SIEMENS

Weltweit startet die Luftfahrt durch – die Passagierzahlen nehmen pro Jahr um fünf bis sechs Prozent zu. In Delhi wurde 2010 das dritte Terminal des Indira-Gandhi-Flughafens in Betrieb genommen. 2011 landete in Frankfurt das erste Flugzeug auf der neuen vierten Bahn des wichtigsten deutschen Verkehrsknotenpunkts. Und auch in den USA wird weiter investiert: So wird 2012 der internationale Flughafen in Los Angeles, mit jährlich 60 Millionen Passagieren der sechstgrößte Airport der Welt, wesentlich erweitert. Die Mobilität von Menschen und Gütern steigt aber auch auf Straßen, Schienen und Ozeanen. So rechnet das Internationale Transportforum im Zeitraum 2000 bis 2050 mit einer weltweiten Zunahme des Passagierverkehrs um das Drei- bis Vierfache über alle Transportmittel hinweg, und auch der Güterverkehr soll in derselben Zeit um den Faktor 2,5 bis 3,5 steigen. Vor allem in den großen Städten ist der enorme Verkehrszuwachs deutlich zu spüren. Sie sind Verursacher und Leidtragende zugleich. Für rund 80 Prozent der Weltwirtschaftsleistung verantwortlich, sind sie die Knotenpunkte im globalen Mobilitätsnetz für Menschen und Güter. Hier gilt dasselbe wie beim Datenaustausch im Internet: Den Knoten kommt die entscheidende Rolle für die Stabilität des Gesamtnetzes zu. Das haben die Städte auch erkannt: In einer vor einigen Jahren von Siemens in Auftrag gegebenen Umfrage unter mehr als 500 Bürgermeistern und Experten internationaler Kommunen wird die Verkehrsinfrastruktur als bei weitem wichtigster Faktor definiert, um als Standort attraktiv zu bleiben.

140 Ideen für künftige Drehkreuze. Muss also das Straßen- und Schienennetz immer weiter ausgebaut werden? Die Verkehrsexperten der Städte setzen in der Umfrage andere Prioritäten: Sie wollen vor allem die existierende Infrastruktur besser nutzen – das sei billiger und ökologisch sinnvoller. Dieser Lösungsansatz steht auch im Zentrum der Zukunftsszenarien und des Ideenwettbewerbs „Future of Hubs“, den die Siemens-Division Mobility and Logistics veranstaltet hat. „140 Ideen haben unsere Mitarbeiter eingereicht“, berichtet Huschke Diekmann, Initiator des Projektes. Die neuen Konzepte wurden auf einer Intranetplattform von Kollegen begutachtet und kommentiert. Gemeinsamer Nenner der am besten bewerteten Ideen: In der Vernetzung der einzelnen Verkehrsträger liegt besonderes Potenzial. Ganz oben auf dem Siegertreppchen stand das Projekt „Intermodale Passagier-Informationsplattform“. Verkehrsträgerübergreifend sollen alle Informationen für eine Stadt in einer Software-Lösung verknüpft werden. Alle Fahrpläne der öffentlichen Verkehrsmittel wären genauso verfügbar wie die Situation auf den Straßen. Damit wäre es möglich, eine App anzubieten, mit der man seine Route von Haustür zu Haustür nicht nur planen kann, sondern die permanent in Echtzeit alle Alternativrouten prüft und die beste Route empfiehlt. Einen ersten Prototypen präsentierte Siemens Ende 2011 auf dem sechsten Nationalen IT-Gipfel in München. Dabei wurde ein „intermodal“ reisender Geschäftsmann vorgestellt, der wegen eines Verkehrsstaus vom Auto auf den Zug und einen Elektroroller umgeleitet und schließlich zu Fuß bis zum Ziel navigiert wurde – alles organisiert via Internet und Smartphone.

Der zweite Platz ging an die Idee vom „intermodalen Güterverkehr“. Bislang dauert es bis zu zwölf Stunden, um einen mit Containern beladenen Güterzug zu entladen: Erst müssen die Waggons von der Elektrolok abgekoppelt und per Diesellok auf ein oberleitungsfreies Gleis geschoben werden. Ein Portalkran lädt die Container dann einzeln auf Lkw um. Stattdessen, so die Siemens-Erfinder, könnte man mit einer wesentlich einfacheren und leichteren Entladebrücke arbeiten und über ein Parallelgleis nach dem Prinzip eines Förderbandes die Container zu- und abführen – alles unter der Oberleitung. In weniger als zwei Stunden wäre der komplette Güterzug umgeladen und könnte seine Fahrt fortsetzen. Mit einer ähnlichen Technik könnten in Seehäfen die Container direkt vom Schiff auf die Schiene verladen werden. Intelligente Container könnten im Güterverkehr der Zukunft eine Schlüsselrolle spielen. Sie geben Informationen über ihren Bestimmungsort und den Anliefertermin automatisch an die Logistik-IT weiter.

Ein Leitstand für alle. Noch größere Potenziale soll das vom deutschen Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderte Forschungsprojekt „Total Airport Management Suite“ (TAMS) erschließen. Siemens arbeitete als Projektführer mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, dem Flughafen Stuttgart und weiteren Industriepartnern in dem Vorhaben zusammen, das Anfang 2012 abgeschlossen wurde. Die Grundidee hinter TAMS ist simpel. Die Kapazität eines Flughafens hängt entscheidend davon ab, wie viele Flugbewegungen die Start- und Landebahnen vertragen. Darauf sind der Flugplan und alle anderen Teilsysteme abgestimmt: Wann betankt oder Gepäck verladen wird, wie gut die Passkontrollen besetzt sind, an welchen Flugsteigen die Maschinen andocken und wo das Catering hingebracht wird. Allerdings werden diese und weitere Arbeiten meist von unabhängigen Dienstleistern erbracht. Jeder Akteur steuert seine Einsatzkräfte zwar nach einem abgestimmten Plan, aber von einer eigenen Zentrale aus. Wie in einem Räderwerk greift ein Zahnrad ins andere – so lange, bis eine größere Störung, etwa plötzlicher Schneefall, auftritt. Da die IT-Systeme der Dienstleister bislang bestenfalls über eine gemeinsame Datenbank verknüpft sind, müssen Alternativpläne zeitaufwändig von den Einsatzleitern abgestimmt werden. Kommt das Automatisierungssystem TAMS zum Einsatz, dann sitzen alle Dienstleister in einem Leitstand, von dem aus der gesamte Flughafen gesteuert wird. Die IT-Systeme der einzelnen Akteure sind so miteinander verbunden, dass die Mitarbeiter mit integrierten Assistenzfunktionen bei der Entscheidungsfindung unterstützt werden.

„Bei Flughäfen, die an der Kapazitätsgrenze arbeiten, kann TAMS etwa zehn Prozent mehr Flugbewegungen pro Stunde ermöglichen“, schätzt Dr. Christoph Meier, in der Division Mobility and Logistics für die Flughafen-IT verantwortlich, auf Basis der bei der DLR in Braunschweig durchgeführten Simulationen. Auch auf die CO₂-Emissionen hat TAMS einen positiven Einfluss. Denn die Einbindung der Flugsicherung führt dazu, dass jedes Flugzeug erst dann zum Startpunkt rollt, wenn es kurze Zeit danach auch wirklich abheben kann. Die Warteschlangen vor den Startbahnen werden fast vollständig eliminiert – und damit der unnütze Kerosinverbrauch. Da Entscheidungen der Flugsicherung, beispielsweise die Anflugrichtung zu ändern, nicht mehr überraschend über alle anderen Akteure hereinbrechen, steigt gleichzeitig die Pünktlichkeit um bis zu 20 Prozent. Für Fluglinien bedeutet dies einen handfesten wirtschaftlichen Vorteil. Die europäische Luftsicherheitsbehörde Eurocontrol schätzt die Kosten aller Verspätungen in Europa auf bis zu einer Milliarde Euro pro Jahr. Die Ergebnisse des Forschungsprojektes sind so ermutigend, dass Siemens TAMS noch 2012 als Produkt anbieten will. Flughäfen können dann die komplette Software-Architektur, aber auch den zentralen Leitstand bei Siemens kaufen. Aus Sicht des PassAlgiers ist es entscheidend, nicht nur pünktlich zu landen, sondern auch schnell in die Innenstadt zu gelangen. Vor Ort muss er allerdings oft erkennen, dass die Verkehrsinfrastruktur nicht mit dem Wirtschaftswachstum großer Städte Schritt halten kann. Insbesondere wenn er ins Taxi steigt. Die Durchschnittsgeschwindigkeit beträgt im Berufsverkehr in vielen Metropolen weniger als 20 Kilometer pro Stunde.

Eine Standardlösung hält Technologiestratege Diekmann nicht für sinnvoll: „Jede Stadt ist individuell“. Es gilt mehrere Dutzend Parameter gleichzeitig zu optimieren – dazu gehören Staulängen genauso wie Emissionswerte. Wichtig ist, erst einmal Basisdaten zu besitzen. Erhoben und verarbeitet werden sie für den Straßenverkehr durch Verkehrsleitsysteme, wie sie Siemens bereits in mehr als 1.000 Städten installiert hat. Eine der modernsten Verkehrsleitzentralen hat Siemens 2005 in Berlin in Betrieb genommen. Mit Hilfe von fast 2.000 Sensoren, meist Induktionsschleifen in der Asphaltdecke, aber auch Videokameras, wird der Verkehrsfluss im gesamten Stadtgebiet überwacht. Mehr als 1.700 Ampelanlagen und 300 Schilderbrücken können vollautomatisch von der Leitzentrale aus verkehrs- und tageszeitenabhängig gesteuert werden. Aber selbst solche Hightech-Anlagen lassen sich mit moderner Regelungstechnik noch verbessern.

Intuitiv entscheiden. Probeweise hat Dr. Georg von Wichert, Automatisierungsexperte bei Siemens Corporate Technology, die Berliner Verkehrsdaten aus vier Wochen in ein von ihm entwickeltes kognitives Software-System einfließen lassen. „Kognitiv“, erläutert Wichert, „bedeutet in diesem Fall, dass das System sich selbst ein Modell des städtischen Verkehrsgeschehens baut und dann auf dieser Basis seine Entscheidungen trifft.“ Anders formuliert: Das System stützt seine Bewertung der Verkehrslage nicht auf einzelne Sensormessungen und den Zustand einzelner Straßen. Es wertet die Sensoren im Gesamtkontext der Stadt aus und „erkennt“ so die Gesamtsituation. Eine Form der Intelligenz, die der Mensch intuitiv besitzt, weshalb die Umschaltung unter den mehreren Dutzend vorhandener Programme in der Leitzentrale heute noch durch das Bedienpersonal erfolgt. Der Vorteil des kognitiven Systems besteht darin, dass es unzählige Daten parallel beobachten kann und dadurch Abweichungen gegenüber normalen Staumustern schneller erkennt als der Mensch. Allerdings muss eine modellbasierte Regelung zunächst mit den vorhandenen Daten trainiert werden. Nach der Lernphase stand fest: Der normale Verkehrsfluss und regelmäßige entstehende Staus sind sehr gut prognostizierbar. Sonderfälle, die etwa durch Kurzzeitbaustellen oder Unfälle entstehen, können sicher detektiert werden. Damit könnte man in einem ersten Schritt ein Assistenzsystem realisieren und so das Leitstellenpersonal dabei unterstützen, das beste Steuerungsprogramm für die Ampelschaltungen auszuwählen.

Weiteren Charme besitzt das kognitive System, weil es lernfähig ist. „Man könnte in einem nächsten Schritt winzige Parametervariationen erzeugen“, so Wichert, „um die Reaktion des Gesamtsystems zu testen und so die Steuerungsprogramme in vielen kleinen Schritten optimieren, ohne dabei den Verkehr zu stören.“ Um wie viel der Verkehr in Großstädten wie Berlin mit Hilfe kognitiver Systeme flüssiger würde, ließe sich zwar erst mit großflächigen Tests herausfinden. Der Siemens-Forscher ist allerdings überzeugt, dass selbstlernende, modellbasierte Regelungen bei komplexen Situationen dem menschlichen Regler in der Leitzentrale überlegen sind. Dass in Zukunft nicht nur der Autoverkehr automatisch geregelt werden muss, glaubt auch Diekmann. In den kommenden zehn Jahren, prognostiziert er, werden die Leitzentralen für den Straßenverkehr, für den öffentlichen Personennahverkehr und sogar die Einsatzzentralen von Kurier- und Frachtdiensten miteinander verbunden. „Dann erst“, so Diekmann, „besitzt eine Stadt ein Nervensystem, das eine umfassende Verkehrssteuerung ermöglicht“.

Wenn kognitive Intelligenz durchgängig für die Steuerung aller Verkehrsträger und -knotenpunkte eingesetzt würde, dann könnte er wahr werden, der Traum von der Super-Mobilitäts-App. Die würde dann so funktionieren: Der Reisende gibt einen beliebigen Zielort auf der Welt ein und die App schlägt zum Beispiel drei Reisevarianten vor, verkehrsträgerübergreifend jeweils am Optimum für Reisezeit, Kosten oder CO₂-Emissionen orientiert. Nicht nach theoretischen Fahrplänen, sondern anhand der prognostizierten Verkehrssituation. Ändert sich die während der Reise, passt sich der Routenvorschlag in Echtzeit an.