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Konzeptentwicklung und Durchführung eines Praxistests zur Qualitätsprüfung von Stauende-Daten
(2022)
Stauenden können für die Sicherheit des Straßenverkehrs gefährliche Ereignisse darstellen. Insbesondere auf Autobahnen kommt es bei Auffahrunfällen zu schweren Personen- und Sachschäden. Eine rechtzeitige Information der Straßenbetreiber und eine Warnung der Verkehrsteilnehmer über Stauenden birgt ein hohes Potential zur Verbesserung der Verkehrssicherheit und des Verkehrsablaufes. Voraussetzung ist, dass solche Ereignisse zuverlässig erkannt werden, was durch eine stationäre Detektion, wie sie von den Straßenbetreibern betrieben wird, nur eingeschränkt möglich ist.
Eine Alternative zur Stauwarnung über stationäre Detektion sind Services von Datenanbietern und Navigationsdienstleistern, die über fahrzeugseitig generierte Daten, wie beispielsweise Floating Car Data (FCD), Stauenden erfassen und entsprechende Warnungen an ihre Nutzer (Verkehrsteilnehmer) kommunizieren. Doch welchen Kriterien müssen diese fahrzeuggenerierten Daten zur Erfassung von Stauenden im Hinblick auf deren Beschaffenheit bzw. Qualität für Zwecke des Verkehrsmanagements und der Verkehrsinformation unterliegen? Welche Mindestanforderungen sind an die Anbieter von kommerziell erhältlicher Stauende-Daten zu richten, für den Fall, dass die öffentliche Hand entsprechende Daten im Rahmen einer öffentlichen Ausschreibung beschaffen möchte?
Im Rahmen dieses Projektes wurde durch einen Praxistest im Realbetrieb eine Evaluierung von kommerziell zugänglichen Stauende-Daten vorbereitet, begleitet, umgesetzt und ausgewertet. Dies erfolgte anhand einer Bewertung der Detektions-Qualität auf Grundlage verschiedener Qualitätskriterien für Stauende-Daten. Als Teststrecke wurde auf der BAB 81, zwischen der AS Ludwigsburg-Nord und AS Ludwigsburg-Süd in Fahrtrichtung Stuttgart, ein Abschnitt mit einer sich noch nicht in Betrieb befindenden temporären Seitenstreifenfreigabe (TSF) genutzt. Unter Nutzung von Videodaten der Straßenverkehrszentrale Baden-Württemberg aus drei aufeinanderfolgenden Verkehrskameras der TSF wurden Stauende-Daten erhoben und potenzielle Kandidaten für gefährliche Stauenden mittels automatischer Videoanalyse und computergestützter Videoinspektion ermittelt. Daran anschließend wurden die eigens erhobenen Stauenden mit den Stauende-Meldungen der Datenanbieter verglichen.
Die Erkenntnisse aus dem Praxistest sollten die aus der Literatur bekannten Qualitätsanforderungen an Stauende-Daten konkretisieren, um diese in künftigen Ausschreibungen der öffentlichen Hand verwenden zu können. Dazu wurden für die zu beschaffenden Stauende-Daten die Anforderungen an die Qualität und die Service Level für deren Bereitstellung beschrieben. Zudem wurde Empfehlungen hinsichtlich der vergaberechtlichen Gestaltungsmöglichkeiten für ein Ausschreibungsverfahren formuliert, die im Rahmen einer Beschaffung den Qualitätsnachweis von Stauende-Daten sicherstellen können.
Die IVS-Referenzarchitektur für Verkehrsinformation im Individualverkehr konkretisiert das Rahmenwerk für Architekturen intelligenter Mobilitätsdienste (RAIM) für die IVS-Dienstekategorie Verkehrsinformation im Individualverkehr.
Gegenstand der IVS-Referenzarchitektur für Verkehrsinformation im Individualverkehr sind alle auf Straßenverkehrsteilnehmer unmittelbar wirkenden On-Trip-Verkehrsinformationen, unabhängig vom Kommunikationsmedium. Dies umfasst z. B. über Funkkommunikation (Rundfunk, WLAN, Mobilfunk, etc.) in Endgeräte der Verkehrsteilnehmer übertragene Informationen inkl. C2X sowie Informationen auf dynamischer Beschilderung.
Zur Erarbeitung der IVS-Referenzarchitektur wird das IVS-Architektur-Vorgehensmodell des Rahmenwerks für IVS-Architektur in Deutschland – basierend auf dem TOGAF (The Open Group Architecture Framework) -Vorgehensmodell – angewendet.
Folgende Phasen werden dabei durchlaufen:
1) Vorbereitungsphase
2) Phase A: Architekturvision
3) Phase B: Geschäftsarchitektur
4) Phase C: Informationssystemarchitektur bestehend aus Datenarchitektur und Anwendungsarchitektur
In der Vorbereitungsphase wird die Einbindung zugrundeliegender Modelle geklärt, Modellanpassungen definiert sowie wichtige Prinzipien für die Architekturentwicklung festgelegt. In Phase A werden die Ziele der Architekturentwicklung und die daran Beteiligten festgelegt. Die Ergebnisse der Phasen B und C stellen die eigentliche IVS-Architektur dar. In Phase B werden der aktuelle und der gewünschte Zustand der Geschäftsarchitektur beschrieben. Dafür werden die Unterschiede herausgearbeitet und unter anderem mit Hilfe von Geschäftsprozessdiagrammen dokumentiert. In Phase C werden der aktuelle sowie der gewünschte Zustand der Daten- und Anwendungsarchitektur beschrieben.
Jede Phase ist wiederum in mehrere Schritte unterteilt. Damit wird ein methodisches und umfassendes Vorgehen bei der Entwicklung einer IVS-Architektur sichergestellt.
Die IVS-Referenzarchitektur für multimodale Reiseinformation konkretisiert das Rahmenwerk für Architekturen intelligenter Mobilitätsdienste (RAIM) für die IVS-Dienstekategorie multimodale Reiseinformation.
Multimodale Reiseinformationsdienste (MMRI) unterstützen Reisende bei der Planung ihrer Reise von A nach B durch einen Vergleich verschiedener Reiseoptionen unter Kombination verschiedener Beförderungsarten, Preise und folgender Verkehrsträger: Luftverkehr, Schienenverkehr, Straßenverkehr, Schiffsverkehr, Reisebusverkehr, öffentlicher Personenverkehr, bedarfsgesteuerter Verkehr, Fuß und Radverkehr. MMRI bieten dem Reisenden personalisierte Reisewege entsprechend spezifischer Reisepräferenzen an.
Zur Entwicklung der IVS-Referenzarchitektur wurde neben einer Bestandsaufnahme auch eine Analyse der bestehenden Ansätze zur Etablierung der multimodalen Reiseinformation durchgeführt. Die betrachteten Projekte und Initiativen sind hierbei EU Spirit, DELFI sowie die ÖV-IVS-Rahmenarchitektur. Darüber hinaus fand ein stetiger Austausch mit der VAO GmbH aus Österreich statt, die als assoziierter Partner an der Entstehung der IVS-Referenzarchitektur für multimodale Reiseinformation mitgewirkt haben.
Es gibt die Rollen Inhalteanbieter, Dienstbetreiber und Dienstanbieter mit den der jeweiligen Rolle zugeordneten typischen Aktivitäten zur Erzeugung des Wertschöpfungsbeitrags, den die Akteure leisten. Aktivitäten führen zur Erzeugung von Produkten, die als Informationsobjekte in der IVS-Wertschöpfungskette zwischen den Geschäftsprozessen weitergereicht werden. Hierbei wird von den Akteuren ein definiertes politisches (Einhaltung des Rechtsrahmens, der Verhaltensnormen und Gepflogenheiten), wirtschaftliches (Bereitstellung von Personal, Finanzierung und Controlling, Steuerung der eigenen Aktivitäten), und technisches Verhalten (Erfassung und Aufbereitung von Daten und Informationen, Erzeugung, Bereitstellung und Darstellung von IVS-Diensten) erwartet.
Im Rahmen des von der Bundesanstalt für Straßenwesen durchgeführten Forschungsvorhabens „Fahrleistungserhebung 2014“ wurden differenzierte Datensätze zur Fahrleistung der verschiedenen Fahrzeugsegmente und Straßenkategorien gewonnen, die zur Abbildung der aktuellen Verkehrsbelastung in Deutschland mit TREMOD herangezogen werden können. Für das Gesamtvorhaben ergeben sich zwei Datensätze: die durch Halterbefragung erhobene Inländerfahrleistung und die durch Verkehrszählung ermittelte Inlandsfahrleistung. Hervorzuheben ist hierbei insbesondere der neue Ansatz zur Ermittlung der Inlandsfahrleistungen auf den verschiedenen Straßenkategorien in Deutschland. Damit liegt zum ersten Mal seit 1993 wieder eine differenzierte Datengrundlage für die Inlandsfahrleistung in Deutschland vor. Im Rahmen dieses Vorhabens wurden die Fahrleistungsdaten aus der „Fahrleistungserhebung 2014“ so aufbereitet, dass sie zur Berechnung der verkehrsbedingten Emissionen in TREMOD genutzt werden können. Weitere aktuelle Quellen wurden berücksichtigt, so dass insgesamt ein aktuelles konsistentes Gesamtbild der Fahrleistungen in Deutschland entsteht. Wesentliche weitere Quellen waren die jährliche Fahrleistungsermittlung des Kraftfahrt-Bundesamtes („Verkehr in Kilometern“), die Straßenverkehrszählungen sowie die Auswertungen der automatischen Dauerzählstellen der BASt. Das aktualisierte Fahrleistungsgerüst für 2014 wurde anschließend in der Zeitreihe angepasst. Diese Anpassung umfasst den Zeitraum 1994 bis 2014, damit ein konsistenter Anschluss an die Fahrleistungserhebungen 1993 und 2002 hergestellt werden konnte. Schließlich wurden aus der Halterbefragung Kennwerte für die jährliche Fahrleistung der Fahrzeuge nach Antrieb, Größenklasse und Alter ermittelt. Die aktualisierten Kennzahlen fließen in die TREMOD-Version 6 ein, die außerdem eine umfassende Aktualisierung der Emissionsfaktoren auf Basis des HBEFA 4.1 (Handbuch Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs) enthält.
Intelligente Mobilitätsdienste sind datenbasierte Anwendungen im Bereich von Verkehr und Mobilität, die von Nutzern beansprucht werden können. Aufgrund des Paradigmenwechsels in der Nutzung und im Betrieb von verkehrlicher Infrastruktur stehen nicht lediglich technische Fragestellungen im Fokus. Zunehmend wird eine gesamtheitliche Perspektive auf den Dienst und all seine Facetten eingenommen, was nicht zuletzt am zunehmenden Interesse privatwirtschaftlicher Akteure an der Mobilitätsdomäne liegt.
Der strategische und geschäftliche Teil eines Dienstes inklusive der Ziele und Erwartungshaltung beteiligter Akteure hat zunehmend an Bedeutung gewonnen. Für privatwirtschaftliche Akteure, die in Kooperation mit der öffentlichen Hand Mobilitätsdienste realisieren und betreiben, stellt es ein Hindernis dar, ähnliche Dienste von Fall zu Fall mit starken Abweichungen zu implementieren. Dies verursacht auf Seiten der Unternehmen einen großen Aufwand, einen entsprechenden Beitrag zur Wertschöpfung zu leisten.
Das verstärkte Aufkommen datenbasierter Mobilitätsangebote erfordert neue, ganzheitliche Konzepte und Mechanismen zur effektiven Zusammenarbeit verschiedener Akteure. Der zunehmende Abstimmungsbedarf zwischen privaten und öffentlichen Akteuren erhöht die Komplexität in der Zusammenarbeit zusätzlich.
RAIM – das Rahmenwerk für Architekturen intelligenter Mobilitätsdienste – bietet einen Leitfaden für die gestalterische Planung sowie die funktionale, technische und wirtschaftliche Realisierung intelligenter Mobilitätslösungen. Auf vertraglicher, organisatorischer und technischer Ebene unterstützt RAIM somit die reibungslose Kommunikation zwischen den beteiligten Akteuren.
Anwendung kann RAIM beispielsweise finden, bestehende Dienste im Verkehrssektor nachträglich zu strukturieren oder die Kooperation von privaten und öffentlichen Akteuren bei der Erstellung von intelligenten Mobilitätsdiensten zu ermöglichen. RAIM soll vor allem Mobilitätsdienstleister, ÖPNV-Betriebe, Navigationsdienstleister, App-Betreiber, Regulatoren, Behörden und städtische Akteure ansprechen. Vor allem bei neuen Diensten (Mobilitätsangeboten) ist Dialog und Konsens zwischen den Akteuren zu fördern.
Intelligente Verkehrssystem-Dienste (IVS-Dienste) bilden heute in den verschiedensten Anwendungsbereichen des Straßenverkehrs eine wichtige technologische und organisatorische Basis. Die durch die zunehmende Bedeutung von Informations- und Kommunikationstechnik getriebene Vernetzung dieser Systeme stellen neue Herausforderungen an die Einführung neuer und Integration bestehender IVS-Dienste. Zur Sicherstellung einer intelligenten Mobilität in Deutschland und Europa ist die Durchgängigkeit von Informationen und eine einhergehende Integration der entsprechenden Systeme eine wichtige Voraussetzung. Neben der oftmals im Vordergrund stehenden technischen Sichtweise sind vor allem auch die inhaltliche und organisatorische Kooperation zwischen den mit der Erbringung von Mobilitätsdienstleistungen befassten Akteuren zu betrachten.
Intelligente Mobilität mit für die Reisenden durchgängigen Angeboten erfordert insbesondere, dass die beteiligten Akteure gemeinsame inhaltliche Zielsetzungen formulieren. Hierzu ist ein gegenseitiges Verständnis der jeweiligen Aufgaben sowie der für die Aufgabenerbringung etablierten Prozesse notwendig. Auf der Basis eines gemeinsamen Verständnisses gilt es dann, die erforderlichen Schnittstellen und Prozesse inhaltlich, organisatorisch und technisch festzulegen und zu implementieren.
Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer national verbindlich eingeführten IVS-Referenzarchitektur für zuständigkeitsübergreifendes Verkehrsmanagement zur Sicherstellung eines koordinierten und harmonisierten Vorgehens bei der Einführung und Nutzung neuer und der Vernetzung bestehender IVS-Dienste im zuständigkeitsübergreifenden Verkehrsmanagement.
Dabei werden folgende Erwartungen an die IVS-Referenzarchitektur für zuständigkeitsübergreifendes Verkehrsmanagement gestellt:
• Schaffung eines allseits akzeptierten Verständnisses von Verkehrsmanagement (Semantik) als Voraussetzung für zuständigkeitsübergreifende und für den Verkehrsteilnehmer durchgängige IVS-Verkehrsmanagement-Dienste/Diensteprofile sowie zur Erleichterung der Entwicklung und Einführung von IVS-Diensten im zuständigkeitsübergreifenden Kontext.
• Entwicklung von funktionalen, organisatorischen und technischen Anforderungsprofilen für die Harmonisierung der Kooperation und Kollaboration öffentlicher Straßenbetreiber und Service-Provider und für die Interoperabilität ihrer Systeme.
• Schaffung eines für den Verkehrsteilnehmer wahrnehmbaren zusätzlichen Nutzens durch die Überwindung von zuständigkeitsbedingten Brüchen in der Bereitstellung von IVS-Verkehrsmanagement-Diensten und in deren Wahrnehmung durch den Verkehrsteilnehmer (sog. Common Look & Feel).
Basierend darauf bedeutet eine Verankerung der zuständigkeitsübergreifenden Anforderungen als Bestandteil von Ausschreibungen eine Erhöhung der Planungs- und Investitionssicherheit für Straßenbetreiber und Service-Provider, sowie die Industrie zur Vermeidung technologischer „Insellösungen“. Generell sind alle Stakeholder und Akteure, die am zuständigkeitsübergreifenden Verkehrsmanagement beteiligt sind, die Schnittstellen dazu haben oder sich in sonstiger Weise damit befassen, von der IVS-Referenzarchitektur für zuständigkeitsübergreifendes Verkehrsmanagement betroffen.
Die im Zuge des Nationalen Projekts IVS-Architektur Straße betrachteten IVS-Dienste des zuständigkeitsübergreifenden Verkehrsmanagements wurden aus Sicht des öffentlichen Straßenbetreibers für Stadt- und Fernstraßen betrachtet. So ist das zuständigkeitsübergreifende Verkehrsmanagement die Verkehrsbeeinflussung durch Strategien mit dem Ziel, die Verkehrsnachfrage und das Angebot an Verkehrssystemen über die Grenzen von hoheitlich eigenständigen Baulastträgern und Betreibern hinweg optimal aufeinander abzustimmen.
Im Zuge der Erstellung des Rahmenwerks für Architekturen Intelligenter Mobilitätsdienste (RAIM; auch IVS-Rahmenarchitektur; siehe Projekt FE 03.0483/2011/IRB) wurde ein generelles Modell zur Anpassung des TOGAF-Vorgehensmodells an die Aufgaben zur Erstellung einer IVS-Rahmenarchitektur entwickelt. Dazu wurden die einzelnen Schritte (Steps) jeder ADM-Phase auf den IVS-Bereich zugeschnitten, womit ein methodisches und umfassendes Vorgehen für die Entwicklung einer Architektur sichergestellt wurde.
Im Rahmen der Erstellung der Referenzarchitektur wurden die einzelnen Phasen und Schritte des TOGAF ADM-Vorgehensmodells auf die spezifischen Gegebenheiten des zuständigkeitsübergreifenden Verkehrsmanagements übertragen und angewendet.
Intelligente Verkehrssysteme (IVS) bilden heute in den Anwendungsbereichen des Straßenverkehrs eine wichtige technologische und organisatorische Basis. Zudem nimmt die Bedeutung der Informations- und Kommunikationstechnik für die zunehmende Vernetzung dieser Systeme zu und bringt neue Herausforderungen bei der Einführung und Integration neuer Systeme in bestehende IVS-Landschaften mit sich. Mit dem Projekt „IVS-Rahmenarchitektur“ wurde ein „Rahmenwerk zur Entwicklung von Architekturen intelligenter Mobilitätsdienste“ erstellt.
Neben der bislang im Vordergrund stehenden technischen Sichtweise sind heute vor allem auch die Aspekte der Kooperation zwischen den mit der Erbringung von Mobilitätsdienstleistungen befassten Akteuren zu betrachten.
Die entwickelte IVS-Rahmenarchitektur liefert nun einen ganzheitlichen Umsetzungsrahmen für die Realisierung aller Aspekte von IVS-Architekturen. Es werden grundlegende Festlegungen getroffen, die für die Interoperabilität der auf verschiedenen Ebenen arbeitenden, verteilt kommunizierenden Organisationen und Anwendungen sicherzustellen. Dazu werden formale Definitionen zum gemeinsamen Verständnis sowie die erforderlichen Methoden und Voraussetzungen zur Zielerreichung festgelegt.
Auf der Basis der IVS-Rahmenarchitektur wurden drei IVS-Referenzarchitekturen erarbeitet, von der jede einen spezifischen Anwendungsbereich konkretisiert und so die Grundlage zur Entwicklung einer IVS-Architektur für einen konkreten Anwendungsfall liefert.
Die Entwicklung der IVS-Rahmenarchitektur erfolgte durchgehend in engem Austausch mit den drei Referenzarchitekturen. Zudem brachte ein Betreuerkreis seine Expertise in das Projekt ein. Auf zwei öffentlichen Workshops wurden die Ergebnisse über 40 Organisationen und Unternehmen aus dem Bereich intelligenter Verkehrssysteme vorgestellt.
Die IVS-Architektur-Pyramide dient dem Projekt als geeignetes Metamodell zur Darstellung und Beschreibung von IVS-Diensten. Diese besteht aus fünf Schichten – der Leitbild-/Strategie-Ebene, der Prozessebene, der Informationsstrukturebene, der IT-Dienste und IT-Infrastrukturebene – die alle gemeinsam den potentiell möglichen Betrachtungs- und Darstellungsbereich einer IVS-Architektur aufspannen.
Den methodischen Ausgangspunkt zur Entwicklung der IVS-Rahmenarchitektur bilden der internationale Standard ISO/IEC/IEEE 42010 sowie das etablierte Architekturrahmenwerk The Open Group Architecture Framework (TOGAF). TOGAF ist als weltweit verbreitetes Rahmenwerk zur Entwicklung von Unternehmensarchitekturen angesehen. Es bietet als zentrales Element ein Vorgehensmodell zur Entwicklung von Unternehmensarchitekturen, die so genannte Architecture Development Method (ADM). Aufgrund der Ausrichtung auf ein einzelnes Unternehmen erfolgte eine Anpassung – Tailoring – der ADM zur Entwicklung von IVS-Architekturen. Für die Entwicklung der IVS-Rahmenarchitektur 1.0 wurde der Schwerpunkt auf die Architekturvision, die Geschäfts- und Informationssystemarchitektur gelegt (Phasen A bis C und initiale Phase in der ADM).
In Phase A werden die Ziele der Architekturentwicklung und die daran Beteiligten festgelegt. In Phase B werden der aktuelle und der gewünschte Zielzustand der Geschäftsarchitektur beschrieben, dabei werden die Unterschiede herausgearbeitet und mit Hilfe von Geschäftsprozessdiagrammen dokumentiert. In Phase C werden der aktuelle sowie der gewünschte Zustand der Daten- und Anwendungsarchitektur beschrieben. Dazu werden die konkreten Datenmodelle und Anwendungen verwendet.
Alle erarbeiteten Ergebnisse sind in einem IVS-Wiki festgehalten und damit der Öffentlichkeit zugänglich. Für die Weiterentwicklung der Rahmenarchitektur kann ebenfalls auf das Wiki zurückgegriffen werden.
Die Entwicklung der IVS-Rahmenarchitektur erfolgte durch die Beteiligung von u. a. Unternehmen, öffentlichen Einrichtungen, Softwareentwicklungs- sowie Beratungshäusern – im ständigen Austausch mit der Praxis. Im Rahmen der wissenschaftlichen Auseinandersetzung mit dem Thema IVS-Architektur entstanden während der Projektlaufzeit zwei Veröffentlichungen, die sowohl eine wissenschaftliche Prüfung des Vorgehens und der Ergebnisse ermöglicht haben, als auch die Diffusion der Erkenntnisse in die Wissenschaft und Praxis befördern.
Mit Abschluss des Projekts hat Deutschland nun eine IVS-Rahmen- und drei konforme IVS-Referenzarchitekturen für den Bereich Straße. Durch den holistischen Ansatz nimmt Deutschland dabei in der EU eine Sonderstellung ein und grenzt sich bewusst von verwandten Ansätzen ab.
Mit dem Hilfsmittel der dokumentierten und von vielen Beteiligten empfohlenen IVS-Architekturen können zukünftig IVS-Dienste schneller entwickelt und einfacher betrieben werden, d. h. Unternehmen und weitere Organisationen im Bereich IVS können nun darauf basierende Dienste und Innovationen anbieten.
Eine ständige Anpassung und Weiterentwicklung ist angestrebt und auch erforderlich, damit die IVS-Rahmenarchitektur den Anforderungen aus der Praxis gerecht werden kann.