SIEMENS

Houston, Texas. Ein schwerer Sturm naht, Überflutungen drohen. Die Evakuierung ist in vollem Gange. Von Chaos dennoch keine Spur: Unter dem bedrohlich grauen Himmel strömt der Verkehr gleichmäßig aus der Stadt. Ab und zu saust ein Krankenwagen oder ein Polizeifahrzeug in einem rot-blauen Lichtschleier vorbei. Wie durch Zauberhand wechseln die Ampeln an den Kreuzungen auf Grün, wenn sich ein Einsatzfahrzeug nähert. Alles läuft nach Plan. Niemand möchte noch einmal den Albtraum erleben, den Hurrikan Ike 2008 hier verursacht hat.

In so einem Szenario funktioniert das wunderbar, aber kann eine derart große Metropolregion auch in der Realität problemlos evakuiert werden? Harris County, ein 4.500 Quadratkilometer großes Gebiet mit über vier Millionen Einwohnern, das den Großraum Houston einschließt, ist der Bezirk mit der drittgrößten Bevölkerungszahl in den USA. Derzeit wird dort ein Pilotplan eingeführt, der den Weg für eine revolutionäre Verkehrssteuerung ebnen könnte – nicht nur für den Südosten von Texas, sondern für die gesamten USA.

Die Experten setzen dabei auf Technologien, die derzeit im Rahmen eines vom US-Verkehrsministerium aufgesetzten Programms namens IntelliDrive entwickelt werden. Das ist eine Forschungsinitiative mit dem Ziel, Fahrzeuge, Verkehrsmanagementsysteme und mobile Geräte zuverlässig miteinander zu vernetzen. Siemens spielt dabei als Marktführer für Verkehrsmanagementsysteme in den USA und Lieferant der Autoindustrie eine wichtige Rolle.

Während der ersten Phase, die bereits weitgehend abgeschlossen ist, stattete die Einheit Intelligent Traffic Solutions (ITS) der Siemens Mobility Division mit Sitz in Austin, Texas, rund 400 Kreuzungen in Harris County mit einer einfachen und kostengünstigen Ampelsteuerung aus. Dieses System schätzt die Anzahl der auf die Kreuzung zufahrenden Autos und steuert die Ampelphasen entsprechend, so dass die stärker befahrenen Straßen längere Grünphasen bekommen. Dabei verwendet diese Lösung an den Kreuzungen nur einen Linux-basierten Computer, eine Antenne und ein Funklesegerät. Der Clou: Das System zapft für seine Schätzung die anonymen Adressen der Mobiltelefone in den Autos nahe der Kreuzung an.

„Für eine Studie wurde unser Pilotsystem in den Ampelkästen installiert, in denen sich bereits die Lesegeräte für Mautplaketten in Houston befinden. Während dieser Testphase haben wir herausgefunden, dass die Fahrzeitschätzungen unseres Systems mit der Realität hervorragend übereinstimmen – ganz ohne die teuren Anlagen der Mautsysteme“, erklärt David Miller, Innovationsmanager bei Siemens ITS. „Schon wenige Autos mit angeschalteten Smartphones genügen, um sehr genaue Schätzungen zu Verkehrsdichte und Geschwindigkeit abzugeben.“

Die Informationen der Mobiltelefone sammelt ein spezielles System, das mit Förderung durch das Verkehrsministerium vom Verkehrsinstitut der Texas A&M University entwickelt wurde. Die Software dazu stammt von Siemens Corporate Technology (CT) in Princeton, New Jersey. Die Signalsteuerungen von Siemens, die an den Kreuzungen installiert sind, schätzen dann in Echtzeit die Zahl der herannahenden Fahrzeuge und ihre Geschwindigkeiten. Die Daten werden auch auf digitalen Straßenkarten abgebildet, die von den Fahrern über ihre Smartphones aufgerufen werden können. Im Falle einer Evakuierung könnte jeder Fahrer mit Hilfe dieser Lösung die Route mit der kürzesten Reisezeit wählen. Damit spart er auch Kraftstoff, der in einem Katastrophenfall schnell knapp werden kann. Gleichzeitig würde so der Verkehr gleichmäßiger verteilt, anstatt konzentriert auf den stauanfälligen Evakuierungswegen zu verlaufen.

Verkehrssteuerung etwas anders. Darüber hinaus wurden die Ampelsteuerungen von Siemens in weiten Teilen von Harris County mit Glasfaserkabeln vernetzt und mit dem Transtar-Zentrum für Notfallmanagement in Houston verbunden. Server und Software des Zentrums stammen ebenfalls von Siemens. „Im Extremfall können die Ampelschaltungen und die Verkehrsflüsse in der ganzen Stadt mit dieser Technik an die speziellen Bedürfnisse in einer Gefahrensituation angepasst werden. Das ist ein klassisches Beispiel für kollektive Intelligenz: Es werden riesige Datenmengen gesammelt, um letztlich neue Dienstleistungen zu ermöglichen“, erklärt Justinian Rosca, der das Projektteam zur Software-Integration in Princeton leitet und gemeinsam mit David Miller bereits eine Reihe von Patenten auf diesem Feld angemeldet hat.

Der nächste Schritt des Pilotplans steht schon bevor: Sobald die Mittel dafür bewilligt sind, will Harris County seine rund 2.000 öffentlichen Fahrzeuge – von Krankenwagen über Polizei- und Feuerwehrautos bis zu Bussen – mit GPS-Geräten ausstatten, die mit der neu installierten Leittechnik an den Kreuzungen auf einer einheitlichen Frequenz kommunizieren können. „Bei Hurrikan Ike haben wir schmerzhaft zu spüren bekommen, dass die Kommunikationssysteme der einzelnen Bezirke nicht kompatibel waren“, erklärt Miller. „Doch kompatible Geräte würden die Koordination von Evakuierungsmaßnahmen deutlich verbessern.“ Ein Schritt in diese Richtung ist die Einführung eines Kommunikationsstandards im 5,9-GHz-Band durch die zuständige Behörde im Rahmen des IntelliDrive-Programms. Auf dieser Frequenz soll eine schnelle Datenübertragung zwischen den Fahrzeugen und zwischen Fahrzeugen und der Infrastruktur stattfinden. Erst ein solches Kommunikationssystem für kurze Reichweiten macht standardisierte Bordgeräte für Einsatzfahrzeuge möglich. „Es hat eine Reichweite von über 400 Metern. Über Funk sendet es seine GPS-Position an das Kreuzungsleitsystem und signalisiert, dass dem herannahenden Fahrzeug Vorrang gewährt werden soll“, erklärt Miller. „Das System registriert, woher das Einsatzfahrzeug kommt und wie schnell es sich der Kreuzung nähert. Daraus errechnet es den Zeitpunkt der für eine freie Fahrt notwendigen Grünphase.“ Die neue Lösung wird nicht nur sicherstellen, dass die Kommunikationsgeräte der Einsatzfahrzeuge mit der festen Infrastruktur kompatibel sind – auch ihre Fahrzeiten werden sich verkürzen, und das Unfallrisiko an Kreuzungen wird sinken. Siemens entwickelt ein solches System derzeit zu Forschungszwecken für das Verkehrsministerium. Wird es genehmigt, kommt es auf die „Liste qualifizierter Produkte“ des Ministeriums und wird umfangreichen Tests unterzogen, bevor es schließlich zur Markteinführung freigegeben wird.

Nach der Zerstörung, die Houston durch Hurrikan Ike erlebt hat, kann man gut verstehen, warum sich die Stadt bestmöglich auf künftige Naturkatastrophen vorbereiten will. Aber warum hat sich das bundesweit zuständige US-Verkehrsministerium des IntelliDrive-Konzepts angenommen? „In den vergangenen 60 Jahren war es die Philosophie der USA, immer mehr Straßen zu bauen“, sagt Christy Peebles, Leiterin von Siemens ITS in Austin. „Aber nun bekommen die Städte Platzprobleme und sie müssen Luftverschmutzung und Lärm reduzieren und vor allem die Verkehrssicherheit verbessern. All dies lässt sich mit dem IntelliDrive-Konzept erreichen, wenn es US-weit eingesetzt wird. Die Technologien von ITS sind dafür wie geschaffen.“

Peebles erklärt, dass bereits heute Sensoren zwischen Fahrzeugen zur automatischen Erfassung der Sicherheitsabstände helfen, Unfälle zu vermeiden – vor allem in Situationen, in denen Menschen nicht schnell genug reagieren können. „Die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Verkehrsinfrastruktur, wie der Ampelsteuerung, ist ein noch fehlendes Teil im Puzzle“, sagt sie. „Damit könnten Zusammenstöße an Kreuzungen drastisch reduziert, Verkehrsflüsse optimiert und der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden. Die Automobilhersteller sind interessiert, weil die neuen Sicherheitslösungen neue Nachfrage schaffen können. Und sie treiben die Entwicklung über das Verkehrsministerium voran.“

Siemens ist ausgezeichnet aufgestellt, um die hierfür nötigen Lösungen anzubieten. Gemeinsam mit BMW und dem kalifornischen Verkehrsministerium hat das Unternehmen beispielsweise im Oktober 2009 – unterstützt durch CT-Teams aus Princeton und Wien – einen Feldversuch mit einem kurzreichweitigen Kommunikationssystem im kalifornischen Palm Desert durchgeführt. Die gesamte Technik für die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Infrastruktur – also Ampelsteuerung, Software, Funkgeräte im Auto und Meldungssystem – stammte von Siemens.

Dabei wurde durch das System kontinuierlich der Abstand zwischen einem 7er BMW und der Ampel ermittelt. „Als wir uns der Kreuzung näherten“, erinnert sich Miller, „konnten wir die Ampelschaltung auf dem Armaturenbrett als Countdown verfolgen: ‚Es ist Grün, aber in fünf, vier, drei, zwei, einer Sekunde ist Rot‘.“ Da das Fahrzeug und die Ampelschaltung in Echtzeit kommunizierten, wusste das Auto, dass es nicht mehr über die Ampel fahren konnte. Deshalb schaltete es seinen Motor im richtigen Augenblick aus, um Energie zu sparen, und speiste die Bremsenergie in die Batterie. „Darüber hinaus beeinflusste das Ampelsignal sogar die Innenraumtemperatur, weil energiehungrige Systeme während der Wartezeit heruntergefahren wurden“, fährt Miller fort. „Zwei Sekunden, bevor die Ampel auf Grün wechselte, schaltete die Steuerungsanlage den Motor wieder ein.“

Das Resultat: Neben der optimalen Verkehrsbeeinflussung sparte das Testfahrzeug mit Hilfe der in Palm Desert eingesetzten Technik bis zu 15 Prozent Kraftstoff. Doch ein breiter Einsatz brächte noch weitere Vorteile. Jedes Jahr werden tausende Menschen bei Unfällen getötet oder schwer verletzt, wenn Autos über eine rote Ampel fahren und mit anderen kollidieren. Würde die Kommunikation zwischen Ampel und Fahrzeug zum Standard, könnte es zu solchen Unfällen praktisch gar nicht mehr kommen. „Wenn beispielsweise eine Ampel in den nächsten Sekunden auf Rot schaltet und sich ein Auto mit hoher Geschwindigkeit nähert“, erklärt Peebles, „dann würden die intelligenten Kreuzungssysteme von morgen darauf reagieren. Entweder sie zwingen das Auto anzuhalten, oder sie verlängern ihre Grünphase und lassen es durchfahren, wie sie es auch bei einem Rettungswagen tun würden.“

Freie Fahrt im Voraus. Ein Big-Brother-Szenario? Vielleicht. Doch Peebles weist auf die Vorteile hin: „Ich fände es beruhigend zu wissen, dass die Kinder sicherer zur Schule kommen. Die Ampelphasensteuerung ist eine von vielen Lösungen, mit denen IntelliDrive und Siemens-Technik den Straßenverkehr unterstützen können.“ Vernetzt man etwa die Systeme in einem Stadtgebiet, kann diese Technologie dafür sorgen, dass Einsatzfahrzeuge in kürzester Zeit und auf dem kürzesten Weg an ihr Ziel kommen. Das System kennt die Route, die Krankenwagen, Polizeioder Feuerwehrfahrzeuge nehmen werden. Es sorgt dann im Voraus für freie Fahrt. Laut Peebles ist das sicherer für alle, „denn es gibt heute viele Unfälle bei Einsatzfahrten.“

Im normalen Alltag könnte die Technologie auch Busfahrern dabei helfen, ihre Fahrpläne einzuhalten. Die Infrastruktur würde erkennen, ob ein Bus Verspätung hat und bei Bedarf für mehr grüne Ampeln sorgen, um die Zeit wieder aufzuholen. Dies würde auch die öffentlichen Verkehrsmittel attraktiver machen und damit die Fahrgastzahlen ansteigen lassen.

Eines der größten Argumente für die IntelliDrive-Technologie ist jedoch die Bedeutung für den Individualverkehr. „Stellen Sie sich vor, Sie sind allein auf der Straße“, schwärmt Miller. „Wenn Ihr Auto dann mit dem richtigen Gerät ausgestattet ist und keine Einsatzfahrzeuge oder Busse auf Ihrer Route unterwegs sind, wird die Ampel nur für Sie auf Grün schalten.“ Natürlich gilt das Gleiche für Fußgänger und Radfahrer, die ein Gerät mit IntelliDrive bei sich haben. Sie würden außerdem davon profitieren, dass sie in Fahrzeugen mit IntelliDrive elektronisch sichtbar sind – ein weiterer Vorteil in punkto Sicherheit.

„Ich denke, das alles wird nicht mehr lange auf sich warten lassen“, ist sich Miller sicher. „Sobald die Bordgeräte erhältlich sind und die Verkehrsteilnehmer die Vorteile einer grünen Welle spüren, wird sich diese Technik durchsetzen. Sie wird den Verkehr sicherer machen. Sie wird Kraftstoff sparen helfen. Und mit Software- Upgrades könnten später weitere attraktive Dienste angeboten werden, zum Beispiel eine Parkplatzreservierung zu flexiblen Preisen, die von der Tageszeit und von Veranstaltungen abhängig sind.“

Überzeugend wird laut Miller auch die Auswirkung auf die Verkehrsdynamik sein. „Sobald Autos über eine derartige Ampelsignalsteuerung verfügen, werden sie sich auf bestimmten Routen sammeln – und zwar auf denen, die laut Navigationssystem schneller sind als andere. Und das wird dann zur selbsterfüllenden Prophezeiung: Denn wenn eine Ampel einen Fahrzeug-Tross auf sich zukommen sieht, wird sie automatisch auf Grün schalten. Das könnte der erste Schritt in Richtung automatisches Fahren sein: Das System vermittelt den Autos, welche Route die beste sein könnte – die Autos formieren sich, und im Kollektiv beeinflussen sie dann die Ampelphasen. Irgendwann werden wir auch aufs Lenken verzichten können!“

Ein solches Szenario wird zwar noch einige Zeit auf sich warten lassen, doch die IntelliDrive-Technologie könnte schon bald Städten wie Houston dabei helfen, möglichst ohne Verkehrs-Chaos, Staus und Unfälle auf die Wirbelstürme von morgen zu reagieren.