Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe F: Fahrzeugtechnik
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F 138
Grundlagen zur Kommunikation zwischen automatisierten Kraftfahrzeugen und Verkehrsteilnehmern
(2021)
Der heutige Straßenverkehr ist geprägt durch eine ständige Interaktion zwischen unterschiedlichen Verkehrsteilnehmern, um in geregelten oder ungeregelten Situationen einen reibungslosen Verkehrsablauf zu gewährleisten. Durch einen steigenden Anteil an automatisierten Fahrzeugen und Fahrfunktionen im Verkehrsgeschehen werden zwangsläufig auch die Interaktionen zwischen nicht-automatisierten Verkehrsteilnehmern und automatisierten Verkehrsteilnehmern unterschiedlicher Automatisierungsstufen sukzessive zunehmen.
Der vorliegende Forschungsbericht widmet sich der Frage, wie sich die heutige Kommunikation zwischen automatisierten und nichtautomatisierten Verkehrsteilnehmern unter Berücksichtigung einer zunehmenden Fahrzeugautomatisierung verändern wird und welche möglichen Folgen daraus auf die Verkehrssicherheit und Verkehrseffizienz erwartet werden müssen.
Im Mittelpunkt des Projekts stand eine Analyse, welche Kommunikationsmodelle zur Beschreibung der Interaktionen zwischen automatisierten und nichtautomatisierten Verkehrsteilnehmern geeignet sind. Dabei zeigte sich das Sender-Empfänger-Modell von SHANNON & WEAVER (1949) als geeignet, weil es den im Straßenverkehr üblicherweise kurzzeitigen und gerichteten Kommunikationsprozess durch seine klaren Elemente einfach beschreibbar macht. Zudem erscheint zielführend, die Perspektive und Kommunikationsmöglichkeit des aktiven PkwFahrers bzw. die des automatisiert fahrenden Fahrzeugs einzunehmen.
Dem aktiven Fahrer eines herkömmlichen Pkw steht zur Informationsübermittlung an seine Umwelt eine Vielzahl von Kommunikationsmitteln zur Verfügung, da er sowohl auf die technischen Möglichkeiten seines Fahrzeugs als auch auf seine menschliche Zeichengebung zurückgreifen kann. Diese wurden nach der Modalität, der Formalität, der Intentionalität und der Selektivität klassifiziert.
Diese Klassifizierung erfolgte in einer umfangreichen Sammlung an Interaktionsszenarien, in denen (mindestens) zwei Verkehrsteilnehmer miteinander interagieren. Zudem wurde eine Relevanzbewertung der verschiedenen Interaktionsszenarien hinsichtlich ihres Einflusses auf die Verkehrssicherheit, den Verkehrsfluss und das Verkehrsklima durchgeführt. Aus theoretischen Überlegungen und empirischen Studien wurden mögliche Kriterien abgeleitet, mit deren Hilfe eine qualitative Bewertung der Kommunikationsmittel in Abhängigkeit von der vorliegenden Verkehrssituation und der zu übermittelnden Botschaft durchgeführt werden konnte.
Die Interaktionsszenarien wurden anschließend dahingehend geprüft, ob die bislang genutzten Kommunikationsmittel eines herkömmlichen Pkw auch durch einen automatisiert fahrenden Pkw im Mischverkehr angewendet werden können. Dabei traten insbesondere diejenigen Szenarien in den Mittelpunkt, die vom Regelfall nach StVO abweichen und die im heutigen Verkehrsgeschehen nicht durch geeignete technologiebasierte Kommunikationsmittel verhandelt werden können. Im Rahmen eines Experten-Workshops, u. a. mit Vertretern aus den Bereichen der Arbeits-, Organisations- und Verkehrspsychologie mit Bezug zum automatisierten Fahren, wurde zudem eine Diskussion aus wissenschaftlicher Sicht angestoßen, welche neuen Kommunikationsmittel als Folge einer zunehmenden Fahrzeugautomatisierung möglich bzw. nötig sind.
Die Konsolidierung der wissenschaftlichen Beiträge aus dem Workshop sowie deren Gegenüberstellung mit den eigenen Ergebnissen bildeten den Abschluss der Forschungsarbeit. Auf Basis dessen konnten Handlungsempfehlungen für künftige Forschungsfragen und Studienansätze für die Gestaltung und Evaluierung neuer Kommunikationsformen aus wissenschaftlicher Perspektive abgeleitet werden, die bei der weiteren Forschung zu Fragen der Fahrzeugautomatisierung Eingang finden sollen.
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In Deutschland existieren bereits seit Jahren viele leistungsfähige Telematiksysteme und Referenzarchitekturen für Teilbereiche, z. B. TLS (BASt, 2002) und MARZ (BASt, 1999) zum Aufbau von Verkehrsbeeinflussungsanlagen an Bundesfernstraßen. Die Entwicklungen solcher Systeme in Deutschland gehen bis in die 1990er Jahre und davor zurück. Zum Teil wurden diese Ansätze auch von anderen Ländern übernommen und sind dort erfolgreich implementiert. Bislang fehlt aber in Deutschland ein nationaler Orientierungsrahmen für den Aufbau und die Vernetzung von Telematiksystemen, sodass viele Implementierungen als unvernetzte Insellösungen betrieben werden und mögliche Synergien ungenutzt bleiben. Die Vorteile einer übergreifenden ITS-Architektur wurden bereits durch zahlreiche Arbeiten seit den frühen 1990er Jahren belegt und sind heute unstrittig. In anderen Ländern liegen solche nationalen Orientierungsrahmen bereits seit Jahren vor. Die USA hat als erstes Land im Jahr 1996 eine nationale ITS-Architektur (NITSA) veröffentlicht, die bis heute bereits zur sechsten Version fortgeschrieben wurde. Im Rahmen dieser Entwicklungen wurde ein ganzes Netz an Zuständigkeiten und Organisationseinheiten eingerichtet, um eine effiziente und nachhaltige Nutzung der NITSA zu gewährleisten. Auch rechtliche Maßnahmen wurden ergriffen, um eine Verbindlichkeit für die Anwendung der ITS-Architektur in Teilen zu erreichen und deren Verbreitung zu sichern. Viele andere Länder ausserhalb und innerhalb Europas besitzen ebenfalls seit Jahren eigene nationale ITS-Architekturen. Auf europäischer Ebene gibt es bereits seit den frühen 1990er Jahren Forschungsprojekte zu einer europaweit harmonisierten ITS-Architektur. Mit KAREN wurde im Jahr 2000 die erste Version einer europäischen ITS-Rahmenarchitektur veröffentlicht. In den FRAME-Projekten, bis hin zum aktuellen Projekt E-FRAME, wurde und wird diese ITS-Architektur fortgeschrieben. In der europäischen Verkehrspolitik spielt die Telematik eine wesentliche Rolle. Mit dem Aktionsplan zur Einführung von ITS in Europa (KOM(2008) 886) oder dem Richtlinienvorschlag zur Festlegung eines Rahmens für die Einführung von ITS im Straßenverkehr (KOM(2008) 887) sind gezielte Maßnahmen, auch im Hinblick auf eine europäische ITS-Architektur, in Vorbereitung. Deutschland nimmt im Angesicht dieser Entwicklungen eine Sonderrolle ein, weil hier noch kein Orientierungsrahmen zum Aufbau einer nationalen ITS-Architektur geschaffen wurde. Dass solch ein Orientierungsrahmen anzustreben ist, wird von allen beteiligten Interessengruppen aus dem Bereich ITS gleichermaßen vertreten. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurde ein Workshop durchgeführt, der dies deutlich bestätigte. Das wesentliche Ziel dieses Forschungsprojekts bestand darin, aus den Entwicklungsprozessen und Erfahrungen in anderen Ländern und den bisherigen Erfahrungen im Inland Empfehlungen für den Aufbau einer nationalen ITS-Architektur in Deutschland abzuleiten. Dazu wurden zunächst im Rahmen einer Strukturierung Begriffsbestimmungen vorgenommen und ein Beschreibungs- und Bewertungsschema für die Analyse von ITS-Architekturen entwickelt. Ein Workshop wurde durchgeführt, um einen Eindruck über die Standpunkte der beteiligten Interessengruppen zu gewinnen und festzustellen, wie der Prozess für die Entwicklung einer nationalen ITS-Architektur in Deutschland begonnen werden könnte. Im Anschluss an diese Arbeiten wurden zum einen eine Auswahl von Beispielen für ITS-Architekturen in Deutschland und zum anderen nationale ITS-Architekturen weltweit analysiert. Aus den Analysen wurden Handlungsempfehlungen für die Entwicklung einer ITS-Architektur für Deutschland abgeleitet. Diese Empfehlungen beziehen sich zum einen auf den gesamten Prozess zur Erstellung und Fortschreibung einer nationalen ITS-Architektur und zum anderen auf die Inhalte der zu erarbeiteten Dokumente wie des nationalen ITS-Leitbilds und des nationalen ITS-Rahmenplans, der Rahmenarchitektur und der Referenzarchitekturen. Als Ergebnis dieses Forschungsprojekts wurden 40 Empfehlungen für den Aufbau einer nationalen ITS-Architektur in Deutschland formuliert.
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Qualität von on-trip Verkehrsinformationen im Straßenverkehr : BASt-Kolloquium 23. und 24.03.2011
(2011)
Am 23. und 24. März 2011 veranstaltete die Bundesanstalt fuer Straßenwesen ein, um die Ergebnisse der erwähnten Projekte und Initiativen präsentieren zu lassen und mit anderen Experten zu diskutieren. Der vorliegende Tagungsband fasst die Ergebnisse des Kolloquiums zur "Qualität von on-trip Verkehrsinformationen" zusammen. Die Bereitstellung von Verkehrsinformationen ist geprägt von vielen Akteuren. Die Wertschöpfungskette beginnt bei der Sammlung grundlegender Verkehrsdaten zur Erstellung von Verkehrsinformationen und setzt sich mit der Datenverarbeitung und -interpretation bis hin zur Meldungserstellung fort. Die Weitergabe kann über verschiedene Übertragungsmedien erfolgen und beim Nutzer (z.B. im Navigationsgerät) empfangen werden. Jeder einzelne Schritt der Wertschoepfungskette kann sowohl von unterschiedlichen Partnern (privat oder öffentlich) übernommen werden als auch in der Hand eines Partners liegen. Diese Komplexität der Zusammenarbeit spiegelt sich demzufolge auch in Qualitätsmanagementprozessen wider. Im Rahmen des Kolloquiums wurden zwei wesentliche Qualitätsaspekte näher betrachtet: - die Datenqualität mit dem Focus auf Aktualitaet, Stimmigkeit der Daten verglichen mit einer gemessenen Realitaet sowohl zu Beginn der Wertschöpfungskette als auch an jeglichen Schnittstellen, - die Prozessqualität, welche sich insbesondere mit der reibungslosen Datenübergabe an den Schnittstellen der Wertschoepfungskette beschäftigt. Beide Qualitätsaspekte helfen zu verstehen, worin die heutigen Qualitätsprobleme bestehen und welche Massnahmen im Einzelnen ergriffen werden müssten, um eine nachhaltige Verbesserung zu erreichen. Einerseits kann es vorkommen, dass die Information über ein Verkehrsereignis an einer oder mehreren Stellen der Wertschöpfungskette korrekt vorliegt, jedoch durch ungenuegende technische oder organisatorische Schnittstellen im Prozessablauf wieder verloren geht und dem Nutzer folglich nicht zur Verfügung steht. Prominentes Beispiel eines solchen Problems in der Prozessqualität ist die fehlerhafte Interpretation der Meldung im Navigationsgerät, denkbar sind solche Informationsverluste jedoch an jeder Stelle der Wertschoepfungskette. Eine wichtige Massnahme zur Verbesserung der Prozessqualität ist die Standardisierung sowie die Überprüfung, ob die definierten Standards an jeder Stelle der Wertschöpfungskette eingehalten werden. Andererseits kann es vorkommen, dass die Datenqualität in Bezug auf ihre Genauigkeit von Anfang an so schlecht ist, dass der Nutzer eine fehlerhafte oder gar keine Nachricht übermittelt bekommt. Beispiel hierfür ist die Vielzahl von Stauereignissen, die entweder nicht gesendet wurden oder gesendet wurden, obwohl sie nicht vorhanden waren. Eine wichtige Massnahme zur Verbesserung dieser Situation ist die Verbesserung der Ereignisdetektion. Der Tagungsband enthaelt Präsentationen, die den Status Quo analysieren, Methoden zur verbesserten Datenerfassung vorschlagen und Möglichkeiten zur Verbesserung von Daten- und Prozessqualität vorstellen. Offen geblieben sind darüber hinaus folgende Fragestellungen: - Wie kann die Prozessqualität der gesamten Wertschöpfungskette bei der Vielzahl der Partner kontrolliert werden? Wer überwacht die Wertschöpfungskette? Wird hierfuer überhaupt eine zentrale Stelle benötigt? Oder ist es ausreichend, wenn jeder Partner eine angemessene Eingangs bzw. Ausgangskontrolle durchführt? - Obwohl es nur eine Realität gibt, entsteht doch Wettbewerb über die (Qualität der) Information zu dieser Realität. Wie kann Konsistenz zwischen allen Anbietern von sicherheitsrelevanten Informationen erreicht werden? Wo sollte der Wettbewerb enden und wie kann dies technisch, organisatorisch und wirtschaftlich realisiert werden? - Welche Prozesse sollten geschaffen werden, um Partner zu integrieren, die sich nicht an geschaffene Qualitätsstandards halten (z.B. kommerzielle Diensteanbieter, die nicht mit der Verkehrsinformationsszene vernetzt sind)? - Und nicht zuletzt, wie kann die Wahrnehmung des Nutzers über verschiedene Qualitätslevel unterschiedlicher Produkte verbessert werden? Ist der Nutzer in der Lage, die unterschiedlichen Qualitätsstufen von Verkehrssystemen zu unterscheiden? Falls nicht, welche Art von Unterstuetzung braucht der Kunde? Ein "European Information Services Assessment Programme" vergleichbar zu Euro NCAP für Fahrzeuge? Die Ergebnisse des Kolloquiums sollen die laufende Diskussion um die Verbesserung der Qualität von Verkehrsinformationen unterstützen.