19.01.2021

Smarte Ampeln für den Verkehr

Straßen.NRW beteiligt sich an einem Forschungsprojekt des Fraunhofer Instituts in Lemgo, bei dem es um die Entwicklung von Methoden der Verkehrsoptimierung mit Künstlicher Intelligenz (KI) geht. Der Landesbetrieb stellt dafür in Lemgo einen Verkehrsbereich mit zehn Ampelanlagen zur Verfügung, der sich durch eine hohe Verkehrsbelastung auszeichnet und dem Projekt als Reallabor dienen wird.

Der innerstädtische Verkehr verursacht mit Lärm und Abgasen Umweltbelastungen, lange Fahrtzeiten und einen erhöhten Treibstoffverbrauch. Eine Möglichkeit, diese Situation zu verbessern, ist eine effizientere Nutzung der Straßen durch eine bessere Abstimmung der Ampelschaltung auf die Verkehrssituation.

In dem Forschungsprojekt wird daher erforscht, welchen Beitrag der Einsatz von KI bei Ampelanlagen, in der Fachwelt Lichtsignalanlagen (LSA) genannt, für die Verkehrsflussoptimierung leisten kann.

Dafür sollen Fahrzeugbewegungen spurgenau erfasst und der Verkehrsfluss ermittelt werden. Das Signalprogramm einer LSA, die regelt, wer mit wem gleichzeitig fährt, wird durch die Straßenverkehrsbehörde angeordnet und wird im Projekt nicht von der KI verändert werden. Die KI soll mit Hilfe von Sensoren und Verkehrsmodellen eine für den Verkehrsablauf möglichst optimale Phasendauer und -folge entwickeln.

Wie funktioniert eine Lichtsignalanlage bislang?

Ampeln regeln den Verkehr mit gesteuerten Signalen für die Verkehrsteilnehmenden. Dabei werden die Phasendauern, wem also wann und mit welcher Dauer grün oder rot angezeigt wird, in einem Signalprogramm festgelegt oder verkehrsabhängig gesetzt. Dabei gilt: Je mehr Infos über das aktuelle Verkehrsaufkommen bei der Ampelregelung berücksichtigt werden können, desto effizienter ist die Verkehrsführung.

Ein Teil der Ampelanlagen wird über eine sogenannte Festzeitsteuerung geregelt, in der Grünzeiten über einen gewissen Zeitraum konstant (z.B. zwischen Berufs-, Tages- und Nachtverkehr) durch Umschaltung in andere Programme gewechselt werden. Bei dieser Methode können keine aktuellen Verkehrsentwicklungen in die Schaltautomatik einfließen.

Bei der verkehrsabhängigen Steuerung, die Straßen.NRW bei den meisten Neubauten verwendet, wird mit Verkehrssensoren wie Induktionsschleifen, Radardetektoren und Kameras erfasst, ob sich ein Fahrzeug im Detektionsfeld befindet. Daran angeschlossene Verkehrsrechner können die Anzahl von Fahrzeugen für die Berechnung der Phasendauer auswerten. Mit diesen in Echtzeit erfassten Informationen wird die Ampelschaltung an das aktuelle Verkehrsaufkommen angepasst und so der Verkehrsfluss optimiert. Diese Sensorik liefert mit der erfassten Fahrzeugmenge und der Fahrzeuglänge, die durch die Dauer der Bewegung im Detektionsfeld ermittelt wird, allerdings nur einfache Informationen. Weder das Verkehrsverhalten Einzelner noch das Erkennen von Regelmäßigkeiten ist mit dem bisherigen Stand der Technik möglich.

„Wenn der Verkehr mit digitalen Sensoren und intelligenten Ampeln gesteuert wird, kann das auch die innerstädtische Umweltbelastung in hohem Maße senken, da Verkehrsflüsse deutlich effizienter geleitet werden können.“, so Dr. Petra Beckefeld, Technische Direktorin Straßen.NRW. „Daher freue ich mich, dass wir an diesem Projekt teilnehmen. Ich bin überzeugt, dass wir mit der Digitalisierung von Verkehrssystemen dem Ziel einer nachhaltigen urbanen Mobilität deutlich näher kommen können. Unser Landesbetrieb wird das Thema Digitalisierung daher in Zukunft noch aktiver angehen.“

Ob mit dem Einsatz von KI tatsächlich messbare Verbesserungen im Verkehrsfluss erreicht werden können und inwiefern die Ergebnisse aus Lemgo übertragbar auf andere und größere Verkehrsabschnitte sind, ist ebenfalls Gegenstand des Pilotprojekts.