Ausgangslage der innovativen Multisensitiven Echtzeitsteuerung MUSS  

Im Rahmen des Forschungsprojektes ARRIVE auf Initiative der BMW Group wurde von PVT Planungsbüro für Verkehrstechnik Essen GmbH und SWARCO TRAFFIC SYSTEMS GMBH unter der administrativen Schirmherrschaft des Staatlichen Bauamtes Ingolstadt eine Lösung gesucht wie Behinderungen im Straßenverkehrsablauf durch individuelles Erkennen der vielfältigen momentanen Anforderungen rund um einen Verkehrsknoten gebannt werden können. Das Ergebnis sollte richtungweisend auf dem Gebiet der Verkehrssicherheit und der Verkehrsmobilität sein und eine kostengünstige Lösung insbesondere für kleine und mittlere Städte aufzeigen.
Neben der Verbesserung des Verkehrsdurchsatzes sollte zudem auch die Politik davon überzeugt werden, dass mit diesem neuen Konzept ein System zu realisieren ist, das mit geringem finanziellem Aufwand einen maximalen Nutzen für alle Betroffenen bringt.

Übersicht Ortsdurchfahrt Pfaffenhofen / Ilm

Für die Umsetzung des neuen Sys-tems am besten geeignet erschien die Stadt Pfaffenhofen an der Ilm (Bayern).
 
Die Kreisstadt mit etwa 23.000 Einwohnern liegt ca. 50 km nördlich von München und wird in Nord-Süd-Richtung von der Bundesstraße B13 durchlaufen. Im nördlichen Stadt-gebiet von Pfaffenhofen ergaben sich aufgrund von hohen Verkehrs-belastungen vor allem am Wochen-ende (Vielzahl von Einkaufsmärk-ten) große Behinderungen im Ver-kehrsfluss. Zudem traten bei star-ken Stauungen und Sperrungen auf der parallel zur B13 verlaufenden Autobahn A9 (München-Berlin) zusätzliche Verkehrsbelastungen auf, welche sowohl in ihrer Rich-tung als auch in ihrer Intensität völlig unvorhersehbar waren. Auf der B13, die eine ausgewiesene Umleitung zur A9 darstellt und daher häufig als Alternativstrecke genutzt wird, ergeben sich daher immer wieder neue Verkehrs-ströme, die zu unter-schiedlichen Hauptrichtungen des Verkehrs führen. Eine Homogenität des Verkehrsflusses ist durch die sich immer neu bildenden Fahrzeug-pulks nicht gewährleistet. 
 
Strategisches Konzept
 
Der betroffene Bereich der B13 liegt im Stadtbereich von Pfaffenhofen und erstreckt sich über eine Länge von ca. 2,9 km. Im Streckenverlauf befinden sich vier Lichtsignalanlagen, die früher in teilverkehrsabhängiger Einzelsteuerung betrieben wurden.
 
Aufgrund der vorab genannten unregelmäßigen Voraussetzungen stieß jedoch bei der Koordinierung der Knotenpunkte das System der herkömmlich starr programmierten Grünen Welle an seine Grenzen. Eine Koordinierung der vier Lichtsignalanlagen auf der B13 in Pfaffenhofen brachte nach dem derzeitigen Stand der Technik kein zufriedenstellendes Ergebnis, da beispielsweise durch die unterschiedlich starke Belastung der Nebenrichtungen und der damit verbundenen Unflexibilität der herkömmlichen koordinierten Steuerungen keine hohe Qualität der Grünen Welle zu erreichen war.
 
Durch die erfolgreiche Zusammenarbeit der PVT Planungsbüro für Verkehrstechnik Essen GmbH, der SWARCO TRAFFIC SYSTEMS GMBH und der RBS - Netkom / Rapp wurde darauf hin ein völlig neues Planungssystem, die "MUSS - Multisensitive Echtzeitsteuerung" für die Lichtsignalanlagen umgesetzt.
 
Alle vier Signalanlagen laufen bei schwacher und mittlerer Belastung in Grundstellung als "MUSS -Multisensitive Echtzeitsteuerung". Bisher konnten Lichtsignalanlagen nur "fühlen" wie der Verkehr am Knotenpunkt ist, sei es über die Anforderungstaster für Fußgänger oder die Induktionsschleifen. Wichtigstes neues Planungskriterium daher ist für die MUSS - Multisensitive Echtzeitsteuerung die lückenlose Erfassung des Verkehrs mittels Videodetektion. Dadurch ist die Lichtsignalanlage in die Lage versetzt worden den Verkehr zu "sehen". Dies wird dadurch erreicht, indem je nach Gegebenheit so viele Videoerfassungspunkte in einer Fahrspur bis etwa 50 m vor der Haltlinie verlegt werden, damit ein lückenloses Erfassen und eine Qualifizierung des Verkehrs möglich werden kann.
 
Installation an der Lichtsignalanlage 
 
Es kann daher in Echtzeit auf die tatsächliche Verkehrssituation reagiert werden. Ist kein Fahrzeug mehr im Erfassungsbereich, kann die Verlängerung einer Richtung abgebrochen werden. Es müssen nicht nach irgendwelchen Kriterien festgelegte Zeitlücken abgefragt werden. Außerdem ist es jederzeit möglich auf Sonderfahrzeuge zu reagieren, die besonders langsam den Bereich vor der Haltlinie passieren. So kann es in einer Steigungsstrecke sinnvoller sein, einem schweren LKW noch längere Freigabezeit anzuzeigen, damit er die Haltlinie noch bei Grün überfahren kann. Kommt er zum Stillstand, kann dies auf Grund der langsamen Beschleunigung zu Behinderungen des nachfolgenden Verkehrs führen.
 
 
 
Installation an der Zwischenstation
 
Durch die Visualisierung kann neben dem Entscheidungskriterium Verkehrsquantität auch die Verkehrsqualität erfasst werden, um die Reduzierung der Wartezeit aller Verkehrsteilnehmer zu erreichen. Durch zusätzliche Umweltsensoren (derzeit in Pfaffenhofen noch nicht in Betrieb) kann auch z.B. die Feinstaubkonzentration gemessen werden. Das bereits in den Lichtsignalanlagen integrierte Steuerungssystem könnte dann entsprechende Verlängerungen der am stärksten belasteten Richtungen vornehmen, um damit eine Reduzierung des Feinstaubs durch Abrieb (Brems- und Anfahrvorgänge) zu erreichen. 
 
Ausgangslage der innovativen Multisensitiven Echtzeitsteuerung MUSS
 
Einen hohen Stellenwert bei der verkehrstechnischen Planung hat auch die Verkehrssicherheit. So werden Fußgänger nicht verleitet, auf Grund hoher Wartezeiten in herkömmlichen "Grünen Wellen" bei "Rot" die Hauptrichtung zu queren, weil Koordinierungsbedingungen eingehalten werden, aber keine Fahrzeuge vorhanden sind. Sobald bei diesem Steuerungssystem erkannt wird, dass kein Verkehr mehr auf der Hauptrichtung vorhanden ist, wird der Fußgänger schnellstmöglich freigegeben. Und diese Anforderungsmöglichkeit geschieht bis zur letztmöglichen Anforderungssekunde der KFZ - Nebenrichtung.
 
Derzeit können die Lichtsignalanlagen zum Beispiel bei Umleitungsverkehr von der Autobahn A9 eine automatische und bedarfsgerechte Schaltung einer Grünen Welle über Pulkerkennung des Fahrverkehrs einleiten. Diese Grüne Welle wird dabei nur über die in Frage kommenden Anlagen geschaltet. Die Pulkdaten werden zwischen den Lichtsignalanlagen mittels W-LAN weitergeleitet. Zusätzlich ist ein browsergestütztes Kontrollsystem montiert worden, das den Zugriff auf Rohdaten und Parametrisierungsdaten über Benutzerrechte (Lesen, Speichern, Löschen etc.) regelt und eine einfache Fernkonfiguration ermöglicht.
 
Das Prinzip der Pulkverfolgung
 
Um eine so erkannte Pulkbildung von Fahrzeugen besser verfolgen zu können, wurden zusätzlich zu den Videokameras an den Lichtsignalanlagen noch Videokameras an den Beleuchtungsmasten zwischen den Lichtsignalanlagen bzw. bei den äußeren Knotenpunkten vor den Anlagen installiert.
 
Die äußeren Videokameras regis-trieren die Abstände und Verkehrs-mengen der zulaufenden Fahrzeuge und melden dies über W-LAN an die nächstliegende Lichtsignalanlage (LSA 1) weiter. Die Videokameras an den Peitschenmasten der Licht-signalanlagen (LSA 1) übertragen die für die Pulkerfassung not-wendigen Informationen über die bestehende Kabelverbindung des Mastes eben-falls an das jeweilige Steuergerät der Lichtsignalanlage (LSA 1). Dieses Steuergerät definiert dann die Pulkmeldung für die nächste Lichtsignalanlage (LSA 2) und schickt diese Meldung über W-LAN zu einem Empfänger, der sich in der Nähe der Videokameras an den Beleuchtungs-masten (Zwischenstation) befindet. Von dort aus werden die Daten zum nächsten Steuergerät (LSA 2) gemeldet. Mit Hilfe der Kameras an den Zwischenstationen kann festgestellt werden, ob sich beispielsweise ein gemeldeter Pulk bereits aufgelöst oder sich ein neuer Pulk gebildet hat. Diese Meldungen werden ebenfalls per W-LAN an das nächste Steuergerät (LSA 2) gemeldet. Das Steuergerät (LSA 2) kann somit auswerten, ob sich ein Pulk der Kreuzung nähert und wie lange er noch braucht, um die Kreuzung zu erreichen, damit das Programm so beeinflusst werden kann, dass diesem Pulk Freigabe gewährt wird und er ohne Aufenthalt die Lichtsignalanlage (LSA 2) passieren kann.
 
Umsetzung
 
Unter der Leitung des Staatlichen Bauamtes Ingolstadt entstand ein System, das unter voller Ausnutzung der Videotechnik erstmalig eine Grüne Welle in "MUSS - Multisensitiver Echtzeitsteuerung" umsetzt. Diese vereinigt somit die Flexibilität einer Einzelsteuerung mit den Vorteilen einer Koordinierung (individuelle Abstimmung für jeden einzelnen Knotenpunkt).
 
Die verkehrstechnische Planung dieses Systems wurde durch die PVT Planungsbüro für Verkehrstechnik Essen GmbH realisiert und beruht auf einer dynamisierten Logik, deren Schaltung eine Minimierung der Wartezeiten aller Richtungen an jeder einzelnen Lichtsignalanlage garantiert. Die für die voll verkehrsabhängige Steuerung der Anlagen erforderliche lückenlose Erfassung des Verkehrs wird mittels der Videokameras über den Fahrbahnen realisiert. Die Realisierung der Videotechnik und der entsprechenden Software erfolgte durch die SWARCO TRAFFIC SYSTEMS GmbH.
 
Der Austausch der Meldungen und Daten zwischen den Lichtsignalanlagen erfolgt über die Kommunikationsebene WLAN, die durch die RBS-Netkom / Rapp umgesetzt wurde. Der Erfolg des Systems ist in einer anschließenden Auswertung durch die TU München festgestellt worden (Gutachten: Ermittlung und Interpretation der Reisezeiten des Durchgangsverkehrs in Pfaffenhofen an der Ilm, Endbericht, Technische Universität München, Lehrstuhl für Verkehrstechnik, München, Juli 2007), welche auch die wissenschaftliche Begleitung des Projektes übernommen hat.
 
Zielerreichung
 
Das entstandene System ist nicht nur leistungsfähig und störungssicher, sondern vor allem auch preisgünstig, da es ohne jeglichen Eingriff in den Verkehrsraum nachträglich auf Grundlage der bestehenden Steuerung zu installieren ist. Zudem ist das System beliebig um weitere Lichtsignalanlagen erweiterbar.
 
Das Ergebnis dieser umweltgerechten Innovation ist eine deutliche Minimierung der Wartezeiten aller Verkehrsteilnehmer, Fahrzeiten und Haltevorgänge im Gesamtnetz. Nachweislich wurden die Umweltbelastungen (CO2 Emission, Immission) deutlich reduziert.
 
Neben den Belangen des Umweltschutzes wird durch den flüssigeren, zügigeren und homogeneren Verkehrs- durchsatz auch eine Steigerung der Mobilität gleichermaßen für alle Richtungen erreicht. Die Installation dieser bedarfsgerechten Lichtsignalanlagensteuerung ist mit Messungen durch die TU München begleitet worden. Die Verbesserungen wurden in einer Vorher - Nachher - Untersuchung überprüft und in einem Gutachten festgehalten. Im Rahmen dieser Messungen wurden die Reisezeiten auf der B13 festgestellt und ausgewertet. Dabei wurden die beeindruckenden Vorteile des Steuerungssystems sichtbar. So reduzierte sich die maximal gemessene Durchfahrtszeit über den gesamten Streckenzug um fast 60% von über 14 auf unter 6 Minuten. Dieser Erfolg beruht insbesondere auf der Verhinderung von unnötigen Grünen Wellen bei Schwachlastverkehr.
 
Das System "MUSS - Multisensitive Echtzeitsteuerung" wurde damit erfolgreich in Pfaffenhofen umgesetzt und ist mittlerweile in mehreren Städten erfolgreich eingesetzt worden (u. a. flächendeckend in Freising). Der Einsatz von Videotechnik ist bei vielen Städten bereits weit verbreitet. Das Kommunikationssystem W-LAN hat bereits in vielen Wirtschaftsbereichen eine Anwendung gefunden und ist auch in der Verkehrstechnik in Zukunft nicht mehr wegzudenken.
 
 

Durch eine auf das Ausgangsproblem ausgerichtete, verkehrstechnische Planung ist mit diesen Hilfsmitteln ein System geschaffen worden, das den immer weiter ansteigenden Verkehrbelastungen entgegentritt und eine zukunftsfähige Lösung dieses Problems bietet, ohne dass ansonsten notwendige bauliche Maßnahmen ergriffen werden müssen.
 
MUSS - Multisensitive Echtzeitsteuerung sollte ein "Muss" für jede Lichtsignalanlage sein.
 
Dieses System wurde mittlerweile mehrfach mit Erfolg realisiert.
 
 
 
 
 
 
 

 

 

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