Kreuzungsmanagement revolutionieren mit Connected-Vehicle-Daten

Motion Design INSIDER

Verkehr fährt durch eine der 34 Kreuzungen, die Teil der Connected-Vehicle-Datenstudie in Birmingham, MI, waren. (Bild: Jeremy Little, Michigan Engineering)

GPS-Daten statt teurer Sensoren

Gemeinden könnten Kosten senken und Fahrzeugemissionen reduzieren – alles im Namen der Verkürzung Ihrer Fahrt.

Mit GPS-Daten von nur sechs Prozent der Fahrzeuge auf der Straße können Forscher der University of Michigan Verkehrsampeln neu kalibrieren, um Staus und Verzögerungen an Kreuzungen signifikant zu reduzieren.

In einer 18-monatigen Pilotstudie in Birmingham, Michigan, nutzte das Team Connected-Vehicle-Daten-Einblicke von General Motors, um sein System zu testen, was zu einer 20 bis 30 prozentigen Verringerung der Stopps an signalisierten Kreuzungen führte.

Es ist das weltweit erste großangelegte, cloud-basierte Verkehrsampel-Retiming-System und stellt eine große Chance für Gemeinden dar, ihre Signalmuster zu reduzierten Kosten neu zu kalibrieren.

Das System der University of Michigan nimmt GPS-Daten eines Prozentsatzes der Fahrzeuge auf der Straße und extrapoliert Verkehrsströme. Zum Beispiel deutet ein Connected Vehicle, das etwa 30 Meter (100 Fuß) vor einer Kreuzung anhält, stark darauf hin, dass es hinter mindestens drei oder vier anderen Fahrzeugen steht.

„Während Detektoren an Kreuzungen Verkehrsanzahl und geschätzte Geschwindigkeit liefern können, bietet Zugriff auf Fahrzeugtrajektorien-Informationen, selbst bei niedrigen Durchdringungsraten, wertvollere Daten, einschließlich Fahrzeugverzögerung, Anzahl der Stopps und Routenwahl“, sagte Henry Liu, Professor für Bauingenieurwesen an der University of Michigan und Direktor sowohl des Mcity drahtlos vernetzten automobilen Testgeländes als auch des Center for Connected and Automated Transportation.

Kosten & Nutzen

Es gibt schätzungsweise 320.000 Verkehrsampeln in den USA und die jährlichen Staukosten – direkte und indirekte –, die mit diesen Kreuzungen verbunden sind, belaufen sich auf 22,9 Milliarden Dollar. Diese Kosten umfassen Zeit, die an Ampeln verbracht wird, sowie unnötigen Energieverbrauch durch Signalzeiten, die verbessert werden könnten.

Die meisten Verkehrsampeln arbeiten nach einem Zeitplan nach Tageszeit, bei dem voreingestellte Muster für Morgen, Nachmittag, Abend und Nacht vorliegen. Verkehrsplaner versuchen, diese Zyklen mit umliegenden Kreuzungen zu koordinieren, damit Autos zwischen Kreuzungen mit möglichst wenig Stop-and-Go-Verkehr fließen können.

„Der Grund, warum diese Signale öfter geändert werden sollten, ist, dass sich der Verkehr ständig ändert“, sagte Liu. „Ein gutes Beispiel sind die Verkehrsströme, die wir im Jahr vor COVIDs Ankunft und den zwei Jahren danach sahen. Die morgendliche Spitzenstunde veränderte sich drastisch, da so viele Menschen von zu Hause arbeiteten. Wenn man solche Veränderungen sieht, muss man die Signale neu timen.“

Die Optimierung von Signalen, um mit Änderungen im Verkehrsfluss Schritt zu halten, ist keine einfache Aufgabe. Die Kosten und der Zeitaufwand für Verkehrszählungen und Neuberechnungen bedeuten, dass die meisten Gemeinden nicht alle zwei bis fünf Jahre, manchmal Jahrzehnte, neu bewerten.

Während adaptive Signale seit den 1970ern existieren – sie detektieren Fahrzeuge an Kreuzungen, um Signale fast in Echtzeit neu zu programmieren –, hat ihr Kosten sie von breiter Nutzung abgehalten. Installation eines adaptiven Systems an einer einzelnen Kreuzung kann bis zu 50.000 Dollar kosten, mit regelmäßiger Wartung – ein Preisschild, das nicht alle Gemeinden tragen können. Das University-of-Michigan-System für Optimierung würde einen Bruchteil davon für ein adaptives System kosten.

Das System, ein probabilistisches Zeit-Raum-Diagramm, ermöglicht es einem kleineren Prozentsatz an Connected-Vehicle-Daten, die gleiche Arbeitslast wie Sensoren an einer adaptiven Verkehrsampel zu bewältigen. Um seine Effektivität zu testen, sammelten Forscher Daten über drei Wochen im März 2022 von jeder der 34 signalisierten Kreuzungen in Birmingham, Michigan – die meisten davon Fixed-Time-Systeme.

„Was dies getan hat, ist wirklich unser Datenerfassungsproblem zu lösen“, sagte Gary Piotrowicz, Deputy Managing Director der Road Commission for Oakland County. „Und ich könnte argumentieren, dass dies der Weg sein wird, wie es jeder im Land macht. Einmal, wenn sie das System gefestigt haben, gibt es keinen Grund, es anders zu machen.“

Quelle

Transkript

00:00:00 Haben Sie je an einer roten Ampel gesessen und sich gefragt, warum sie so lange braucht, um grün zu werden? Retiming jeder Verkehrsampel kostet jetzt etwa 5.000 Dollar, deshalb timen die meisten Verkehrsmanagementbehörden Signale nur alle 2 bis 5 Jahre oder sogar länger. Fazit: Die Signale arbeiten nicht so effizient, wie sie könnten, es entsteht mehr Stau auf den Straßen und mehr Stau führt zu schlechterer Sicherheit. Michigan-Engineering-Forscher haben mit der Oakland County Road Commission zusammengearbeitet, um einen günstigeren, schnelleren Prozess zur Optimierung von Verkehrsampeln zu entwickeln. Es ist ein cloud-basiertes System, das GPS-Daten von Connected Vehicles nutzt, pilotiert in Birmingham, Michigan. Ihr System konnte Verkehrsverzögerung um 20% verringern und die Anzahl der Stopps an einer Kreuzung um 30% reduzieren. Die Implementierung des Systems ist tatsächlich sehr, sehr einfach, weil die Daten bereits da sind, in der Cloud, sie werden von den Autoherstellern gesammelt und wir können den Verkehrsmanagementbehörden helfen, diese Daten zu nutzen, um ihre Verkehrsampelleistung zu bewerten und dann zu helfen, die Verkehrsampelparameter zu optimieren. Derzeit sind Kreuzungen entweder mit adaptiven oder festen Verkehrsampeln ausgestattet. Wenn das Signal adaptiv ist, kann es Sensoren nutzen, um Verkehr an einer Kreuzung zu detektieren und sich selbst neu zu timen, und wenn es fest ist, muss ein Verkehrscontroller zur Spitzenzeit zur Kreuzung fahren, um die Anzahl der Fahrzeuge an einem Signal zu zählen, und wir versuchen, Timing-Pläne zu entwickeln, die für 24 Stunden, 7 Tage die Woche, 365 Tage im Jahr gelten, mit Daten, die einfach nicht so gut sind, wie wir sie gerne hätten. Fahrzeugtrajektorien-Daten liefern viel mehr Informationen als nur Verkehrszahlen, sondern erlauben Verkehrscontrollern, die Anzahl der Stopps, Fahrzeugverzögerung und Routenwahlen von nur einer kleinen Anzahl an Connected Vehicles zu sehen. Die Daten können dann in das Optimierungssystem eingespeist werden, wo sie in der Lage sind, die Leistung der Signale zu bewerten und neue Timing-Pläne basierend auf den Daten zu erstellen. Was uns erlaubt, die Signale öfter zu aktualisieren, also statt vielleicht einmal alle 5 Jahre oder mehr, können wir jetzt vielleicht alle paar Monate einen Blick darauf werfen, um sicherzustellen, dass wir die besten Timings da draußen im System haben, das das System am effizientesten macht. Selbst wenn wir die Timings nicht ändern, wird es uns bestätigen, dass das, was da draußen ist, das Beste ist. Es nützt wirklich dem Autofahrer. Für Städte bedeutet das Verkehrsampelwartung viel öfter und zu einem Bruchteil der Kosten, und für Sie weniger Zeit an roten Ampeln und einen schnelleren Arbeitsweg. Connected Vehicles sind überall, also ist es einfach für uns, das System zu skalieren, weil wir ihre Daten nutzen können, nicht nur im Bundesstaat Michigan, sondern anderswo. Wir sprechen von 24/7-Daten, die automatisiert sind und die besten Daten sind, die wir je hatten, um damit zu arbeiten, was wirklich aufregend ist.