Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Verkehrskontrollsysteme

15.11.2007
Ein Drittel der weltweit konsumierten Energie entfällt auf den Verkehr. Mit unkonventionellen Ideen zur Bewältigung des Verkehrsflusses könnten diese Energie beträchtlich effizienter eingesetzt und die CO2-Emissionen reduziert werden.

Dirk Helbing, Professor für Soziologie an der ETH Zürich, hat in Zusammenarbeit mit der TU Dresden ein sich selbst organisierendes Steuerungssystem für Lichtsignalanlagen entwickelt, das den Verkehrsfluss von Fahrzeugen um bis zu 95 Prozent verbessern könnte.

Dirk Helbing, Professor für Soziologie an der ETH Zürich und Experte für Modellierung und Simulation, stützt seine Behauptung auf die kürzlich verfasste Studie "Efficient Self-Control of Traffic Flows in Urban Networks Using Short-Sighted Anticipation". Dirk Helbing und Co-Autor Stefan Lämmer vom Institut für Wirtschaft und Verkehr der TU Dresden haben ein sich selbst organisierendes Steuerungssystem für Lichtsignalanlagen entwickelt, das den Verkehrsfluss von Fahrzeugen um bis zu 95 Prozent verbessern könnte.

Für den Durchschnitt optimiert

Das Problem liegt darin, erklärt Professor Helbing, dass in den 1960er und 1970er Jahren hohe Investitionen in Lichtsignalanlagen gemacht wurden, wobei die meisten Systeme heute aufgrund ihrer langen Betriebsdauer und ihres Alters sowie wegen des technischen Fortschritts veraltet sind. Vor vierzig, fünfzig Jahren, als das Verkehrsaufkommen noch viel geringer war, bestand die Aufgabe einer Lichtsignalanlage vor allem darin, mit dem Verkehr während den Stosszeiten oder nach einem Sportanlass fertigzuwerden. Die Ampeln wurden zentral gesteuert und wurden nicht so programmiert, dass sie sich der Echtzeit anpassen konnten. Meistens wurden sie entsprechend vorher festgelegter Situationen optimiert, das heisst für Situationen, mit denen Verkehrsplaner in der Vergangenheit konfrontiert worden waren.

Der Nachteil dieser Strategie besteht heute darin, dass die Steuerung von Ampeln umso schwieriger wird, je mehr es davon gibt. Ein bekanntes Dilemma: Je mehr Verkehrsknoten oder Ampeln es in einem System gibt, desto mehr Berechnungen sind erforderlich, bis die Berechnungszeit schliesslich "explodiert". Selbst für mittelgrosse Städte sind die Computer nicht schnell genug, um die verschiedenen Optionen zu berechnen, die es für die Steuerung der Lichtsignale gibt. "Die Anzahl der durch das Optimierungsprogramm tatsächlich berücksichtigten Möglichkeiten ist erheblich reduziert", sagt Professor Helbing.

Einzelstrategie erfolglos

So werden die meisten Lichtsignale offline programmiert, ungeachtet der realen Verhältnisse. "Unglücklicherweise variiert die Anzahl der Fahrzeuge, die während des Tages vor einer Ampel anstehen, von Minute zu Minute sehr stark", sagt Professor Helbing. Lichtsignale werden für eine durchschnittliche Situation optimiert, die jedoch nicht für bestimmte Tage oder gar Minuten stimmt - das heisst, dass Ampeln im Wesentlichen für eine Situation eingestellt sind, die es nie gibt. Zudem sind selbst adaptive Lichtsignale mit modernen Steuerungsprogrammen auf eine Variation taktbasierter Steuerung beschränkt.

Dirk Helbing und Stefan Lämmer schlagen daher ein dezentralisiertes System vor, durch das die Reisezeit, nicht aber die Aufeinanderfolge von Ampeln berechenbarer würde. Zunächst versuchten die Forscher, den Verkehrsfluss an einem Lichtsignal bei einer Kreuzung zu optimieren. Dieser lokal begrenzte Versuch funktionierte nur so lange gut, als der Verkehrsfluss an der Kreuzung nicht zu stark war. Als jedoch das Verkehrsaufkommen zunahm, lösten die lokal programmierten Ampeln den Verkehr der Seitenstrassen nicht schnell genug auf und führten zu Staus an anderen Kreuzungen. Professor Helbing folgerte: "Für sich allein war diese Optimierungsstrategie schlechter als die bereits vorhandenen Verkehrssteuerungssysteme."

Dann wurde eine stabilisierende Strategie untersucht. Diese Strategie löste zwar den Verkehr auf, wenn er eine kritische Schwelle erreichte, aber sie war uneinheitlich in Bezug auf die Verkürzung der Reisezeit. Im Gegensatz zur Optimierungsstrategie funktionierte die Stabilisierungsstrategie bei jedem Verkehrsvolumen schlecht. Für sich allein konnte es auch diese Strategie nicht mit den heutigen Verkehrskontrollsystemen aufnehmen.

Werden die beiden Strategien jedoch richtig kombiniert, schnitten sie bei jedem Verkehrsaufkommen besser ab als die heutigen Verkehrskontrollsysteme. "So kann also die Kombination von zwei schlechteren Strategien bedeutend besser funktionieren - wenn wir es richtig machen", sagt Professor Helbing.

Auf Autofahrer kommt's an

Simulationstests zeigen, dass die kombinierten Strategien gut funktionieren. Mit nichtperiodischen - das heisst sich nicht im gleichen Takt wiederholenden - Verkehrsampeln, die lange Schlangen auflösen, wird die Reisezeit sogar berechenbarer. Der Verkehrsfluss bleibt stabil, der Benzinverbrauch und die Emissionen gehen zurück.

Der Erfolg des neuen Systems hängt jedoch von der Reaktion der Automobilisten ab, betont Professor Helbing. Fahrer sind sich an den aktuellen Takt der Ampeln gewöhnt und wissen im Voraus, wann sie an der Reihe sind. Die kombinierte Strategie würde solche Erwartungen zunichte machten: Wäre das Verkehrsaufkommen in die eine Richtung hoch, dann würde diese Strasse zweimal bedient, während die anderen nur einmal zum Zug kämen. Um die Autofahrer zu gewinnen und unerwünschte Nebeneffekte wie erhöhte Frustration oder gar Unfälle zu vermeiden, braucht jedes neue Verkehrskontrollsystem die Unterstützung und Finanzierung durch die Behörden, damit die breite Öffentlichkeit während der Einführungsphase des Systems mit Hilfe einer Informationskampagne instruiert werden kann.

Paradigma der Zukunft

Professor Helbing glaubt, dass Investitionen in die kombinierten Strategien zuerst in den asiatischen Ländern gemacht werden, wo die Infrastruktur erst im Aufbau begriffen ist. In Europa sei die Schmerzgrenze noch nicht erreicht, der Druck für eine Änderung noch nicht stark genug. Und schliesslich sind auch die Kosten ein bestimmender Faktor. Es muss bewiesen werden können, dass die neuen Technologien im Betrieb billiger sind als das gegenwärtige System.

Die Notwendigkeit, die CO2-Emissionen zu reduzieren, könnte die Entwicklung allerdings beschleunigen, meint Professor Helbing. "Man wird entscheiden müssen, ob die Bevölkerung gezwungen werden soll, das Auto weniger oft zu benutzen, oder ob man dasselbe Ziel durch eine bessere Koordinierung des Verkehrsflusses erreichen kann."

Politiker müssen über die verschiedenen Möglichkeiten informiert werden. Und die Lichtsignalanlagen müssen nun in der Praxis getestet werden. Dirk Helbing ist optimistisch, dass sie die heutigen Systeme ausstechen werden. "Wir wissen allerdings nicht, wie gross die Vorteile der neuen Systeme sein werden. Doch alle Fakten sprechen für eine Dezentralisierung der Verkehrssteuerung. Diese wird das Paradigma der Zukunft sein."

Renata Cosby | idw
Weitere Informationen:
http://www.ethlife.ethz.ch/archive_articles/071115-trafficflow/index

Weitere Berichte zu: Ampel Lichtsignal Lichtsignalanlage Verkehrskontrollsystem

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verkehr Logistik:

nachricht Fahrerlose Transportfahrzeuge reagieren bald automatisch auf Störungen
26.06.2017 | IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH

nachricht Wirtschaftlicher Betrieb von Oberleitungs-Lkw ist möglich – aber es gibt relevante Hürden
08.05.2017 | Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verkehr Logistik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Future Security Conference 2017 in Nürnberg - Call for Papers bis 31. Juli

26.06.2017 | Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Digital Mobility“– 48 Mio. Euro für die Entwicklung des digitalen Fahrzeuges

26.06.2017 | Förderungen Preise

Fahrerlose Transportfahrzeuge reagieren bald automatisch auf Störungen

26.06.2017 | Verkehr Logistik

Forscher sorgen mit ungewöhnlicher Studie über Edelgase international für Aufmerksamkeit

26.06.2017 | Physik Astronomie