Intelligente Verkehrsinformationen werden sowohl während der Fahrt, als auch vor Fahrtantritt für den Kraftfahrzeugfahrer immer mehr von Bedeutung. Für eine zielführend wirksame Verkehrsbeeinflussung ist die Ermittlung des aktuellen Verkehrszustandes eine notwendige Bedingung. Mittlerweile gibt es dafür rund ein Dutzend verschiedener Verkehrsdatenerfas-sungseinrichtungen, deren Aufgabe es ist, rund um die Uhr aktuelle Verkehrsdaten schnell, revisionssicher sowie verlässlich bereitzustellen. Aufgrund hoher Kosten für Herstellung und Wartung, sowie vor allem der Störanfälligkeit vorhandener Systeme, wird versucht, eine neu-artige Verkehrsdatenerfassung zu entwickeln. Die gerade im letzten Jahr auf dem Gebiet der Elektronik und Nahfeldübertragung erzielten Fortschritte haben die betriebs- und verkehrs-technischen Möglichkeiten und den Anwendungsbereich für die Verkehrsdatenerfassung erheblich erleichtert. Die Radio Frequency Identification (RFID) Technologie könnte bisherige Messverfahren nachhaltig verändern. Nicht zuletzt muss beachtet werden, dass die Technologie vieler derzeit verwendeter Verkehrsdatenerfassungssysteme schon mehrere Jahrzehnte im Einsatz ist.
Ein Ziel dieser Diplomarbeit ist, einen umfassenden Überblick über verfügbare Verkehrsdatenerfassungssysteme zu schaffen. Es soll eine Klassifizierung der Technologien durchgeführt werden, um diese entsprechend ihres Dienstcharakters einteilen zu können. Zusätzlich werden alle verwendeten Systeme beschrieben und deren Eigenschaften gegenübergestellt. Eine an-schließende Stärken/Schwächen- Analyse soll versuchen Empfehlungen für unterschiedlichste Anwendungsfälle zu liefern.
Weiters gilt es zu untersuchen, inwieweit die RFID- Technologie für die Verkehrsinformationsgewinnung auf den österreichischen Autobahn- und Schnellstraßen eingesetzt werden kann. Dabei sollen typische Prozesse durch diese neue Technologie adaptiert bzw. neu entwickelt werden.
Zum Abschluss wird in einem Praxistest die Verkehrsdatenerfassungsqualität von zwei Detektionssystemen verglichen und liefert somit praktische Erfahrungswerte. Die Resultate und Erfahrungen sollen in einer abschließenden Diskussion die vorangegangen theoretischen Inputs unterstreichen.
Inhaltsverzeichnis
1. Problemstellung
2. Zusammenfassung
2.1 Deutsch
2.2 Englisch
3. Verwendete Abkürzungen
4. Einleitung
4.1 Motivation
4.2 Zieldefinition
4.3 Firmenumfeld
5. Theoretische Grundlagen Verkehrstelematik
5.1 Definition der Verkehrstelematik
5.1.1 Telematik
5.1.2 Verkehrstelematik
5.2 Aufbau des Systems
5.3 Nutzen für die Autofahrer
5.3.1 Verkehrsinformation (individuell)
5.3.2 Verkehrsbeeinflussungsanlagen (kollektiv)
5.3.3 Anwendung
6. Verkehrsdatenerfassung
6.1 Unmittelbar detektierbare Verkehrsdaten
6.1.1 Fahrzeugklassifikationen
6.1.2 Anwendungen
6.2 Möglichkeiten zur Verkehrsdatenerfassung
6.3 Lokale Daten
6.3.1 Sensorik
6.3.2 Messgrößen und Aufbereitungsmöglichkeiten
6.3.3 Zuverlässigkeit der Daten
6.4 Streckenbezogene Daten
6.4.1 Sensorik
6.4.2 Messgrößen und Aufbereitungsmöglichkeiten
6.4.3 Datenqualität
6.5 Fahrzeuggenerierte Daten (FCD)
6.5.1 Sensorik
6.5.2 Messgrößen und Aufbereitungsmöglichkeiten
6.5.3 Qualität und Zuverlässigkeit der Daten
6.5.3.1 Global Positioning System
6.5.3.2 Differential GPS
6.5.3.3 Tracking
6.5.4 Ausblick
6.6 Gemeldete Daten
6.7 Daten aus dem ruhenden Verkehr
6.7.1 Sensorik
6.7.2 Messgrößen und Aufbereitungsmöglichkeiten
6.7.3 Zuverlässigkeit der Daten
6.8 Sekundärdaten
6.9 Historische Daten
7. Verkehrsdatenerfassungseinrichtungen
7.1 Verkehrsdatenerfassung
7.2 Verkehrsdatenerfassungssysteme
7.2.1 Intrusive Sensoren
7.2.1.1 Induktive Systeme
7.2.1.1.1 Induktionsschleifen
7.2.1.1.2 Eigenschaften der Induktionsschleife
7.2.1.2 Magnetfelddetektor
7.2.1.3 Eigenschaften eines Magnetfelddetektor
7.2.1.4 Magnetometer
7.2.1.5 Weigh- In- Motion- Systeme
7.2.1.5.1 Bending plate Systeme
7.2.1.5.2 Piezoelektrik Systeme
7.2.1.5.3 Pneumatische Systeme
7.2.2 Non- intrusive Sensoren
7.2.2.1 Radar (Mikrowelle)
7.2.2.1.1 Doppler- Radar
7.2.2.1.2 FMCW- Radar
7.2.2.2 Eigenschaften des Mikrowellendetektors
7.2.2.3 Akustik
7.2.2.3.1 Passiver Schalldetektor
7.2.2.3.2 Eigenschaften des passiven Schalldetektors
7.2.2.3.3 Aktiver Schalldetektor (Ultraschall)
7.2.2.3.4 Eigenschaften des aktiven Schalldetektors (Ultraschall)
7.2.2.4 Optische Systeme
7.2.2.4.1 Infrarot
7.2.2.4.1.1 Infrarot passiv (thermisch)
7.2.2.4.1.2 Eigenschaften des passiv IR Detektors
7.2.2.4.1.3 Infrarot aktiv (IRED)
7.2.2.4.1.4 Eigenschaften des aktiv IR Detektors
7.2.2.4.2 Optische Triangulation
7.2.2.4.3 Eigenschaften Optische Triangulationsdetektoren
7.2.2.4.4 Laserscanner
7.2.2.4.5 Eigenschaften des Laserscanners
7.2.2.4.6 Videoanalyse
7.2.2.4.6.1 Grundlagen videobasierter Verkehrserfassung
7.2.2.4.6.2 Kamerastandort
7.2.2.4.6.3 Bildkalibrierung und Detektoranordnung
7.2.2.4.6.4 Fehlerquellen und Störeffekte
7.2.2.4.6.5 Bildanalyse
7.2.2.4.6.6 Andere Systeme
7.2.2.4.6.7 Eigenschaften des Videodetektors
7.2.2.4.7 Lichtschranken
7.2.2.5 Röntgen- und Gammastrahlen
7.2.2.6 Mischdetektoren
8. Radio Frequency Identification (RFID)
8.1 Allgemeines
8.2 Entwicklung
8.3 Aufbau eines RFID- Systems
8.3.1 Technische Merkmale
8.3.2 Funktionsweise und Technik der Transponder
8.3.2.1 Frequenzen
8.3.2.1.1 Frequenzbereich 100 bis 135 kHz
8.3.2.1.2 Frequenzbereich 13,56 MHz
8.3.2.1.3 Frequenzbereich 869 MHz
8.3.2.1.4 Frequenzbereich 2,45 GHz
8.3.2.1.5 Zulassungsvorschriften
8.3.2.2 Schlussfolgerung
8.3.2.3 RFID- Transpondertyp
8.3.3 Unterscheidungsmerkmale von RFID- Systemen
8.3.4 Frequenz, Reichweite und Kopplung
8.3.4.1 Close- coupling- Systeme
8.3.4.2 Remote- coupling- Systeme
8.3.4.3 Long- range- Systeme
8.3.5 Voll- und Halbduplexverfahren
8.3.6 Übertragungstechnologien
8.3.6.1 Induktive Kopplung
8.3.6.2 Funkwellen basierte Übertragung
8.3.6.3 Interoperabilität von Identsystemen
8.4 Laufende Anwendungen mit RFID- Modulen
8.4.1 Artikelkennzeichnung
8.4.2 Tieridentifikation
8.4.3 Gegenstanderkennung
8.4.4 Elektronische Artikelsicherung
8.4.5 Elektronische KFZ Wegfahrsperre
8.4.6 Zutrittskontrolle
8.4.7 Sportbereich
9. Rechtliche und gesellschaftliche Folgen von RFID
9.1 Bedenkliche Anwendungen
9.2 Datenschutzrisiko Überblick
9.3 Lösungsvorschläge
10. Praktische Ausführung
10.1 RFID- Einsatzmöglichkeiten für den Verkehr
10.1.1 Vorraussetzungen
10.1.2 Entscheidungsgrundlagen für den Einsatz von passiven Transponder
10.1.3 Verwendungsmodell für das niederrangige Straßennetz
10.1.4 Einsatzmöglichkeiten für das hochrangige Straßennetz
10.1.4.1 Verkehrsdatenerfassung
10.1.4.2 Automatisches PKW Enforcement
10.1.4.3 Falschfahrer Detektionssystem
10.1.4.4 Section Control
10.1.4.5 Abrechnung für Public Private Partnerships (PPP) finanzierte Autobahnen
10.2 Versuchsaufbau eines RFID- Systems
10.2.1 Bewertung der Transponder Technik
10.2.2 Diskussion Datenschutz- RFID
10.2.3 Theoretische Untersuchung der Detektionsqualität
10.2.3.1 Vorwort
10.2.3.2 Untersuchung
10.2.3.3 Detektionsspezifische Festlegungen
10.2.3.4 Detektionsbereich
10.2.3.5 Klassifizierung
10.3 Vergleich der VerKehrsdatenerfassungssysteme
10.3.1 Vergleich
10.3.2 Empfehlungen
10.4 Vergleich von Verkehrsdatenerfassungseinrichtungen in der Praxis
10.4.1 Ausgangslage
10.4.2 Systemaufbau des Videodetektionssystem
10.4.3 Messzyklus 1
10.4.4 Ursachenanalyse
10.4.5 Messzyklus 2
10.4.6 Ursachenanalyse
10.4.7 Messzyklus 3
10.4.8 Ursachenanalyse
10.4.9 Vergleich aller drei Zählungsergebnisse
10.4.9.1 Betrachtungsfeld 1
10.4.9.2 Betrachtungsfeld 2
10.4.9.3 Betrachtungsfeld 3
10.4.10 Erkenntnis
11. Diskussion
11.1 Resümee
11.2 Schlussfolgerungen
11.3 Ausblick
11.4 Anregungen für weiterführende Arbeiten
12. Anhang
12.1 Allgemeine Grundlagen
12.2 Literatur
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, einen umfassenden Überblick über existierende Verkehrsdatenerfassungssysteme zu geben, diese zu klassifizieren und deren Eignung für den Einsatz auf dem österreichischen Autobahn- und Schnellstraßennetz zu bewerten, insbesondere unter der Forschungsfrage, inwieweit die RFID-Technologie zur Verkehrsinformationsgewinnung adaptiert werden kann.
- Vergleich und Klassifizierung von stationären Verkehrsdatenerfassungstechnologien
- Analyse des Potenzials von RFID für Anwendungen wie Vignettenkontrolle, Falschfahrererkennung und Section Control
- Durchführung eines Praxistests zum Vergleich von Videodetektionssystemen mit händischen Zählungen
- Diskussion rechtlicher und datenschutzrelevanter Aspekte beim Einsatz von RFID-Technologien im öffentlichen Verkehr
- Bewertung der Einsatzmöglichkeiten für unterschiedliche Verkehrsszenarien (hochrangiges vs. niederrangiges Straßennetz)
Auszug aus dem Buch
1. PROBLEMSTELLUNG
Intelligente Verkehrsinformationen werden sowohl während der Fahrt, als auch vor Fahrtantritt für den Kraftfahrzeugfahrer immer mehr von Bedeutung. Für eine zielführend wirksame Verkehrsbeeinflussung ist die Ermittlung des aktuellen Verkehrszustandes eine notwendige Bedingung. Mittlerweile gibt es dafür rund ein Dutzend verschiedener Verkehrsdatenerfassungseinrichtungen, deren Aufgabe es ist, rund um die Uhr aktuelle Verkehrsdaten schnell, revisionssicher sowie verlässlich bereitzustellen. Aufgrund hoher Kosten für Herstellung und Wartung, sowie vor allem der Störanfälligkeit vorhandener Systeme, wird versucht, eine neuartige Verkehrsdatenerfassung zu entwickeln. Die gerade im letzten Jahr auf dem Gebiet der Elektronik und Nahfeldübertragung erzielten Fortschritte haben die betriebs- und verkehrstechnischen Möglichkeiten und den Anwendungsbereich für die Verkehrsdatenerfassung erheblich erleichtert. Die Radio Frequency Identification (RFID) Technologie könnte bisherige Messverfahren nachhaltig verändern. Nicht zuletzt muss beachtet werden, dass die Technologie vieler derzeit verwendeter Verkehrsdatenerfassungssysteme schon mehrere Jahrzehnte im Einsatz ist.
Ein Ziel dieser Diplomarbeit ist, einen umfassenden Überblick über verfügbare Verkehrsdatenerfassungssysteme zu schaffen. Es soll eine Klassifizierung der Technologien durchgeführt werden, um diese entsprechend ihres Dienstcharakters einteilen zu können. Zusätzlich werden alle verwendeten Systeme beschrieben und deren Eigenschaften gegenübergestellt. Eine anschließende Stärken/Schwächen- Analyse soll versuchen Empfehlungen für unterschiedlichste Anwendungsfälle zu liefern.
Weiters gilt es zu untersuchen, inwieweit die RFID- Technologie für die Verkehrsinformationsgewinnung auf den österreichischen Autobahn- und Schnellstraßen eingesetzt werden kann. Dabei sollen typische Prozesse durch diese neue Technologie adaptiert bzw. neu entwickelt werden.
Zum Abschluss wird in einem Praxistest die Verkehrsdatenerfassungsqualität von zwei Detektionssystemen verglichen und liefert somit praktische Erfahrungswerte. Die Resultate und Erfahrungen sollen in einer abschließenden Diskussion die vorangegangen theoretischen Inputs unterstreichen.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Problemstellung: Dieses Kapitel erläutert die wachsende Bedeutung intelligenter Verkehrsinformationen und definiert das Ziel der Arbeit, einen Überblick über Verkehrsdatenerfassungssysteme zu geben sowie die Anwendbarkeit der RFID-Technologie in der Verkehrstelematik zu untersuchen.
2. Zusammenfassung: Dieses Kapitel fasst die zentralen Erkenntnisse der Arbeit sowohl auf Deutsch als auch auf Englisch zusammen und gibt einen Ausblick auf die technologische Relevanz und zukünftige Einsatzmöglichkeiten der untersuchten Systeme.
3. Verwendete Abkürzungen: Dieses Kapitel bietet eine umfassende Auflistung aller im Dokument verwendeten fachspezifischen Abkürzungen.
4. Einleitung: Hier werden die Motivation für die Arbeit, die Zieldefinition und das firmenrelevante Umfeld der ASFINAG im Kontext der Verkehrssteuerung dargestellt.
5. Theoretische Grundlagen Verkehrstelematik: Dieses Kapitel definiert die Grundlagen der Verkehrstelematik, erläutert den prinzipiellen Aufbau von Signalsteuerungssystemen als Regelkreis und beschreibt den Nutzen der Verkehrsinformation für Autofahrer.
6. Verkehrsdatenerfassung: Hier werden verschiedene Arten von Verkehrsdaten, Sensortechnologien, Methoden zur Datenerfassung (lokal, streckenbezogen, fahrzeuggeneriert) und deren Zuverlässigkeit detailliert analysiert.
7. Verkehrsdatenerfassungseinrichtungen: Dieses Kapitel bietet eine tiefgehende technische Beschreibung und Klassifizierung verschiedener Erfassungseinrichtungen, unterteilt in intrusive und non-intrusive Sensoren.
8. Radio Frequency Identification (RFID): Dieses Kapitel widmet sich der RFID-Technologie, ihrer Funktionsweise, den eingesetzten Frequenzbereichen, technischen Merkmalen sowie aktuellen Anwendungsbeispielen in anderen Sektoren.
9. Rechtliche und gesellschaftliche Folgen von RFID: Hier werden datenschutzrechtliche Bedenken und soziale Implikationen beim Einsatz von RFID-Technologien, insbesondere im Hinblick auf Überwachung und Profilbildung, beleuchtet.
10. Praktische Ausführung: Dieses Kapitel konzentriert sich auf die theoretische Anwendbarkeit von RFID im Verkehr, diskutiert den Datenschutz und beinhaltet die Ergebnisse eines Praxistests zur Verkehrsdatenerfassungsqualität.
11. Diskussion: Hier werden die Ergebnisse der Arbeit zusammengefasst, Schlussfolgerungen zur Eignung verschiedener Sensortechnologien gezogen und Anregungen für weiterführende Arbeiten gegeben.
12. Anhang: Dieses Kapitel enthält allgemeine Begriffsdefinitionen, ein Literaturverzeichnis sowie die Verzeichnisse für Abbildungen und Tabellen.
Schlüsselwörter
Verkehrstelematik, Verkehrsdatenerfassung, RFID, Radio Frequency Identification, Sensorik, Induktionsschleifen, Videodetektion, Verkehrsfluss, Verkehrssicherheit, Datenschutz, Mautsysteme, Section Control, intelligente Straße, Fahrzeugdetektion, Verkehrsinformation.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht den aktuellen Stand der Verkehrsdatenerfassung und evaluiert, inwieweit die RFID-Technologie in der Verkehrstelematik auf österreichischen Autobahnen eingesetzt werden kann.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Themen umfassen die verschiedenen Technologien zur Verkehrsdatenerfassung, deren technische Vor- und Nachteile, rechtliche Rahmenbedingungen sowie die Eignung der RFID-Technologie als innovativer Lösungsansatz.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Ziel ist es, einen Überblick über Verkehrsdatenerfassungssysteme zu geben, diese zu klassifizieren und zu untersuchen, ob und wie RFID-Technologie zur Verbesserung der Verkehrsinformationsgewinnung adaptiert werden kann.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden angewendet?
Neben einer umfassenden theoretischen Literatur- und Technologieanalyse wird ein Praxistest durchgeführt, bei dem ein Videodetektionssystem im laufenden Autobahnbetrieb mit händischen Zählungsergebnissen verglichen wird.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil befasst sich detailliert mit den technischen Grundlagen der Verkehrstelematik, einer umfassenden Kategorisierung von Sensoren (intrusiv und non-intrusiv), den Grundlagen der RFID-Technik sowie einer konkreten praktischen Anwendungssimulation.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren diese Diplomarbeit?
Die wichtigsten Begriffe sind Verkehrstelematik, Verkehrsdatenerfassung, RFID, Sensorik, Videodetektion und Verkehrsflussoptimierung.
Wie bewertet der Autor den Einsatz von RFID im aktuellen Straßenverkehr?
Der Autor kommt zu dem Schluss, dass RFID aufgrund der derzeitigen Normenvielfalt und begrenzten Reichweiten sowie wegen datenschutzrechtlicher Bedenken in naher Zukunft keinen flächendeckenden Einzug in die Verkehrsdatenerfassung in Österreich finden wird.
Welche Herausforderungen identifiziert der Autor bei der Videodetektion?
Der Praxistest zeigt, dass die Videodetektion insbesondere durch wechselnde Lichtverhältnisse, Schattenbildung durch tiefstehende Sonne und schnelle Helligkeitsänderungen beeinträchtigt wird, was zu Messfehlern führen kann.
Welche Rolle spielt die ASFINAG in diesem Kontext?
Die ASFINAG ist das betrachtete Firmenumfeld, deren Autobahnnetz als Infrastruktur für die Analyse von Maut- und Verkehrsdatenerfassungssystemen dient.
- Arbeit zitieren
- Dipl.-Ing. (FH) Thomas Greiner (Autor:in), 2005, RFID in der Verkehrstelematik, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/120522
