Wenn die Ampel mitdenkt
Von Remko Kragt · 16.09.2009
Die Softwareentwicklung für die Verkehrsplanung hat sich zu einer anspruchsvollen Aufgabe entwickelt. Das größte Problem dabei ist, dass die Systementwickler quasi jede erdenkliche Verkehrssituation im Voraus einplanen müssen. Eine Forschergruppe der Universität Hannover schlägt jetzt einen anderen Ansatz vor. Lernfähige Ampeln könnten künftig den Verkehr flexibel führen.
Rund 50 Bildschirme an der Wand, viele Telefone, eine Handvoll Mitarbeiter an langen Tischen und aus dem Fenster ein Ausblick über die halbe Stadt – hier, in der Niedersächsischen Verkehrsmanagementzentrale in Hannover, laufen die Informationen über den mehr oder weniger fließenden Verkehr in Stadt und Umland zusammen. Die Bildschirme haben die Wahl aus rund 300, über die ganze Region verteilte, Kameras. Hinzu kommen etwa 60 Kameras der Hannoverschen Nahverkehrsgesellschaft ÜSTRA. Und schließlich gibt es noch eine zusätzliche Anlage, die zu Messezeiten eingeschaltet wird. Wenige Augenpaare haben damit den gesamten Verkehr der Großstadt im Blick.
Im Blick, ja, aber nicht unbedingt im Griff. Denn die Eingriffsmöglichkeiten der Zentrale sind begrenzt, erläutert Teamleiter Ulrich Opel. Auf den Autobahnen im Umland sei die Regelung automatisiert. Und auch in der Stadt kann die Zentrale nur wenig ausrichten, etwa wenn Hannover 96 spielt.
"Ja, wir haben von hier aus die Möglichkeit, auf die Lichtsignalanlagen der Stadt Hannover zurückzugreifen und können da bestimmte Wege beeinflussen, nämlich hin zum Stadium insgesamt sechs Ampeln, die länger Grün zeigen, und zurück dann genauso und wir optimieren damit die An- und Abreise zum Fußballspiel."
Zwar werden die Computerprogramme, die die grünen Wellen steuern, immer vielseitiger und komplizierter. Aber sie haben alle ein Problem: Sie sind nicht flexibel, denn sie können nur auf Situationen reagieren, die ihnen vorher einprogrammiert worden sind. Intelligenz, sagt Christian Müller-Schloer, Professor für System- und Rechnerarchitektur, braucht man bei diesen Systemen vor ihrer Installation. Er hat an seinem Institut an der Universität Hannover ein neues System für Ampelschaltungen entwickelt, mit dem er diesem Problem abhelfen will. Er will quasi die Ampeln selbst mit Intelligenz ausstatten.
"Wir möchten Flexibilität haben. Der Ansatz, den wir verfolgen, ist eben der, dass wir die Intelligenz in die Laufzeit verlagern. Wir sagen: Es regeln sich zur Laufzeit die Ampeln selber."
In der Computersimulation funktioniert das System bereits. Der Bildschirm zeigt schematisch eine komplizierte Kreuzung, blaue Punkte schieben über die Fahrspuren.
"Das sind so die Fahrzeuge und die Abbiegebeziehungen, und was wir messen, das ist eben wie viel Fahrzeuge pro Stunde über diese Kreuzung gehen, und das vergleichen wir eben, wie das mit unserem System und ohne unser System funktioniert."
Mit dem Ergebnis, dass die Autofahrer rund zehn Prozent weniger auf die Bremse treten müssen als bei der bisherigen grünen Welle. Das spart Zeit, reduziert Abgase und dämpft Lärm. Die vernetzten Rechner in den Ampeln tauschen dafür Daten über den Verkehrsfluss untereinander aus. Anhand dieser Daten entscheiden sie jeweils selbst, in welche Richtung sie ihre Schaltphasen mit benachbarten Ampeln abstimmen sollen. Die Grüne Welle wählt sich damit eigenständig ihren Verlauf.
"Jede Ampel weiß, oder kann messen, wo der maximale Verkehr herkommt und wo er hingeht – und das kann geradeaus sein oder das kann eine Abbiegebeziehung sein. Wenn ich ein singuläres Ereignis habe, Fußballspiel ist zu Ende, dann hab’ ich natürlich einen extrem sternartigen Verkehr, der nach Außen zielt. Wenn diese Verkehrssituation vorbei ist, dann wird sich das wieder auf Normalzustand zurück stellen."
Die Vorgaben sind dabei dieselben, die auch heute schon gelten. Vorrang für den öffentlichen Nahverkehr etwa. Was im Modell schon funktioniert, könnte heute in einfachen Situationen eingesetzt werden, meint Christian Müller-Schloer.
"Schritt eins: Wir haben eine lernfähige Ampel, die sind mehr oder weniger isoliert voneinander und jede Kreuzung wird separat optimiert und angepasst. Schritt zwei: Diese Ampeln fangen an, miteinander zu reden und sich ab zu sprechen und Grüne Wellen zu bilden."
Was aber geschieht, wenn sich die Ampeln etwa zu mehreren grünen Wellen verabreden, die einander kreuzen? Diese Frage ist noch offen. Und der Einfluss der Navigationssysteme, mit denen immer mehr Autos ausgestattet werden, wird sogar Gegenstand einer zusätzlichen Untersuchung sein.
Ulrich Opel und seine Mitarbeiter werden den Verkehr also vorläufig noch von der Zentrale aus beobachten müssen. Und die Autofahrer werden noch eine Zeit lang damit leben müssen, dass das lang erwartete grüne Licht manchmal rot bleibt, weil gerade noch eine Straßenbahn vorbei rumpelt.
Im Blick, ja, aber nicht unbedingt im Griff. Denn die Eingriffsmöglichkeiten der Zentrale sind begrenzt, erläutert Teamleiter Ulrich Opel. Auf den Autobahnen im Umland sei die Regelung automatisiert. Und auch in der Stadt kann die Zentrale nur wenig ausrichten, etwa wenn Hannover 96 spielt.
"Ja, wir haben von hier aus die Möglichkeit, auf die Lichtsignalanlagen der Stadt Hannover zurückzugreifen und können da bestimmte Wege beeinflussen, nämlich hin zum Stadium insgesamt sechs Ampeln, die länger Grün zeigen, und zurück dann genauso und wir optimieren damit die An- und Abreise zum Fußballspiel."
Zwar werden die Computerprogramme, die die grünen Wellen steuern, immer vielseitiger und komplizierter. Aber sie haben alle ein Problem: Sie sind nicht flexibel, denn sie können nur auf Situationen reagieren, die ihnen vorher einprogrammiert worden sind. Intelligenz, sagt Christian Müller-Schloer, Professor für System- und Rechnerarchitektur, braucht man bei diesen Systemen vor ihrer Installation. Er hat an seinem Institut an der Universität Hannover ein neues System für Ampelschaltungen entwickelt, mit dem er diesem Problem abhelfen will. Er will quasi die Ampeln selbst mit Intelligenz ausstatten.
"Wir möchten Flexibilität haben. Der Ansatz, den wir verfolgen, ist eben der, dass wir die Intelligenz in die Laufzeit verlagern. Wir sagen: Es regeln sich zur Laufzeit die Ampeln selber."
In der Computersimulation funktioniert das System bereits. Der Bildschirm zeigt schematisch eine komplizierte Kreuzung, blaue Punkte schieben über die Fahrspuren.
"Das sind so die Fahrzeuge und die Abbiegebeziehungen, und was wir messen, das ist eben wie viel Fahrzeuge pro Stunde über diese Kreuzung gehen, und das vergleichen wir eben, wie das mit unserem System und ohne unser System funktioniert."
Mit dem Ergebnis, dass die Autofahrer rund zehn Prozent weniger auf die Bremse treten müssen als bei der bisherigen grünen Welle. Das spart Zeit, reduziert Abgase und dämpft Lärm. Die vernetzten Rechner in den Ampeln tauschen dafür Daten über den Verkehrsfluss untereinander aus. Anhand dieser Daten entscheiden sie jeweils selbst, in welche Richtung sie ihre Schaltphasen mit benachbarten Ampeln abstimmen sollen. Die Grüne Welle wählt sich damit eigenständig ihren Verlauf.
"Jede Ampel weiß, oder kann messen, wo der maximale Verkehr herkommt und wo er hingeht – und das kann geradeaus sein oder das kann eine Abbiegebeziehung sein. Wenn ich ein singuläres Ereignis habe, Fußballspiel ist zu Ende, dann hab’ ich natürlich einen extrem sternartigen Verkehr, der nach Außen zielt. Wenn diese Verkehrssituation vorbei ist, dann wird sich das wieder auf Normalzustand zurück stellen."
Die Vorgaben sind dabei dieselben, die auch heute schon gelten. Vorrang für den öffentlichen Nahverkehr etwa. Was im Modell schon funktioniert, könnte heute in einfachen Situationen eingesetzt werden, meint Christian Müller-Schloer.
"Schritt eins: Wir haben eine lernfähige Ampel, die sind mehr oder weniger isoliert voneinander und jede Kreuzung wird separat optimiert und angepasst. Schritt zwei: Diese Ampeln fangen an, miteinander zu reden und sich ab zu sprechen und Grüne Wellen zu bilden."
Was aber geschieht, wenn sich die Ampeln etwa zu mehreren grünen Wellen verabreden, die einander kreuzen? Diese Frage ist noch offen. Und der Einfluss der Navigationssysteme, mit denen immer mehr Autos ausgestattet werden, wird sogar Gegenstand einer zusätzlichen Untersuchung sein.
Ulrich Opel und seine Mitarbeiter werden den Verkehr also vorläufig noch von der Zentrale aus beobachten müssen. Und die Autofahrer werden noch eine Zeit lang damit leben müssen, dass das lang erwartete grüne Licht manchmal rot bleibt, weil gerade noch eine Straßenbahn vorbei rumpelt.