Verkehrsmanagement auf Autobahnen in Deutschland und Österreich basiert auf dem Merkblatt für die Ausstattung von Verkehrsrechner- und Unterzentralen (MARZ) aus dem Jahr 1999. Seit Veröffentlichung des Merkblatts wurde das Verkehrsmanagement stetig weiterentwickelt. Zudem stehen mittlerweile neue technologische Möglichkeiten zur Verfügung, die sinnvoll im Verkehrsmanagement eingesetzt werden können. Die Aktualisierung des MARZ aus dem Jahr 2018 berücksichtigt diese Weiterentwicklungen und formuliert zudem ein neues Steuerungsmodell, welches die Integration neuer Technologien wie kooperative Systeme vereinfacht.

Die verstärkte Nutzung von externen Informationsquellen ist dabei Teil einer Strategie, die der österreichische Autobahnbetreiber ASFINAG verfolgt, um das Verkehrsmanagement fit für die Zukunft zu machen. Im Projekt Verkehrsmanagement und Informationssystem 2.0 (VMIS 2.0) wird dafür erstmals das neue Steuerungsmodell erprobt und mit dem Situations- und Maßnahmenkatalog eine einheitliche Sprachregelung in der Kommunikation mit internen und externen Informationsquellen und -senken umgesetzt.

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1 Einführung

Seit über 20 Jahren wird Verkehrsmanagement auf Autobahnen in Deutschland und seit 15 Jahren auch in Österreich gemäß des „Merkblatts für die Ausstattung von Verkehrsrechner- und Unterzentralen“ (BASt 1999, [1]) betrieben. Erfahrungswerte aus dem Betrieb haben dazu geführt, dass in 2012 ein neues Steuerungsmodell konzipiert wurde, um die Situationserkennung und die Maßnahmensetzung zu optimieren (FGSV 2012, [3]). Dieses Steuerungsmodell wurde in die Überarbeitung des MARZ in 2018 übernommen (BASt 2018, [2]), allerdings ist der dort beschriebene Ansatz noch nicht in der Praxis erprobt. Die österreichische ASFINAG, die die Aktualisierung des MARZ 2018 mit begleitet hat, strebt als erster Verkehrsmanagementbetreiber die Realisierung dieses neuen Steuerungsmodells an. Dazu wurde das Projekt Verkehrsmanagement- und -informationssystem 2.0 (VMIS 2.0) initiiert, mit dem Ziel, jegliche Sensorik und verkehrssteuernde Einheiten am Autobahnen- und Schnellstraßennetz in Österreich auf einer Plattform zu verbinden. Erstmals wird dabei auch eine für alle neun Verkehrsmanagementzentralen der ASFINAG gemeinsame Benutzeroberfläche realisiert und so die Bedienung aller Verkehrsbeeinflussungsanlagen und Tunnel, sowie mobilen Warnleitanhängern vereinheitlicht. Diese Vernetzung stellt eine wichtige Grundlage für die durchgehende Digitalisierung des Verkehrsmanagements dar. Herzstück dabei ist ein Steuerungsmodell, welches über alle erforderlichen Sensordaten und Informationen verfügt, in Echtzeit die verkehrlichen Situationen am kompletten Autobahnen- und Schnellstraßennetz in Österreich beurteilt, Maßnahmen soweit als möglich automatisiert ableitet und an die diversen angeschlossenen Informationssysteme übergibt. Das System verhält sich dabei in Bezug auf interne sowie externe Systeme einerseits als Datenabnehmer und andererseits als Datenlieferant mit entsprechend angebotenen Schnittstellen. Im Steuerungskern wird das Steuerungsmodell nach MARZ 2018 erstmalig umgesetzt. Dabei wurden auch Erweiterungen des MARZ-Ansatzes realisiert. Der vorliegende Beitrag stellt den Steuerungskern des Projekts VMIS 2.0 zur Optimierung der Verkehrssteuerung auf Autobahnen detailliert vor. Anschließend werden die Unterschiede und Vorteile des neuen Steuerungsmodells gegenüber dem bisher verfolgten Ansatz aufgezeigt und erste Erkenntnisse für die praktische Umsetzung dargestellt, sowie ein Ausblick auf den weiteren Forschungs- und Verbesserungsbedarf gegeben.

2 Systemaufbau

Die Unterzentrale (UZ) stellt die Grundlage für das regionale sowie nationale Verkehrsmanagement zur Verfügung und dient zur Kommunikation mit außerhalb des VMIS 2.0 Kontexts angesiedelten externen Systemen. Die UZ-spezifische Verkehrssteuerung bildet die Grundlage des auf Ebene der Verkehrsrechnerzentrale (VRZ) durchgeführten Verkehrsmanagements und setzt sich prinzipiell aus der Datenübernahme und -aufbereitung und der Situationserkennung zusammen. Die von der Sensorik erfassten Messwerte laufen in der UZ zusammen und werden dort aufbereitet. Entsprechend der definierten Situationserkennungsverfahren werden aus den Mess- bzw. Ersatzwerten Situationsobjekte erzeugt. Nach der Bildung der Situationsobjekte ist die regionale Verkehrssteuerung innerhalb der UZ im Regelfall abgeschlossen und die identifizierten Objekte werden in die Verkehrsrechnerzentrale übertragen. Sollte eine Verbindung zur Verkehrsrechnerzentrale aus etwaigen Gründen nicht bestehen, muss die Unterzentrale allerdings die Aufgaben der VRZ übernehmen und alle Schritte des Verkehrsteuerungsmodells durchlaufen können (Bild 1). Die VRZ stellt Funktionen für das netzweite Verkehrsmanagement zur Verfügung und wird in vier Funktionsbereiche unterteilt – einem VRZ-Querschnittsbereich, einer VRZ spezifischen Verkehrssteuerung, der VRZ-Online Datenhaltung und den externen Schnittstellen auf VRZ-Ebene.

Bild 1: Systemaufbau VMIS 2.0

Die VRZ-spezifische Verkehrssteuerung beinhaltet die für das regionale und nationale Verkehrsmanagement notwendigen verkehrstechnischen Module, welche für den Einsatz des in VMIS 2.0 vorgesehenen Verkehrssteuerungsmodells notwendig sind. Als Input für die regionale sowie nationale Verkehrssteuerung dienen die durch die Unterzentralen erfassten Situationsobjekte, die laut Steuerungsmodell zu konkreten Schaltbildern weiterverarbeitet werden. Die so erzeugten Schaltbilder werden wiederum an die Unterzentralen als konkrete Schaltanforderungen weitergegeben, die für die Schaltung der Betriebsmittel zuständig sind. In speziellen Fällen erfolgt auf VRZ-Ebene auch eine Datenübernahme bzw. -aufbereitung und Situationserkennung (z.B. Situationserkennung im Kontext der Netzbeeinflussung mit Daten externer Systeme). Die wesentlichen Änderungen zu dem im Bestandssystem vorhandenen Steuerungsmodell sind die deutlich flexibleren und offeneren Parametrierungsmöglichkeiten, der mögliche Einfluss von externen Systemen sowie der höhere Automatisierungsgrad. Die neue Verkehrssteuerung wird in sieben Stufen unterteilt, welche sequenziell abgearbeitet werden. Nachfolgend werden die sieben Stufen kurz beschrieben.

2.1 Datenübernahme

Die Datenübernahme umfasst die Übernahme von Mess-, Betriebs- und Zustandswerten der TLS-Außenanlagen (BASt 2012, [4]), stationärer und mobiler Sensorik und OPC-UA Tunnelanlagen (Verkehrslenkung). Die Eingangswerte werden im Zuge der Datenübernahme zusätzlich verschiedenen Plausibilitätsprüfungen unterzogen und durch Ersatzwertverfahren im Falle von unplausiblen, ausgefallenen oder nicht ermittelbaren Messwert mit Ersatzwerten ersetzt. Im Wesentlichen wird zwischen folgenden Arten der Datenübernahme unterschieden:

• Datenübernahme für Kurzzeit-Verkehrsdaten

• Datenübernahme für Kurzzeit-Umfelddaten

• Datenübernahme für Langzeit-Verkehrsdaten

Die Datenübernahmeverfahren für Kurzzeitdaten (Verkehr und Umfeld) stellen die Basismesswerte für die Verkehrssteuerung zur Verfügung. Die Langzeitdaten werden hauptsächlich für die immissionsabhängigen Steuerungsverfahren und spätere statistische Analysen in der zentralen Datenhaltung benötigt. Langzeitdaten werden keiner Plausibilitätsprüfung unterzogen.

2.2 Datenaufbereitung

Die Datenaufbereitung umfasst Funktionen zur zeitlichen und räumlichen Aggregation, Glättung und Berechnung von abgeleiteten Kenngrößen bzw. Stufenbildung. Als Eingangsdaten für die Aufbereitung werden die Ausgangsgrößen der Datenübernahme herangezogen.

2.3 Situationserkennung

Die Situationserkennung beschreibt die Identifizierung einer Situation anhand der in der Datenaufbereitung abgeleiteten Kenngrößen, sowie Daten aus externen Quellen. Eine Situation stellt im Sinne des objektorientierten Ansatzes eine Hauptklasse dar, aus denen im verkehrstechnischen Kontext weitere spezifische Klassen abgeleitet werden können. Im Zuge der Definitionen von Situationen im Situationskatalog werden jeder Situation ein oder mehrere Verfahren zur Detektion dieser zugeordnet. Die Situationserkennungsverfahren und deren Algorithmik sind im MARZ 2018 dokumentiert. Die im Projekt VMIS 2.0 implementierten Situationserkennungsverfahren sind in Tabelle 1 angeführt. Anhand von unterschiedlichen Eingangsgrößen werden die Situationserkennungsverfahren zur Ermittlung der Situationsobjekte (= Instanz einer Situationsklasse) durchgeführt. Das verkehrstechnische Betriebskonzept der ASFINAG sieht manuelle Eingriffe der Operatorinnen und Operatoren primären auf Situationsebene vor. Daher können Situationsobjekte auch manuell erstellt werden. Anschließend werden einem erkannten Situationsobjekt eine zeitliche und räumliche Gültigkeit sowie Ergebniswert- und Verfahrensgüte zugeordnet. Die zeitliche Gültigkeit eines vom System erkannten Situationsobjekts entspricht allgemein einem Berechnungszyklus der Verkehrssteuerung, der wiederum maßgeblich vom Erfassungsintervall der übernommenen Daten abhängt. Die räumliche Gültigkeit eines Situationsobjekts ist zwar abhängig vom Situationserkennungsverfahren, leitet sich in den meisten Fällen aber aus der Segmentierung des Straßennetzes auf Basis der zur Verfügung stehenden Detektoren ab. Die Ergebniswertgüte ergibt sich aus der Güte der eingehenden Kenngrößen. Die Verfahrensgüte wird vom Verkehrstechniker für ein bestimmtes Situationserkennungsverfahren festgelegt.

Tabelle 1: Im Projekt VMIS 2.0 implementierte Situationserkennungsverfahren

2.4 Situationsabgleich

Der Situationsabgleich stellt verschiedene Verfahren zur Fusionierung der im Zuge der Situationserkennung ermittelten Situationsobjekte untereinander bzw. mit Situationsobjekten aus externen Quellen (z.B. externe Verkehrsmeldungen, kooperativer Systeme, …) zur Verfügung. Ziel des Situationsabgleichs ist es, räumlich überlappende Situationen derselben Situation (Hauptklasse) abzugleichen, potentielle Konflikte bzw. widersprüchliche Informationen aufzudecken und die Informationsqualität durch Einbindung externer Informationsquellen zu erhöhen. Als Ergebnis des Situationsabgleichs werden widerspruchsfreie und zeitlich bzw. räumlich konsistente Situationsobjekte der Maßnahmenauswahl bereitgestellt. Für das VMIS 2.0 Steuerungsmodell werden die Situationsabgleichsalgorithmen nach MARZ 2018 implementiert.

2.5 Maßnahmenauswahl

Die Maßnahmenauswahl beschreibt den Einsatz von Maßnahmen basierend auf den innerhalb der Situationserkennung bzw. -abgleich gebildeten Situationsobjekten. Als Maßnahme wird in diesem Zusammenhang eine abstrakte Handlungsanweisung (bzw. eine Information) an den Verkehrsteilnehmer zu einem aufgetretenen Situationsobjekt verstanden. Maßnahmen sind im von der Verkehrstechnikerin oder dem Verkehrstechniker verwalteten Maßnahmenkatalog in Maßnahmenkategorie und konkrete Maßnahmenklassen strukturiert. Analog zu Situationen setzen sich Maßnahmen aus einer Hauptklasse bzw. abgeleiteten Klassen zusammen. Ziel der Maßnahmenauswahl ist es, anhand eines in einer Zuordnungsmatrix definierten Regelwerks für relevante Situationsobjekte entsprechende Maßnahmenobjekte abzuleiten. Im einfachsten Fall wird für ein Situationsobjekt ein Maßnahmenobjekt ausgewählt. Tritt jedoch eine bestimmte, in der Zuordnungsmatrix definierte, logisch verknüpfte Kombination von Situationsobjekten unter bestimmten Bedingungen (z.B. Zeitspezifikation oder bestimmte Attributausprägungen von Situationsobjekten) auf, wird ein Maßnahmenobjekt erzeugt. Maßnahmenobjekte „erben“ im Kontext der Streckenbeeinflussungsanlagen (SBA) die räumliche Gültigkeit der eingehenden Situationsobjekte bzw. können aus dieser abgeleitet werden (z.B. kann die räumliche Gültigkeit eines Maßnahmenobjekts versetzt zur räumlichen Gültigkeit eines Situationsobjekts definiert werden). Im Kontext der Netzbeeinflussung (NBA) kann die räumliche Gültigkeit regelbasiert aber auch unabhängig von der räumlichen Gültigkeit der eingehenden Situationsobjekte definiert werden. Maßnahmenobjekte können neben der automatischen Maßnahmenauswahl – wie auch Situationsobjekte – vom Operator manuell ereignisbezogen angelegt und verwaltet werden. Der Maßnahmenkatalog wird von der Verkehrstechnikerin oder dem Verkehrstechniker gepflegt. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit eine Maßnahme als freigabepflichtig zu kennzeichnen. Derartige Maßnahmenobjekte müssen vor Aktivierung von der Operatorin oder dem Operator manuell freigegeben bzw. vor Deaktivierung manuell aufgehoben werden. Zur Informationsabgabe an externe Systeme (z.B. Verkehrsinformationsdienste) können Maßnahmen wie auch Maßnahmenobjekte um standardisierte Maßnahmenbeschreibungen ergänzt werden. Diese Maßnahmenbeschreibungen erlauben die konkrete Interpretation eines Maßnahmenobjekts, ohne die Kenntnis der Außenanlageninfrastruktur oder eines konkreten Schaltbildes vorauszusetzen.

2.6 Maßnahmenabgleich

Der Maßnahmenabgleich stellt verschiedene Verfahren zur Fusionierung der im Zuge der Maßnahmenauswahl ermittelten Maßnahmen mit Maßnahmenobjekten aus externen Quellen zur Verfügung (MARZ 2018, [2]). Ziel des Maßnahmenabgleichs ist es, räumlich überlappende Maßnahmenobjekte abzugleichen und eine optimierte Maßnahmenauswahl für die nachfolgende Schaltbildermittlung zu treffen. Der Abgleich der Maßnahmenobjekte erfolgt anhand einer Ausschlussmatrix, in welcher festgelegt wird, welche Maßnahmenobjekte sich überlappen dürfen bzw. welche Konfliktauflösung im Falle einer Überlappung angewandt werden soll. Der Maßnahmenabgleich liefert als Ergebnis eine in Bezug auf die nachfolgende Schaltbildermittlung konsolidierte Menge von Maßnahmenobjekten. Da der Maßnahmenabgleich spezifische Konflikte in Bezug auf die verfügbare Außenanlageninfrastruktur vermindert, können externe Systeme, die derartigen Einschränkungen nicht unterliegen (z.B. C-ITS), auch auf nicht abgeglichenen Maßnahmenobjekten aufsetzen.

2.7 Schaltbildermittlung

Die Schaltbildermittlung repräsentiert die letzte Stufe der Verkehrssteuerung und ist für die Bildung von widerspruchsfreien, anlagenspezifischen Schaltbildern anhand von abgeglichenen Maßnahmenobjekten zuständig. Für jede Maßnahme kann die Verkehrstechnikerin oder der Verkehrstechniker ein ortsunabhängiges und mehrere ortsabhängige Default-Schaltbilder und mehrere konkrete Schaltbilder definieren. Default-Schaltbilder werden im Zuge der Schaltbildermittlung auf die für ein spezifisches Maßnahmenobjekt zur Verfügung stehende Außenanlageninfrastruktur abgebildet. Wurde für einen bestimmten Streckenabschnitt ein konkretes Schaltbild definiert, wird dieses für das Maßnahmenobjekt in diesem Bereich angewandt. Darüber hinaus ist die Schaltbildermittlung für die zeitliche Progression von Schaltbildern, die Priorität, den Längs- und Querabgleichs, die Kopplung von Anzeigequerschnitten, die Verriegelung und die Ausfallbehandlung von Schaltanforderungen zuständig. Die derart auf Ebene der VRZ ermittelten konkreten Schaltbilder werden in Schaltanforderungen umgesetzt und von der jeweiligen Unterzentrale an die Außenanlageninfrastruktur übermittelt.

3 Gegenüberstellung der Steuerungsmodelle nach MARZ 1999 und MARZ 2018

Das alte Steuerungsmodell nach MARZ (BASt 1999, [1]) sieht zunächst eine zyklische Erfassung von lokalen Messdaten (Verkehrs- und Umfelddaten) vor. Die Daten werden von der Strecke über lokale Messquerschnitte übernommen, aufbereitet (zeitlich synchronisiert, plausibilisiert und ggf. korrigiert und vervollständigt), zeitlich und räumlich aggregiert sowie weitere abgeleitete Kenngrößen (z.B. lokale Dichte) berechnet. Darüber hinaus werden die Daten geglättet und trendextrapoliert. Die so aufbereiteten Daten werden anschließend vom Steuerungskern übernommen. Darin sind zahlreiche Algorithmen definiert, die eine Situationsbewertung vornehmen. Dabei werden eine oder mehrere Kenngrößen ausgewertet und im Falle einer Schwellenwertüberschreitung eine Situation erkannt. Das Auffinden von Situationen ist also streng deterministisch, d.h. bei einem bestimmten Wert der in den Algorithmus eingehenden Kenngröße(n) wird an einem Messquerschnitt (MQ) stets die gleiche Situation erkannt, unabhängig von anderen Kenngrößen und vorherrschenden Situationen. Der so ermittelten Situation wird direkt eine Maßnahme für einen fest zugeordneten Anzeigequerschnitt (AQ) zugewiesen, der wiederum ein fest definiertes Schaltbild zugeordnet ist. Zusätzlich kann der Operator manuelle Eingaben in Form von Schaltbildern vornehmen.

Bild 2: Aufbau des Steuerungsmodells nach MARZ (BASt 1999 [1])

Bild 3: Aufbau des Steuerungsmodells nach (BASt 2018 [2])

Die vorliegenden Schaltwünsche werden anschließend in der Schaltbildermittlung weiterverarbeitet. Dazu sind Regeln hinterlegt, die unter Berücksichtigung der STVO (2014, [5]), den RWVA (1997, [6]) sowie den RWVZ (1997, [7]) die einzelnen Schaltbildanforderungen für einen Standort abgleichen und priorisieren und für ein zeitlich-räumlich konsistentes Schaltbild sorgen. Die Schaltbildermittlung erfolgt in einem iterativen Prozess mit Fehlerbehandlung, falls Verkehrszeichen nicht bzw. nicht vollständig dargestellt werden können. Als Ergebnis liegen für jeden Standort bzw. für jedes Wechselverkehrszeichen (WVZ) eine konsistente, widerspruchsfreie, angemessene und verständliche Schaltanforderung vor, die zurück an die Strecke kommuniziert wird. Nachteilig an dieser engen Verknüpfung von Situationserkennung, Maßnahmenauswahl und daraus resultierender Schaltbildanforderung ist, dass die zur Situationserkennung herangezogenen Algorithmen unabhängig von den anderen Algorithmen zu Ergebnissen kommen. Wenn in einer Unterzentrale z.B. mehrere Algorithmen zur Verkehrszustandsbewertung implementiert sind, können diese zu unterschiedlichen Bewertungsergebnissen kommen (Beispiel: Algorithmus 1 und 2 bewerten den Verkehrszustand mit „dicht“, Algorithmus 3 mit „Stau“ und Algorithmus 4 mit „zählfließend“), wobei sich aufgrund der nachgelagerten Priorisierung in der Schaltbildermittlung die restriktivste Anforderung (hier „Stau“) immer durchsetzt. Daher wurde in den „Hinweisen zum Einsatz von Steuerungsverfahren in der Verkehrsbeeinflussung“ (FGSV 2012, [3]) ein neues Steuerungsmodell konzipiert, das eine Entkopplung von Situationen, Maßnahmen und Schaltbildern vorsieht (s. Bild 3: Aufbau des Steuerungsmodells nach (BASt 2018 [2]). Dieses Verfahren wurde in das neue Merkblatt für die Ausstattung von Verkehrsrechner- und Unterzentralen (BASt 2018, [2]) übernommen. Die Ergebnisse von Situationserkennungsverfahren (also Situationsobjekte) können in diesem Steuerungsmodell vor der Maßnahmenauswahl miteinander abgeglichen und zeitlich-räumlich fusioniert werden. Das erhöht die Qualität der Entscheidung, welche konkreten Situationen tatsächlich auf den Verkehr einwirken. In der Maßnahmenauswahl können nun mehrere Situationsobjekte (z.B. ein verkehrsbedingtes und ein witterungsbedingtes Situationsobjekt) zu einer Maßnahmenanforderung führen. Im Maßnahmenabgleich werden ggf. auftretende Konflikte konkurrierender Maßnahmenanforderungen „intelligenter“ als durch eine reine, WVZ-weise Priorisierung der Schaltbildanforderungen gelöst, sodass gewährleistet ist, dass die Gesamtmaßnahme (ggf. an mehreren AQ) konsistent, verständlich und nachvollziehbar bleibt. Darüber hinaus gibt es keine strikte Trennung mehr zwischen Streckenbeeinflussung (SBA), Netzbeeinflussung (NBA) und Knotenpunktbeeinflussung (KBA). Somit können die Situationsergebnisse, die vorrangig im Zuge der SBA-Steuerung gewonnen werden, auch in anderen Kontexten genutzt werden. Durch die Entkopplung von Situationen und Maßnahmen in diesem Steuerungsmodell können als Reaktion auf ein Situationsobjekt oder ein Situationsbündel auch mehrere Maßnahmenobjekte ausgelöst werden. Somit könnte also beispielsweise eine NBA-Maßnahme durch begleitende SBA- und KBA-Maßnahmen unterstützt werden. Auch auf Maßnahmenebene findet ein Abgleich statt, um in Konflikt stehende Maßnahmen zu identifizieren und diesen schon auf dieser Ebene (und nicht durch reine/nicht intelligente Priorisierung auf Schaltbildebene) zu lösen. Auch das steigert die Qualität der Steuerungsentscheidung. Nachteilig an der bisherigen SBA-Steuerung nach MARZ (BASt 1999, [1]) ist außerdem, dass sie aufgrund der festen Verknüpfung von Situationserkennung, Maßnahmen und Schaltbildern neuartige Daten (z.B. FCD oder Daten eines kooperativen Systems) nicht oder nur bedingt integrieren um sie für Datenvervollständigung/Datenfusion, Konkretisierung der Situationserkennung und zur Qualitätssicherung einsetzen zu können. Das liegt einerseits daran, dass die heutigen Zentralen auf diese erweiterten und hochfrequenten Daten nicht ausgelegt sind. Andererseits fehlen Algorithmen, die diese Daten aufbereiten und so verarbeiten können, dass diese sinnvoll genutzt werden können. Das Projekt „Steuerungsstrategien für VBA im Kontext von C2I-Kommunikation“ (SCHWIETERING et al. 2019, [8]) befasst sich vor allem mit diesem Thema und liefert dazu Ergebnisse. Im neuen MARZ (BASt 2018, [2]) ist für diese Thematik ein Platzhalter vorgesehen, zudem wurde die technische Einbindung kooperativer Systeme in die Systemarchitektur in einem der MARZ-Fortschreibung angegliederten Forschungsprojekt erarbeitet (LISTL, BAUMGARTNER, SCHWIETERING 2016, [9]). Ein weiteres zentrales Defizit ist darin begründet, dass die SBA-Steuerung nach MARZ (BASt 1999, [1]) ausschließlich auf Grundlage lokaler Daten operiert und folglich nur lokale Maßnahmen setzt, die in der Regel einem AQ zugeordnet sind. Zwar können bei entsprechend restriktiven Schaltungen sog. Trichter (Längsabgleich) definiert werden, um Geschwindigkeitsvorgaben und Warnhinweise stromaufwärts des Haupt-AQ zu beeinflussen, die SBA berücksichtigt jedoch nicht den Zufluss an Fahrzeugen aus dem vorangegangenen Streckenabschnitt bzw. den möglichen Abfluss in den dahinterliegenden Streckenabschnitt, sondern unterteilt die zu beeinflussende Strecke in kleine, voneinander unabhängige Abschnitte. Neben den Erweiterungen des Steuerungsmodells nach MARZ (BASt 1999, [1]), die in (BASt 2018, [2]) definiert sind (Entkopplung von Situationen und Maßnahmen und Einführung eines Situations- und Maßnahmenabgleichs), können weitere Potenziale identifiziert werden, um die Wirkung von SBAs zu steigern. Dies umfasst die Themen Datenerfassung, Informationsübermittlung, streckenbezogene Betrachtung des Verkehrsablaufs und der verkehrlichen Kenngrößen sowie einen regelungsbasierten Ansatz der Verkehrsbeeinflussung. In Kürze wird das Datenspektrum neben den klassischen lokalen, aggregierten Verkehrs- und Umfelddaten deutlich erweitert. Lokale Einzelfahrzeugdaten können schon heute über moderne Kommunikationstechnologien an die Verkehrszentralen übertragen werden, diese werden aber noch nicht zur SBA-Steuerung herangezogen. Floating Car Data (FCD) werden bereits seit einiger Zeit erhoben, sind aber derzeit in Verkehrsrechnerzentralen auch aufgrund hoher Latenzzeiten nur begrenzt eingesetzt (sinnvoller Einsatz derzeit im NBA-Kontext möglich). Durch die Markteinführung von kooperativen Systemen werden fahrzeugseitige Daten auch für die Verkehrszentralen zur Verfügung stehen. Diese Daten werden nicht mehr querschnittsbezogen, sondern auf der freien Strecke erhoben. Abhängig vom betriebenen Aufbereitungsaufwand liefern sie nahezu beliebige Verkehrsflussinformationen wie fahrzeugbezogene Geschwindigkeits- und Verzögerungsverläufe oder Verbrauchsinformationen. Für SBA-Maßnahmen sind die Möglichkeiten der Beeinflussung heute an die örtlich verfügbare Infrastruktur gebunden, d.h. es müssen Anzeigeeinrichtungen längs des Straßenverlaufs installiert sein. Zukünftig werden aber neue Technologien zur Verfügung stehen, die es ermöglichen werden, die notwendigen Informationen direkt in das Fahrzeug zu übertragen. Damit wäre es möglich, unabhängig von der fest verorteten Anzeigeinfrastruktur ortsgenaue und gezielte Informationen und Vorgaben an die Verkehrsteilnehmer weiterzugeben. Die bestehenden Verfahren sind aber für darüberhinausgehende Informationen aus der fahrzeugseitigen Datenerfassung nicht vorbereitet. Durch ortsgenaue Information, die ins Fahrzeug übertragen wird, kann die Akzeptanz von verkehrlichen Maßnahmen erhöht werden, weil sie zeitlich und örtlich präziser und damit nachvollziehbarer sein können, auch ggf. aufgrund erläuternder Zusatzinformationen. Die ASFINAG wird hierfür bis 2021 an 175 strategischen Standorten entlang des Streckennetzes C-ITS Straßeneinheiten errichten. Dadurch wird V2X Kommunikation zwischen Infrastruktur und Fahrzeugen auf Basis des Standards ITS-G5 (WLAN 802.11p) sichergestellt und ein wichtiger Schritt unternommen, diese zukunftweisende Technologie für das Verkehrsmanagement nutzbar zu machen. Fahrzeuge, die damit ausgestattet sind übertragen u.a. laufend Informationen über ihre Fahrzeugkategorisierung, aktuelle Position, Geschwindigkeit und zum Beispiel auch ob sie gerade beschleunigen oder stark bremsen oder wenn eine Notsituation eintritt. Die ASFINAG plant die Erfassung der vollständig anonymisierten Daten an den C-ITS Straßeneinheiten (nach den Vorgaben der Datenschutz-Grundverordnung) und die Aufbereitung an zentraler Stelle, um die so gewonnenen Informationen als externe Situationsobjekte an das Steuerungsmodell VMIS 2.0 übergeben zu können.

4 Zusammenfassung und Ausblick

4.1 Erkenntnisse für die praktische Umsetzung

Das im Projekt VMIS 2.0 verfolgte Steuerungsmodell nach MARZ 2018 bietet deutlich flexiblere und umfassendere Möglichkeiten der Vernetzung mit externen Systemen und umfangreichere Parametrierungsmöglichkeiten. Dadurch kann insbesondere die Qualität der automatischen Verkehrssteuerungsmaßnahmen verbessert werden. Im Bild 3 sind die unterschiedlichen Ebenen, auf denen Informationen ausgetauscht und letztlich in die Abläufe des Steuerungsmodells eingegriffen werden können, dargestellt. Die von den Operatorinnen und Operatoren über eine graphische Benutzeroberfläche vorgenommenen Bedienhandlungen orientieren sich dabei ebenfalls an diesem Konzept, wobei bedingt durch die Wahlmöglichkeit auf Situations-, Maßnahmen oder Schaltbildebene eingreifen zu können die Frage im späteren Betrieb entsteht, wann welche Option am sinnvollsten ist. Im Projekt VMIS 2.0 wurde dazu ein umfassendes verkehrstechnisches Betriebskonzept erarbeitet, das wesentliche Fragestellungen in Bezug auf die zukünftige Nutzung und Ausrichtung des Systems beantwortet und insbesondere die Anforderungen zu manuellen Eingriffen durch das operative Personal präzisiert. Ergeben sich z.B. im Rahmen der Überwachung des Verkehrs Zweifel an der Plausibilität von aktiven verkehrlichen Maßnahmen oder der verfügbaren Informationslage, müssen durch die Operatorin oder den Operator unter Zuhilfenahme eines speziellen Nachvollziehbarkeitsdialogs folgende Ebenen des Steuerungsmodells analysiert werden:

• das Schaltbild,

• die diesem Schaltbild zu Grunde liegenden abgeglichenen Maßnahmen,

• die diesen Maßnahmen zu Grunde liegenden abgeglichenen Situationen und

• die diesen Situationen zu Grunde liegenden Detektoren (falls verfügbar)

Ist eine Fehlmessung eines Detektors zu vermuten, muss dieser Detektor passiviert werden, um das unerwünschte Verhalten kurzfristig zu beheben. Ist eine Identifikation eines konkreten Detektors als Ursache nicht möglich, muss eine manuelle Maßnahme angelegt werden, womit die fehlerhafte Schaltung kurzfristig überlagert wird. Gleichzeitig muss das Fehlerbild einer Verkehrstechnikerin oder einem Verkehrstechniker gemeldet werden. Diese analysieren die Schaltung weiter und korrigieren ggf. das Default-Schaltbild oder passen ggf. die Parameter der Situationserkennung, des Situationsabgleichs, der Maßnahmenauswahl oder des Maßnahmenabgleichs an. Die ASFINAG geht davon aus, dass mit der zunehmenden Übernahme von Informationen externer Systeme der Bedarf solcher Analysen ansteigen wird. Um die Komplexität in der sensiblen Einführungsphase von VMIS 2.0 im Jahr 2021 auf ein notwendiges Maß zu reduzieren, wird auf die automatische Ableitung von Schaltungen durch externe Systeme während dieser Phase weitgehend verzichtet. Der Nachvollziehbarkeit von Schaltungen und damit die Möglichkeit identifizieren zu können, an welcher Stelle im Steuerungsmodell durch eine einfache Bedienhandlung oder durch eine Parametrierung eingegriffen werden muss, kommt dabei eine wesentliche Bedeutung zu. Die Überlegungen im Projekt VMIS 2.0 dazu reichen von der Konzeption des Lebenszyklus einzelner Situations- und Maßnahmenobjekte bis zur Gestaltung der graphischen Benutzeroberfläche zur Sicherstellung eines effizienten Workflows. Durch die einfachere Integration externer Datenquellen in das Steuerungsmodell kann die bestehende Außenanlageninfrastruktur noch besser genutzt und durch kooperative Systeme sogar erweitert und Verkehrsmanagementmaßnahmen direkt in die Fahrzeuge übertragen werden. Zusätzlich ermöglicht die offenere Parametrierbarkeit des Systems eine raschere Reaktion auf sich ändernde Rahmenbedingungen. Dem gegenüber führt die gesteigerte Flexibilität im Vergleich zum Bestandssystem zu einer deutlich höheren Komplexität, die im operativen Betrieb beherrscht werden muss. Die Erstellung eines Betriebskonzepts, wie im Projekt VMIS 2.0 gezeigt werden konnte, ist für die Bewältigung der zum Teil neuen Aufgaben eine wertvolle Hilfestellung für die Nutzer. Es ist geplant, das Betriebskonzept als lebendiges Dokument zu pflegen und fortzuschreiben, um Weiterentwicklungen auch der im Umfeld von VMIS 2.0 liegenden Verkehrsmanagementsysteme (z.B. Baustellenmanagementsystem, Verkehrsinformationssystem, u.v.a.) bestmöglich aufeinander abstimmen zu können.

4.2 Weiterer Forschungs- und Verbesserungsbedarf

Mit dem Einsatz des neuen Steuerungsmodells nach MARZ 2018 ergeben sich zahlreiche neue Möglichkeiten im Verkehrsmanagement. Diese werden allerdings aufgrund fehlender Innovationen noch nicht vollständig ausgenutzt. Derzeit orientieren sich die meisten Situationserkennungsalgorithmen an lokalen Verkehrsdaten und lösen auch lokale Steuerungsmaßnahmen aus. Das neue Steuerungsmodell unterstützt eine räumliche Sicht auf Situationen und Maßnahmen. Vorstellbar sind demnach Situationserkennungsalgorithmen, die z.B. unter Einbeziehung aktueller Verkehrsdaten aus FCD bzw. kooperativen Systemen räumliche Verkehrszustände detektieren. Dabei können nicht nur Kenngrößen wie Geschwindigkeit berücksichtigt werden, sondern auch weitere Fahrzeuginformationen aus den sog. CAMs (Cooperative Awareness Message) ausgewertet werden, um Verkehrszustände und verkehrssicherheitsrelevante Zustände zu detektieren (z.B. Status Bremsanlage, Gasstellung, Lenkbewegungen, Fahrstreifenwechsel). Erste Verfahren werden bzw. wurden bereits im Rahmen von Forschungsprojekten entwickelt und getestet (z.B. C-ROADS). Auch die räumliche Zuweisung von Maßnahmen sollte zunehmend im räumlichen Kontext betrachtet werden und die Dynamik im Verkehrsfluss beachtet werden. Wichtige Erkenntnisse dazu liefert beispielweise der Beitrag von RIEGELHUTH & GLATZ (2015, [11]). So ist bei der Wahl der räumlichen Ausdehnung einer Maßnahme als Reaktion auch eine vorherrschende Verkehrssituation zu berücksichtigen, dass die detektierte Verkehrssituation sich räumlich stromaufwärts oder stromabwärts durch das Netz bewegt. Durch die künftig zahlreichen zum Einsatz kommenden Situationserkennungsverfahren steigen die Anforderungen an den Situationsabgleich (s. Kapitel 2.3). Die derzeit im MARZ 2018 vorgeschlagenen Verfahren zum Situationsabgleich sind bewusst einfach gestaltet und wählen nach einer grundsätzlichen Betrachtung der Qualität der vorliegenden Situationsinformation entweder die kritischste Situation als resultierende Situation aus (entspricht im Wesentlichen der Vorgehensweise nach MARZ 1999) oder die Situation mit dem qualitativ hochwertigsten Informationsgehalt. Vorstellbar sind aber auch anspruchsvollere Verfahren zum Situationsabgleich, z.B. unter Einsatz einer Zielfunktion. Auch wenn das neue Steuerungsmodell nach MARZ 2018 noch nicht vollständig im VMIS 2.0 Projekt der ASFINAG implementiert ist, zeigen weit fortgeschrittene Prototypen und Testumgebungen die grundsätzliche Eignung und Funktionstauglichkeit. Die Vorteile, die durch den Einsatz des Steuerungsmodells gegenüber dem bisherigen Steuerungsmodell nach MARZ 1999 erwartet werden, können indes erst dann umfassend analysiert werden, wenn die erste Regionalzentrale in Betrieb gegangen ist und entsprechende Daten vorliegen.

5 Literatur

[1] BASt. (1999). Merkblatt für die Ausstattung von Verkehrsrechner- und Unterzentralen (MARZ 1999). Bundesanstalt für Straßenwesen, Bergisch Gladbach.

[2] BASt. (2018). Merkblatt für die Ausstattung von Verkehrsrechner- und Unterzentralen (MARZ 2018). Bundesanstalt für Straßenwesen, Bergisch Gladbach.

[3] FGSV. (2012). Hinweise zum Einsatz von Steuerungsverfahren in der Verkehrs-beeinflussung. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, FGSV-Verlag GmbH, 2012. 304/1, Köln.

[4] BASt. (2012). Technische Lieferbedingungen für Streckenstationen (TLS 2012). Bau und Stadtentwicklung Bundesministerium für Verkehr. Bundesanstalt für Straßenwesen, Bergisch Gladbach.

[5] STVO. (2014). Straßenverkehrs-Ordnung in der Fassung des Inkrafttretens vom 30.10.2014. Letzte Änderung durch: Neunundvierzigste Verordnung zur Änderung straßenverkehrsrechtlicher Vorschriften vom 22. Oktober 2014 (Bundesgesetzblatt Jahrgang 2014 Teil I Nr. 48 S. 1635 Art. 1, ausgegeben zu Bonn am 29. Oktober 2014)

[6] RWVA. (1997). Richtlinien für Wechselverkehrszeichenanlagen an Bundesfernstraßen, Ausgabe 1997, Bundesministerium für Verkehr (Hrsg.), Bonn.

[7] RWVZ. (1997). Richtlinien für Wechselverkehrszeichen an Bundesfernstraßen, Ausgabe 1997, Bundesministerium für Verkehr (Hrsg.), Bonn.

[8] SCHWIETERING, C., LÖBBERING, D., SPANGLER, M., GABLONER, S., BUSCH, F., ROSZAK, C., DOBMEIER, S., NEUMANN, T. (2019). Steuerungsstrategien für VBA im Kontext von C2I-Kommunikation; Schlussbericht des FE 03.0522/2014/IRB im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur, vertreten durch die Bundesanstalt für Straßenwesen; Bergisch Gladbach.

[9] LISTL, G., BAUMGARTNER, N., SCHWIETERING, C. (2016). Entwicklung einer Referenzarchitektur für das neue Merkblatt für die Ausstattung von Verkehrsrechner- und Unterzentralen (MARZ 2015) mit Integration externer Systeme; Schlussbericht FE 03.0542/2015/IRB im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen.

[10] SCHWIETERING, C., MAIER, F., HAKENBERG, M., PYTA, L., ABEL, D. (2019). Ermittlung von Optimierungspotenzialen bestehender und zukünftiger Streckenbeeinflussungsanlagen; Schlussbericht des FE 03.0523/2014/IGB im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur, vertreten durch die Bundesanstalt für Straßenwesen; Bergisch Gladbach.

[11] RIEGELHUTH, G., GLATZ, M. (2015). Zuverlässiger Betrieb von Streckenbeeinflussungsanlagen auf Basis einer antizipierenden, regelbasierten Steuerung; Heft Straßenverkehrstechnik 4/2015, Kirschbaumverlag, Bonn.