Mit Handys gegen den Stau

„Hallo Herr Müller, ich stehe gerade im Stau. Können wir das Projekt jetzt telefonisch besprechen?“ Solche Handytelefonate sind für Ralf-Peter Schäfer Gold wert. „Im Stau telefonieren Autofahrer deutlich mehr als sonst“, sagt der Forschungsdirektor bei TomTom Dynamic Content & Publishing, einem Tochterunternehmen des niederländischen Herstellers von Navigationsgeräten TomTom. „Mithilfe anonymisierter Bewegungsdaten zahlreicher Menschen, die im Auto mobil telefonieren, können wir daher einen Stau orten und minutengenau berechnen, wie viel Reisezeit er die Autofahrer voraussichtlich kostet“, sagt Schäfer. Alle drei Minuten erhalten zahlende Nutzer bestimmter TomTom-Navigationsgeräte die Staumeldungen und die Abschätzung des durch die Staus auf ihrer Strecke bedingten Zeitverlustes übermittelt. Seit November 2008 detektiert das Unternehmen mithilfe von rund 36 Millionen Mobiltelefonen, die bei Vodafone registriert sind, Blechschlangen auf deutschen Straßen. Diese „Floating Phone Data“ (FPD) genannte Technologie funktioniert nicht nur auf Autobahnen, sondern auch auf viel befahrenen Bundes- und Landstraßen.

Damit lichtet sich der Schleier, der abseits von Autobahnen über dem deutschen Straßennetz liegt. Denn bislang decken Staumeldungen fast nur die Autobahnen ab. Das macht es schwierig, Autofahrern hilfreiche Umleitungsempfehlungen zu geben, denn die führen oft direkt in den nächsten Stau. Um das zu ändern, entwickeln Forscher neben FPD noch weitere Beobachtungstechniken, die auf Radarsatelliten oder auf dem Satellitennavigationssystem GPS basieren. Ziel ist die flächendeckende Erfassung des gesamten Verkehrsgeschehens. Allerdings: Dass der minutenschnelle Rückblick auf Deutschlands Staulage nicht genügen wird, um den Verkehr gleichmäßiger zu verteilen und das Straßennetz besser auszulasten, ist den Experten bewusst. Denn das Wissen, dass eine Ausweichstrecke vor ein paar Minuten – so lange dauert das Verarbeiten der Telefondaten zu Verkehrsinformationen – noch frei war, bringt häufig nicht viel: „Wenn nur fünf bis zehn Prozent der Autofahrer einem Stau ausweichen, entwickelt sich auf der Alternativroute in Minutenschnelle eine neue Blechschlange“, sagt der Stauforscher Michael Schreckenberg vom Lehrstuhl für Physik von Transport und Verkehr an der Universität Duisburg-Essen. Nur die Vorausschau in die unmittelbare Zukunft des Verkehrsgeschehens kann helfen, die Autos sinnvoll zu verteilen, betont der Physiker.

Rechner bewerten Bewegung

Doch zunächst müssen die Verkehrswissenschaftler die nötige Datengrundlage haben, um solche Verkehrsprognosen erstellen zu können. Die Ausgangslage: Auf etwa 1500 der insgesamt 12 000 Autobahnkilometer in Deutschland gibt es Induktionsschleifen, die die Verkehrsstärke messen – die Fahrzeugzahl pro Minute. Außerdem registrieren rund 4000 an Autobahnbrücken befestigte Infrarotdetektoren vorbeifahrende Fahrzeuge anhand ihrer Wärmestrahlung. Aus den Daten von Schleifen und Kameras berechnen Computer die Verkehrslage zwischen den Messpunkten und stellen somit indirekt fest, wo sich Autos stauen. Die Infrarotkameras gehören dem privaten Verkehrsinformationsdienst DDG Gesellschaft für Verkehrsdaten – einer Tochter der US-Firma Navteq –, der den Stauwarndienst „TMCpro“ anbietet. Nun will das Unternehmen aus Bonn auch Handydaten nutzen – wie TomTom –, um mit seinen Verkehrsinfos noch zuverlässiger zu sein. Rechner bei der DDG werten die Bewegungsdaten des Vodafone-Konkurrenten T-Mobile aus, der auf 37 Millionen Mobilfunk-Anschlüsse kommt.

Die Nutzer der Handys fahren in Autos, S-Bahnen, Bussen oder Fernzügen – und überschreiten dabei die Grenzen zwischen verschiedenen Funkzellen, in deren Mitte je ein Funkmast steht. Weil sich Handys mit denen telefoniert wird, bei jedem Wechsel der Funkzelle bei der alten Zelle ab- und bei der neuen anmelden, dokumentieren sie ihre Ortsveränderung. Der Durchmesser der Funkzellen beträgt, je nach Region, einige Hundert Meter bis zu rund zehn Kilometer. Auf dem Land sind die Zellen deutlich größer als in der Stadt, weshalb dort die Ortung eines Mobiltelefons per Funkzellenwechsel sehr ungenau ist. Um die Aufenthaltsorte der Handynutzer besser einzugrenzen, greifen die Forscher in die Trickkiste. So ist der Abstand zwischen Mobiltelefon und Funkmast durch die Laufzeit des Funksignals bekannt. Durch diese Information erreicht TomTom auch in dünn besiedelten Gegenden nach eigenen Angaben eine Genauigkeit bei der Handyortung von rund 100 Metern.

Ortung auf 50 Meter genau

Ein anderer technischer Kniff macht sich zu eigen, dass jedes Mobiltelefon ständig in Funkverbindung mit mehreren Masten steht. Der Mikrochip im Handy misst die Stärke des Funksignals, das von jedem der angepeilten Masten empfangen wird, und sendet den Messwert während eines Telefonats an die Antennen zurück. „Durch Vergleichen der Messwerte mit Karten, in denen die Signalstärken verzeichnet sind, lässt sich ein Handy so auf etwa 200 Meter – und bald wohl auf 50 Meter – genau lokalisieren“, sagt Volker Schwieger vom Institut für Anwendungen der Geodäsie im Bauwesen der Universität Stuttgart. Doch die registrierten Rohdaten allein lassen noch keinen Stau erkennen. Nur wenn man die Bewegungsdaten mit digitalen Straßenkarten vergleicht, lassen sich den Bewegungen einzelner Han-dys Fahrtrouten zuordnen und man kann ermitteln, wie lange der Fahrer für die Strecke benötigt hat. Wegen der relativ ungenauen Ortung kann man allerdings oft nicht mit Sicherheit sagen, auf welcher Straße ein Handynutzer unterwegs ist. Verlaufen zwei Straßen dicht beieinander, kann die Ortungssoftware sie nicht auseinanderhalten. Erst die Auswertung vieler Bewegungsprofile erlaubt es, eine Reisezeit einer bestimmten Straße zuverlässig zuzuordnen. „Doch ab sechs Uhr morgens wird so viel mobil telefoniert, dass uns die meisten Verkehrsstörungen nicht entgehen“, sagt Ulrich Fastenrath, Chef der Produktentwicklung bei der DDG. Trotzdem lässt die Lokalisierung von Staus über Handybewegungen noch weiße Flecken auf der Landkarte – und zwar in größeren Städten, wo Menschen mit vielen verschiedenen Verkehrsmitteln unterwegs sind. Das begrenzt die Möglichkeit zum Aufspüren von Staus.

Aber auch auf dem Land wird längst nicht jeder Stau entdeckt. „ Je weniger Verkehr über eine Straße fließt, desto unsicherer wird das FPD-Verfahren zur Staudetektion“, sagt Markus Bachleitner, Leiter Entwicklung Verkehrsinformation beim ADAC in München. „Ein Stau auf einer engen Landstraße kann schon von wenigen Fahrzeugen ausgelöst werden. Aber darin finden dann möglicherweise zu wenige Telefonate statt, um den Stau zuverlässig zu orten.“

Die Autos werden markiert

Doch es gibt Technologien, um die weißen Flecken auf der Staukarte zu beseitigen. So könnten sich Staus in Städten durch markierte Autos verraten, die wie Korken im Autostrom mitschwimmen. Anhand ihrer Bewegung ließe sich die Geschwindigkeit der Automobile erkennen – Bus-, Bahn und Fahrradverkehr wären ausgeblendet. Tatsächlich ist eine solche Technologie mit dem Namen „Floating Car Data“ (FCD) schon seit den 1990er-Jahren im Einsatz. Die damit ausgerüsteten rund 50 000 Fahrzeuge führen einen GPS-Empfänger mit sich, der ständig die aktuelle Position und Geschwindigkeit misst. Eine Bordsoftware vergleicht die Durchschnittsgeschwindigkeit auf der Teilstrecke mit dem dort normalen Tempo, das in einer digitalen Straßenkarte hinterlegt ist. Wenn das Auto langsamer fährt als üblich, sendet das FCD-Gerät per Mobilfunk einen Stauverdacht an eine Verkehrsleitzentrale. Dort prüft man, ob eine solche Meldung auch von anderen Fahrzeugen eingegangen ist – und berechnet eine Stauwahrscheinlichkeit sowie den vermutlichen Zeitverlust. Um als flächendeckende Staudetektoren in Städten dienen zu können, müssten allerdings viel mehr Fahrzeuge mit FCD ausgerüstet werden.

Dass sich die Technologie bisher nicht durchgesetzt hat, lag vor allem an den hohen Kosten für das Senden der Verkehrsinformationen per Mobilfunk vom Auto in die Leitzentrale. „Vor zehn Jahren kostete das noch etwa 25 Euro pro Tag“, berichtet Werner Schönewolf vom Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik in Berlin. Obwohl die Telekommunikationspreise seither gesunken sind, waren bislang nur wenige Autofahrer bereit, dafür Geld auszugeben – obwohl sie exklusive Verkehrsinformationen erhalten hätten. Doch zurzeit ist Floating Car Data im Aufwind, denn die Kosten sind unter einen Euro pro Tag gesunken. Die Autoindustrie reagiert bereits auf den Trend, berichtet Schönewolf: „Viele Hersteller integrieren sowohl in Navigationsgeräten als auch in Bordrechnern FCD-Software.“ Die Beobachtungslücken in den Städten könnten also bald geschlossen sein.

Tausende virtueller fahrzeuge

Außerhalb von Ballungsräumen gibt es oft nur wenige Ausweichstrecken, um einen Stau zu umfahren. Dort bringen umfassende Verkehrsinformationen allein nicht viel. „Man braucht eine Stauprognose“, sagt DDG-Entwickler Fastenrath. „Nur wenn der Fahrer weiß, wie sich die Verkehrslage weiterentwickelt und wie die Situation auf beiden Strecken aussieht, wenn er eine Abzweigung erreicht, kann er den richtigen Entschluss für die weitere Fahrt fällen.“ Der Duisburger Stauforscher Schreckenberg hat mit seinem Team ein Verkehrsmodell entwickelt, das bis zu eine Stunde in die Zukunft des gesamten Autobahnnetzes von Nordrhein-Westfalen schaut. In der Computersimulation fahren Tausende virtueller Autos, die beschleunigen, bremsen, die Spur wechseln und trödeln. Die Forscher füttern das Modell mit Messdaten zur Verkehrslage, sodass es stets die aktuelle Situation wiedergibt. Hochleistungsrechner lassen den simulierten Verkehr im Zeitraffer viel schneller ablaufen als real – und erzeugen so eine Prognose.

„Es ist nicht schwer, Ausweichrouten in das Modell mit aufzunehmen“, sagt Schreckenberg. „Wir könnten Floating-Phone- oder Floating-Car-Daten nutzen, um das erweiterte Modell mit Daten für den aktuellen Verkehrszustand zu füttern.“ Allerdings sei das erst die halbe Miete. Das ausgebaute Modell brauche außerdem Wissen über die Reaktionen der Autofahrer auf Verkehrsinformationen. „Etwa, wie viele Autofahrer auf eine Staumeldung reagieren und eine Alternativroute wählen“, sagt der Physiker. FPD hilft, solches nützliche Wissen über das Fahrerverhalten zu sammeln. „Mit dieser Methode können wir die von einzelnen Fahrzeugen gefahrenen Routen aufzeichnen“, sagt Markus Friedrich vom Lehrstuhl für Verkehrsplanung und Verkehrsleittechnik an der Universität Stuttgart. Mit den bisher genutzten Verfahren ging das nicht: Induktionsschleifen bestimmen den Verkehr nur durch kollektive Größen wie Verkehrsstärke und Verkehrsdichte. Fahrtrouten einzelner Autos lassen sich daraus nicht erschließen.

Wer aber komplette Fahrtrouten vollständig über eine gewisse Zeit hinweg sammelt, der kennt auch den Startpunkt und das Ziel der Reise. Und wer über die täglichen Verkehrsströme detailliert Bescheid weiß, kann voraussehen, wie die Autofahrer auf Umleitungsempfehlungen oder Straßensperrungen reagieren. Neben Schreckenbergs Computermodell ist dieses Umlageverfahren ein weiterer Weg, um Vorhersagen für die Verkehrsentwicklung zu erstellen. Die Basis dafür sind Haushaltsbefragungen. Die dabei gewonnenen Daten verarbeiten Experten mithilfe eines Verkehrsmodells. Doch die Befragungen sind aus Kostengründen nur alle paar Jahre möglich. „Mithilfe von Handydaten ließe sich eine Matrix für Verbindungen zwischen vielen Ortschaften viel günstiger und stets aktuell erstellen“, meint Markus Friedrich. Dass sich Routen über weite Strecken per FPD ermitteln lassen, hat sein Team durch Versuche auf Autobahnen rund um Stuttgart bereits gezeigt. Verkehrsforscher Fastenrath ist zuversichtlich: „ Die Autos werden sich künftig gleichmäßiger verteilen“, prophezeit er. „Wir werden im Schnitt weniger Zeit im Stau verbringen als heute.“ Wer mag angesichts so rosiger Aussichten noch behaupten, dass die meisten Handytelefonate überflüssig sind? ■

Christian Meier arbeitet als Wissenschaftsjournalist in Darmstadt. Der promovierte Physiker umfährt mit seinem Fahrrad die meisten Staus.

von Christian Meier