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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.
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erstellung eines Szenarienkonzepts zur möglichst vollständigen Beschreibung der Fahraufgabe auf der Bundesautobahn. Unter Berücksichtigung existierender Ansätze wird eine auf drei Säulen basierende Struktur von Szenarien erarbeitet. Stationäre Fahrzustände bilden die erste Säule, Transitionen für zeitlich ausgedehnte Übergange zwischen diesen Zuständen bilden die zweite und überlagerte Interaktionen als dritte Säule dienen zur weiteren Erhöhung der Beschreibungsfähigkeit. Aus diesen granularen Grundbausteinen können komplexere Verkehrsszenarien als Kompositionen zusammengesetzt werden. Weiterhin werden sicherheitsrelevante Szenarien definiert, die ebenfalls aus den Grundbausteinen erstellbare Szenarien sind, aber durch ihre besonders hohe Relevanz und die Möglichkeit zur detaillierten Betrachtung ebenfalls als Grundszenarien herangezogen werden. Anforderungsverstärkende Faktoren schließlich ergänzen die Szenarienbeschreibung um besondere Umstände, etwa durch andere Verkehrsteilnehmer, die Straßenführung oder durch Umgebungsbedingungen.
Das Gesamtkonzept wurde im Rahmen des Projekts in einem internationalen Expertenworkshop vorgestellt und erörtert. Im Zuge dessen wurden zur Begegnung offener Punkte weitere Szenarien und anforderungsverstärkende Faktoren hinzugefügt.
Die grundsätzliche Validität des Konzepts und insbesondere die Realisierbarkeit in der Praxis wird durch die Umsetzung einer automatischen Erkennung dieser Szenarien aus dem Verkehrsdatensatz „highD“ gezeigt. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse spiegeln sich ebenfalls im Szenarienkonzept wider.
Das Gesamtergebnis wird festgehalten in einem Codebook, welches eine Beschreibung aller Szenarien inklusive der für sie relevanten Messgrößen definiert.
Im vorliegenden Bericht wird das Unfallvermeidungspotenzial von Geschwindigkeitsassistenten beleuchtet unter Beachtung des Einflusses schlechter Sicht-, Witterungs- und Straßenbedingungen. Diese Assistenzsysteme sollen Fahrende dabei unterstützen, in solchen Fällen eine sichere angepasste Fahrgeschwindigkeit zu wählen.
Mittels Literaturrecherche wurde zunächst der Kenntnisstand zu Einflussfaktoren auf geschwindigkeitsindizierte Unfälle und der Stand der Technik zu existierenden Geschwindigkeitsassistenten (GAS) recherchiert. Im Fokus stand dabei vor allem die Wirksamkeit und Systemgrenzen aktueller „Intelligent Speed Assist“ (ISA) Systeme, deren Akzeptanz und Wirksamkeit. Darauf basierend wurden polizeiliche und In-Depth-Unfalldaten hinsichtlich dieser Einflüsse und weiterer Auffälligkeiten untersucht und Wirkfelder für verschiedene mögliche Varianten von GAS definiert.
Anhand der herausgearbeiteten Einflussfaktoren, wie Erkennungsraten von unterschiedlichen Verkehrsschildern, der aktuellen Entwicklung geschwindigkeitsindizierter Unfälle oder deren Dunkelziffern, den daraus resultierenden Veränderungen im Wirkfeld und dem Stand der Technik wurden drei exemplarische Systemauslegungen von GAS definiert: Basis-ISA-, ISA+ und unabhängige ISA-Systeme.
Basis-ISA-Systeme sind nur in der Lage, Verkehrszeichen zu erkennen, welche eine maximal zulässige Höchstgeschwindigkeit ohne weitere Bedingungen angeben. Damit repräsentieren Basis-ISA-Systeme den Funktionsumfang, welcher von aktuell existierenden ISA-Systemen verlässlich erreicht wird.
Beschilderte bedingte zulässige Höchstgeschwindigkeiten (z. B. bei Regen) werden durch ISA+-Systeme erkannt und das Vorhandensein der Bedingung geprüft (z. B.: regnet es?) und erst dann vor einer Geschwindigkeitsübertretung gewarnt. ISA+-Systeme repräsentieren damit eine Erweiterung zu den meisten aktuell existierenden ISA-Systemen. Sie sind aber darauf angewiesen, dass notwendige situative Geschwindigkeitsreduktionen beschildert werden oder in digitalen Karten vermerkt sind.
Unabhängige ISA-Systeme sind hingegen selbstständig, ohne Beschilderung, in der Lage sicht- und reibwertgeminderte Zustände zu erkennen und selbstständig eine sichere Geschwindigkeit abzuleiten.
Für jede Systemauslegung von GAS wurde bei der Ermittlung des Unfallvermeidungspotenzials davon ausgegangen, dass dieses abhängig ist von:
• dem Wirkfeld des GAS (wie viele und welche Unfälle können potenziell vermieden werden),
• der Effizienz der GAS (wie zuverlässig kann die sichere Geschwindigkeit im Wirkfeld abgeleitet werden),
• der Akzeptanz der GAS (wie gut wird den Hinweisen des GAS vom Fahrzeugführenden gefolgt),
• der Nutzungshäufigkeit des GAS (wie häufig ist das GAS eingeschaltet),
• der aktuellen und zukünftigen Marktentwicklung des GAS (wie viele Fahrzeuge sind in der Fahrzeugflotte zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgestattet mit dem System) und
• der generellen Entwicklung des Gesamtunfallgeschehens, insbesondere der geschwindigkeitsindizierten Unfälle.
Für die Quantifizierung dieser Einflüsse wurden Annahmen aus der Literaturrecherche gewonnen und damit Voraussagen für die Entwicklung des Unfallgeschehens abgeleitet sowie das jeweilige Unfallvermeidungspotenzial bis zum Jahr 2050 geschätzt.
Im Ergebnis besaßen Basis-ISA-Systeme erwartungsgemäß das geringste Unfallvermeidungspotenzial. ISA+-Systeme erreichten jedoch nur ein unmerklich größeres Unfallvermeidungspotenzial, da einerseits ein nur geringfügig größeres Wirkfeld adressiert wird und andererseits das System an eine bedingte Beschilderung geknüpft ist, welche jedoch nur in 10 % der geschwindigkeitsindizierten Unfälle aufgestellt war. Das größte Unfallvermeidungspotenzial im betrachteten Zeitraum (bis 2050) erreichen unabhängige ISA-Systeme. Allerdings übersteigt das Unfallvermeidungspotenzial dieser GAS erst etwa 2048 das Potenzial von ISA+-Systemen, da zuverlässige Systeme mit robuster Erkennung der Umgebungsbedingungen frühestens 2030 auf dem Markt erwartet werden. Das Unfallvermeidungspotenzial ist somit sehr stark von den Annahmen zur Marktdurchdringung abhängig.
Es wird erwartet, dass Basis-ISA-Systeme im Jahr 2050 etwa 11 % des Wirkpotenzials geschwindigkeitsindizierten Unfälle vermeiden können, ISA+-Systeme erreichen hingegen 17 % und „unabhängige ISA-Systeme 24 % (in beiden betrachteten Unfallkategorien). Bei Betrachtung des Anteils vermiedener Unfälle bezogen auf alle Unfälle werden, je nach Art des GAS (Basis-ISA/ISA+/unabhängiges ISA), etwa 0,7-1,0 % der Unfälle mit Personen- und schwerem Sachschaden (im engeren Sinne) vermeidbar sein; bei Unfällen mit Getöteten liegt dieser Anteil zwischen 1,1-2,4 % im Jahr 2050.
Wesentlicher Grund für die geringen erwarteten Effekte auf das Unfallgeschehen ist die Schwierigkeit, aus den Umgebungsbedingungen zuverlässig sinnvolle Geschwindigkeiten abzuleiten. Zu erforschende Sensorik müsste in der Lage sein, sowohl den zur Verfügung stehenden Reibwert bereits vor einem Bremseingriff sehr genau zu messen sowie die Sichtweite robust zu bestimmen.
Die Bewirtschaftung des städtischen Parkraums erfolgt in den seltensten Fällen aus einer Hand. Verschiedene private und öffentliche Akteure organisieren ihr Parkangebot oft eigenständig und nicht immer aufeinander abgestimmt. Hinzu kommt, dass in vielen Städten unterschiedliche Parkkonzepte zum Einsatz kommen und folglich verschiedene Informations- und Abrechnungssysteme bestehen. Das durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr geförderte Forschungsprojekt BASt-Parken untersuchte die Möglichkeiten der Integration von öffentlichem und privatem Parkraummanagement durch gezieltes Sammeln und Bereitstellen von Parkraum-relevanten Informationen aus unterschiedlichsten Datenquellen (z. B. Parkleitsystemen, Parkscheinautomaten, Sensorik, Schrankensystemen etc.) zum Zwecke der Reduzierung des städtischen Parksuchverkehrs und der effizienteren Nutzung vorhandenen Parkraums. Die konkrete Aufgabenstellung umfasste dazu die Entwicklung einer Intelligente Verkehrssysteme (IVS)-Referenzarchitektur für den ruhenden Verkehr basierend auf Herausforderungen und Anforderungen zum Parkraummanagement sowie die Entwicklung eines standardisierten DATEX-II-Datenprofils. Entsprechende Anforderungen und Rahmenbedingungen wurden in insgesamt 9 Expertengespräche und einem Workshop zusammen mit Partnern der öffentlichen Hand sowie Service-Providern erfasst. Dadurch wurde sichergestellt, dass eine möglichst hohe Interoperabilität und Übertragbarkeit der Referenzarchitektur gewährleistet wird. Ergänzend wurden 16 Forschungs- und Pilotprojekte zu parkraumnahen Projektinhalten analysiert. Die Ergebnisse des Workshops, der Expertengespräche und der Literaturrecherche wurden in insgesamt 70 Herausforderungen zusammengefasst. Diese wiederum wurden in Anforderungen an den Dienst und das verwendete Datenmodell formuliert. Es wurde insbesondere ersichtlich, dass eine bessere Kommunikation zwischen kommunalen und privatwirtschaftlichen Akteuren sowie deren gemeinsame Beteiligung an Konzepten und Planungen von hoher Bedeutung sind. Das Projekt wurde in zwei Demonstratorräumen mit jeweils unterschiedlichen Themen-Schwerpunkten durchgeführt: in Stuttgart (Integration öffentlicher Parkleitstrategien und vernetztes Parken) und in München (integratives Parkraummanagement und OnStreet-Parking in einem Stadtviertel mit statischen Daten zum Viertel in Kombination mit Floating Car Daten). Im Demonstratorraum Stuttgart wurden gemeinsam mit der Landeshauptstadt Stuttgart und der PBW mbH zwei kommunale Parkleitstrategien im Kontext des dynamischen Verkehrsmanagement ausgearbeitet. Die Parkleitstrategie Kulturmeile und die Intermodale Strategie P+R Parkhaus Österfeld wurden konzeptionell erarbeitet und befinden sich in der technischen Umsetzung. Die bestehende Objektdatenbank der PBW mbH wurde um zusätzliche statische Point of Interest Daten (u. a. Stellplatzbreite, Ausstattungsmerkmale, Sonderstellplätze, besondere Services und Bezeichnung und Adressen der Zufahrten) und Ladeinformationen erweitert (u. a. Anzahl Ladestationen, Betreiber der Ladestation, Hersteller, Steckertyp). Zudem wurden die Tarifinformationen und Öffnungszeiten standardisiert sowie dynamische Daten zur Belegung der Ladesäulen in die Datenbank integriert und über eine neu geschaffene API zur Verfügung gestellt. Im Demonstratorraum München wurden die statischen Parkraumdaten der Stadt und dynamischen Daten aus FC-Daten für das On-Street-Parken gebündelt, georeferenziert und konvertiert. Im nächsten Schritt wurden diese über standardisierte Datenformate über ein API für externe Abnehmer bereitgestellt. Es wurde weiterhin ein DATEX-II-Profil erstellt, um die ermittelten Anforderungen abzudecken. Hierfür wurde die Version 3.1 verwendet und an einigen Stellen um zusätzliche Elemente, wie etwa einfache Fahrplandaten, ergänzt. Vorliegender Schlussbericht stellt umfassend die Ergebnisse des Vorhabens dar.
Im Rahmen dieser Studie wurde zuerst der IST-Zustand zur OBD-Gesetzeslage detailliert dargestellt. Eine folgende umfangreiche Befragung der Prüforganisationen sowie des KBA zu emissionsrelevanten OBD-Themen erfolgte unter Zuhilfenahme des ÖAMTC-Abfrageportals. Die Befragung ergab unter anderem, dass ein erweiterter Bedarf an OBD-Informationen zur Beurteilung emissionsrelevanter Systeme für die PTI vorwiegend bei NOx-Sensoren, Differenzdruckdaten des Partikelfilters, der Abgastemperatur, den Informationen zu Reagenzmitteln und Abgasrückführung erforderlich sind. Im Weiteren wurde exemplarisch an drei Fahrzeugen untersucht, welche Daten aktuell über die OBD-Schnittstelle ausgelesen werden können, und ob bei emissionsrelevanten Bauteilen Diagnosejobs, wie zum Beispiel Aktuatorenansteuerung aktiv eingeleitet werden können. Die Untersuchung ergab ein sehr unterschiedliches Bild über die verfügbaren Daten und Möglichkeiten. Anschließend wurden im Rahmen dieser Arbeit diverse Sensoren, wie z.B. NOx-Sensoren, NH3-Sensoren und PM-/PN-Sensoren, hinsichtlich ihrer Eignung für OBD- und PTI-Aufgaben analysiert. Die Sensoranalyse erfolgte anhand von Datenblättern sowie Befragung der Sensorhersteller. Der NOx-Sensor wurde in der Bewertung als tauglichster Sensor für eine weiterführende Untersuchung ermittelt und kommt zudem bereits seit einigen Jahren serienmäßig in Diesel-Fahrzeugen zum Einsatz. Daher eignet sich dieser Sensor gut, um zukünftig die NOx-Emissionen im realen Betrieb zu überwachen und wurde deshalb auch für die detaillierte messtechnische Untersuchung ausgewählt. Die detaillierte messtechnische Untersuchung wurde mit einem modernen Diesel-Pkw der Abgasnorm Euro 6d durchgeführt. Mit dem Versuchsfahrzeug wurden Messungen am Pkw-Rollenprüfstand sowie auf der Straße durchgeführt. Auch Fahrten mit speziell erzeugten fehlerhaften Abgasnachbehandlungssystemen sind aufgezeichnet worden. Insgesamt wurden etwa 4.500 Fahrzeugkilometer an Messdaten mit verschiedenen Fahrsituationen gesammelt, welche mit einem Datenlogger aufgezeichnet und folgend für die Methodenentwicklung herangezogen wurden. Bei der Entwicklung der Methode für eine zukünftige NOx-Überwachung im realen Fahrzeugbetrieb wurde darauf Rücksicht genommen, dass höhere NOx-Emissionen in bestimmten Fahrsituationen, welche für das Abgasnachbehandlungssystem herausfordernd sind, nicht als Fehler identifiziert werden, sofern das Abgasnachbehandlungssystem ordnungsgemäß arbeitet. Die erarbeitete Methode beurteilt die Funktionalität der NOx-Abgasnachbehandlungssysteme durch das Verhältnis gNOx/kgKraftstoff. Die NOx-Sensor- und Kraftstoffverbrauchssignale konnten beim Versuchsfahrzeug über die OBD-Schnittstelle abgerufen werden. Es wird davon ausgegangen, dass auch in modernen Pkw anderer Hersteller diese Signale verfügbar sind. Liegt das ermittelte Verhältnis über einem Schwellenwert, so liegt mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Fehler des NOx-Abgasnachbehandlungssystems vor, liegt das Verhältnis unter dem Schwellenwert, so kann davon ausgegangen werden, dass kein Fehler vorliegt. Das gNOx/kgKraftstoff-Verhältnis könnte bei einem errechneten Wert oberhalb des Schwellenwertes zu einer anlassbezogenen PTI führen oder als Fehler mit der MIL im Display angezeigt werden oder im Zuge der regulären PTI ausgelesen werden. Derzeit wird im Rahmen der Arbeiten zu Euro 7 diskutiert, ob Fahrzeuge bei der geplanten Euro 7 Gesetzgebung NOx-Grenzwerte betriebswarm unter jeglichen Fahrsituationen einhalten müssen. Gegebenenfalls könnte dann eine Überwachung im realen Betrieb auch über g/km erfolgen. Die Anwendung der erarbeiteten Methode mit gNOx/kgKraftstoff wäre aber weiterhin möglich. Es wird daher empfohlen, nach Fixierung der relevanten Details der Euro 7 Gesetzgebung die vorgeschlagene Methode mit gNOx/kgKraftstoff zu validieren und zu optimieren.
Mit dem Ziel, geeignete Indikatoren und Kriterien für die Bewertung der sicheren Mensch-Maschine-Interaktion für SAE Level 3 Systeme bis 60 km/h im Kontext des automatisierten Fahrens zu identifizieren, wurde dieses Forschungsprojekt mit einem Fokusgruppeninterview begonnen, um relevante Publikationskanäle und eine Liste von Schlüsselwörtern bezüglich Indikatoren für die Bewertung der Mensch-Maschine-Interaktion auf SAE Level 3 zu identifizieren. Basierend auf der identifizierten Liste von Schlüsselwörtern wurde eine Literaturrecherche durchgeführt, um relevante Publikationen aus den identifizierten Publikationskanälen zu extrahieren. Anhand der definierten Ein- und Ausschlusskriterien wurden 38 Arbeiten ausgewählt und für eine Meta-Analyse verwendet, um den Einfluss verschiedener Übernahmesituationen auf die Übernahmeleistung zu untersuchen. Die Ergebnisse der Meta-Analyse haben gezeigt, dass die Übernahmeleistungen der Fahrer, gemessen an den Kategorien Übernahmezeit, Übernahmequalität und subjektive Arbeitsbeanspruchung, in statischen und dynamischen Situationen unterschiedlich sind. Anschließend wurden Experteninterviews mit sechs internationalen Experten durchgeführt, um die Ergebnisse der Metaanalyse zu interpretieren und Checklistenelemente zu entwickeln. Am Ende wurden 16 Checklistenpunkte entwickelt, die sechs Kategorien von Systemanforderungen zugeordnet sind und von internationalen Experten zur Bewertung der Sicherheit der Mensch-Maschine-Interaktion von SAE Level 3 Systemen bis zu 60 km/h in Serienfahrzeugen verwendet werden können. Diese Checkliste wurde zu einer Online-Anwendung weiterentwickelt, die als einfach zu implementierendes und effizientes Bewertungsverfahren in Bezug auf die verkehrssicherheitsrelevante Interaktionsqualität der Systeme genutzt werden kann.