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Beistand von oben

Versuche, die Staus auf Deutschlands Straßen durch moderne Technik schrumpfen zu lassen, sind bisher gescheitert. Neue Ansätze zur Verkehrslenkung mit Hilfe von Flugzeugen und Satelliten sollen das ändern. Ein Beispiel: die Lkw-Maut.

Den „Fluch des zwanzigsten Jahrhunderts“, nannte einst der britische Premier Winston Churchill das Automobil. Inzwischen sehen das viele genauso. Denn die Freiheit bei der Wahl von Ziel und Weg – der große Reiz des Individualverkehrs – kollidiert mehr und mehr mit der Freiheit des jeweils Nächsten. Das Resultat ist nicht selten Verkehrschaos. Lauter tönt daher der Ruf nach Führung von außen: Verkehrsinformationen und Verkehrslenkung von Leitzentralen aus sollen die individualisierten Massen möglichst flüssig über die Straßen dirigieren.

Laut einer Studie des Mineralölkonzerns Shell vom April 2004 werden 2030 rund zwei Millionen Menschen weniger in Deutschland leben als heute, während zugleich 8,8 Millionen Autos mehr unterwegs sein werden: Der Fahrzeugbestand klettert von heute 44,7 auf 53,5 Millionen Pkw.

Der Verkehr auf Straße und Schiene wuchs in den letzten Jahrzehnten sehr unterschiedlich: Während der Güterverkehr auf den Straßen in Deutschland von 1991 bis 2003 um 45 Prozent zugenommen hat, ist der Güterverkehr bei der Bahn um 2 Prozent weniger geworden. Gewinner beim Wettstreit um das Verkehrsmittel der Wahl sind die Autos. Doch die Folgen dieses Siegs müssen die Autofahrer oft bitter büßen: Nach einer Dekra-Umfrage steht jeder zweite Autofahrer mehrmals pro Woche im Stau, 15 Prozent der Deutschen sogar mehr als drei Stunden wöchentlich.

Zusätzliches Geld, das für den Erhalt und Ausbau der Verkehrswege in Deutschland dringend nötig ist, soll die Lkw-Maut in die Kassen der Bundesregierung spülen. Die Einnahmen sollen, so die Pläne des Bundesamts für Güterverkehr (BAG), überwiegend für den Ausbau von Autobahnen und Bundesstraßen verwendet werden. Zudem will die Bundesregierung mit der Maut die Wettbewerbsbedingungen zwischen Straße und Schiene gerechter gestalten. Bahn und Binnenschiffer erhalten durch die höheren Kosten für Transporte per Lkw eine Chance, mehr Güterverkehr von der Straße auf die Schiene, Flüsse und Kanäle zu verlagern.

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Das Maut-Betreiberkonsortium Toll Collect, an dem Daimler-Chrysler Services und Deutsche Telekom zu je 45 Prozent und die französische Firma Coufiroute zu 10 Prozent beteiligt sind, hat am 20. September 2002 nach einer europaweiten Ausschreibung den Zuschlag für Errichtung, Finanzierung und Betrieb des Lkw-Mautsystems in Deutschland erhalten. Doch dessen Einführung geriet zum Desaster.

Ursprünglich sollte die Lkw-Maut am 31. August 2003 an den Start gehen. Nach einer beispiellosen Pannenserie bei Toll Collect wurde die Einführung jedoch immer wieder verschoben und es sah so aus, als sei das Projekt spektakulär gescheitert. Erst spät zog die Bundesregierung die Notbremse und kündigte den Vertrag. Gegen Zusicherung des Starts einer abgespeckten, aber funktionstüchtigen „Light-Version“ der Maut zum 3. Januar 2005 konnte das Projekt doch noch gerettet werden. Aber es blieben wegen der entgangenen Maut-Einnahmen Einbußen in Milliardenhöhe für den Bund und ein gewaltiger Image-Schaden für die deutsche Industrie.

Trotzdem ist das Bundesverkehrsministerium überzeugt: Die Lkw-Maut wird den Durchbruch für Telematik-Dienste bringen. Die Telematik – ein Kurzwort, gebildet aus Telekommunikation und Informatik – soll den Verkehr revolutionieren. Solche Dienste sind schon heute hilfreich, um den Einsatz von Lastwagenflotten wirtschaftlich zu planen und zu überwachen. Denn wer seine Waren – wie in der Automobilindustie, im Nahrungsmittelgewerbe oder auf dem Bau – stets genau dann liefern muss, wenn sie benötigt werden, kann angesichts des ständig wachsenden Verkehrs nicht auf sein Glück bei den Transportverhältnissen setzen.

Mit Hilfe der Telematik hat „gedas“, die IT-Tochter des VW-Konzerns, gemeinsam mit dem Berliner Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) und dem Verkehrsmanagement-Spezialisten M-Tech aus Denkendorf bei Stuttgart, dem Verkehrskollaps in deutschen Innenstädten den Kampf angesagt. Erstmals werden dazu mobile und stationäre Verkehrstechnologien zusammengeführt. Das von den drei Partnern entwickelte System City-FCD (Floating Car Data) kombiniert Satellitenortung per GPS mit dem Mobilfunksystem GSM.

„Die meisten Verkehrsprobleme gibt es in Ballungszentren“, meint Ralf Willenbrock, Projektleiter bei gedas. Um sie aufzuspüren, sind zwar unzählige Verkehrsknotenpunkte mit Videokameras auf den Ampeln und Induktionsschleifen in den Fahrbahnen ausgestattet – was aber zwischen diesen Messpunkten passiert, kann kein Verkehrsrechner berücksichtigen. Anders mit Floating Cars: Diese im Verkehrsstrom fließenden Sensoren-Fahrzeuge melden kontinuierlich und ohne Zeitverzug ihre genaue Position an die Leitstellen. Seine Feuertaufe hat das System im Rhein-Main-Gebiet bei einem Praxistest bereits bestanden.

Erkennt City-FCD eine besondere Verkehrssituation, wird es von selbst aktiv. Wenn ein Fahrzeug etwa schon eine Weile mit Tempo 30 fährt, so mutmaßt der Telematik-Computer, dass etwas nicht stimmt. Der Rechner überprüft dann mit Hilfe von digitalen Karten des Navigationssystems, ob sich der Wagen in einer Tempo-30-Zone befindet. Falls nicht, werden die Daten an eine Leitzentrale gesendet, die checkt, ob ähnliche Meldungen von anderen Autos vorliegen und ob diese auf dem gleichen Straßenabschnitt unterwegs sind. „Trifft das zu, schließt das System daraus, dass sich dort ein Stau oder zumindest sehr dichter Verkehr entwickelt hat“, erklärt Willenbrock. Zudem werden alle Daten mit Informationen des lokalen Wetterdienstes abgeglichen: Ist eine Nebelbank die Ursache für den Stau, werden nachfolgende Autofahrer vor der Gefahr gewarnt.

Das Konzept hinter City-FCD: Autofahrer sollen bei einem Stau nicht mehr per dynamischem Navigationssystem auf Nebenstraßen umgeleitet werden, weil die Verlagerung des Verkehrs auf die empfohlenen Strecken erfahrungsgemäß dort nur zu neuen Engpässen führt. „Wir wollen den Verkehr stattdessen auf der befahrenen Strecke flüssiger machen“, sagt Ralf Willenbrock. Dazu installieren die gedas-Techniker zunächst in Taxen und Linienbussen ihre Telematik-Software, zusammen mit einem passenden Steuergerät. Diese „Floating Cars“ übermitteln ihre Daten per Mobilfunk an einen Zentralrechner in der nächsten größeren Stadt.

Melden mehrere Autos auf einer wichtigen Ausfallstraße Daten, die auf einen Stau schließen lassen, schaltet der Rechner die Ampeln auf „Grüne Welle“ und erleichtert so ein Auflösen des Staus. Eine von Forschern am IPK entwickelte Software hilft, die eingehenden komplexen Verkehrsinformationen auszuwerten und zu interpretieren.

Seit Mai 2003 beteiligen sich die Verkehrsbetriebe von Hannover (Üstra) an einem Pilotversuch. Auch in Athen wird City-FCD bereits erprobt – und hat das olympische Verkehrschaos in Sommer 2004 etwas gemildert. Dort finanzierte die Europäische Union das Projekt „Himmelsauge“ mit vier Millionen Euro. Das Besondere: Erstmals wurden Daten zum Verkehrsfluss von Fahrzeugen mit Luftbildern aus Hubschraubern kombiniert. Ziel war es, in der Athener Innenstadt ein funktionierendes Flottenmanagement einzurichten – beispielsweise für olympische Sponsoren-Fahrzeuge.

Innerhalb von Großstädten und in den Ballungsräumen gehören die Engpässe während der Rushhour zum Alltag. Bisher konnte der Autofahrer sich entweder seinem Schicksal ergeben, sich auf eigene Faust auf die Suche nach Schleichwegen machen oder sich nach den Umleitungsempfehlungen des Verkehrsfunks richten. Aber von jedem dritten Stau erfahren die Radiohörer gar nicht oder verspätet, ergab vor kurzem eine Untersuchung der Verkehrsredaktion des Westdeutschen Rundfunks (WDR). Erwin Braun vom ADAC ergänzt: „Gerade die häufig lange Entdeckungsphase eines Staus sorgt für ärgerliche Zeitverzögerungen.“

Nun naht Hilfe aus der Luft. Carolo, ein fliegender Computer von der Größe einer Brieftaube, soll den Verkehr aus rund 50 Meter Höhe filmen – und die Bilder von der Straße live weitergeben, um die Zeit zwischen dem Entstehen eines Staus und seiner Meldung zu verkürzen.

Nach dreijähriger Entwicklungszeit durch vier wissenschaftliche Mitarbeiter des Instituts für Luft- und Raumfahrtsysteme der TU Braunschweig soll Carolo Ende 2004 per UMTS-Netz erste Live-Bilder aus der Umgebung von Braunschweig senden. „Es ist das kleinste Flugzeug der Welt, das selbstständig fliegen kann“, schwärmt Marco Buschmann, verantwortlich für Carolos Elektronik und Bord-Software. Eine Fernbedienung für den künstlichen Vogel braucht man nicht.

Die Anwendung von Carolo ist simpel. Der federleichte Hightech-Vogel aus Kohlefaser wiegt nur 350 Gramm und hat eine Spannweite von 40 Zentimetern. Mit einer Geschwindigkeit von 70 Kilometern pro Stunde erreicht er dank Lithium-Ionen-Batterien eine Flugzeit von 45 Minuten bei einer Reichweite von rund 50 Kilometern. Über ein Mobilfunk-Modem hat die Bodenstation zwar Kontakt zu Carolo, doch das Mikro-Fluggerät agiert vollkommen eigenständig. Die Flugroute wird dem Verkehrsvogel vor dem Start elektronisch mit auf den Weg gegeben, für die richtige Orientierung bei seiner Mission sorgt Satellitennavigation über GPS. Carolo braucht keine Fluggenehmigung und keinen Start- und Landeplatz. Gestartet wird aus der Hand und gelandet auf einem Stück freier Fläche.

Von oben könnte künftig auch eine komplette Lenkung des Verkehrs bewerkstelligt werden. Dafür sorgen soll Galileo, ein europäisches Satelliten-Navigationssystem, das in den nächsten Jahren aufgebaut wird (bild der wissenschaft 3/2002, „Gezänk um Euro-GPS“). Zwar liefert das amerikanische GPS-System schon heute Signale für Navigationssysteme aus dem All. Doch deren Präzision ist für viele mögliche Anwendungen nicht gut genug. „Für Funktionen wie die Unfallvermeidung benötigen wir eine Ortungsgenauigkeit im Zentimeterbereich. Die ist nötig, um zum Beispiel den Abstand zwischen fahrenden Autos messen und bei Unterschreitung einer bestimmten Distanz den Wagen automatisch abbremsen zu können“, sagt Rainer Grohe, Direktor des Galileo Joint Undertaking (GJU) – eines Unternehmens, das von der Europäischen Weltraumagentur ESA und der EU gegründet wurde, um Galileo zu einem erfolgreichen Start zu verhelfen.

Mit Galileo wollen die Europäer bei der Satellitennavigation dieselbe technologische Unabhängigkeit erlangen wie mit der Ariane bei Trägerraketen für Satellitenstarts und mit dem Airbus im Flugzeugbau. 30 Satelliten sollen ab 2008 Autos, Flugzeuge, Schiffe und Züge steuern und Menschen bei der Orientierung helfen.

Auch die deutsche Lkw-Maut könnte über Galileo laufen – wenn denn beide Systeme eines Tages funktionieren werden. Der Bund will pro Lastwagen ab 12 Tonnen zulässigem Gesamtgewicht und Kilometer zunächst 12,4 Cent, später 15 Cent Gebühren kassieren. Das soll Einnahmen von jährlich rund 3,4 Milliarden Euro bringen. Für die Berechnung der Maut nutzt Toll Collect ein System, mit dem – als erwünschter Nebeneffekt – auch der Verkehr gelenkt werden kann. Denn die Preise für die Benutzung überlasteter Autobahnen können je nach Verkehrssituation erhöht und für weniger befahrene Strecken gesenkt werden.

Nach der Einigung von Bundesregierung und Toll Collect auf einen Beginn in zwei Stufen soll das Mautsystem am 3. Januar 2005 starten – mit einer ersten Version von Empfangsgeräten in den Fahrzeugen, den so genannten On-Board Units (OBU-1). Bis dahin müssen 500 000 OBUs in Lkws eingebaut sein. Die kleinen schwarzen Kästen haben die Größe eines Autoradios und sind am Armaturenbrett angebracht. Spätestens am 1. Januar 2006 gehen die OBU-2-Geräte in Betrieb, die über eine neue Software verfügen werden. Einziger Unterschied der beiden Mautstufen: Im Jahr 2005 kann Toll Collect noch keine Änderungen an digitalen Straßenkarten und Tarifen per Funk auf die Fahrzeuggeräte übertragen, was ab 2006 möglich sein soll. Wenn im Lauf des Jahres 2005 neue Autobahnabschnitte hinzukommen, wird für diese einfach zunächst keine Maut erhoben.

Im Mittelpunkt des Systems steht das automatische Einbuchen. Das Fahrzeuggerät bekommt kontinuierlich aus dem Navigationssystem Positionsdaten, vergleicht sie mit der integrierten Straßenkarte, berechnet daraus die Maut und gibt die Daten per Mobilfunk an das Toll-Collect-Rechenzentrum in München weiter.

In Testfahrzeugen mit Buchungsgeräten der beiden Hersteller Grundig und Siemens fuhren unabhängige Gutachter in den letzten Monaten fast jeden Autobahnabschnitt in Deutschland ab. Ergebnis: 99,2 Prozent der gefahrenen Strecke erfasste das System erfolgreich. Die Fehlerursachen für die 0,8 Prozent, bei denen die Erfassung nicht geklappt hatte, wurden lokalisiert und sollen vor dem Start des Mautsystems behoben werden.

Was getan wurde, um das System nach der anfänglichen Pannenserie doch noch zum Laufen zu bringen, ist unspektakulär. Lediglich eine neue Software wurde aufgespielt und mehrfach aktualisiert. Dazu allerdings mussten die Spediteure mit ihren Lastwagen erneut in die Werkstatt. „Denn es war am einfachsten, das alte Gerät mitsamt der alten Software gegen ein neues Gerät auszutauschen“, sagt Firmensprecher Harald Lindlar. Die Kosten dafür übernahm Toll Collect – und legte noch einen Bonus von 250 Euro pro Fahrzeug drauf: „Die Spediteure haben ja auch ein wenig Ärger gehabt“, wie Lindlar sich ausdrückt. ■

Heike Stüvel lebt als freie Technikjournalistin in Timmendorfer Strand an der Ostsee. Ihr Arbeitsschwerpunkt sind Themen rund um Auto und Verkehr.

Heike Stüvel

Ohne Titel

Wenn das europäische Satelliten-Navigationssystem Galileo 2008 an den Start geht, wird es bis zu zehnmal genauer sein als das heutige GPS. Damit kann man weit besser als bisher weltweit die eigene Position bestimmen. Das seit Ende der siebziger Jahre betriebene GPS-System wird vom US-Verteidigungsministerium kontrolliert. Zwar sendet es auch Signale für zivile Anwendungen aus, doch die Militärs können sie jederzeit verfälschen oder abstellen. Dem setzen die Europäer mit Galileo ein rein ziviles System mit neuester Technik entgegen. Weiterer Unterschied: Während GPS nur ein Signal sendet, haben künftige Galileo-Anwender je nach Nutzungsvertrag und Empfänger die Wahl zwischen fünf verschiedenen Diensten:

• Der Open Service (OS) ist für den Massenmarkt bestimmt. Er steht kostenlos zur Verfügung und deckt die ganz Welt ab.

• Der Commercial Service (CS) bietet dieselben Basisanwendungen wie OS plus einen Mehrwert durch zusätzliche Informationen bei der Datenübertragung – zum Beispiel Datenkorrekturen und Infos zur Zuverlässigkeit der Daten.

• Der Safety of Life Service (OL) liefert die gleichen Informationen wie CS, die Signale werden allerdings verschlüsselt und stehen nur bestimmten Nutzergruppen zur Verfügung.

• Der Public Regulated Service (PRS) gewährleistet eine ununterbrochene Verfügbarkeit der Signale, die für staatliche Stellen der EU bestimmt sind. Die Daten werden verschlüsselt übertragen.

• Search and Rescue (SAR): Dieser Dienst ermöglicht es, dass jedermann an jedem beliebigen Ort der Erde Notsignale aussenden kann. SAR unterstützt dabei bereits existierende Notrufsysteme.

Die Grundprinzipien von Galileo und GPS sind dieselben: Satelliten im Orbit senden Radiosignale aus, die von den Navigationssystemen der Nutzer empfangen werden. Die Satelliten befinden sich in etwa 27 000 Kilometer (GPS) oder 24 000 Kilometer (Galileo) Höhe. Indem der Benutzer mit einem speziellen Gerät die Signale einer Satellitenkonstellation empfängt, kann er seine zeitliche und räumliche Position exakt bestimmen. Die Satelliten sind mit einer Atomuhr für extrem genaue Zeitmessungen ausgerüstet. Sie senden Signale aus, die verschlüsselte Informationen über den Sendezeitpunkt erhalten. Das Empfangsgerät auf der Erde besitzt einen Speicher mit den genauen Koordinaten der Satellitenlaufbahnen. Beim Empfang eines Signals kann so derjenige Satellit, von dem das Signal ausgestrahlt wurde, festgestellt sowie die Laufzeit des Signals und damit die Entfernung zum Sendesatelliten berechnet werden. Werden gleichzeitig Funksignale von mindestens vier Satelliten empfangen, so ist daraus durch eine mathematische Berechnung eine genaue Positionsbestimmung möglich.

Ein wichtiger Unterschied der beiden Systeme ist das „ Integritätssignal“, das jeder der Galileo-Satelliten ausstrahlt und das Auskunft über die aktuelle Verlässlichkeit der gesendeten Positionsdaten gibt. Dieses Signal macht Galileo zuverlässiger als GPS, da es den Nutzer sofort über mögliche Fehler informiert.

Ohne Titel

Daimler-Chrysler, TeleKom und Cofiroute verlieren durch die verspätete Einführung der deutschen Maut vermutlich eine Menge Geld. Doch wie hoch ist der Image-Schaden? „Man wird zur Tagesordnung übergehen“, sagt Prof. Karlheinz Schmidt. „Viele EDV-Kenner werden das nüchtern sehen und sagen: Es war ein tolles Projekt, die beteiligten Unternehmen haben es nicht geschafft, man hat ihnen aber auch nicht genügend Zeit gegeben“, ist der Hauptgeschäftsführer des Bundesverbandes Güterkraftverkehr, Logistik und Entsorgung überzeugt. „Die Schweizer haben an ihrem technisch viel einfacheren System immerhin auch drei Jahre lang gebaut.“

Zu den Gründen des anfänglichen Scheiterns von Toll Collect sagt die von der Bundesregierung eingesetzte Pällmann-Kommission:

Alle Beteiligten unterschätzten die Schwierigkeiten, solch ein umfangreiches und komplexes System zu etablieren, auch wenn die Einzelkomponenten „erprobte Technologien“ waren.

• Das Finanzministerium machte Druck, um möglichst schnell möglichst hohe Gebühren einzunehmen – was auch heißt, dass das System so preisgünstig wie möglich zu haben sein sollte.

• Das Projekt-Controlling war schlecht.

• Die Unternehmensstruktur des Toll-Collect-Konsortiums war ungeeignet, um von Anfang an eine volle Effektivität zu erzielen.

Doch was genau macht das System so komplex und seine Realisierung so schwierig? Das Mautsystem muss…

• …ein festgelegtes mautpflichtiges Straßennetz erkennen und nur dort die Maut berechnen. Dieses Straßennetz muss jederzeit erweiterbar sein.

• …bei der Berechnung der Gebühren sowohl die Schadstoffklasse als auch die Achszahl der Lkw berücksichtigen, um so auch umweltpolitische Akzente setzen zu können.

• …die technischen Voraussetzungen bieten, um weitere Gebührenklassen einzuführen, die zum Beispiel Zeitpunkt und Ort der Fahrt berücksichtigen.

• …ein „Free-Flow-System“ sein, das die Maut ohne Stopp und Stau berechnet.

• …ein duales System sein, das eine automatische und eine manuelle Buchung erlaubt und dadurch sicherstellt, dass alle Lkw-Fahrer das mautpflichtige Straßennetz nutzen können.

• …in der Lage sein, bei einem Ausfall des automatischen Systems alle Buchungen über das manuelle System zu bewältigen.

COMMUNITY Internet

Informationen der ESA zu Galileo:

www.esa.int/export/esana/galileo.html

Homepage zur Lkw-Maut von Toll Collect:

www.toll-collect.de

Hintergrundinformationen und aktuelle News zum Floating-Car-Data-System:

www.city-fcd.de

Homepage der Mavionics GmbH, die für Bau und Vertrieb des fliegenden Computers Carolo verantwortlich ist:

www.mavionics.de

Ohne Titel

• Am 3. Januar 2005 soll die erste Stufe der Lkw-Maut in Betrieb gehen.

• Fahrzeuge mit eingebauten Sensoren und Funktechnik werden künftig als rollende Staumelder fungieren.

• Auch ein künstlicher Vogel kann Verkehrshindernisse aufspüren.

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