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V2X-Kommunikation in der Smart City: Urbane Mobilität

Eine intelligente und vernetzte Stadt im Kontext der urbanen Mobilität kann einen Zugewinn an Sicherheit, Verkehrseffizienz und Komfort für alle Beteiligten ermöglichen. Verkehrssicherheit, Parkraum-Management und Routensteuerung sind drei Anwendungsfälle mit hohem Potenzial.

Automotive modern Smart City Bildquelle: © realstock-123rf
Roland Berger, Smart City Bildquelle: © Roland Berger

Abbildung 1 zeigt die sechs Aktionsfelder einer Smart City nach Roland Berger. Die Anwendungsfelder sind vielfältig und je nach Schwerpunkt, Möglichkeiten und Herausforderungen auch sehr unterschiedlich in der Implementierung und im Umfeld.

Neben der urbanen Mobilität werden unter dem Begriff Smart City auch andere Aktionsfelder benannt. Eine mögliche Darstellung bietet Roland Berger mit den sechs Aktionsfeldern Verwaltung, Gesundheit, Bildung, Umwelt- und Energie, Gebäude und der Mobilität (siehe dazu Abbildung 1). Bei einer Vernetzung und Auswertung von Daten innerhalb, aber insbesondere auch über die genannten Handlungsfelder hinweg, sprechen wir von einer intelligenten, vernetzten Stadt: einer Smart City. Die urbane Mobilität im Kontext der stetig wachsenden Städte stellt eine besondere Herausforderung dar. Die räumlich limitierte Infrastruktur muss effizient genutzt werden, um dem motorisierten Individualverkehr, den Logistikdienstleistern, dem öffentlichen Personennahverkehr aber auch den Fußgängern und Radfahrern gerecht zu werden. Insbesondere Letztere sind im dichten, innerstädtischen Gebiet zunehmend gefährdet. Hier muss die Sicherheit erhöht und die Effizienz der gesamten Infrastruktur verbessert werden. Mit einer Verknüpfung von Mobilitätsanbietern beispielsweise kann dem Bürger die nach Bedarf optimale Verbindung zwischen Start und Ziel angeboten werden (siehe Abb. 2).  

Die Kommunikationstechnologien für V2X
Erleichtert wird all dies durch die Vernetzung der Fahrzeuge im Individualverkehr, dem öffentlichen Nahverkehr, den Logistikdienstleistern und der Fußgänger und Radfahrer. Über die direkte Vernetzung der Fahrzeuge untereinander (Vehicle-to-Vehicle, V2V), mit der Infrastruktur (V2I), mit Fußgängern (englisch Pedestrian, daher V2P) kann genau dies erreicht werden. In Summe reden wir von der Vehicle-to-Everything- der V2X-Kommunikation (siehe Abbildung 3). Die technische Möglichkeit dazu bieten zum einen ein modifizierter WLAN-Standard (802.11p) und zum anderen der auf dem Mobilfunkstandard 3GPP basierende Cellular-V2X-Ansatz.

Intermodaler Verkehr Bildquelle: © mm1

Abbildung 2: Der intermodale Verkehr ist eine Sonderform des multimodalen Verkehrs. Sie beschreibt eine mehrgliedrige Transportkette und betrifft sowohl den Personen- als auch Güterverkehr.

Welche konkreten Anwendungsfälle gibt es?
Mit den beschriebenen Technologien können zahlreiche Use Cases abgebildet werden. Nachfolgend drei Beispiele:

  1. Verkehrssicherheit: Insbesondere Radfahrer und Fußgänger sind im Straßenverkehr gefährdet. Kritische Situationen und Unfälle können vermieden werden, wenn Radfahrer und Fußgänger direkt mit anderen Verkehrsteilnehmern kommunizieren. Dabei würde das Smartphone der Fußgänger und Radfahrer über eine Applikation deren Standort an die Fahrzeuge übermitteln und den Fahrer über die Anwesenheit des „Vulnerable Road Users“ (VRU) informieren, im Kollisionsfall warnen und in weiteren Stufen der Automatisierung der Fahrzeuge auch automatisch ausweichen oder abbremsen. Ebenso würde der VRU beispielsweise akustisch vor einer kritischen Situation mit einem Fahrzeug gewarnt. Mit Hilfe von intelligenten Algorithmen kann vor einer kritischen Situation bereits gewarnt werden, bevor die potenziellen Unfallpartner sich in der unmittelbaren Gefahrensituation befinden.
  2. Parkraum-Management: Eine zunehmende Herausforderung, sowohl für die Städte als auch für die Autofahrer, sind die oft unzureichenden urbanen Parkflächen. Die Vernetzung der Fahrzeuge mit den Betreibern der Parkflächen, die wiederum über Sensorik und vernetzte Datenauswertung und Prognosen eine Information über freie Parkplätze direkt im Auto verfügbar machen, erhöht zum einen den Komfort für den Autofahrer und zum anderen die Effizienz für den Parkraumbewirtschafter. „Automated Valet Parking“ basiert auf einer hohen Automatisierungsstufe im Fahrzeug selbst und idealerweise auch einem vernetzten Parkhaus. Dort kann der Fahrer sein Auto an vordefinierten Punkten verlassen und wieder abholen. Die Fahrten zum Parkplatz werden automatisch zurückgelegt.
  3. Effiziente Routensteuerung: Die Ampeln im innerstädtischen Verkehr führen bei hoher Verkehrslast zum Stop-and-go und Rückstausituationen: Dienste wie Green Light Optimal Speed Advisory (GLOSA) können die Situation verbessern. Über die Kommunikation zwischen Ampel und Fahrzeug erhält der Fahrer (und später das automatisierte Fahrzeug) die Information über die optimale Geschwindigkeit, um bei einer der nächsten Grünphasen an der Ampel einzutreffen. Damit wird eine Optimierung des Verkehrsflusses erreicht, die auch die Nutzungseffizienz im urbanen Raum verbessert.
Vehicle to Everything (V2X) Bildquelle: © mm1

Abbildung 3: In dem Themengebiet Vehicle to Everything (V2X) sind alle Techniken zusammengefasst, bei denen das Fahrzeug mit anderen Fahrzeugen, mit Kommunikationseinheiten am Straßenrand, mit Kommunikationsnetzen oder mit Fußgängern kommuniziert.

Herausforderungen
Die Vernetzung der urbanen Mobilität mit der V2X-Technologie kann in der modernen Stadt zu einem erheblichen Zugewinn an Sicherheit und Komfort für den einzelnen Bürger sowie zu einer Entlastung der Stadt als Verkehrsraum führen. Dabei gibt es folgende Herausforderungen:

  • Nutzung von Standards bei allen Verkehrsteilnehmern: Ein Standard muss sich durchsetzen und zukunftssicher sein. Dies gilt für Fahrzeuge, den ÖPNV und auch für Fußgänger und Radfahrer. Daher muss eine Kommunikationslösung auf dem Smartphone und im Fahrzeug gleichermaßen anwendbar sein.
  • Datenverfügbarkeit: Die gewonnen Daten werden umso wertvoller, je mehr sie miteinander verknüpft werden. Das Zusammenführen der Daten und das anwendungsbezogene Auswerten dieser ist damit eine zentrale Anforderung. Die Analyseplattformen in der Cloud müssen offene Schnittstellen für zusätzliche Anwendungen und Analyseanforderungen haben.
  • Interoperabilität: In einem heterogenen Szenario mit vielen Stakeholdern, unterschiedlichen Sensoren, Datenprotokollen, Analysetools und Auswerteplattformen muss eine übergreifende Interoperabilität gewährleistet sein. Es darf nicht vorkommen, dass zwei Fahrzeuge zwar Daten austauschen, diese aber nicht interpretiert werden können.  

Jörn Edlich ist Senior Manager bei der Unternehmensberatung mm1. Er berät Klienten im Kontext der Digitalen Transformation des Unternehmens und hat langjährige Erfahrung im Bereich der vernetzten Fahrzeuge und IoT-Technologien.