Die Tendenz ist tröstlich. Im Jahr 2020 erreichte die Zahl der Verkehrstoten in Deutschland den niedrigsten Stand seit Beginn der Statistik vor mehr als 60 Jahren. Fakt ist aber auch, dass immer noch 2.724 Menschen im Verkehr umgekommen sind. Die Zahl der Unfälle und der dadurch verursachten Personenschäden noch deutlich weiter zu verringern, ist Kernziel der Entwicklung und Einführung der Vehicle2X-Kommunikation. Die digitale Vernetzung der Verkehrsteilnehmer untereinander und mit der Verkehrsinfrastruktur soll vor allem dann zusätzliche Sicherheit ermöglichen, wenn die Sensorsysteme der Fahrzeuge eine Gefahr nicht selbst wahrnehmen können. Das Stauende in einer Kurve etwa, das sich außerhalb der Sichtweite von Fahrer*in und des Erfassungsbereiches von Bordkamera und Radarsensoren befindet. Hier kann über die Vernetzung eine Warnmeldung von Fahrzeug zu Fahrzeug an den nachkommenden Verkehr gesendet werden. Oder die Wanderbaustelle, über die herannahende Fahrzeuge von einem stationären Vehicle2X-Sender informiert werden.

Gerade innerorts aber greifen all diese Konzepte noch zu kurz. Denn ein großer Teil der Verkehrsteilnehmer kann an den »digitalen Chats« der vernetzen Verkehrsträger nicht teilnehmen: die Fußgänger*innen, die Fahrradfahrer*innen und die E-Scooter-Fahrer*innen. Aber gerade diese Vulnerable Road Users (VRU) sind es, die im Stadtverkehr das größte Verletzungsrisiko tragen. Zwei von drei Personen, die bei einem Unfall im innerstädtischen Verkehr ums Leben kommen, sind mit dem Fahrrad oder zu Fuß unterwegs.

»VRU haben auf ihrem Weg keine technologische Unterstützung mit dabei, um Vehicle2X-Signale zu empfangen. Sie können also keinen Sicherheitsassistenten nutzen, der sie im Falle einer drohenden Gefahrensituation frühzeitig warnt«, unterstreicht Bernd Schäufele vom Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme FOKUS. Außerdem können sie den digitalen Assistenten der Fahrzeuge in ihrer Umgebung keine Mitteilungen senden und deren Sicherheitssystemen so darüber informieren, dass sie sich aktuell noch verborgen hinter einer Hausecke befinden und in wenigen Sekunden den Fahrweg eines oder mehrerer der Fahrzeuge kreuzen werden. Genau dies wollen Schäufele und sein Team von Fraunhofer FOKUS gemeinsam mit Industriepartnern ändern. Zumindest für alle VRU, die ein Smartphone mit dabeihaben.

Sicherheit und Assistenz per App

Die Entwicklung des Sicherheits- und Assistenzsystems für Fußgänger*innen und Fahrradfahrer*innen ist ein Projekt im Rahmen der vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur BMVI geförderten Initiative »Reallabor Hamburg (RealLabHH)«. In acht Teilprojekten entwickeln hier mehr als 30 Partner digitale Mobilitätslösungen, die den Stadtverkehr nachhaltiger, sicherer, komfortabler und zuverlässiger machen sollen. Alle Konzepte werden im Stadtgebiet Hamburg live erprobt und als Demonstratoren auf dem ITS-Weltkongress 2021 präsentiert.

Das Fraunhofer-Team beteiligt sich am Teilprojekt »Vernetzte Vulnerable Road Users«. Zentrale Komponente dabei ist eine Smartphone-App. Haben Verkehrsteilnehmer*innen diese aktiviert, können sie von mehreren Sicherheits- und Assistenzfunktionen profitieren. Zum Beispiel von einem Ampelphasenassistenten. »Per akustischer Ansagen und einer Visualisierung auf der Straßenkarte am Bildschirm informiert die Anwendung einen Fahrradfahrenden, ob er oder sie die nächste Ampel noch bei Grünlicht erreicht oder ob das Lichtzeichen bald von Rot auf Grün wechselt«, erklärt Schäufele. Nutzt der oder die VRU sein oder ihr Smartphone zusätzlich als Navigationsgerät, werden die Ampelphasen bei der Routenplanung berücksichtigt. »Der Routenassistent wählt dann zum Beispiel einen alternativen Fahrweg, der die Kreuzung mit Lichtzeichenanlage vermeidet und dadurch schneller ans Ziel führt«, so Schäufele.

Auch Radfahrer*innen zählen als Vulnerable Road Users (VRU). Die App warnt diese bei entstehenden Gefahrensituationen und schützt sie so vor Unfällen im Straßenverkehr. Bild: Fraunhofer-Institut für offene Kommunikationssyteme FOKUS

Eine weitere Anwendung, die das Projektteam im Rahmen des Demonstrators der VRU-App umsetzt, ist ein Sicherheitssystem zur Kollisionswarnung. Akustische und optische Signale informieren einen VRU dabei zum Beispiel, wenn er oder sie sich einem unübersichtlichen Kreuzungsbereich nähert und beim Ankommen ein Fahrzeug den Weg so kreuzen wird, dass daraus eine Gefahrensituation entstehen kann. Fahrrad- oder E-Scooterfahrer*innen können also noch rechtzeitig ihre Geschwindigkeit reduzieren oder stoppen, um die Kollisionsgefahr zu vermeiden. »Außerdem stellt das System die Informationen zu Position und Bewegung des oder der VRU als Vehicle2X-Daten bereit«, ergänzt Schäufele. Für Vehicle2X-fähige Fahrzeuge in der Umgebung wird der oder die VRU dadurch frühzeitig »sichtbar«. Die Sicherheits- und Fahrerassistenzsysteme des Fahrzeugs nutzen diese Informationen als zusätzlichen Input, um akute Gefahrensituationen zu erkennen und angepasst darauf zu reagieren – vom Warnhinweis für die Fahrzeuglenker*innen über die Anpassung autonomer Fahrfunktionen bis zur Aktivierung des Notbremsassistenten.

Cloudanbindung ermöglicht exakte Lokalisierung und Vehicle2X-Integration

Grundlegend für das reibungslose Funktionieren der Assistenz- und Sicherheitsfeatures in der VRU-App sind zum einen die kontinuierliche, exakte Lokalisierung der Nutzer*innen und zum anderen die Integration in die Vehicle2X-Kommunikation. »Beides ist mit den Bordmitteln eines Smartphones nicht leistbar. Deshalb haben wir ein eigenes Softwaresystem in einer Mobile Edge Cloud (MEC) des Projektpartners T-Systems mit entsprechender Anbindung für die Nutzer*innen entwickelt«, erklärt Schäufele. Die Anbindung der Smartphone-App an die Cloudinfrastruktur erfolgt dabei über das Mobilfunknetz. Diese wiederum ist nach den Prinzipien des Edge-Computing aufgebaut: Sie besteht aus verteilten, kleinen Rechnereinheiten, die zum Beispiel an Mobilfunkmasten oder in Multifunktionskästen der Internetinfrastrukturbetreiber am Straßenrand integriert werden.

Jede aktivierte VRU-App sendet seine GPS-Position sowie Daten der Bewegungssensoren des Smartphones laufend an den nächst erreichbaren dieser Cloudknoten. Hier hält das Softwaresystem von Fraunhofer FOKUS hochgenaues Kartenmaterial der Umgebung bereit, in dem beispielsweise jede einzelne Fahrspur oder die Abstände zwischen dem Fahrbandrand, einem Grünstreifen und dem dahinter verlaufenden Fahrradweg exakt verzeichnet sind. In der Regel reicht die GPS-Information allerdings nicht aus, um den Standort des VRU genau und zuverlässig zu bestimmen. »Die Ungenauigkeit der in Smartphones üblichen GPS-Systeme kann zu Abweichungen von bis zu mehreren Metern führen. Ursache dafür können Abschattungen durch die Bebauung sein, aber auch der Einfluss der Bewölkung des Himmels auf die GPS-Verbindung. So lokalisierte Fußgänger*innen könnten also noch auf dem Gehweg sein oder bereits mitten auf der Kreuzung«, betont Schäufele.

Für eine Kollisionswarnung wäre dies viel zu ungenau. Daher entwickelte das Forscherteam von Fraunhofer FOKUS zusätzlich einen Algorithmus, der die Analyse der GPS-Daten nachträglich verbessern kann. Das System analysiert dazu die GPS-Daten der App-Nutzer*innen unter anderem auch unter Berücksichtigung der Bewegungsinformationen der Smartphones sowie zusätzlicher Plausibilitätskriterien. »Zum Beispiel ist es schlicht nicht möglich, dass Passant*innen durch eine Hausecke hindurch gehen«, erklärt Schäufele. Durch so bestimmte Fehlertoleranzen kann die tatsächliche Position des oder der VRU bereits eingegrenzt werden. Außerdem führt das System noch einen Abgleich der Ergebnisse über mehrere App-Nutzer*innen im Bereich des jeweiligen Cloudknotens durch. »Hier nutzen wir den Umstand, dass der aktuelle GPS-Fehler für alle App-Nutzer*innen in einem Umkreis von mehreren Hundert Metern nahezu identisch ist«, so Schäufele. Das Verbesserungssystem kann durch den Abgleich der Analyseergebnisse daher sehr schnell den aktuell zutreffenden GPS-Fehler ermitteln und die Position der einzelnen VRU entsprechend berichtigen.

Die cloudbasiert verbesserte Positionsbestimmung von Fraunhofer FOKUS liefert nun eine ausreichend genaue Basis, um den Fußgänger*innen und Fahrradfahrer*innen über ihre VRU-App zu assistieren und vor Gefahrensituationen zu warnen. Zusätzlich stellt das System die Positionsdaten der VRU als Vehicle2X-Input zur Verfügung. Auch diese Anbindung lässt sich nicht direkt über die Smartphones realisieren. Denn die Geräte sind nicht dazu fähig, entsprechende Ad-hoc-Verbindungen per WLAN aufzubauen, wie sie sonst vernetze Fahrzeuge und Infrastrukturen nutzen. Die Einbindung in das Vehicle2X-Netz erfolgt daher ebenfalls über die dezentralen Rechnereinheiten der MEC-Infrastruktur.

Aktuell statten die Projektpartner das Testfeld des Reallabor Hamburg mit den Rechnereinheiten für die Cloudinfrastruktur aus. Bis zum ITS World Congress im Oktober soll es so möglich werden, die VRU-App im Zusammenspiel mit der Cloudinfrastruktur und vernetzen Vehicle2X-Fahrzeugen auch praktisch zu erproben.

(stw)