Dissertationsarbeit
zur Erlangung des Doktorgrades an der Universität für Bodenkultur in Wien Institut für Verkehrswesen Department für Raum, Landschaft und Infrastruktur

Generierung streckenbezogener Verkehrsdaten als Basis für den Einsatz in Verkehrstelematiksystemen

Verfasser: Martin Linauer Dipl.-Ing.

Kurzfassung

Aktuelle Verkehrsdaten spielen eine immer wichtigere Rolle in unserer heutigen Informationsgesellschaft besonders im Hinblick auf das weiter steigende Mobilitätsbedürfnis der Gesellschaft und den begrenzten Ressourcen der Verkehrssysteme. Dieses Bedürfnis nach Verkehrsdaten wird momentan nur unzureichend erfüllt.
Die Technologie der streckenbezogenen Verkehrsdatenerfassung, bei der einzelne Fahrzeuge im Gesamtverkehrsstrom als mobile Messflotte (Position, Zeit, momentane Geschwindigkeit) verwendet werden um aus den Fahrmustern den momentanen Verkehrszustand abzubilden, ermöglicht eine umfassende Echtzeit-Verkehrsdatenerfassung. So können durch die streckenbezogene Verkehrsdatenerfassung, für die sich in der deutschsprachigen Literatur auch der englische Begriff Floating Car Data (FCD) etabliert hat, Reisezeiten im Straßennetz und der daraus abgeleitete Verkehrszustand berechnet werden, ohne ein dichtes und kostenintensives straßenseitiges Sensornetz (Induktionsschleifen, Infrarotsensoren, Radarsensoren, etc.) aufbauen zu müssen. Durch die Bereitstellung von Reisezeiten bzw. Reisezeitprognosen im Straßenverkehr können Daten für kollektive Verkehrsbeeinflussungsanlagen sowie für individuelle Verkehrsinformationsdienste zur Verfügung gestellt werden.
In der vorliegenden Arbeit wurden zuerst Technologien zur Übertragung von Floating Car Data (FCD) an eine Datenzentrale analysiert, um durch geeignete Übertragungstechnologien hinsichtlich Technologieverfügbarkeit, Kosten, Geschwindigkeit sowie Synergien mit anderen Anwendungen verwertbare Verkehrsinformationen generieren zu können. Danach wurden verschiedene Methoden zur Generierung streckenbezogener Verkehrsdaten auf Basis der FCD Technologie analysiert und bewertet. Sie sollen einem breiten Personenkreis zugänglich und für den Massenmarkt geeignet sein sowie - wenn möglich - bereits in anderen Anwendungen und Diensten eingesetzt werden (Grenzkostenansatz). Durch geringe Investitionen in benötigte Hard- und Software sowie durch Technologieverfügbarkeit soll die Anzahl der Fahrzeuge zur FCD Verkehrsdatenerfassung in Zukunft erheblich gesteigert werden. Im Zuge der Arbeit wurden statistische Überlegungen zum erforderlichen Stichprobenumfang für die Reisezeitberechnung sowie zur Stauerkennung durchgeführt sowie in einer Fallstudie verschiedene Szenarien zur Verkehrsdatengenerierung auf dem hochrangigen Straßennetz in Österreich untersucht.
Die relevantesten Methoden zur streckenbezogenen Verkehrsdatenerfassung liegen im Bereich der Mautsysteme, der automatischen Kennzeichenerkennung, der Satellitennavigationstechnologie sowie in der Positionsbestimmung bzw. Verkehrsanalyse durch Mobilfunksysteme. Vor allem Mobilfunksysteme sind von Bedeutung, da der Ausstattungsgrad der Bevölkerung mit Mobiltelefonen in Europa sehr hoch ist und die Ortungsfunktionalität über das Mobilfunksystem durchgeführt werden kann. Es ist nur ein eingeschaltetes Mobiltelefon in einem Fahrzeug erforderlich um relevante FCD Daten zu generieren.
Im Ausblick der Arbeit werden die Themen der Datenfusion von streckenbezogenen Verkehrsdaten mit konventionellen querschnittsbezogenen Verkehrsdaten sowie weitere Anwendungsmöglichkeiten der FCD Technologie behandelt.

Abstract

Up-to-date travel data play a more and more decisive role in today’s information society, especially with respect to the enlargement of the European Union, increasing traffic rates, and a strong need for individual traffic information of road users. However, at present this need for travel data is not covered in a satisfactory way.
The track-related traffic data collection, also known as Floating Car Data (FCD), where single vehicles are traced in the global traffic flow (position, time, speed) allow the mapping of the present traffic status. This offers the possibility to gather extensive real-time information on the current traffic status (online travel times and travel time prognosis) without installing a dense and expensive network of road sensors like induction loops, infrared or radar sensors. The providing of online travel times and travel time prognosis for road traffic allows the use for public traffic control and individual traffic information services.
In the present thesis different technologies for the transmission of collected positioning data to a Traffic Information Centre are examined, to be able to generate useful traffic information out of the multitude of single FCD datasets. Moreover, different methods are analysed for the generation of real-time traffic information on the basis of Floating Car Data (FCD) technology. They should be accessible for the general public and appropriate for the mass market, and can already be used for other applications or services (marginal cost approach). Low investment costs for the required hard- and software and the availability of technology should considerably contribute to increase the FCD equipment rate in the future. The thesis discusses statistical considerations on the required sampling quantity for identifying characteristic criteria and forecast breakdowns. A case study with different scenarios for generating traffic data on the major streets in Austria was also accomplished.
The most relevant technologies on track-related traffic data collection are the road tolling systems, licence plate recognition systems, satellite navigation technologies and positioning or traffic analysis by means of cellular radio (mobile radio). Due to the high level of mobile phone equipment of the European population, and due to the fact that there is no new positioning hardware required, the latter is of special importance. Only an activated mobile phone in a vehicle is required to generate relevant data.
The outlook of the thesis gives an overview of the themes of data fusion of track-related traffic data with conventional intersection-related traffic data, as well as of further application areas of FCD technology.

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ...1
1.1 Überblick ... 1
1.2 Problemstellung ... 2
1.3 Zielsetzung ... 4
1.4 Vorgangsweise ... 4

2 Grundlagen ... 6
2.1 Straßenverkehrsinformationen ... 6
2.2 Querschnittsbezogene Verkehrsdatenerfassung ... 6
2.3 Streckenbezogene Verkehrsdatenerfassung ... 9
2.4 Einzelfahrzeug im Verkehrsablauf ... 10
2.4.1 Fahrtablauf des Einzelfahrzeuges unter kontrollierten Bedingungen ... 12
2.4.2 Fahrtablauf des Einzelfahrzeugs als stochastischer Prozess ... 12
2.5 Verkehrskenngrößen aus Einzelfahrzeugmessungen ... 13
2.5.1 Mittlere Reisezeit und mittlere Reisegeschwindigkeit ... 13
2.5.2 Beschleunigungskennwert ... 14
2.5.3 Haltezeiten ... 16
2.5.4 (Reise-) Zeitverluste ... 16

3 Internationale Analyse ... 18
3.1 Europa ... 18
3.2 Japan ... 24
3.3 USA ... 24
3.4 Erfahrungen aus den Feldversuchen ... 25
3.4.1 Datenerfassung und -übertragung ... 25
3.4.2 Modellrechnungen zur Verkehrsflussanalyse ... 28

4 Datenübertragung ... 32
4.1 Bewertungskriterien und Zielgewichtung ... 32
4.2 Übertragungstechnologien ... 33
4.2.1 Global System for Mobile Communications (GSM) ... 33
4.2.1.1 Systemkomponenten ... 34
4.2.1.1.1 Mobiltelefon ... 34
4.2.1.1.2 Basisstation Subsystem ... 34
4.2.1.1.3 Funkvermittlungssystem ... 35
4.2.1.1.4 Steuerungs- und Überwachungszentrum ... 36
4.2.1.2 Funktionsweise ... 36
4.2.1.2.1 Lokalisierungsbereich ... 37
4.2.1.2.2 Zellnummer ... 38
4.2.1.2.3 Einbuchen ... 38
4.2.1.2.4 Zellwechsel (Handover) ... 38
4.2.1.3 Leitungsvermittelter Datendienst ... 41
4.2.1.4 Kurznachrichtendienst ... 41
4.2.1.5 Netzerweiterung ... 42
4.2.1.5.1 Zellteilung ... 42
4.2.1.5.2 Zellsektorisierung ... 43
4.2.1.6 Zusammenfassung GSM ... 44
4.2.2 High Speed Circuit Switched Data (HSCSD) ... 45
4.2.3 Genaral Packet Radio Service (GPRS) ... 47
4.2.4 Enhanced Data for GSM Evolution (EDGE) ... 48
4.2.5 Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) ... 51
4.2.6 Datenfunk ... 52
4.2.7 Terrestrial Trunked Radio (TETRA) ... 53
4.2.8 Wireless Local Area Networks (WLAN) ... 55
4.2.9 Dedicated Short Range Communication (DSRC) ... 57
4.3 Protokolle und Standards ... 58
4.4 Übertragene Datenparameter (FCD, XFCD) ... 61
4.4.1 Floating Car Data (FCD) ... 61
4.4.2 Extended Floating Car Data (XFCD) ... 62
4.4.2.1 Dynamische Fahrzeuggrunddaten ... 63
4.4.2.2 Daten aus Fahrerassistenzsystemen ... 63
4.4.2.3 Konstante Fahrzeugdaten ... 63
4.4.2.4 Daten aus Navigationssystemen ... 63
4.5 Datenübertragungsmodelle ... 64
4.5.1 Echtzeit-Übertragung („online“) ... 64
4.5.2 Zeitversetzte-Übertragung („offline“) ... 64
4.5.3 Abruf-Übertragung („polling“) ... 64
4.5.4 Anlass-Übertragung („event processed“) ... 65
4.6 Fazit ... 65

5 FCD Systemvarianten ... 70
5.1 Bewertungskriterien und Zielgewichtung ... 70
5.2 Systeme mit Baken-Kommunikation ... 72
5.2.1 Lkw-Mautsystem Österreich ... 73
5.2.2 Automatische Kennzeichenerkennung ... 76
5.2.3 Elektronisches Kennzeichen (e-plate) ... 80
5.2.4 Virtuelle GSM Baken ... 82
5.2.5 Weigh in Motion ... 85
5.3 Systeme mit Mobilfunk-Kommunikation ... 85
5.3.1 Satellitennavigation ... 87
5.3.1.1 Allgemeines ... 87
5.3.1.2 GPS ... 88
5.3.1.2.1 Fehlerquellen bei der Positionsbestimmung ... 89
5.3.1.2.2 Differential GPS (DGPS) ... 95
5.3.1.2.3 Wide Area Augmentation System (WAAS) ... 96
5.3.1.2.4 Zusammenfassung GPS ... 96
5.3.1.3 GLONASS ... 98
5.3.1.4 EGNOS ... 100
5.3.1.5 GALILEO ... 102
5.3.1.6 Überblick Satellitensysteme ... 106
5.3.2 Terrestrische Ortung ... 106
5.3.2.1 Long Range Navigation (Loran-C) ... 106
5.3.2.2 Eurofix ... 109
5.3.3 Ortung in Zellularfunknetzen ... 111
5.3.3.1 Netzwerk-basierende Ortungsverfahren ... 112
5.3.3.1.1 Cell-ID Ortungsverfahren ... 112
5.3.3.1.2 Timing Advance (TA) ... 117
5.3.3.1.3 Time of Arrival (TOA) ... 118
5.3.3.1.4 Angle of Arrival (AOA) ... 120
5.3.3.2 Mobiltelefon-basierende Ortungsverfahren ... 122
5.3.3.2.1 Enhanced Observed Time Difference (E-OTD) ... 122
5.3.3.2.2 Observed Time Difference of Arrival (OTDOA) ... 123
5.3.3.2.3 Assisted GPS (A-GPS) ... 125
5.3.3.2.4 Ortung durch Zellübergangsbereiche ... 127
5.4 Fernerkundung des Verkehrsablaufes ... 132
5.5 Fazit ... 135

6 Abschätzung von FCD-Ausstattungsraten ... 148
6.1 Problemstellung und Grundbegriffe ... 148
6.2 Experteneinschätzungen ... 149
6.3 Stichprobenumfang zur Merkmalserkennung des Verkehrsflusses ... 151
6.4 Störfallerkennung des Verkehrsflusses ... 156
6.5 Fazit ... 160

7 Fallstudie ... 163
7.1 Szenarien zur Verkehrsdatengenerierung ... 163
7.2 Stichprobenumfang bei Ortung aktiver GSM Gespräche ... 168
7.3 Fazit ... 170

8 Datenschutz ... 172
8.1 Ausgangslage ... 172
8.2 Rechtliche Grundlagen ... 172
8.3 Fazit ... 174

9 Schlussfolgerungen und Ausblick ... 175
9.1 Schlussfolgerungen ... 175
9.2 Ausblick ... 177

10 Literaturverzeichnis ... 180

11 Glossar ... 189

12 Abbildungsverzeichnis ... 196

13 Tabellenverzeichnis ... 200

14 Anhang ... 203
14.1 Spezifikation Einzelleistungsinformation ... 203
14.2 Level of Service (LoS) Konzept ... 205

1 Einleitung

1.1 Überblick

Durch die ständig ansteigenden Motorisierungsgrade sowie wachsender Verkehrsleistungen kommt es zu einer erheblich gesteigerten Verkehrsnachfrage in Österreich. Besonders durch die neuen EU-Beitrittsländer in Osteuropa, durch die Österreich ins Zentrum Europas rückt, sowie durch die immer weiter fortschreitende Produktionsaufteilung in der Industrie wächst das Güterverkehrsaufkommen immer stärker an. Im Personenverkehrsaufkommen ist hier der gleiche Trend zu beobachten. Der Wunsch nach Flexibilität der Berufstätigen seitens der Wirtschaft, die geringere Arbeitszeit bei steigendem Wohlstand sowie die damit verbundene Zunahme an Freizeitaktivitäten führen zu einem immer höheren Personenverkehrsaufkommen. Dies hat zur Folge, dass die bestehenden Verkehrssysteme in Zukunft immer häufiger an ihre Leistungsgrenzen stoßen werden.
Trendberechnungen im Jahr 2000 für die Verkehrsentwicklung des motorisierten Individualverkehrs (Pkw und Motorrad) in Österreich ergeben eine Erhöhung der Verkehrsleistungen [Personen-km/Jahr und Person] um 39% bis ins Jahr 2020. Bei den Transportleistungen im Straßengüterverkehr [t-km/Jahr und Person] wird im gleichen Zeitraum eine Steigerung von 40% prognostiziert [SAMMER (2002), S. 5]. Mobilitäts-Szenarien für den Großraum Wien prognostizieren bis 2035 Wachstumsraten des motorisierten Individualverkehrs (Pkw und Motorrad) bis zu 45% im Trendszenario. Der Anteil des öffentlichen Verkehrs sinkt hingegen von 35% auf 29%. Die Summe der zurückgelegten Pkw-Kilometer eines Werktages wird im Trendszenario um ca. 90% wachsen. Im Maßnahmenszenario, das die Verkehrsentwicklung bis 2035 unter dem Aspekt einer flächendeckenden Pkw Straßenmaut sowie der intensiven Attraktivierung des öffentlichen Verkehrs betrachtet, wird immerhin noch ein Wachstum der zurückgelegten Pkw-Kilometer eines Werktages von 35% prognostiziert [SAMMER (2004), S. 39 ff].
Um ein leistungsfähiges Verkehrsnetz sicherzustellen, ist es auf Grund begrenzter Ressourcen nicht möglich, allein den Neu- und Ausbau des Straßennetzes voranzutreiben. So kann durch eine effiziente Verkehrssteuerung, vor allem aber auch durch umfangreiche Verkehrsinformation vor und während einer Fahrt, die bestehende Verkehrsinfrastruktur effizienter nutzbar gemacht werden. Dies kann beispielsweise durch ein Verkehrsmanagementsystem erreicht werden, das Informationen des Verkehrszustandes aufnimmt, verarbeitet und die Ergebnisse in Form von Empfehlungen oder Vorschriften an die Verkehrsteilnehmer weitergibt. Die Steigerung der Leistungsfähigkeit des Verkehrsflusses durch Verkehrsmanagementsysteme wird von Experten mit einer Bandbreite von 5-15% angegeben [vgl. ÖAMTC AKADEMIE (2000), S. 1; BMVBW (2002), S. 1 ff; ASFINAG (2004), S. 2].
Die benötigten Verkehrsinformationen können durch Reisezeit und Reisegeschwindigkeit bzw. aus daraus abgeleiteten Kenngrößen beschrieben werden. Beide Parameter stellen die maßgebenden Größe zur Klassifizierung der aktuellen Verkehrssituation mittels eines „Level of Service“ Konzeptes dar. Die Bestimmung der Reisezeit und der Reisegeschwindigkeit ist daher für den Betrieb von kollektiven Verkehrsbeeinflussungsanlagen als grundlegende Größe anzusehen. Die Verkehrsdaten, die für solche Systeme erforderlich sind, basieren nach dem heutigen Stand der Technik fast ausnahmslos auf querschnittsbezogenen, lokalen Messwerten. Die hierfür verwendeten Auswerteverfahren, wie etwa die dynamische Verkehrsbilanzierung, die korrelative Messtechnik oder die Betrachtung des Verkehrsstärke-Dichte Zusammenhanges [STEINAUER (2001)], die für Autobahnen und Schnellstraßen gute Ergebnisse aufweisen, sind für untergeordnete Straßennetze sowie in Ballungsräumen zu aufwendig.
Neben der konventionellen, querschnittsbezogenen Verkehrsdatenerfassung gewinnt daher die streckenbezogene Verkehrsdatenerfassung mittels Floating Car Data (FCD) Technologie, bei der einzelne Fahrzeuge im Gesamtverkehrsstrom als mobile Messflotte (Position, Zeit, Geschwindigkeit) verwendet werden um aus den Fahrmustern den momentanen Verkehrszustand abzubilden, immer mehr an Bedeutung. Das Einzelfahrzeug des Nutzers individueller Verkehrsinformationen übernimmt im Idealfall gleichzeitig als ein „im Verkehr mit schwimmendes Beobachtungsobjekt“ den Teil der Datenbereitstellung, um daraus den momentanen Verkehrszustand abzubilden. Durch die Möglichkeit dieser Systeme, Reisezeiten und Geschwindigkeiten streckenbezogen berechen zu können, wird diese Technologie für konventionelle Verkehrsbeeinflussungsanlagen immer wichtiger.
Parallel zu kollektiven Verkehrsbeeinflussungsanlagen bekommt die individuelle Verkehrsbeeinflussung und Verkehrsinformation durch private Diensteanbieter einen immer höheren Stellenwert. Der einzelne Verkehrsteilnehmer hat mit Hilfe von Verkehrstelematiksystemen die Möglichkeit, sich Bestwegempfehlungen geben zu lassen. Die beste Größe zur Beurteilung einer Verkehrslage aus der Sicht des Fahrzeuglenkers ist die Angabe einer Reisezeit sowie die Minimierung von Zeitverlusten (individuelle Nutzenmaximierung).
Die Reisezeit zwischen zwei Orten ist für den Benutzer leicht verständlich und international leicht kommunizierbar. Dies ist besonders im Hinblick auf die Schaffung eines europaweiten Verkehrsservices via Rundfunk durch das Radio Data System - Traffic Message Channel (RDS-TMC) von besonderer Bedeutung. Im UKW-Rundfunk können neben den Audio-Signalen zusätzlich in digitaler Form dynamische Verkehrsdaten übertragen werden, die mit geeigneten Empfängern (z.B. Autoradios und Navigationsgeräte) dekodiert und ausgewertet werden können.
Um Verkehrsinformationen flächendeckend generieren zu können, sind hohe Investitionen in eine herkömmliche querschnittsbezogene Datenerfassungsinfrastruktur notwendig (siehe Kapitel 7 Fallstudie, S.163 ff). Im privaten Bereich wird daher meist das Verfahren zur streckenbezogenen Verkehrsdatenerfassung mittels Floating Car Data (FCD) Technologie favorisiert.

1.2 Problemstellung

Bislang war eine Abschätzung der Reisezeiten auf Autobahnen und Schnellstraßen nur auf Basis querschnittsbezogener Messdaten möglich, die zumeist über Detektionsschleifen oder anderen Sensoren erhoben wurden. Aus den Messwerten Geschwindigkeit und Fahrzeuganzahl wurde über verschiedene Algorithmen die streckenbezogene Verkehrskenngröße Reisezeit ermittelt. Eine mathematische Modellierung des Problems ist jedoch mit Unschärfen behaftet, da aus den querschnittsbezogenen Messwerten nicht mit Sicherheit auf die Verkehrszustände im Streckenabschnitt geschlossen werden kann.
Konventionelle Erfassungsmethoden mit straßenseitigen Sensoren, die z.B. Dauerquerschnittsmessungen durchführen, sind in der Lage, Information mit hoher Genauigkeit über das Verkehrsgeschehen am Querschnitt der Messstelle bereitzustellen. Sie erlauben aber nur eine eingeschränkte Diagnose über den allgemeinen Verkehrszustand und der zu erwartenden Reisezeiten auf Linien oder Netzen. Durch Modellbildung und Simulationsrechnung kann die querschnittsbezogene Information auf Stecken ausgeweitet werden, allerdings nimmt die Aussagequalität mit dem Abstand zur Messstelle ab. Daher muss zum Erzielen eines bestimmten Qualitätsniveaus der Verkehrsinformation eine hohe Anzahl an Zählstellen bestehen bzw. geschaffen werden. Diese infrastrukturellen Voraussetzungen bedeuten jedoch einen beträchtlichen monetären Aufwand.
Ein grundlegend abweichender Ansatz wird durch die streckenbezogene Verkehrsdatenerfassung mittels Floating Car Data (FCD) Technologie ermöglicht, bei der einzelne Fahrzeuge im Gesamtverkehrsstrom als mobile Messflotte (Position, Zeit, Geschwindigkeit) verwendet werden, um aus den Fahrmustern den momentanen Verkehrszustand abzubilden. So können durch die streckenbezogene Verkehrsdatenerfassung Reisezeiten im Straßennetz und der daraus abgeleitete Verkehrszustand berechnet werden, ohne ein dichtes und kostenintensives straßenseitiges Sensornetz (Induktionsschleifen, Infrarot- Radarsensoren, etc.) aufbauen zu müssen.
Damit ist man in der Lage, ganze Netze abzubilden, wobei die Aussagequalität mit der Anzahl der FCD Fahrzeuge, die sich im Verkehrsstrom bewegen und laufend Positionsdaten liefern, steigt. Die FCD Technologie liefert keine genauen querschnittsbezogenen Informationen an bestimmten Querschnitten, sondern ein Indiz über den streckenbezogenen Verkehrszustand des Verkehrsnetzes, da die FCD-Flotte nur eine Stichprobe des gesamten Verkehrsaufkommens darstellt. Solcherart ergänzen sich die beiden Datenerfassungsmethoden. Durch die Bereitstellung von Reisezeiten bzw. Reisezeitprognosen im Straßenverkehr kann ein intermodaler Routenvergleich sowie eine intermodale Routenplanung durchgeführt werden (z.B. über Bahn, Luft, Schiff).
Die FCD Technologie ist neben privatwirtschaftlich orientierten Verkehrsinformationsdiensten auch für konventionelle Verkehrsleitsysteme im öffentlichen Interesse geeignet. Problematisch ist hier der Umgang mit dem Systemoptimum aus Sicht des Straßenerhalters (Behörde) und des Nutzeroptimum aus Sicht des Fahrzeuglenkers. Fahrzeuggenerierte Verkehrsdaten werden im Optimalfall von den Nutzern individueller Verkehrsinformationen freiwillig bereit gestellt, um wiederum neue Verkehrslageinformationen berechen zu können. Werden diese Verkehrsdaten nicht zur Berechnung seines individuellen Nutzeroptimums verwendet, kann die Bereitschaft eigene fahrzeuggenerierte Verkehrsdaten zur Verfügung zu stellen, drastisch sinken. Neben der Verkehrssteuerung und der Verkehrsinformation ist die Reisezeit auch in der Verkehrsplanung beispielsweise als Eingangs- oder Kalibrierfaktor für Verkehrs- sowie Emissionsmodelle sowie zur Staukostenberechnung ein wichtiger Kennwert. Auch für die laufende Evaluation von umgesetzten Maßnahmen der Verkehrsplanung kann die Reisezeit als Beurteilungskriterium herangezogen werden.
Derzeit wird das Prinzip der streckenbezogenen Verkehrsdatenerfassung meist nur in ihrer „analogen“ Form durch so genannte Staumelder (z.B. Ö3ver) verwendet, die in den entsprechenden Verkehrsinformationszentralen der Radiosender anrufen und einen „mündlichen“ Verkehrslagebericht durchgeben. Staus und Unfälle werden i.d.R. mehr oder weniger zeitverzögert gemeldet. Die Meldung über das Ende eines Staus in einem Straßenabschnitt ist allerdings oft mit erheblichen Verzögerungen behaftet. Der Grund dafür liegt in der Eigenschaft des Staumelders, der naturgemäß nur anruft, wenn ein Stauereignis eintritt. Die Information über die Stauauflösung kann meist nur durch aktive Rückfragen (z.B. bei der Exekutive) in Erfahrung gebracht werden. Somit fehlen oder verspäten sich die Informationen zur Verkündung über das Stauende.
Eine weitgehend flächendeckende streckenbezogene Verkehrsdatenerfassung in Österreich oder in anderen europäischen Ländern durch Einzelfahrzeuge ist derzeit aufgrund mangelnder FCD Fahrzeuge (Stichprobenumfang) und geeigneter Datengrundlagen nicht vorhanden. Die FCD Technologie stellt die Grundlage für weitere Telematikdienste wie der dynamischen Routenplanung als auch der dynamischen Navigation/Routenführung (z.B. via RDS-TMC) dar. Schätzungen für die Marktentwicklung von Kfz-Navigationsgeräten mit RDS-TMC Funktion gehen von einem europaweiten Absatz von 2,3 Mio. Stück für das Jahr 2005 bei weiter steigender Tendenz aus. Das entspricht etwa einer Ausstattungsrate von ca. 14% bei europaweit 16 Mio. Neuzulassungen pro Jahr. Bis Ende 2005 wird der Gesamtbestand an Navigationsgeräten auf insgesamt ca. 10 Mio. Stück ansteigen [NOWICKI (2002), S. 2 ff]. Durch die Ausstattung zukünftiger Navigationsgeräte mit Festplatten oder Speicherkarten können in Verbindung mit Datenübertragungssystemen Kartendaten, historische Reisezeitganglinien oder Verkehrsinformationen laufend aktualisiert werden. Gleichzeitig können die Navigationsgeräte Floating Car Daten speichern und entweder an eine Datenzentrale übertragen oder direkt zur Berechnung historischer Reisezeitganglinien für die dynamischen Routenplanung verwenden.

1.3 Zielsetzung

Das Verfahren der streckenbezogenen Verkehrsdatenerfassung durch FCD ist technisch noch wenig entwickelt. Die berechneten Reisezeiten und daraus abgeleitete Verkehrsinformationen sollen für privatwirtschaftliche Verkehrsinformations- und Telematikdienste als Kennwert für die Verkehrsplanung und Verkehrsmodelle aber auch in konventionellen Verkersleitsystemen zur Verkehrssteuerung anwendet werden können.
Ziel der Arbeit ist, die technischen sowie wirtschaftlichen Eigenschaften verschiedener Methoden zur streckenbezogenen Verkehrsdatenerfassung anhand definierter Kriterien zu untersuchen und zu bewerten. Im Zuge der Analyse wird getrennt auf die verschiedenen Ortungs- als auch Übertragungstechnologien eingegangen, da hier breite Variationsmöglichkeiten bestehen. Vor allem die verwendete Übertragungstechnologie und deren Kosten stellen einen Schlüsselfaktor für die FCD Technologie dar. Neben der technischen Machbarkeit werden auch die Kriterien Wirtschaftlichkeit und Technologieverfügbarkeit untersucht. Synergien mit bereits bestehenden Systemen, mit denen prinzipiell Floating Car Daten erzeugt werden können, deren eigentlicher Zweck aber verschiedene andere Aufgaben erfüllt, werden ebenfalls untersucht und bewertet (Grenzkostenansatz). Die Verkehrsdatengenerierung durch FCD erfordert einen Mindeststichprobenumfang (Anzahl an Floating Cars), um gesicherte Aussagen über das Verkehrsgeschehen machen zu können. Durch geringe Investitionen in benötigte Hard- und Software, durch Synergieeffekte mit anderen Anwendungen sowie durch Technologieverfügbarkeit soll die FCD Ausstattungsrate¹ (Stichprobenumfang) in Zukunft erheblich gesteigert werden. Anhand der Ergebnisse einer Nutzwertanalyse werden die aussichtsreichsten Technologien und Verfahren zur möglichst schnellen und flächendeckenden streckenbezogenen Verkehrsdatenerfassung analysiert und empfohlen.
Im Zuge der Arbeit werden auch exemplarische Szenario-Berechnungen über die benötigten Ausstattungsraten der Floating Car Daten Flotten bei unterschiedlichen Technologieeinsatz erarbeitet.

1.4 Vorgangsweise

Zu Beginn der vorliegenden Arbeit werden in Kapitel 2 die theoretischen Grundlagen der streckenbezogenen Verkehrsdatengenerierung erläutert. Im Besonderen wird auf die Definition der Straßenverkehrsinformation, der stationären (querschnittsbezogen) sowie der fahrzeugbasierten (streckenbezogenen) Verkehrsdatenerfassung als auch auf die Verkehrskenngrößen aus Einzelfahrzeugmessungen eingegangen.
In Kapitel 3 wird eine internationale Analyse in Bezug auf die Floating Car Data Technologie und deren Anwendungen mit Schwerpunkt Europa, Japan und USA durchgeführt. Nachfolgend wird auf die Erfahrungen bereits durchgeführter Feldversuche oder Projekte näher eingegangen.
Kapitel 4 widmet sich der Beurteilung von verschiedenen Technologien zur FCD Datenübertragung anhand definierter Kriterien und anschließender Nutzwertanalyse. Im Besonderen wird auf die GSM Mobilfunktechnologie eingegangen, da sie eine der wichtigsten Schlüsseltechnologie zur streckenbezogenen Verkehrsdatenerfassung darstellt. Weiters werden erforderliche Datenparameter, Protokolle und Standards sowie verschiedene FCD Übertragungsmodelle (Online, offline, Polling, etc.) behandelt.
Mögliche Methoden zur streckenbezogenen Verkehrsdatenerfassung, gegliedert nach Systemen mit Baken-Kommunikation bzw. Mobilfunk-Kommunikation werden in Kapitel 5 erörtert. Es erfolgt eine Beurteilung der unterschiedlichen Methoden und Technologien mit anschließender Nutzwertanalyse. Hauptaugenmerk der Technologieanalyse liegt im Bereich der Mautsysteme, der automatischen Fahrzeug- und Kennzeichenerkennung, in der Satellitennavigation sowie der Positionsbestimmung bzw. Verkehrsanalyse durch Zellularfunk (Mobilfunk).
In Kapitel 6 werden Untersuchungen zur benötigten FCD Ausstattungsrate durchgeführt. Im Detail werden Ansätze für die Dimensionierung der Ausstattungsrate zur Merkmalserkennung als auch zur Störfallerkennung beschrieben und Abschätzungen über erforderliche FCD Stichprobenumfänge durchgeführt.
In Kapitel 7 ist ein Kostenvergleich für unterschiedliche Methoden der Verkehrsdatenerfassung auf den österreichischen Hauptstraßen (10.000 km) sowie auf den Autobahnen und Schnellstraßen (2.000 km) angeführt (Fallstudie).
Ausgewählte juristische Aspekte hinsichtlich Datenschutz und der FCD Nutzung werden in Kapitel 8 behandelt. Es wird auf die europäischen und österreichischen juristischen Grundlagen und deren Interpretation eingegangen.
Die Schlussfolgerungen dieser Arbeit werden in Kapitel 9 zusammengefasst. Im Abschnitt Ausblick werden Empfehlungen für den weiteren Forschungsbedarf hinsichtlich der FCD Technologie behandelt.

[...]

1 Als Ausstattungsrate AFCD definiert sich das Verhältnis zwischen Anzahl an FCD Fahrzeugen qFCD (Stichprobenumfang) zur Grundgesamtheit der Kfz q, die einen bestimmten Streckenabschnitt je Zeiteinheit passieren, angegeben in Prozent (siehe Gleichung 6.1 1, Seite 148).