Verkehrsmanagement in Deutschland

Band 1: Analyse des öffentlichen Verkehrsmanagements in Deutschland – Technische Systeme und ökonomische Implikationen


Ausarbeitung, 2009

148 Seiten, Note: 1


Leseprobe

Inhaltsübersicht

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Verzeichnis der Boxen

Abkürzungsverzeichnis

Abstract

1 Einleitung

2 Grundlagen zur Wertschöpfungskette im Bereich des Verkehrsmanagement

3 Technische Charakteristika und Implikationen entlang der Wertschöpfungskette
3.1 Datenerfassung
3.1.1 In-Fahrbahn Sensortechnologien
3.1.2 Über-Fahrbahn Sensortechnologien
3.1.3 Fahrbahnunabhängige Systeme
3.2 Datenübermittlung
3.2.1 Einwegkommunikation
3.2.2 Zweiwegkommunikation
3.3 Datenfusion
3.3.1 Theoretische Grundlagen zur Standardisierung
3.3.2 Die Aufgabe von Standards im Telematikbereich
3.3.3 Verwendete Standards.
3.4 Datenaufbereitung
3.5 Informationsgenerierung
3.6 Informationsverteilung und -darstellung.
3.6.1 Kollektive Information
3.6.2 Individuelle Information
3.7 Zukünftige Entwicklung
3.7.1 Schaffung von Netzwerken als Voraussetzung für die erfolgreiche Einführung von Telematikdiensten
3.7.2 Car-2-Car- und Car-2-Infrastructure-Kommunikation

4 Öffentliche Aktivitäten
4.1 Beteiligte Akteure
4.1.1 Beschreibung der föderalen Zuständigkeiten
4.1.2 Koordinationsstrukturen
4.2 Rahmenbedingungen
4.2.1 Richtlinien, Gesetze und Regelungen
4.2.1.1 Rahmenrichtlinie für den Verkehrswarndienst
4.2.1.2 Technische Lieferbedingungen für Streckenstationen (TLS)
4.2.1.3 Merkblatt für die Ausstattung von Verkehrsrechnerzentralen und Unterzentralen (MARZ)
4.2.1.4 Private Telematikeinrichtungen an Bundesfernstraßen
4.2.1.5 Datenüberlassungsverträge
4.2.1.6 Leitlinien für öffentlich-private Zusammenarbeit bei Telematikdiensten
4.2.1.7 Leitlinien für die Gestaltung und Installation von Informations- und Kommunikationssystemen in Kraftfahrzeugen
4.2.1.8 Gesetz zur Regelung der Rahmenbedingungen für Informations- und Kommunikationsdienste (IuKDG)
4.2.1.9 Europäische ITS-Rahmenarchitektur FRAME
4.2.1.10 Weitere
4.2.2 Kritische Betrachtung
4.3 Beispielhafte Flussbetrachtung
4.3.1 München mit Schnittstelle zum Freistaat Bayern
4.3.1.1 Technische Analyse der Wertschöpfungskette
4.3.1.2 Organisationsstruktur.
4.3.1.3 Länderspezifische Gegebenheiten und besondere Lösungsansätze
4.3.2 Stadt Berlin mit Schnittstelle zum Land Brandenburg
4.3.2.1 Technische Analyse der Wertschöpfungskette
4.3.2.2 Organisationsstruktur.
4.3.2.3 Länderspezifische Gegebenheiten und besondere Lösungsansätze
4.3.3Land Hessen mit Schnittstelle zur Stadt Frankfurt am Main
4.3.3.1 Technische Analyse der Wertschöpfungskette
4.3.3.2 Organisationsstruktur
4.3.3.3 Länderspezifische Gegebenheiten und besondere Lösungsansätze
4.3.4 Internationaler Exkurs: Verkehrsmanagement in Finnland
4.3.4.1 Organisationsstruktur
4.3.4.2 Technische Analyse der Wertschöpfungskette
4.3.4.3 Länderspezifische Gegebenheiten und besondere Lösungsansätze
4.3.5 Internationaler Exkurs: I-95 Corridor Coalition
4.4 Schlussfolgerungen aus bisherigen Erkenntnissen und Anwendung auf die Wertschöpfungskette
4.4.1 Datenerfassung.
4.4.2 Datenfusion
4.4.3 Individuelle Verkehrsinformationen
4.4.4 Kollektive Verkehrsinformationen
4.4.5 Verkehrssteuerung.
4.4.6 Weitere Problemfelder und Anmerkungen

Literatur

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1:.. Wertschöpfungskette nach Porter

Abbildung 2: Wertschöpfungsnetzwerk für einen Verkehrsinformationsdienst

Abbildung 3: Verwaltungsgliederung in Deutschland

Abbildung 4: Übersicht Koordinationsstrukturen

Abbildung 5: Transaktionskosten idealtypischer Koordinationsformen

Abbildung 6: Informationsfluss beteiligter Akteure der RVWD

Abbildung 7: Ereignismeldewesen zu besonderen Vorkommnissen in Straßentunneln

Abbildung 8: Darstellung der für das Münchener Verkehrsmanagement relevanten Akteure

Abbildung 9: Datenflussdiagramm für die VIB

Abbildung 10: Kompetenzen und Zuständigkeiten der VMZ Berlin, VKRZ und VLB

Abbildung 11: Organisation der Straßeninfrastruktur im Land Hessen

Abbildung 12: Zusammenführung finnischer Verkehrsdaten mit Digitraffic und Weiterleitung an Service Provider

Abbildung 13: Darstellung der Wertschöpfungskette zur Generierung von Verkehrsdaten und -informationen in Finnland

Abbildung 14: Bereiche des (öffentlichen) Verkehrsmanagements

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Überblick über den Datenoutput verschiedener Sensorsysteme

Tabelle 2: Merkmale und Gegenüberstellung verwendeter Kommunikationstechnologien

Tabelle 3: Übertragbarkeit der Kommunikationsstechnologien auf real existierende Anwendungen

Tabelle 4: Systematische Kategorisierung von Maßnahmen des Verkehrsmanagements

Verzeichnis der Boxen

Box 1: Satellitengestützte Positionsbestimmung

Box 2: Möglichkeiten der Positionsbestimmung von Endgeräten in Mobilfunknetzen

Box 3: Praxisbeispiel zur Stauerkennung über Handydaten

Box 4: Testphase des Projekts Travolution von Audi im Stadtgebiet Ingolstadt

Box 5: Location-Based Services

Box 6: Transaktionskostentheorie

Box 7: Regelung der Datenüberlassung verkehrlicher Daten der Stadt München an einen Vertragsnehmer

Box 8: Die Geodatenplattform INTREST

Box 9: Staufreies Hessen 2015

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abstract

In der vorliegenden Studie findet eine Analyse des öffentlichen Verkehrs- managements unter Berücksichtigung der zugrunde liegenden technischen Systeme sowie der daraus resultierenden ökonomischen Implikationen statt. Neben der Identifikation aller relevanten Akteure innerhalb der Wertschöpfungskette werden weiterhin zutreffende Rahmenbedingungen - wie beispielsweise Richtlinien und Gesetze in den Bereichen von Verkehrsinformationen und Telematikdiensten, Grundlagen und Probleme der Standardisierung, das Auftreten von Transaktions- kosten, die Bedeutung von Netzwerkeffekten, etc. - erläutert. Der Fokus der Studie liegt auf der Analyse von Praxisbeispielen aus dem Bereich des Verkehrs- managements. Hierzu werden die Stadt München mit Schnittstelle zum Freistaat Bayern, die Stadt Berlin mit Schnittstelle zum Land Brandenburg sowie das Bundes- land Hessen mit Schnittstelle zur Stadt Frankfurt am Main näher untersucht. Nach der Betrachtung der angewendeten Methoden im Bereich des öffentlichen Verkehrs- managements und unter Berücksichtigung von länderspezifischen Gegebenheiten werden besondere Lösungsansätze hervorgehoben. Die Betrachtung der Beispiele innerhalb der Bundesrepublik Deutschland wird des Weiteren um internationale Erfahrungen (Methoden des Verkehrsmanagements in Finnland, Realisierung eines streckenbezogenen Verkehrsinformationsdienstes für den US-amerikanischen Interstate 95) ergänzt. Für die Ableitung von Schlussfolgerungen aus den gewonnenen Erkenntnissen in Bezug auf die gesamte Wertschöpfungskette findet schließlich eine Aufteilung des staatlichen Verkehrsmanagements in die Bereiche der Verkehrssteuerung, der kollektiven Verkehrsinformation sowie der individuellen Verkehrsinformation statt. Unter Berücksichtigung aller vorherigen Erkenntnisse sowie der Betrachtung institutionenübergreifender Kooperationen entlang der Wert- schöpfungskette sollen schließlich Empfehlungen für die Zusammenarbeit auf unterschiedlichen Ebenen der öffentlichen Hand gegeben werden.

1 Einleitung

Die folgenden Absätze erläutern die Notwendigkeit und das Ziel von Verkehrsmanagement, das Thema der vorliegenden Studie und zentrale Fragestellungen sowie den zugrunde liegenden Untersuchungsansatz und die Struktur.

NOTWENDIGKEIT UND ZIEL VON VERKEHRSMANAGEMENT

Modernes Verkehrsmanagement beruht zu großen Teilen auf der intelligenten Anwendung von Verkehrstelematik. Der Begriff Telematik setzt sich als Kunstwort aus Telekommunikation und Informatik zusammen und beschreibt Methoden, mithilfe moderner Technologien und innovativer Datenaufbereitung den Verkehrsfluss zu optimieren und die Verkehrssicherheit zu erhöhen.1 Zum Einsatz kommen ins- besondere eine Vielzahl unterschiedlichster Sensoren, Techniken der (drahtlosen) Übertragung von Daten sowie die Integration von Computersystemen in die Gesamtarchitektur. In diesem Zusammenhang wird es möglich, dass so genannte „sprechende Autos“ sich innerhalb kürzester Zeit vor Stau oder Unfällen warnen und Verkehrsmanagementzentralen dynamisch und schnell auf aktuelle Verkehrssituationen reagieren können.

„Insbesondere der Einsatz von Informations- und Kommunikationstechniken (IuK- Techniken) ermöglicht Effizienzverbesserungen im Verkehrssystem und erweitert die Gestaltungsmöglichkeiten des Verkehrs- und Mobilitätsmanagements erheblich.“2 Gerade unter diesem Gesichtspunkt stellen Innovationen in Industriegesellschaften ein wichtiges Instrument der Weiterentwicklung dar. Dies betrifft nicht nur die Entwicklung und Implementierung neuer Techniken, sondern ebenfalls die Aus- arbeitung neuartiger Dienste, in diesem Fall Telematikdienste. Um Handlungs- empfehlungen für die öffentliche Hand sowie in diesem Sektor tätige Unternehmen geben zu können, stellen Untersuchungen von Innovationsstrategien und Erfah- rungen verschiedener Länder im Mobilitätsbereich eine wichtige Grundlage dar. Unter Berücksichtigung der jeweils vorliegenden Rahmenbedingungen, so z. B. technische, politische / gesetzliche, ökonomische, soziale oder andere kulturelle Voraussetzungen, die für die Einführung neuer Techniken und Dienste im Mobilitäts- bereich von Bedeutung sind, können Rückschlüsse auf das eigene Land gezogen werden.

Mit zunehmender Berücksichtigung von Umweltwirkungen neuer Technologien und im Hinblick auf Debatten zum Thema des Klimawandels gewinnt der Begriff einer „nachhaltigen Entwicklung“ immer mehr an Bedeutung. Dieses neue Verständnis von Nachhaltigkeit hat zur Folge, dass höhere Anforderungen an Innovationen gestellt werden. Ziele der Verkehrstelematik liegen - unter Berücksichtigung des Kriteriums der Nachhaltigkeit - infolgedessen in der Reduzierung von Treibhausgasen, Emissionen von toxischen Stoffen und Lärm (Umweltbelastungen). Weiterhin soll effizientes Verkehrsmanagement zu einer Verminderung der volkswirtschaftlichen Kosten durch verkehrsbedingte Unfälle führen (gesamte volkswirtschaftliche Kosten infolge von Straßenverkehrsunfällen im Jahr 2003 in Höhe von € 32,18 Mrd.).3 Obwohl der Straßenverkehr in der Bundesrepublik Deutschland der Verkehrsträger mit dem größten Anteil - sowohl im Güter- als auch im Personenverkehr - ist, haben Informations- und Kommunikationstechniken in diesem Sektor bislang weniger Verbreitung gefunden, als bei anderen Verkehrsträgern. Gründe hierfür liegen zum einen darin, dass der Bahn- und Luftverkehr ohne IuK-Techniken kaum funktions- fähig wären und die Verfügbarkeit leistungsfähiger, miniaturisierter und letztlich auch verhältnismäßig preiswerter Elektronik-Komponenten, die für den Einsatz im PKW geeignet wären, bis vor einigen Jahren beschränkt war. Ein weiterer Grund für die mangelnde Verbreitung informationstechnischer Systeme im Straßensektor liegt in einer Änderung des Problembewusstseins der Autoritäten. Nachdem beispielsweise in Deutschland jedes Bundesland für sich versucht hat, die (mehr oder weniger ausgeprägten) Verkehrsprobleme zu lösen4, besteht heute Konsens darin, dass bisherige politische Maßnahmen zur Beeinflussung des Verkehrssystems nicht ausreichend sind, um die steigende Verkehrsleistung auf weniger umweltbelastende Verkehrsträger zu verlagern bzw. durch technische Verbesserungen steigende Verkehrsleistungen mit sinkendem Energieverbrauch und einer geringeren Umwelt- belastung in Einklang zu bringen. Insbesondere steht im heutigen Verkehrs- management die Integration verschiedener Einzeltechniken im Vordergrund, durch die neue Technologiekonzepte Systemvorteile generieren sollen.

Aufgrund der zentralen Lage Deutschlands sowie dem verstärkten europäischen Binnenmarkt ist zukünftig mit starken Verkehrssteigerungen zu rechnen. Die Bewältigung dieses zusätzlichen Verkehrsaufkommens ist nur bedingt durch bauliche Maßnahmen kompensierbar. Als besonders problematisch wird die Situation in urbanen Gebieten angesehen, da dort der Ausbau der Verkehrsinfrastruktur häufig nicht möglich ist. Kapazitätserhöhungen sind in diesem Fall nur unter Zuhilfenahme eines intelligenten Verkehrsmanagements realisierbar. Trotz aller Maßnahmen und vieler Projekte im Telematikbereich ist Deutschland derzeit jedoch noch weit von einem effektiven und intelligenten Verkehrsmanagement entfernt. Die große Anzahl an Projekten auf Bundes- und Landesebene zeigt jedoch die Notwendigkeit und den Willen der politischen Entscheidungsträger, Lösungen herbeizuführen.

THEMA DER STUDIE UND ZENTRALE FRAGESTELLUNGEN

Ein derzeitiges Problem liegt - neben der großen Unsicherheit über Einführungs- strategien - in der langen Entwicklungsdauer von Telematiksystemen, welche die Innovationszyklen der zugrunde liegenden Einzeltechnologien übersteigt. Demnach wird es kaum möglich sein, ein marktreifes Telematiksystem zu entwickeln, in dem alle verwendeten Einzeltechnologien auf dem neusten Stand der Technik sind. Gerade diese Art von Innovationsdenken bringt jedoch gravierende Probleme mit sich. Die in der Informations- und Kommunikationsbranche stets verkürzten Lebens- zyklen führen dazu, dass ein Produkt zum Zeitpunkt seines Nutzungsendes immer noch volle Funktionsfähigkeit besitzt, was zu einer Verschlechterung der Lebenszeit- Umweltbilanz führt und sich besonders negativ auf die Nachhaltigkeit des Produkts auswirkt. Des Weiteren hemmt die Vorstellung einer stetigen Weiterentwicklung die Umsetzung sinnvoller, technisch realisierbarer Innovationen.

Am Beispiel des - hinsichtlich des Nutzens und der Aktualität der Daten zwar kritik- würdigen, jedoch bundesweit funktionierenden - Verkehrsdienstes TMC verdeutlicht die Empirie weiterhin, dass sich auch nicht dem neusten Stand der Technik entsprechende Systeme über längere Zeit am Markt etablieren und bewähren können. Die erforderlichen Neuerungen zur Überwindung derzeitiger verkehrlicher Hürden sind demnach sowohl im technisch-konstruktiven und politisch-gesetzlichen Bereich als auch durch die Einführung moderner IuK-Technologien erforderlich.

Die Situation des Verkehrsmanagements in Deutschland zeichnet sich durch einen heterogenen Entwicklungsstand und historisch gewachsene Insellösungen aus. Bisherige Versuche, ein idealtypisches Gesamtkonzept zur Verkehrstelematik zu erstellen, blieben bislang erfolgslos, da die Anforderungen und Probleme auf unterschiedlichen Ebenen der Wertschöpfungskette entstehen. Die Verzahnung dieser Probleme sowohl aus politischer als auch aus technischer Sicht macht die Analyse einzelner Bereiche sowie die Anforderungen an einzelne Stufen der Wertschöpfungskette zwar schwierig, aber dennoch notwendig. Ein weiteres Problem liegt derzeit in der Vielzahl der am Verkehrsmanagement beteiligten Akteure sowie in der Aufteilung ihrer Kompetenzen und Zuständigkeiten.

Aus diesem Grund ergeben sich für die vorliegende Untersuchung folgende zentrale Fragestellungen:

- Wie weit ist das Verkehrsmanagement in Deutschland entwickelt?
- Wo liegen Potenziale im Verkehrsmanagement und wie können diese ausgeschöpft werden?
- Wo liegen technische und politische Grenzen und Probleme?

- Wie sieht die Wertschöpfungskette für Verkehrsinformationen und Verkehrsmanagement aus?
- Welche Akteure sind daran beteiligt und wie lassen sich diese koordinieren?

UNTERSUCHUNGSANSATZ UND STRUKTUR

Die Analyse von Verkehrsmanagement führt zu einer begrifflichen Unterscheidung von Verkehrsinformationsdiensten und Verkehrssteuerung. Zum Zweck der Definition erstreckt sich die Betrachtung der Wertschöpfungskette von den theoretischen Modellen über aktuelle Entwicklungen bis hin zur Anwendung auf das vorliegende Problem.

Nach der Ausarbeitung der Wertschöpfungskette erfolgt die Untersuchung des Stands der Technik sowie der absehbaren Entwicklungen für einzelne Stufen (Daten- erfassung, Datenübermittlung, Datenfusion, Datenaufbereitung, Informations- generierung, -verteilung und -darstellung). Diese Betrachtung hilft insbesondere, technische Möglichkeiten und deren Grenzen zu erkennen. In einem weiteren Schritt werden die föderalen Zuständigkeiten der Bundesrepublik Deutschland für den Bereich des Verkehrsmanagements aufgearbeitet und mögliche Koordinations- strukturen identifiziert. Neben dieser Betrachtung fördert die Untersuchung der gesetzlichen Rahmenbedingungen Erkenntnisse über politische und rechtliche Chancen und Hemmnisse. Praxisbeispiele, für die Expertengespräche mit ver- schiedenen Verantwortlichen der öffentlichen Hand geführt wurden, stellen die theoretischen Erkenntnisse den real existierenden Problemen gegenüber. Dies ermöglicht somit sowohl die Prüfung bisheriger Forschungsergebnisse als auch eine abschließende Anpassung theoretischer Lösungen auf reale Hemmnisse.

2 Grundlagen zur Wertschöpfungskette im Bereich des Verkehrsmanagement

Das Verkehrsmanagement lässt sich in die Bereiche Verkehrssteuerung und Verkehrsinformation einteilen. Für beide Bereiche wird - unabhängig vom Grad der Beeinflussung des Verkehrs - dieselbe Informationsgrundlage benötigt. Voraus- setzung ist, in beiden Fällen Verkehrsinformationen zu generieren und eventuell ein Verkehrslagebild zu erstellen. Entscheidend für die Ausprägungen der Wertschöpfungskette ist die Verwendung der jeweiligen Informationen. So erfordert beispielsweise die Verkehrssteuerung zusätzlich zur Weiterleitung und Darstellung den Abgleich der Verkehrsinformation mit der - je nach Anwendungsgebiet unter- schiedlichen - Verkehrsmanagementstrategie. Sofern aus den Verkehrsinforma- tionen jedoch ein Verkehrsinformationsdienst entstehen soll, bedarf es komplexer Lösungen zur Weiterleitung und Darstellung der Informationen (z. B. auf mobilen Endgeräten).

Der Begriff Wertschöpfungskette (auch Leistungskette, Geschäftssystem oder engl. value chain) wurde von M. E. Porter in seinem Buch Competitive Advantage (1985) geprägt.5 Die Wertschöpfungskette beschreibt alle strategischen und für die Kosten- stellung relevanten Tätigkeiten eines Unternehmens und visualisiert somit alle Ansatzpunkte, sich von der Konkurrenz zu differenzieren. Nach Porter lassen sich 10 solcher Bereiche identifizieren, wobei 5 Primäraktivitäten den Wertschöpfungs- prozess zeigen und die restlichen als Unterstützungsaktivitäten bezeichnet werden. Im Rahmen der Analyse einer Wertschöpfungskette werden einzelne Aktivitäten dahingehend untersucht, in welchem Maße sie dem Kunden einen Zusatznutzen bieten - also der Wertschöpfung beitragen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Wertschöpfungskette nach Porter6

Die in Abbildung 1 dargestellte Wertschöpfungskette beschreibt nur die Sicht eines Unternehmens. Diese mikroskopische Betrachtungsweise wurde in den letzten 15 Jahren zunehmend durch einen unternehmensübergreifenden Ansatz abgelöst, der nicht das einzelne Unternehmen betrachtet, sondern das Produkt und alle zur Erstellung notwendigen Schritte in die Kette mit einbezieht. Diese weltweite Integration von Wertschöpfungsketten zu globalen Netzwerken wurde durch die zunehmende Komplexität der Produkte, die steigende Arbeitsteilung innerhalb der Wirtschaft sowie die fortschreitende Globalisierung notwendig.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Wertschöpfungsnetzwerk für einen Verkehrsinformationsdienst7

Für Verkehrsinformationsdienste gelten diese Entwicklungen im Besonderen. Es muss zwischen verschiedenen Wertschöpfungsketten unterschieden werden, da für die Nutzung von Verkehrsinformationen unterschiedliche Produkte - die auch getrennt voneinander betrachtet werden können - Voraussetzung sind und somit Nutzen stiften. Wichtigster Bestandteil der Nutzung von Verkehrsinformationen ist die Information an sich. Aber auch die Übertragung dieser Information sowie die Darstellung auf einem beliebigen Endgerät sind integraler Beststandteil. Dieser Zusammenhang wird in Abbildung 2 dargestellt.

3 Technische Charakteristika und Implikationen entlang der Wertschöpfungskette

Im vorliegenden Kapitel sollen die einzelnen Stufen der Wertschöpfungskette näher betrachtet werden. Der Fokus liegt hierbei insbesondere auf technischen Charakteristika einzelner Bestandteile und Systeme. Nachdem in jedem Kapitel auf allgemeine Zusammenhänge eingegangen wurde, erfolgt eine Zuordnung und Detailbeschreibung der an der jeweiligen Stelle relevanten Technik. Alle Stufen der Wertschöpfungskette (Datenerfassung, Datenübermittlung, Datenfusion, Daten- aufbereitung, Informationsgenerierung, Informationsverteilung und Informations- darstellung) werden nacheinander betrachtet. Am Ende des Kapitels wird darüber hinaus in Kapitel 3.7 ein Einblick in die zukünftige Entwicklung gegeben.

3.1 Datenerfassung

Die Verfügbarkeit von Daten ist für Telematikanwendungen und intelligente Transportsysteme (kurz: ITS) substantiell. Die Aufgabe, komplexe Systeme mit vielen Faktoren zu optimieren, setzt die genauste Kenntnis über diese Systeme mitsamt aller wichtigen Parameter voraus. Da die Datenerfassung als erstes Glied der Wert- schöpfungskette von entscheidender Bedeutung für die durch das Gesamtsystem erzielte Qualität ist, wird in den folgenden Kapiteln ausführlich darauf eingegangen.

Bei der Datenerfassung wird zwischen Echtzeitdaten und historischen Daten unterschieden. Historische Daten werden von traditionellen „Offline“-Anwendungen benötigt und dienen der öffentlichen Hand unter anderem zur Netzplanung und Erstellung von Verkehrsberichten. Auch Anbieter von Navigationsgeräten lassen historische Daten in Anwendungen, die auf Echtzeit-Daten basieren, einfließen, um die Qualität ihrer Routenempfehlung zu verbessern. Die vorliegende Untersuchung konzentriert sich auf Systeme, die Daten in Echtzeit liefern und somit für Verkehrs- leitzentralen und fortschrittliches Verkehrsmanagement unerlässlich sind.

In den folgenden Anschnitten werden die wesentlichen Technologien zur Erfassung von Verkehrsdaten vorgestellt und gegebenenfalls im Rahmen einer näheren Betrachtung bewertet. Die einzelnen Abschnitte sind (meist) in vier Absätze unterteilt, wobei im ersten Absatz auf das hinter dem System stehende physikalische Prinzip eingegangen wird. Während sich der zweite Absatz mit dem Einbau des Systems in die Straßeninfrastruktur beschäftigt, beleuchtet der dritte Teil den Datenoutput des Systems. Im letzten Abschnitt erfolgt eine Bewertung der Technologie in Bezug auf Kosten und Datenqualität. Hierbei ist zu beachten, dass insbesondere die Ab- schätzung der Kosten aufgrund der Verfügbarkeit von Informationen in einigen Fällen nur eingeschränkt möglich ist.

Verschiedene verkehrsrelevante Anwendungen benötigen unterschiedliche Datentypen als Input. Aufgrund der Vielfalt von Datenerfassungstechnologien mit jeweils unterschiedlichem Output ist im Vorfeld der Planung eines Dienstes sorgfältig zu prüfen, welche Daten beschafft werden müssen bzw. für welche Anwendung die beschafften Daten bestimmt sind.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten8 9

Tabelle 1: Überblick über den Datenoutput verschiedener Sensorsysteme10

Aus Tabelle 1 geht hervor, dass viele Systeme den gleichen oder einen ähnlichen Funktionsumfang zur Verfügung stellen.

3.1.1 In-Fahrbahn Sensortechnologien

In-Fahrbahn Sensoren werden in, auf oder unter dem Fahrbahnbelag installiert. Zu diesem Zweck wird in geeigneter Weise die Fahrbahndecke geöffnet und der Detektor eingebracht. Nachteilig an diesen Systemen ist, dass für Installation, Reparatur und Wartung die Fahrspur gesperrt werden muss, wodurch hohe Kosten und Verkehrsbehinderungen entstehen. Die Betrachtung von Systemen, die ein Wiegen der Fahrzeuge ermöglichen, wird in der vorliegenden Studie nicht durchgeführt, da das Gewicht für die Verkehrsdatenerfassung keine entscheidende Rolle spielt. Gewichtsbestimmung ist nur für bestimmte Roadpricing-Modelle ent- scheidend, bei denen die Gebührenerhebung gewichtsabhängig erfolgt.

In den folgenden Abschnitten werden Induktionsschleifen, Magnetfeldsensoren, der pneumatische Straßenschlauch sowie piezoelektrische Sensoren näher betrachtet.

INDUKTIONSSCHLEIFEN

Induktionsschleifen sind die am weitesten verbreiteten Systeme zur Erfassung von Verkehrsdaten. Eine in die Fahrbahn eingelassene Induktionsschleife wird von Wechselstrom durchflossen.11 Gemäß dem faradayschen Induktionsgesetz baut sich dadurch ein magnetisches Wechselfeld auf, welches seine Frequenz und Induktivität ändert, sobald sich metallische Teile nähern. Eine derartige Verstimmung der Schleife wird vom Detektor gemessen und kann interpretiert werden. Die Funktionsfähigkeit einer Induktionsschleife wird nicht durch Umwelteinflüsse beeinträchtigt. Da Schleifen schon seit den 1960er Jahren eingesetzt werden, handelt es sich um eine stets weiter entwickelte und somit ausgereifte Technologie.

Werden zwei Schleifen hintereinander geschaltet, können Richtung, Geschwindigkeit, Fahrzeugart und -anzahl sowie Belegungszeit detektiert werden.12 Durch das große Angebot verschiedener Bauarten, ist es möglich, für jeden Einsatzzweck die richtige Konfiguration zu wählen. Derzeitiger Stand der Technik sind Detektoren, die bis zu 23 Fahrzeugklassen unterscheiden können.13

Zum Einbau in die Straße wird eine Nut in die Fahrbahnoberfläche gefräst, welche die Schleife - bestehend aus einem dünnen Draht mit mehreren Windungen - aufnimmt.14 Abschließend wird die Nut mit bituminöser Heißvergussmasse geschlossen. Während des Einbaus in den Straßenbelag ist es notwendig, die Fahrbahn zu sperren. Wird die Montage nicht fachgerecht durchgeführt, kann es zu einer Verkürzung der Lebenszeit - sowohl der Straße als auch des Sensors - kommen. Vorteilhaft ist, dass die Installation von Induktionsschleifen weder Masten noch Brücken benötigt und der Ort des Einbaus somit ausschließlich aufgrund von verkehrlichen Bedingungen gewählt werden kann.

Über die Datengenauigkeit gibt es in der Literatur widersprüchliche Aussagen: So gibt das US DOT (2006) an, dass Induktionsschleifen seit der Einführung in den 1960er Jahren bis heute die am häufigsten verwendete Methode (unter Berücksichtigung aller auf dem Markt vorhandener Systeme) zur Verkehrs- datenerfassung im Rahmen des Verkehrsmanagements darstellen.15 Martin et al. (2003) sind jedoch der Meinung, dass das System relativ hohe Fehlerraten aufweist.16 Gegen den Einsatz von Induktionsschleifen spricht deren kurze Lebens- zeit, die bei speziellen Anwendungen und in stark beanspruchten Bereichen - so beispielsweise in Bremszonen vor Ampeln durch walken des Drahtes - nur vier Jahre betragen kann.17 Auch die Identifikation von defekten Schleifen geht in der Praxis mit Problemen einher. Die Weiterleitung von Daten kann durch alle in Kapitel 3.2 vorgestellten Techniken realisiert werden. Die Kosten für die Schleifen ohne Einbau und Konfiguration betragen zwischen € 500 und € 800. Diese geringen Hardware- kosten werden jedoch durch den hohen Aufwand beim Einbau sowie durch die geringe Lebenszeit relativiert. Aus diesen Gründen ist für die Zukunft von einer Substitution der Induktionsschleifen durch andere Methoden der Datenerfassung auszugehen.

MAGNETFELDSENSOREN

Magnetfeldsensoren werden zwar unter der Überschrift „In-Fahrbahn Sensortechnologien“ geführt, jedoch ist anzumerken, dass diese Kategorisierung historisch gewachsen ist und für einige Anwendungen nicht mehr dem Stand der Technik entspricht. Die Ausführungen der folgenden Absätze beziehen sich auf einen dreiachsigen anisotropen magnetoresistiven Sensor neuester Bauart.

Magnetfeldsensoren sind passive Bauteile, die Störungen des Erdmagnetfelds erfassen. Solche Störungen oder magnetische Anomalien des in der Regel sehr homogenen Erdmagnetfelds entstehen durch die Anwesenheit von metallischen Objekten. Für die Detektion verschiedener Fahrzeuge stehen unterschiedliche Magnetometer zur Verfügung, welche anhand ihrer Bauform zu unterscheiden sind. Allen Konstruktionen gemein ist die Unempfindlichkeit gegenüber Wettereinflüssen. Magnetfeldsensoren liefern Daten über die Anzahl, Richtung und Geschwindigkeit von Fahrzeugen sowie über die Fahrzeugklasse.18 Auch eine Erkennung von stehenden Fahrzeugen ist möglich. Hierbei ist jedoch anzumerken, dass sich die Erfassungsmöglichkeiten der verschiedenen Bauarten stark unterscheiden.

Der Einbau des Systems kann über, unter, neben oder in der Fahrbahn erfolgen. Die Platzierung der Sensoren hat sowohl Einfluss auf die Datengenauigkeit als auch auf die Datenqualität. Zum Zweck der Geschwindigkeitsmessung und Klassifizierung von Fahrzeugen eignet sich der Einbau eines Megnetfeldsensors in den Straßenbelag am Besten. Das Aufstellen der Sensoren in einigem Abstand neben der Fahrbahn liefert jedoch die beste Qualität in Bezug auf die Fahrzeugdetektion und Fahrt- richtungsbestimmung.

In den nächsten Jahren ist mit einer Weiterentwicklung der Systemeinbindung von Magnetfeldsensoren zu rechnen. Die Universität von Kalifornien in Berkeley untersucht die Vernetzung mehrerer autarker Sensoren und deren Kommunikation mit Access Points.19 Die Sensoren werden dabei in die Straßendecke eingelassen und durch eine Batterie (Lebensdauer ca. 10 Jahre) mit Energie versorgt. Die Kommunikation des Sensors mit einem über Solarzellen versorgten Zugangs- und Rechenpunkt erfolgt drahtlos. Die Forscher gehen nach ersten Ergebnissen davon aus, dass die von ihnen untersuchte Technik nicht nur kostengünstiger in Anschaffung und Wartung ist, sondern zudem wesentlich realitätsnähere Daten liefert als Induktionsschleifen.

Wegen der großen Unterschiede zwischen verschiedenen Techniken und der schnellen Weiterentwicklung erscheint es unmöglich, eine wirtschaftliche Abschlussbetrachtung durchzuführen. Magnetfeldsensoren werden aber in Zukunft eine zunehmende Rolle bei der Verkehrsdatenerfassung spielen, da sie nicht von Wettereinflüssen abhängig sind und durch die Integration in nachfolgende Netzwerke viele Nachteile bisheriger Techniken kompensieren.

PNEUMATISCHER STRAßENSCHLAUCH

Dieses Verfahren findet nur im Rahmen von kurzzeitigen Verkehrszählungen, der Fahrzeugklassifikation sowie zum Zweck von Studien Anwendung.20 Für diese Technik werden flexible Schläuche auf die Fahrbahn gelegt, über die das Fahrzeug fährt. Die daraus resultierende Quetschung der Schläuche und die damit verbundene Verdrängung der im Schlauch enthaltenen Luft führt zu einem Druckanstieg, welcher durch verschiedene Manometer erfasst und ausgewertet werden kann. Die Verlegung von einem Schlauch ermöglicht lediglich die Zählung und Klassifizierung von Fahrzeugen anhand der Achsanzahl; zwei Schläuche hingegen erlauben die Ermittlung der Geschwindigkeit passierender Fahrzeuge.

Weiterhin kann der Schlauch in die Straßenoberfläche eingelassen werden. Diese Methode der Datenerfassung wird jedoch nicht mehr umgesetzt, da sowohl Installation als auch Wartung und Austausch zu teuer ist.

PIEZOELEKTRISCHE SENSOREN

Piezoelektrisches Material wandelt kinetische Energie in elektrische Energie.21 Einige Polymere besitzen diese Eigenschaften und generieren eine Spannung, sobald sie mechanischer Beanspruchung oder Vibrationen ausgesetzt werden. Die gemessene Spannung ist dabei proportional zur aufgebrachten Kraft - also zum Gewicht des Fahrzeugs. Der piezoelektrische Effekt tritt nur bei dynamischen Beanspruchungen auf; bei statischer Belastung stellt sich ein Elektronengleichgewicht ein und es fließt kein elektrischer Strom. Dieser Effekt ist weiterhin von der Temperatur abhängig, wodurch Messfehler bei Extremtemperaturen resultieren können. Da es ver- schiedene piezoelektrische Polymere gibt, werden auch unterschiedliche Bauformen der Sensoren angeboten, wobei sich piezoelektrische Sensoren in Form von Kabeln meist durch unterschiedliche umhüllende Materialien auszeichnen.

Piezoelektrische Sensoren können Verkehrsaufkommen, Fahrzeugklasse, Geschwindigkeit und Gewicht erfassen.22 Die Fahrzeugklassifikation erfolgt über die Anzahl und den Abstand der Achsen. Zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit müssen mindestens zwei Sensoren hintereinander verbaut werden. In der Regel werden piezoelektrische Systeme jedoch zur Gewichtserfassung verwendet.

Die Vielfalt der angebotenen Sensoren beinhaltet sowohl mobile als auch zum festen Einbau bestimmte Lösungen. Die mobilen Kabel werden oberhalb der Fahrbahn- oberfläche aufgebracht. Da dieses System durch den direkten Kontakt zum Fahrzeug jedoch einer erhöhten Abnutzung unterliegt, findet es meist nur temporäre Anwen- dung. Bei stationären Systemen wird das Kabel in den Fahrbahnbelag eingelassen.

Der größte Vorteil von piezoelektrischen Systemen ist, dass sie neben allen relevanten Daten zudem das Gewicht von Fahrzeugen erfassen können. Des Weiteren zeichnet sich die Geschwindigkeitsmessung durch eine höhere Genauigkeit im Vergleich zu Induktionsschleifen aus.23 Unter Berücksichtigung der Kosten sind diese Systeme nur geringfügig teurer als Induktionsschleifen. Die Nachteile von piezoelektrischen Systemen sind denen von Induktionsschleifen ähnlich. Zu Zwecken der Installation, Wartung, Reparatur und bei Funktionsstörungen muss eine Sperrung der Spur erfolgen. Unsachgemäßer Einbau kann zu Schädigungen des Belags und frühzeitiger Abnutzung des Systems führen.

3.1.2 Über-Fahrbahn Sensortechnologien

Über-Fahrbahn Sensoren benötigen keinen Einbau in, auf oder unter dem Straßen- belag, sondern werden über oder neben der Straße installiert. Im Folgenden werden

Radardetektoren, Videobildauswertung, Infrarotsensoren, Lidar, Ultraschalldetektoren und passive Akustiksensoren diskutiert.

RADARDETEKTOREN

Das Akronym Radar steht für Radio Detection and Ranging (freie Übersetzung: Funkortung und -abstandsmessung). Radar beruht auf der Eigenschaft von Körpern, elektromagnetische Wellen im Radiofrequenzbereich zu reflektieren.24 Radargeräte senden demnach elektromagnetische Wellen aus, welche als Primärsignal be- zeichnet werden. Das Sekundärsignal ergibt sich aus der Reflexion dieser Wellen von einem Objekt und wird vom Radargerät empfangen und ausgewertet. Für die Erfassung verkehrlicher Daten werden zwei verschiedene Radartypen, das CW (Continuous Waves) Doppler Radar und das FMCW (Frequency Modulated Continuous Waves) Radar verwendet.25 Das Doppler Radar sendet dauerhaft ein Signal mit konstanter Frequenz aus. Wird das Signal an einem Objekt reflektiert, interpretiert das Radar die Frequenzänderung (Doppler-Effekt), wodurch die Detektion eines Fahrzeugs und dessen Geschwindigkeit möglich ist. Eine Frequenzerhöhung bedeutet die Annäherung eines Fahrzeugs und eine Frequenzverkleinerung beschreibt dessen Entfernung von der Strahlenquelle. Die Veränderung der Frequenz ist dabei direkt proportional zur Geschwindigkeit. Dieser Radartyp ist jedoch lediglich in der Lage, Fahrzeuge zu detektieren, die sich bewegen. Das FMCW Radar sendet ein Signal in konstant wechselnden Frequenzen aus und misst die Entfernung zu Gegenständen über die Zeit, die die Wellen benötigen, bis sie wieder durch den Sensor empfangen werden. Dieses System bietet den Vorteil, dass auch stehende Fahrzeuge erkannt werden können. Die Vorteile beider Technologien lassen sich in einem Gerät vereinen. Die Radar- technologie ist nicht von Wettereinflüssen abhängig.

Für die Verwendung von Radartechnik im verkehrlichen Bereich muss zwischen der Überwachung von zulässigen Höchstgeschwindigkeiten und der Erfassung von Verkehrsströmen unterschieden werden,26 wobei lediglich letzteres Relevanz für die vorliegende Studie besitzt. Entsprechend ausgelegte Radaranlagen können neben der Geschwindigkeit auch die Anzahl der Fahrzeuge ermitteln, die sich pro Zeit- einheit durch einen definierten Querschnitt bewegen. Aus diesen Daten lassen sich der Belegungsgrad (Definition: Summe der Verweildauern der Fahrzeuge während einer Messung im Wahrnehmungsbereich eines Detektors im Verhältnis zur Mess- dauer) sowie die Verkehrsstärke ermitteln. Durch die Anwendung spezieller Aus- wertungsverfahren lassen sich weiterhin Länge und Höhe der Fahrzeuge bestimmen, was Rückschlüsse auf den Fahrzeugtyp zulässt. Mithilfe dieses Verfahrens lassen sich bis zu acht Fahrzeugklassen unterscheiden.27

Der Einbau eines Radarsystems in die Straßeninfrastruktur kann sowohl seitlich an Masten als auch über Kopf / umgekehrt an Brücken erfolgen. Prinzipiell ist der Einsatz von Radarsystemen demnach nicht an das Vorhandensein von Brücken gebunden.28 Sie können an den optimalen Punkten im Straßennetz installiert werden, ohne dass den Verkehrsfluss hemmende Spursperrungen oder Tiefbauarbeiten notwendig sind.

Radarsysteme sind seit mehreren Jahren auf deutschen und österreichischen Autobahnen im Einsatz, wobei Geräte Verwendung finden, die bis zu acht Spuren simultan überwachen können. Eine autarke Energieversorgung der Systeme - bestehend aus Detektoreinheit und Steuergerät - kann über Solarmodule in Verbindung mit Batterien sichergestellt werden. Die Datenübertragung kann unabhängig vom System auf beliebigem Weg erfolgen. In der Regel werden Daten asynchron mittels Mobilfunk übertragen. Radarsysteme stellen demnach keinerlei Anforderungen an die Infrastruktur, was sie zu sehr flexiblen Erfassungssystemen macht. Lediglich bei der Verwendung von Radaranlagen in großen Stahlstrukturen (z. B. Brücken) kann es zu Verfälschungen des Messergebnisses kommen.29 Die Kosten für eine Überwachungseinheit schwanken je nach Ausbaustufe und Umfang zwischen € 700 und € 2000.

VIDEOBILDAUSWERTUNG

Kameras zur Erfassung verkehrlicher Daten finden sowohl mit als auch ohne direkte Bildauswertung Anwendung in der Praxis. Da die von Kameras ohne Bildauswertung aufgezeichneten Bilder durch menschliche Operatoren ausgewertet werden müssen, wird in dieser Studie nur auf Systeme mit Video Image Processing (VIP = digitale Auswertung der Bilder) eingegangen. Die in den Kameras verwendeten Sensoren liefern eine spezifische Ausgangsspannung, sobald sie mit Photonen beaufschlagt werden. Aus der Interpretation der Ausgangsspannung werden die Bilder abgeleitet und vom Video Image Processor ausgewertet.30 An dieser Stelle soll auch auf die Probleme der VIP-Technologie eingegangen werden. Die Auswertungsprogramme sind auf hoch auflösende und kontrastreiche Bilder angewiesen, wodurch die Auswahl von geeigneten Kameras mit großer Sorgfalt erfolgen muss. In diesem Zusammenhang stellen Nebel, Dämmerung und Dunkelheit hohe Anforderungen an die Anlagen. Die Detektion von Fahrzeugen auf unbeleuchteten Straßen ist nur eingeschränkt möglich. Auch kann ein mangelnder Kontrast zwischen Fahrzeug und Fahrbahn zu Detektionsfehlern führen. Während in der Vergangenheit hohe Verkehrsbelastungen aufgrund mangelnder Rechenleistung der Systeme nur schwer zu erfassen waren, stellt die Computerleistung in der heutigen Zeit keinen limitierenden Faktor mehr dar.

Unter der Voraussetzung eines gut ausgeleuchteten Sichtbereichs können Kameras alle relevanten verkehrlichen Daten liefern.31 Sie sind in der Lage, die Geschwindig- keit und Anzahl von Fahrzeugen zu bestimmen sowie stehende Fahrzeuge zu erfassen. Die Einteilung der Fahrzeuge in Klassen ist mithilfe einer Auswertung von Länge und Höhe möglich. Auf diese Art und Weise können bis zu acht Klassen unterschieden werden. Neben diesen Informationen sind Kamerasysteme darüber hinaus in der Lage, Nummernschilder zu erkennen und mehrere Fahrspuren mithilfe einer einzigen Kamera auszuwerten.

Der Einbau in die Straßeninfrastruktur kann an Brücken (i.d.R. über Kopf) oder neben der Fahrbahn an Masten erfolgen. Die Wahl des Montageortes ist in diesem Fall nicht von der Kameratechnologie abhängig, sondern von der verwendeten Software. Bei Überkopfmontage kann von einer besseren Datenqualität ausgegangen werden. Studien zeigen, dass bei guten Sichtverhältnissen und optimaler Kameraposition Detektionsraten von über 95 % erreicht werden. Bei einer seitlichen Positionierung der Kamera in ungenügender Höhe sinken die Detektionsraten auf unter 85 %.32 Einen weiteren zu berücksichtigenden Aspekt stellt die Positionierung der Kamera zur Fahrtrichtung des Verkehrs dar. Beide Aufstellungsvarianten (mit oder gegen die Fahrtrichtung) besitzen spezifische Vor- und Nachteile, die vor dem Einsatz gegeneinander abgewogen werden müssen.

Die Energieversorgung von Kamerasystemen erfolgt meistens durch Solarmodule in Verbindung mit Batterien. Bei der Datenweiterleitung können prinzipiell alle gängigen Technologien zur Anwendung kommen. Sollen nicht nur die dezentral durch das System ermittelten Daten weitergeleitet werden, sondern auch bewegte Bilder, können jedoch ausschließlich Leitungswege mit hohem Datendurchsatz verwendet werden. Verkehrskameras können sowohl innerstädtisch als auch auf Autobahnen eingesetzt werden, wobei die Anschaffungskosten für Kamerasysteme zwischen $ 5.000 und $ 26.000 liegen.33 Wartungskosten fallen regelmäßig für die Reinigung der Kameraoptik an. Die Leistungsfähigkeit von Kamerasystemen hängt von Wettereinflüssen wie Regen, Schnee und Nebel sowie Schattenbildung auf der Straße, Kontrast zwischen Fahrzeug und Fahrbahn, Lichtintensität und Tagesgang sowie von der Verschmutzung der Kameralinse ab. In vielen Bereichen sprechen diese Faktoren deswegen gegen den Einsatz von Videodetektion.

AKTIVE INFRAROTSENSOREN

Aktive Infrarotgeräte werden in dieser Untersuchung nur sehr kurz behandelt, da es momentan keine Modelle für die Erfassung von Verkehrsdaten gibt.34 Aktive Infrarotsensoren empfangen nicht nur die durch Objekte ausgesendete Wärmestrahlung, sondern senden auch aktiv Licht des elektromagnetischen Spektrums aus. Den Einsatz zur Verkehrsdatenerfassung erschweren infolgedessen auch Interferenzen mit dem Sonnenlicht.

PASSIVE INFRAROTSENSOREN

Passive Infrarotdetektoren (PIR) nutzen den pyroelektrischen Effekt.35 In einem pyroelektrischen Kristall tritt eine von der Temperatur abhängige elektrische Polarisation auf. Ändert sich die Temperatur nur geringfügig - beispielsweise durch veränderte Sonneneinstrahlung -, kommt es zu einer elektrischen Spannung, bis sich ein neues Gleichgewicht einstellt. Verschaltet man nun mehrere - typischer- weise nicht mehr als fünf - Kristalle, welche verschiedene Sektoren abdecken und vergleicht deren Ausgangsspannung, lassen sich Personen oder Fahrzeuge anhand ihrer Wärmestrahlung detektieren. Infrarotdetektoren sind nicht von optischen Sichtverhältnissen abhängig und arbeiten somit auch bei schlechten Witterungsbedingungen und in absoluter Dunkelheit. Lediglich im Fall einer gänzlichen Absorption der Strahlung durch Umwelteinflüsse (bspw. durch starken Schneefall) kann es zu Qualitätseinbußen kommen.36 Des Weiteren erreichen PIR nicht die Genauigkeit von optischen Detektoren und viele auf dem Markt befindliche Geräte unterstützen die Detektion von stehenden Fahrzeugen nicht.

Mithilfe passiver Infrarotdetektoren können Daten über Fahrzeuggeschwindigkeit und -anzahl gewonnen werden.37 Daraus kann dezentral die Berechnung von weiteren Daten wie z. B. des Belegungsgrads (Definition siehe Radardetektoren) in Prozent erfolgen. Auch die Detektion von Fahrzeugklassen ist möglich, wobei diese jedoch nicht mit der Genauigkeit von Radar- oder Videosystemen mithalten kann. Handelsübliche PIR sind in der Lage, lediglich zwei verschiedene Klassen von Fahrzeugen zu unterscheiden. Die Detektion von Fußgängern - insbesondere bei Systemen, die mit Ampeln verknüpft sind - ist Stand der Technik, auch Mehrspurdetektion von Fahrzeugen ist möglich.

Bei Infrarotdetektoren handelt es sich um ein System, welches nicht in die Straße integriert werden muss, sondern über Kopf oder seitlich der Fahrbahn montiert werden kann.38

Ein großer Vorteil von PIR liegt im geringen Stromverbrauch. Die Energieversorgung der Geräte kann über Photovoltaikmodule in Verbindung mit Batterien erfolgen.39 Der fehlerfreie Betrieb wird somit über vier Wochen ohne Sonneneinstrahlung aufrechterhalten, wodurch die Anschlusskosten erheblich verringert werden. Die Datenweiterleitung kann durch alle in Kapitel 3.2 erläuterten Technologien erfolgen und in von einem Administrator frei konfigurierbaren Intervallen weitergeleitet werden. Die Installation eines solchen Systems kann an den verkehrlich optimalen Orten erfolgen, da die Wahl des Standortes nicht durch die Verlegung von zusätzlichen Energie- oder Datenkabeln eingeschränkt wird. Schmälerung erfährt diese Flexibilität allerdings durch die geringe Anzahl klassifizierbarer Fahrzeugtypen. Die Kosten eines Erfassungssystems belaufen sich nach Schätzungen des US DOT (2005) auf € 700 bis € 2.000.40

LIDAR / LASERMESSYSTEM

Lidar ist das Akronym für Light Detection and Ranging (Methode zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung mithilfe von Laserstrahlen). Das physikalische Prinzip ähnelt dem der Radartechnologie, wobei es zur Entfernungs- messung jedoch nicht Radiowellen, sondern Laserstrahlen verwendet. Aus diesem Grund ist die Bezeichnung von Lidar als „Laser Radar“ zwar weit verbreitet, jedoch irreführend. Im Deutschen spricht man auch von Lasermesssystemen (LMS). Lidar Systeme zur Verkehrsdatenerfassung arbeiten nach dem Prinzip der Pulslaufzeit- messung: Ein gepulster Laserstrahl wird ausgesandt und trifft auf ein Objekt, welches diesen reflektiert. Die Reflexion wird vom Empfänger registriert.41 Hierbei ist die Zeit vom Aussenden bis zum Empfangen des Impulses direkt proportional zur Entfernung zwischen LMS und Objekt (Lichtlaufzeit). Wird der Laserimpuls durch eine Optik in mehrere Richtungen ausgesendet, können neben der Entfernung des Objekts auch dessen Geschwindigkeit und räumliche Ausdehnung bestimmt werden.

Mithilfe von Lidar Systemen ist es möglich, alle verkehrlich relevanten Daten wie Geschwindigkeit, Fahrzeuganzahl und Fahrzeugklasse zu erfassen.42 Eine Differenzierung von Fahrzeugen kann innerhalb von 11 Klassen erfolgen, weswegen dieses System vornehmlich an Mautbrücken zum Einsatz kommt. Eine Mehr- spurerfassung ist zwar möglich, jedoch leidet bei Anwendung die Auflösung des Systems.

Da die Installation von Lidar Systemen nur über der Fahrbahn an Brücken möglich ist, ist die Standortwahl eingeschränkt.

Eine Bewertung der Technologie wird nicht durchgeführt, da sie bislang lediglich im Rahmen der Fahrzeugklassifikation eingesetzt wird und zum heutigen Stand der Technik keine weiteren verkehrlichen Daten liefert. Zwar wird die LMS-Technik in unterschiedlichen industriellen Bereichen eingesetzt, in der Verkehrsdatenerfassung konnte sie sich jedoch nicht durchsetzen. Aus diesem Grund stehen nicht genügend geeignete Modelle für eine Auswertung zur Verfügung.

ULTRASCHALLDETEKTOREN

Ultraschalldetektoren senden Schallwellen im für das menschliche Gehör nicht wahrnehmbaren Frequenzbereich zwischen 25 und 50 KHz aus.43 Die meisten Sensortypen senden variable Frequenzgänge, was die Messung der Entfernung von Objekten ermöglicht, indem die Laufzeit des reflektierten Signals erfasst wird. Andere Sensoren senden auf einer konstanten Frequenz und schließen über den DopplerEffekt (siehe Radardetektoren) auf die Entfernung des Objekts.

Ultraschalldetektoren werden oft in Kombination mit anderen Sensortypen eingesetzt, da sie in der Lage sind, sowohl stehende Fahrzeuge zu detektieren als auch Anzahl, Geschwindigkeit und 2 Fahrzeugklassen zu erfassen.

Der bevorzugte Installationspunkt für Ultraschalldetektoren liegt über der Fahrspur. Weiterhin ist die Anbringung der Sensoren neben der Fahrbahn möglich. Zur Montage, Reparatur und Wartung des Systems besteht demnach keine Notwendigkeit zu Eingriffen in den fahrenden Verkehr.

Extreme Temperaturen und starke Luftturbulenzen können die Genauigkeit der Systeme beeinflussen.

PASSIVE AKUSTIKSENSOREN

Akustiksensoren messen die Zu- und Abnahme von Geräuschen.44 Durch die Positionierung von Mikrofonen an unterschiedlichen Standorten lassen sich Rückschlüsse auf Verkehrsdaten auf Basis der von den Fahrzeugen emittierten Geräusche ziehen.

Durch passive Akustiksensoren können Geschwindigkeit und Anzahl von Fahr- zeugen ermittelt werden, wohingegen eine Klassifizierung von Fahrzeugtypen nicht möglich ist.

Die Installation kann je nach Bauart über oder neben der Fahrbahn erfolgen. Die Erfassung mehrerer Spuren kann mithilfe eines Detektors erfolgen.

3.1.3 Fahrbahnunabhängige Systeme

Die fahrbahnunabhängigen Systeme arbeiten ohne fest mit der Infrastruktur verbundene Installationen. Hierzu zählen insbesondere Floating Car Data, Floating Phone Data, Staumelder, Verkehrszählungen, luftgestützte Datenerfassung und Wetterdaten. In den folgenden Abschnitten wird auf die einzelnen Erhebungsmethoden näher eingegangen.

FLOATING CAR DATA

Floating Car Data (FCD) bezeichnet ein Verfahren, bei dem Daten durch Fahrzeuge generiert werden, die am Verkehrsgeschehen teilnehmen.45 Zu diesem Zweck müssen die Fahrzeuge mit einer Onboard-Unit (OBU) ausgerüstet werden, in der ein Gerät zur Positionsbestimmung und zur Kommunikation - also zur Weiterleitung der Daten - enthalten ist. Die Bestimmung der Position wird in den meisten Anwendungen durch das Global Positioning System (GPS) realisiert. Da die Genauigkeit der Position für Anwendungen, die auf FCD basieren, von entscheidender Bedeutung ist, wird das Prinzip der satellitengestützten Positions- bestimmung in Box 1 näher erläutert.

Viele Telematikdienste nutzen zur Positionsbestimmung das NAVSTAR Global Positioning System, wobei diese Technologie auf militärische Entwicklungen zurückgeht. GPS besteht aus 24 Satelliten, die in einer Höhe von 20.000 km die Erde umkreisen und Signale an die Empfangsgeräte (Zeit, Position, Identifikation) senden. Bei der Standortbestimmung wird die Laufzeit der Signale von mindestens vier Satelliten gemessen. Hierbei ist die Dauer ausschlaggebend, die das Signal vom Satelliten zum Empfänger benötigt. Über die Signalgeschwindigkeit (Licht- geschwindigkeit) lässt sich die Entfernung zwischen Empfänger und Satellit ableiten. Jede dieser Entfernungen (Empfangsgerät zu vier Satelliten) definiert eine Kugel- oberfläche um den zugehörigen Satelliten, auf der sich der Empfänger befindet. Zwei Kugeln schneiden sich in einem Kreis und drei Kugeln ergeben maximal zwei Punkte als Schnittmenge. Da sich einer dieser Schnittpunkte einige tausend Kilo- meter von der Erdoberfläche entfernt befindet, kann er verworfen werden; der andere Schnittpunkt stellt die gesuchte Position des Empfängers dar. Ein vierter Satellit wird benötigt, um die Abweichung zwischen den Uhren der Satelliten und der des Empfängers zu ermitteln und die gemessenen Laufzeiten zu bereinigen. Aus diesem Grund gibt es bei unverstelltem Horizont auf jedem Punkt der Erde mindestens zu vier Satelliten eine Sichtlinie. Durch hohe Gebäude, Industrieanlagen oder dichte Bäume können die GPS-Signale abgeschattet bzw. reflektiert werden. In Tunneln sind sie ebenfalls nicht zu empfangen. Unter normalen Bedingungen lässt sich die Position mithilfe von GPS auf +/- 15 m bestimmen. Durch die Verwendung von DGPS lässt sich die Genauigkeit auf +/- 1 bis 3 m verbessern.

In Zukunft wird für die satellitengestütze Positionsbestimmung zusätzlich das europäische System GALILEO zur Verfügung stehen. Da es über 30 Satelliten verfügt, bietet es eine höhere Zuverlässigkeit und Abdeckung als das bisherige GPS, wodurch auch die Genauigkeit gesteigert werden kann. Des Weiteren wird es nicht militärisch kontrolliert. Das Anbieten einer Verfügbarkeitsgarantie und die Möglichkeit, bei mangelnder Verfügbarkeit eine Integritätsmeldung zu veranlassen, werden zu neuartigen Anwendungen im Bereich der Satellitennavigation und Telematik führen.

Satellitengestützte Ortungsdienste stellen wegen der vorhandenen Infrastruktur und der geringen Gerätepreise die kostengünstigste Lösung zur Positionsbestimmung dar.

Box 1: Satellitengestützte Positionsbestimmung46

Für die Weiterleitung der Daten kommen zwei Technologien zur Anwendung: Mobilfunk und digitaler Taxifunk. Für Anwendungen, bei denen Taxiunternehmen die Generierung von FCD übernehmen, bietet sich der digitale Taxifunk an, da ohnehin alle Taxen damit ausgerüstet sind und keine weiteren Gebühren entstehen. Alle anderen umgesetzten Projekte nutzen für die Weiterleitung der Daten an Rechen- zentralen kommerzielle Mobilfunknetze. Diese Datenweiterleitung erfolgt ein bis vier Mal pro Minute.

Da die Fahrzeuge am Verkehrsgeschehen teilnehmen, gibt die Geschwindigkeit in Verbindung mit der Position Auskunft über Verkehrsstörungen und Staus.47 FCD ist deshalb so interessant, weil es in der Lage ist, Informationen über die exakte Reisezeit zu liefern. Dies ist insbesondere in städtischen Gebieten sehr wichtig, da hier das Verkehrsgeschehen durch eine Vielzahl von Einflussfaktoren wie Licht- signalanlagen, Parkverkehr u. ä. geprägt ist. Eine hinreichende Erfassung von Reisezeiten aus Verkehrsstärkemessungen ist innerhalb des gesamten Straßen- netzes schwierig und mit Blick auf die Infrastrukturkosten kaum realisierbar. Um aussagekräftige Werte liefern zu können, müssen jedoch mindestens 2 % des Fahrzeugbestands mit FCD-Technologie ausgerüstet sein. Zum Aufbau eines funktionstüchtigen Netzes muss demnach eine kritische Masse der Marktpenetration überschritten werden. Ein weiteres Hemmnis zur schnellen Verbreitung stellen die hohen Kommunikationskosten der Datenweiterleitung dar. Wird die Erfassung ausschließlich über Taxen durchgeführt, muss berücksichtigt werden, dass diese in einigen Städten über eigene Fahrspuren verfügen und somit Staus umgehen können. Die Teilnahme an FCD ist freiwillig und wird von den Anbietern über

Rabattsysteme vergütet. Gesammelte Daten werden mittels statistischer Modelle ausgewertet und in eine Lagesituation überführt. Während dies für Daten von Autobahnen kein größeres Problem darstellt, ergeben sich bei der Auswertung von Daten aus städtischen Gebieten Probleme aufgrund der zu geringen Geschwindig- keitsdifferenz zwischen einem Stau und dem frei fließenden Verkehr. Die Zuordnung einer Geschwindigkeit zu einer Verkehrsdichte kann hier folglich nur ungenau erfolgen. FCD dient in erster Linie der Stauerkennung und Wegzeitermittlung, wird allerdings auch zur Verbesserung der Genauigkeit von digitalen Karten genutzt. Den durch die Technologie herbeigeführten Datenschutzproblemen versuchen die Anbieter durch Anonymisierung entgegenzuwirken. Unter dem Begriff Extended Floating Car Data (XFCD) wird die Übertragung von weiteren durch das Fahrzeug erfassten verkehrlich relevanten Daten verstanden. Neben den Geschwindigkeits- werten können sensorerfasste Zusatzinformationen wie Temperatur, Fahrbahn- beschaffenheit oder Luftqualität, aber auch kritische Daten des Fahrzeugs wie zum Beispiel das Auslösen eines Airbags, eine Vollbremsung oder die Aktivität des elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) vollautomatisch gesendet werden. Auch das Abschicken von Nachrichten durch den Fahrer selbst (bspw. bei Unfall, Nebel etc.) wäre realisierbar.

FLOATING PHONE DATA

Floating Phone Data (FPD) ist eine preiswerte Quelle für Verkehrsdaten und eine Alternative mit höherer Netzabdeckung als Induktionsschleifen und andere stationäre Erfassungssysteme.48 Dem Potenzial, das durch die hohe Durchdringungsrate von Mobiltelefonen in der Bevölkerung und die hohe Verfügbarkeit im innerstädtischen Bereich begründet ist, steht eine im Vergleich zu GPS (und damit FCD) deutlich herabgesetzte Positionsgenauigkeit gegenüber. Box 2 erläutert die Möglichkeiten der Positionsbestimmung von Endgeräten in Mobilfunknetzen.

Bei der Positionsbestimmung von Endgeräten in Mobilfunknetzen muss zwischen netzwerk- und handsetbasierter Technologie unterschieden werden.

Die netzwerkbasierte Ortung von Mobiltelefonen beruht auf der Gegebenheit, dass ein Endgerät an mindestens einer so genannten Location Area angemeldet ist. Hierdurch kann mithilfe des einfachsten Verfahrens die Cell-ID der Funkzelle (Erläuterung siehe unten) ermittelt werden, an der das Telefon registriert ist. Dieses Verfahren ermöglicht jedoch nur eine sehr ungenaue Positionsbestimmung.

Wird mehr als eine Basisstation zur Ortung herangezogen, spricht man von Enhanced Observed Time Difference. Empfangen mindestens drei Basisstationen das Signal eines Mobiltelefons, kann aus dem Zeitunterschied der Signale mittels Trigonometrie die Position des Endgeräts genauer bestimmt werden. Zwar ist hierfür keine Änderung an den Endgeräten notwendig, jedoch muss das Endgerät mit den Funkzellen kommunizieren, d. h. mit dem Handy muss zum Zeitpunkt der Ortung ein Gespräch geführt werden. Sofern keine Kommunikation erfolgt, kann diese durch zusätzliche Einrichtungen am Netz simuliert werden, was bisher allerdings keine Anwendung bei FPD findet.

Das wichtigste Verfahren zur handsetbasierten Ortung wird als Cell-ID bezeichnet (funktioniert auch netzwerkseitig). Hierbei sind dem Mobiltelefon die geografischen Daten der Basisstationen, an denen es angemeldet ist, bekannt. Durch Identifikation der Basisstation mit dem stärksten Signal, und dem Abgleich mit einer Referenz- datenbank sind Rückschlüsse auf die eigene Position möglich. Die Modifikation der Mobiltelefone zur Ermöglichung dieses Verfahrens beschränkt sich auf ein Software- update.

Die Genauigkeiten für beide Systeme fallen mit sinkender Netzabdeckung stark ab. In ländlichen Gebieten kann die Abweichung mehrere Kilometer betragen.

Ein Vorteil gegenüber GPS ist der geringere Stromverbrauch der Endgeräte. Des Weiteren ist kein Sichtkontakt mit einem Satelliten notwendig, was die Ortung in Gebäuden ermöglicht. Der ausschlaggebende Grund für die verbreitete Nutzung und wesentlich bessere Marktdurchdringung von GPS-Modulen liegt einzig und allein in der höheren Genauigkeit.

Box 2: Möglichkeiten der Positionsbestimmung von Endgeräten in Mobilfunknetzen49

Es gibt zwei verschiedene Schnittstellen, an denen Daten aus dem Mobilfunknetz für die Erstellung von Verkehrsinformationen ohne zusätzliche Eingriffe in die Infra- struktur ausgelesen werden können.50 Das so genannte Abis-Interface stellt während eines Gesprächs detaillierte Informationen zur Empfangsstärke der ver- wendeten sowie benachbarten Stationen zur Verfügung. Dagegen können am A- Interface während eines Telefonats die Daten über den Wechsel der Funkzellen ermittelt werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, für alle eingeschalteten Mobiltelefone Daten über das Wechseln einer Location Area (20 bis 30 Funkzellen) abzurufen. Je häufiger und länger ein Verkehrsteilnehmer telefoniert, desto höher ist die Qualität der generierten Daten. Bisher wird ausschließlich das Abis-Interface genutzt, um FPD abzuleiten. Nach der Aufzeichnung der Daten (über die Empfangsstärken) werden in einem Berechnungsschritt aus diesen Rohdaten Positionsdaten generiert und auf einer digitalen Karte abgebildet. Die Heraus- forderung besteht im Folgenden darin, diejenigen Telefone zu identifizieren, die am Straßenverkehr teilnehmen. Während für Autobahnen und außerstädtische Hauptverkehrsstraßen bereits gute Ergebnisse erzielt werden, besteht zur Erschließung der innerstädtischen Bereiche die Notwendigkeit weiterer Forschung.

Für die Verwendung von FPD zur Verkehrslageerfassung werden die genauen Positionsdaten während eines Gesprächs herangezogen.51 Selbst kurze Telefonate reichen aus, um die Geschwindigkeit - und damit die Verkehrslage an einem Streckenabschnitt - zu bestimmen. Die Nutzung der Daten erfolgt hierbei ähnlich zur FCD-Technologie, wobei die Datenqualität von FPD nicht vergleichbar gut ist. Dieses Manko lässt sich durch die Anzahl an Erfassungen kompensieren. Um eine gute Qualität der Informationen zu gewährleisten, wird in Forschungsprojekten an Sicherungsmaßnahmen gearbeitet. Selbstverständlich werden die Informationen von den Mobilfunkanbietern ausschließlich in anonymisierter Form weitergegeben, um die persönlichen Daten ihrer Kunden zu schützen. Die Kosten für FPD sind hingegen relativ gering, da keine zusätzliche Infrastruktur notwendig ist und die benötigten Daten in den Mobilfunknetzen ohnehin anfallen. Allein die Generierung und Auswertung von Informationen muss - analog zu allen anderen Erhebungs- methoden - durchgeführt werden.

Ein Beispiel zur Anwendung von Floating Phone Daten in der Praxis liefert Box 3.

In Zusammenarbeit mit der TU Braunschweig entwickelte die in Niedersachsen angesiedelte Oecon GmbH ein Verfahren, das Verkehrsstörungen mithilfe von anonymisierten Mobilfunkdaten abbildet. Nach einer erfolgreichen Testphase kommt der Dienst namens NetFCD seit April 2008 auf der A2 westlich von Hannover zum Einsatz. Ein während der Fahrt im Kraftfahrzeug geführtes Handygespräch wird von einem Sendemast zum nächsten weitergegeben. Die Daten der Übergabe werden durch den Netzbetreiber registriert und von der Oecon GmbH genutzt, um die mittlere Reisegeschwindigkeit des Fahrzeugs zu errechnen. Die verarbeiteten Daten werden schließlich an die VMZ Hannover übergeben und in das Verkehrs- management (bspw. Umleitungsempfehlungen und Warnhinweise) eingebunden. Präzise Aussagen über die Länge des Staus ergeben sich aus der Anzahl der geführten Handygespräche, welche mit steigender Verkehrsdichte stark zunimmt.

Box 3: Praxisbeispiel zur Stauerkennung über Handydaten52

STAUMELDER

Staumeldungen können sowohl von privaten Personen als auch von der Polizei an die zuständigen Stellen weitergegeben werden.

Private Personen können sich als Staumelder beim ADAC oder einem öffentlichen Rundfunksender registrieren.53 Sie erhalten im Gegenzug eine kostenlose Rufnummer des Call-Centers, bei dem sie Staus, Verkehrsbehinderungen oder Gefahrensituationen melden können. Der ADAC gibt auf seiner Homepage an, dass jede Meldung innerhalb von zwei Minuten durch die Mitarbeiter der Telefonzentrale in das System eingegeben wird. Auf diese Informationen können unterschiedliche Dienstanbieter zugreifen, wobei kritisch anzumerken ist, dass die Aktualität manuell generierter Verkehrsdaten oftmals für die Erstellung zuverlässiger Verkehrs- informationen nicht ausreicht. Ein weiteres Problem manuell eingepflegter Verkehrsstörungen liegt darin, dass meist keine Informationen über die Beseitigung von Störungen weitergegeben werden.

Ein neues System zur Weiterleitung privater Staumeldungen ist der so genannte StauScanner des ADAC.54 Dieses Programm wird auf Mobilfunktelefonen, die mit dem Betriebssystem Windows Mobile von Microsoft in Verbindung mit einem GPS- Empfänger ausgestattet sind, installiert. Erkennt der Nutzer während der Fahrt einen Stau, ist er in der Lage, per Knopfdruck eine entsprechende Meldung mit seiner Position abzusetzen. Das Modell des StauScanners funktioniert demnach wie ein vereinfachtes FCD-System.

Neben privaten Meldern dient weiterhin die Polizei als Datenquelle für verkehrliche Informationen. Polizisten sind angewiesen, Verkehrsstörungen an die Landesmeldestellen weiterzugeben. Nähere Informationen zu dieser Datenquelle werden in Kapitel 4.2.1 gegeben.

VERKEHRSZÄHLUNG

Verkehrszählungen dienen als klassische Erfassungsmethode der Generierung von Daten zum Zweck der Netzplanung und -optimierung. Sie können nicht für Verkehrsinformationsdienste genutzt werden.55 Bei Verkehrszählungen werden Beobachter zu einem bestimmten Ort gebracht, an dem sie die passierenden Fahrzeuge zählen. Die Ergebnisse werden schriftlich festgehalten, wobei neben der Anzahl an Fahrzeugen auch die Fahrzeugklasse erfasst werden kann.

LUFTGESTÜTZTE DATENERFASSUNG

Verkehrsflieger werden beispielsweise von einigen Radiosendern eingesetzt, um durch die Beobachtung der Verkehrslage aus der Luft Informationen über Störungen zu liefern. Der wahre Nutzen von Verkehrsfliegern kann nicht beziffert werden, da die Sender ihre Flieger auch als Marketingmaßnahme verwenden.

Eine weitere Möglichkeit, mit Flugzeugen Verkehrsdaten zu generieren, wird derzeit vom DLR untersucht und entwickelt.56 Bei dieser Technik handelt es sich um eine Reihe großflächiger, fotografischer Senkrecht- oder Schrägaufnahmen, die aus der Luft von einem Flugzeug, Luftschiff, Ballon oder Turm erfasst und ausgewertet werden. Mithilfe einer Bildserie können alle relevanten Verkehrsdaten abgebildet werden. So lassen sich z. B. Überholvorgänge, Verhalten an Ein- und Ausfahrten, Staubildung, etc. dynamisch analysieren. Diese Daten dienen in erster Hinsicht dem Verständnis von Verkehr sowie der strategischen Verkehrsplanung. Neben diesen strategisch relevanten Informationen besteht weiterhin die Möglichkeit, Einzel- und Gruppengeschwindigkeiten von Fahrzeugen sowie Fahrzeugtyp, -abstand und - dichte abzuleiten. Gegen diese Methode der Verkehrsdatenerfassung sprechen die Probleme einer Echtzeiterfassung von gesamten Netzen - es müsste eine große Zahl an Flugzeugen eingesetzt werden - sowie die hohen Kosten. Im Rahmen der Verkehrsforschung (insbesondere im Bereich der Verkehrsdatenerfassung mittels Satelliten) und bei Großereignissen liefert diese Technologie jedoch gute Ergebnisse.

WETTERDATEN

Das bundesweite Straßenzustands- und Wetterinformationssystem (SWIS) ist aus einer Zusammenarbeit des Deutschen Wetterdienstes (DWD) mit dem Bundesverkehrsministerium sowie den Straßenbauverwaltungen der Länder entstanden.57 Zum SWIS gehören Messstellen für Umfelddaten und Glättemeldeanlagen an Bundesautobahnen und -straßen. Über Kommunikationsschnittstellen werden diese Messdaten an SWIS-Rechnerzentralen gesendet und mit anderen Wetterdaten des DWD zusammengeführt. Die Straßen- und Autobahnmeistereien beziehen aus dieser Quelle Wetterdaten und -berichte. Weiterhin können auch die Landesmeldestellen auf diese Daten zugreifen und in ihr System einpflegen.

3.2 Datenübermittlung

Im vorliegenden Kapitel wird näher auf die Datenübermittlung eingegangen. Datentransfer findet zwischen allen Stufen der Wertschöpfungskette statt, nicht nur zwischen den Stufen der Datenerfassung und Datenfusion. Sie ist prinzipiell immer erforderlich, wenn Daten von einem informationstechnologischen Bauteil zum nächsten weitergegeben werden.

Datenübermittlung beinhaltet im vorliegenden Kontext jedoch lediglich die Übertragung der Daten über größere Strecken. Neben der hier gewählten Untergliederung in Einweg- und Zweiwegkommunikation ist auch eine Klassifizierung in ortsgebundene Kommunikation und Mobilkommunikation möglich.

Allein mittels Mobilkommunikation ist die Übertragung von Informationen zwischen Fahrzeugen und ortsfesten Einrichtungen möglich, weshalb sie für die Verbreitung von Verkehrsinformationsdiensten eine entscheidende Rolle spielt. Mobile Einweg- kommunikation über den öffentlichen Rundfunk wird in Deutschland bereits seit mehr als 50 Jahren angewendet. Neue Möglichkeiten für die Verkehrstelematik resultieren jedoch überwiegend aus der Weiterentwicklung mobiler Zweiwegkommunikation.

Für die Übertragung von Daten sind unterschiedliche Voraussetzungen zu erfüllen. So stellt die Datensicherheit für den Bereich des Verkehrsmanagements einen entscheidenden Faktor dar. Der Betreiber eines Kommunikationsnetzes muss Sicherheitsmanagement (also den Schutz vor unberechtigtem Zugriff auf die Daten) sowie ein effektives Fehlermanagement (also den Schutz vor Ausfällen der Infra- struktur) betreiben.

Einen Überblick über derzeit verwendete Kommunikationstechniken bzw. Technologien zur Datenübermittlung sowie deren Kategorisierung verschafft Tabelle 2.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2: Merkmale und Gegenüberstellung verwendeter Kommunikationstechnologien58

Neben diesen Eigenschaften der Technologien stellt Tabelle 3 deren Eignung für den Einsatz in Verbindung mit real existierenden Diensten und Anwendungen dar. In erster Linie stellen bei dieser Betrachtung die verfügbaren Übertragungsgeschwindigkeiten den limitierenden Faktor dar. Die Informationen der Tabelle stellen einen Vorgriff auf die Abschnitte dar, in denen die Anwendungen näher betrachtet werden, weshalb hier nicht weiter auf sie eingegangen wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3: Übertragbarkeit der Kommunikationsstechnologien auf real existierende Anwendungen59

3.2.1 Einwegkommunikation

Einwegkommunikation kann als die Übertragung einer Information von einem Sender zu einem Empfänger definiert werden, wobei der Empfänger keinesfalls auch als Sender fungieren kann. Bei den in den folgenden Abschnitten vorgestellten Technologien (analoger und digitaler öffentlicher Rundfunk) handelt es sich des Weiteren um Broadcast-Lösungen. Dies bedeutet, dass die Signale des Senders nicht an ein spezifisches Empfangsgerät übermittelt, sondern von allen eingeschalte- ten und kompatiblen Endgeräten empfangen werden können, die sich im Ausstrah- lungsbereich befinden.

ANALOGER ÖFFENTLICHER RUNDFUNK

Der öffentliche Rundfunk kann zur kostengünstigen Einwegkommunikation genutzt werden. Die bestehende Infrastruktur hat sich bereits über Jahrzehnte bewährt.60 Auch die Übertragung von Verkehrsmeldungen wird seit vielen Jahren durch die Autofahrer-Rundfunk-Information (ARI) erfolgreich praktiziert. Durch ARI werden die Informationen elektronisch gekennzeichnet, wodurch das Radioprogramm unter- brochen werden kann, sobald auf einem anderen Sender eine Verkehrsmeldung empfangen wird. Durch das ständig wachsende Verkehrsaufkommen stößt das Verlesen der Verkehrsmeldungen durch einen Radiomoderator jedoch an seine Grenzen, weshalb das Radio Data System (RDS) entwickelt wurde. RDS bietet die Möglichkeit, über den analogen Rundfunk digitalisierte Nachrichten und Informationen zu übertragen. Speziell zu diesem Zweck wurden die Standards ALERT-C und ALERT-Plus entwickelt, mit deren Hilfe es möglich ist, den Dienst Traffic Message Channel (TMC), also digitalisierte Verkehrsmeldungen zu verbreiten. Die redaktionelle Arbeit beim Erstellen der Meldungen übernehmen öffentliche Meldestellen (siehe dazu Kapitel 4.2.1).

Da die durch RDS übertragbare Datenmenge auf maximal 60 kodierte Verkehrs- meldungen pro Minute begrenzt ist, erreicht dieser Standard in Stoßzeiten seine Kapazitätsgrenze. Aufgrund dieser Tatsache wurde der digitale öffentliche Rundfunk entwickelt.

DIGITALER ÖFFENTLICHER RUNDFUNK

Es gibt verschiedene Standards zur Übertragung von digitalen Inhalten auf mobile Endgeräte. Bereits seit 1999 befindet sich das Digital Audio Broadcasting (DAB) im Regelbetrieb, welches in Deutschland über eine Sendeabdeckung von 80 % verfügt. DAB ermöglicht Übertragungsraten von bis zu 1,7 Mbit/s, wodurch neben dem Senden von Audiosignalen zudem die Übertragung von Texten, Daten und bewegten Bildern ermöglicht wird. Aufgrund von Unsicherheiten der Kunden über diskutierte inkompatible Folgelösungen ist die Marktdurchdringung von DAB jedoch nicht weit fortgeschritten. So ist beispielsweise die Weiterentwicklung DAB+, welche kaum Vor- teile für den Kunden mit sich bringt, nicht von DAB-fähigen Endgeräten empfangbar.

Ein weiterer Standard, der aufgrund der Digitalisierung des Fernsehfunks häufig von den Medien thematisiert wird, heißt Digital Video Broadcasting (DVB). Neben der terrestrischen Variante DVB-T, die vergleichsweise komplexe Empfangsgeräte benötigt, stehen auch für den mobilen Einsatz konzipierte Alternativen zur Verfü- gung. So ermöglicht DVB-H (H = Handheld) den terrestrischen asynchronen Empfang digitaler Inhalte auf mobilen Enderäten. Für die Ausstrahlung von Videosignalen werden variable Bitraten verwendet, die bis zu 27 Mbit/s betragen können; Audio- und Datensignale werden mit Bitraten von 256 kbit/s bis 32 Mbit/s versendet. Bisher kann für DVB keine ausreichende Abdeckung in ländlichen Gebieten gewährleistet werden.

3.2.2 Zweiwegkommunikation

Die Zweiwegkommunikation unterscheidet nicht eindeutig zwischen Sender und Empfänger. Jeder Sender dient ebenso als Empfänger, wodurch eine Kommuni- kation in beide Richtungen ermöglicht wird. Folglich findet eine Zweiweg- kommunikation immer zielgerichtet, d. h. nur zwischen zwei Endgeräten statt und kann sowohl kabelgebunden als auch mittels Mobilfunktechnologien erfolgen. Die verschiedenen Mobilfunktechnologien unterscheiden sich in der Regel nur durch jeweilige Datenübertragungsraten und ihre Netzabdeckung.

KABEL

Die Kommunikation über Kabel kann durch unterschiedliche Technologien (analog oder digital sowie in Kupfer- oder Lichtwellenleitern) erfolgen. Gemein ist allen Varianten, dass sie sehr hohe Datenübertragungsraten ermöglichen, welche für LWL sogar im Gigabit-Bereich liegen. Die Kommunikation über Kabel ist jedoch nur für stationäre Anwendungen wie z. B. für den Datenaustausch zwischen Induktions- schleifen und Managementzentrale geeignet. Die Verlegung von Kabeln ist sehr kostenintensiv und selbst bei Anbindung an vorhandene im Erdreich verlegte Kabelstränge ergeben sich hohe Kosten durch Tiefbau- und Anschlussarbeiten. Für den Fall, dass bereits anschlussfertige Kabel vorliegen, birgt diese Verbindungsart jedoch die geringsten Übertragungskosten.

GSM

GSM steht für Global Standard for Communication und wird als zweite Generation der Mobilfunknetze bezeichnet.61 GSM ist das erste digitale Mobilfunknetz, wurde 1991 eingeführt und löste somit das analoge C-Netz ab. Bei GSM handelt es sich um leistungsvermittelte Datenübertragung, welche die digitale Übertragung von Gesprächen und Daten beinhaltet, wobei immer eine exklusive Verbindung zwischen den beiden Enden der Leitung besteht. Für diese exklusive Verbindung ist ein Verbindungsaufbau nötig, der einige Sekunden in Anspruch nimmt. Durch den Ausbau von vier unabhängigen Netzen mit rund 50.000 Basisstationen ist eine flächendeckende Verfügbarkeit in Deutschland gewährleistet. Da GSM auf zellulärem Mobilfunk beruht, ist er für tragbare Endgeräte geeignet. Die Nutzung des 900 MHz- und des 1800 MHz-Bandes ermöglicht weiterhin einen Empfang in Fahrzeugen. GSM ist sowohl für Telefongespräche und Faxe als auch für Datensendungen konzipiert, wodurch burstartige Datenübertragungen (d. h. in Form von Paketen) mit schwan- kender Datenrate - wie bspw. bei der Nutzung des Internet - nur eingeschränkt unterstützt werden.

Da immer eine physikalische Verbindung zwischen Sender und Empfänger benötigt wird, ist für die Gebührenerhebung nicht die übertragene Datenmenge ausschlag- gebend, sondern allein die Verbindungsdauer. Bei Datenübertragungen beträgt die verfügbare Bandbreite 9,6 kbit/s welche durch Kanalkodierung auf 14,4 kbit/s gestei- gert werden kann.

[...]


1 Vgl. Innovatives Niedersachsen (2009, S. 15f).

2 Forschungszentrum Karlsruhe (2005, S. 19ff).

3 Vgl. BASt (2006).

4 Quelle: Expertengespräch Beer, M. (2009).

5 Vgl. Gabler (1997, Stichwort: Wettbewerbsstrategie).

6 Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an Homburg, C. / Krohmer, H. (2005, S. 396).

7 Quelle: Eigene Darstellung.

8 Für die Analyse von Reisezeiten ist es nötig, den aufgezeichneten Fahrverlauf eindeutig einem PKW zuzuordnen. Datenschutzrechtliche Beschränkungen werden in der vorliegenden Betrachtung nicht berücksichtigt.

9 Der Klammerausdruck gibt an, wie viele verschiedene Fahrzeugtypen unterschieden werden können.

10 Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an US DOT (2006, S. 1/10).

11 Vgl. HADOMATIC (2008).

12 Vgl. Martin, P. T. / Feng, Y. / Xiadong, W. (2003, S. 19ff).

13 Vgl. US DOT (2006, S. 2/42).

14 Vgl. HADOMATIC (2008).

15 Vgl. US DOT (2006, S. 2/1).

16 Vgl. Martin, P. T. / Feng, Y. / Xiadong, W. (2003, S. 22).

17 Quelle: Expertengespräch Stahnke, G. (2009).

18 Vgl. Caruso, M. J. / Withanawasam, L. S. (1999, S. 1ff).

19 Vgl. Cheung S. Y. et al. (2004, S. 4ff).

20 Vgl. Mimbela, L. E. / Klein, L. A. (2007, S. 4/1f).

21 Vgl. ebd. S. 4/12ff.

22 Vgl. Martin, P. T. / Feng, Y. / Xiadong, W. (2003, S. 23).

23 Vgl. Mimbela, L. E. / Klein, L. A. (2007, S. 4/16).

24 Vgl. Münzel, F. (2007).

25 Vgl. US DOT (2006, S. 2/79ff).

26 Vgl. Böhnke, P. / Kühne, R. (2007).

27 Vgl. Niechoj, B. (1999, S. 5).

28 Vgl. Weiss-Electronic GmbH (2007, S. 2).

29 Vgl. US DOT (2005, S. 6ff).

30 Vgl. Andor Technology (2006).

31 Vgl. Weiss-Electronic GmbH (2006).

32 Vgl. US DOT (2006, S. 2/74).

33 Vgl. ebd. S. 1/10.

34 Vgl. ebd. S. 1/17.

35 Vgl. Vent, S. (2007).

36 Vgl. US DOT (2005, S. 6).

37 Vgl. Roth, C. (2006, S. 4).

38 Vgl. US DOT (2006, S. 1/18).

39 Vgl. Roth, C. (2006, S. 8).

40 Vgl. US DOT (2005, S. 6f).

41 Vgl. SICK AG (2006, S. 7).

42 Vgl. US DOT (2006, S. 2/83f).

43 Vgl. Mimbela, L. E. / Klein, L. A. (2007, S. 5/25).

44 Vgl. ebd. S. 5/28ff.

45 Vgl. DDG Gesellschaft für Verkehrsdaten mbH (2000).

46 Vgl. Schmidt, D. N. / Düker, T. (2008, S. 14ff).

47 Vgl. Gühnemann, A. et al. (2004, S. 1).

48 Vgl. Schwieger, V. / Wiltschko, T. / Möhlenbrink, W. (2007 S. 8ff).

49 Vgl. Schwieger, V. / Czommer, R. / Ramm, K. (2006, S. 4ff).

50 Vgl. Schlaich, J. (2005 S. 3f).

51 Vgl. ebd. S. 5ff.

52 Vgl. OECON GmbH (2009).

53 Vgl. ADAC (2007) und Bayrischer Rundfunk (2008).

54 Vgl. ADAC (2008).

55 Vgl. Slack, B. / Rodrigue, J. / Comtois, C. (2006, Kapitel 1).

56 Vgl. Runge et al. (2005, S. 59ff).

57 Vgl. LBVSH (2009).

58 Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an Busch, F. / Boltze, M. (2007, S. 48ff).

59 Quelle: Eigene Darstellung.

60 Vgl. Forschungszentrum Karlsruhe (2005, S. 57).

61 Vgl. ebd. S. 63.

Ende der Leseprobe aus 148 Seiten

Details

Titel
Verkehrsmanagement in Deutschland
Untertitel
Band 1: Analyse des öffentlichen Verkehrsmanagements in Deutschland – Technische Systeme und ökonomische Implikationen
Hochschule
Technische Universität Berlin  (Lehrstuhl für Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik)
Note
1
Autoren
Jahr
2009
Seiten
148
Katalognummer
V199075
ISBN (eBook)
9783656254492
ISBN (Buch)
9783656255673
Dateigröße
3404 KB
Sprache
Deutsch
Anmerkungen
Schlagworte
Verkehrsmanagement, öffentliche Hand, Erfassungssysteme, Datengenerierung, Datenaufbereitung, Verkehrsdaten, Sensortechnologien, Informationsverteilung, Telematik, Standards, Car-2-Car, Car-2-Infrastructure, Verkehrssteuerung
Arbeit zitieren
Thomas Düker (Autor)Daniel N. Schmidt (Autor), 2009, Verkehrsmanagement in Deutschland, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/199075

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