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 Gemeinsam unterwegs: Straßeninfrastruktur für konventionelle und hochautomatisierte Fahrzeuge
07.08.2017 | FOKUS - Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme

nachricht Effizient und intelligent: So können Drohnen die Zustellung von Gütern planen
12.07.2017 | Alpen-Adria-Universität Klagenfurt

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: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Im Focus: Wissenschaftler beleuchten den „anderen Hochtemperatur-Supraleiter“

Eine von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) geleitete Studie zeigt, dass Supraleitung und Ladungsdichtewellen in Verbindungen der wenig untersuchten Familie der Bismutate koexistieren können.

Diese Beobachtung eröffnet neue Perspektiven für ein vertieftes Verständnis des Phänomens der Hochtemperatur-Supraleitung, ein Thema, welches die Forschung der...

Im Focus: Tests der Quantenmechanik mit massiven Teilchen

Quantenmechanische Teilchen können sich wie Wellen verhalten und mehrere Wege gleichzeitig nehmen, um an ihr Ziel zu gelangen. Dieses Prinzip basiert auf Borns Regel, einem Grundpfeiler der Quantenmechanik; eine mögliche Abweichung hätte weitreichende Folgen und könnte ein Indikator für neue Phänomene in der Physik sein. WissenschafterInnen der Universität Wien und Tel Aviv haben nun diese Regel explizit mit Materiewellen überprüft, indem sie massive Teilchen an einer Kombination aus Einzel-, Doppel- und Dreifachspalten interferierten. Die Analyse bestätigt den Formalismus der etablierten Quantenmechanik und wurde im Journal "Science Advances" publiziert.

Die Quantenmechanik beschreibt sehr erfolgreich das Verhalten von Partikeln auf den kleinsten Masse- und Längenskalen. Die offensichtliche Unvereinbarkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

Anbausysteme im Wandel: Europäische Ackerbaubetriebe müssen sich anpassen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Latest News

New thruster design increases efficiency for future spaceflight

16.08.2017 | Physics and Astronomy

Transporting spin: A graphene and boron nitride heterostructure creates large spin signals

16.08.2017 | Materials Sciences

A new method for the 3-D printing of living tissues

16.08.2017 | Interdisciplinary Research