hardware installiert, die diese Informationen in Echtzeit an den 5G-Datenbroker übermittelt. Zusätzlich wurden an mehreren Verkehrsknotenpunkten Verkehrserfassungstechnik verbaut, die Verkehrsteilnehmende detektieren und an den zentralen Datenbroker melden.
Im Rahmen des Projektes wurden die Daten für die Realisierung einer prototypischen Kollisionsvermeidungstechnologie, für die Kooperative Lichtsignalanlagen und für den Showcase eines integrierten Dashboards zur Echtzeitdarstellung der Verkehrssituation an den eingebundenen Knotenpunkten Fischergasse, Felsenkeller, Knebelstraße und Volksbad genutzt. Die technischen Neuerungen stehen der Stadt Jena für die Realisierung beliebiger weiterer Anwendungsfälle zur Verfügung.
- Herausforderung
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Jena hat einige besondere Herausforderungen zu meistern. Die Lage im räumlich begrenzten Saaletal sorgt für ein nur begrenztes Angebot an Wohnraum. Tägliche Pendlerströme müssen sich innerhalb der geografischen Limitierungen den Platz teilen. Die Entlastung einer Gruppe von Verkehrsteilnehmenden geht dabei typischerweise immer zu Lasten einer anderen. Da der Neubau von Straßen keine realistische Option ist, sind weitere intelligente Lösungen nötig, die auch die Funktion von Lichtsignalanlagen umfassen.
Der erste Schritt auf diesem Weg zu intelligenteren Lösungen besteht darin, zu wissen, was an einer Kreuzung passiert, wenn es passiert. Lichtsignalanlagen können bereits „von Haus aus“ eine Menge Daten für diesen Zweck liefern. Sie aggregieren alle ihre verfügbaren Daten in einem festen Intervall von typischerweise einer Sekunde. Diese Daten werden dann mit einem Pull-Mechanismus vom zentralen Verkehrsrechner angefordert. Dies ist mit Blick auf die genannten Herausforderungen im technischen Sinne durchaus anspruchsvoll:
- Der Verkehrsrechner ist ein proprietäres System ohne Netzwerkverbindung zur „Außenwelt“.
- Er verfügt über keinen eingebauten Mechanismus, um Daten an Dritte wie den SensiNact Datenbroker weiterzuleiten.
- Die Daten werden im Sekundentakt aggregiert und müssen anschließend abgerufen werden. Fährt ein Auto mit einer Geschwindigkeit von 70 km/h über einen Detektort, können diese Daten prinzipbedingt erst nach einer weiteren Sekunde, also nach 19 m Fahrtstrecke des Fahrzeugs, abgerufen werden.
- Ziel
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Die Stadt Jena ist im Besitz aller Lichtsignalanlagen. Deren Pflege und Wartung liegt damit in der eigenen Verantwortung der Stadt Jena bzw. beim Kommunalservice Jena. Der Hardware-seitige Zugriff auf den LSA-Controller in der Ampel selbst ist dadurch technisch gesehen möglich. Dabei muss die Integrität des Traffic Light Controllers über einen strikten Read-Only-Zugriff sichergestellt werden.
Durch den Einbau von zusätzlicher Hardware zur Echtzeitanalyse, welche nicht Teil des geschlossenen Netzwerkes ist, kann die kleinste Veränderung sofort mit der niedrigen Latenz über 5G an den Datenbroker gesendet werden. Dort werden die Informationen erfasst und an alle Berechtigten weitergeleitet.
- Reale Anwendungsfälle
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Der Zugriff auf LSA-Daten ermöglich zahlreiche neue Anwendungen. Einige Beispiele sind nachfolgend aufgeführt:
- Die Kollisionserkennung bzw. -vermeidung erfordert präzise und zeitnahe Informationen über die Position von Fahrzeugen. Die Induktionsdetektordaten werden genutzt, um den Algorithmus der Vorhersage mit Eingangsinformationen zu „füttern“.
- Fahrzeuge des ÖPNV können Informationen über den aktuellen und damit zukünftigen Zustand einer LSA einbeziehen. Dies unterstützt deren effektiveren Einsatz und die Fahrplantreue.
- Auch stehen Straßenbahnen im Fokus. Diese sind vergleichsweise schwer, wodurch das Beschleunigen insbesondere aus dem Stand viel Energie benötigt. Das kann vermieden oder zumindest minimiert werden, z.B. durch Hinweise an den Fahrer des ÖPNV-Fahrzeuges, ob gebremst oder beschleunigt werden muss, um die nächste Kreuzung innerhalb einer Grünphase zu erreichen.
- Diese auf den ersten Blick einfachen Fälle wirken sich sofort aus, da sie helfen, Energie zu sparen und die Fahrplantreue des ÖPNV zu verbessern.
- Damit die Straßenbahn ihre spezielle Bevorrechtigung nutzen kann, muss sie sich an vielen Kreuzungen per Funk anmelden. Nach heutigem Stand der Technik ist diese Kommunikation einseitig und damit ohne Garantie, dass sie empfangen wird. Dies kann dazu führen, dass die Straßenbahnen den Haltestellenbereich verlassen, ohne dass die nachfolgende LSA-Steuerung „weiß“, dass die Bahn kommt. Dies führt u.U. zu unnötigen Wartezeiten und Pausen. Die erneute Anforderung zum Versenden des Funksignals der Bahn bei Nichtempfang ist ein technisch möglicher Lösungsansatz zur Umgehung ungewollter Stopps. Selbiges gilt auch für die „Abmeldung“ der Straßenbahn. Dadurch kann gewährleistet werden, dass der normale Verkehr nicht wartet, bis die Zwangsabmeldung durch die Ampel erfolgt und somit nicht länger als unbedingt notwendig angehalten wird.
- Das Team
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Das Teilprojekt der Informativen Lichtsignalanlage wird vom in Jena ansässigen Unternehmen Data In Motion Consulting GmbH mit enger Unterstützung durch den Kommunalservice Jena realisiert.
Der Kommunalservice Jena verfügt als Betreiber bzw. Eigner aller Lichtsignalanlagen über umfangreiche Kenntnisse im LSA-Management. Die Firma Data In Motion wiederum verfügt über langjährige Erfahrung im Verkehrssektor und hat für einen der größeren Hardwareanbieter von LSA-Technik einen Datenbroker entwickelt und testet und validiert diesen im realen kommunalen Umfeld.