Die Digitalisierung der Verkehrstechnik steht aktuell im Focus der Politik und bestimmt die Förderlandschaft. Im Bereich der Lichtsignalanlagen hat sich dieser Prozess zwar seit mehr als 20 Jahren etabliert, bekommt aktuell aber durch die kooperativen Systeme (BMVI 2014) zusätzlichen Schwung. Diese Entwicklung zeichnete sich bereits seit 2010 ab, so dass in Fachkreisen die Forderung nach einer Anpassung des Regelwerkes entstand. Als eines der anpassungswürdigen Regelwerke wurden die „Hinweise zu Verkehrsrechnern als Bestandteil der innerörtlichen Lichtsignalsteuerung“ aus dem Jahr 2000 identifiziert und dem Arbeitsausschuss 3.3 der FGSV zur Überarbeitung vorgeschlagen. Der Vorschlag wurde aufgegriffen und bereits im April 2013 fand die konstituierende Sitzung des AK 3.3.8 mit dem Arbeitsauftrag „Überarbeitung der Hinweise zu Verkehrsrechnern“ statt. Das Projektteam konnte paritätisch mit Fachleuten von Kommunen, Consulting Firmen und Herstellern besetzt werden. Als Ergebnis der Arbeit wurden die „Hinweise zu Lichtsignalsteuerungszentralen als Bestandteil des kommunalen Verkehrsmanagements“ im Mai 2018 veröffentlicht. In dem Beitrag wird zunächst erläutert warum die Arbeitsgruppe zu dem Schluss gekommen ist den verbreiteten Begriff „Verkehrsrechner“ durch die sperrige Formulierung „Lichtsignalsteuerungszentrale“ zu ersetzen. Anschließend werden in vier kurzen Abschnitten einige – aus Sicht des Autors besonders relevante Aspekte – der „Hinweise zu Lichtsignalsteuerungszentralen als Bestandteil des kommunalen Verkehrsmanagements“

– Rollenmodelle und Stakeholder
Hier wird insbesondere der Personenkreis adressiert, der sich mit Beschaffung und Betrieb der Zentralen befasst und die Politik überzeugen muss.

– Durchgängige Versorgungskette und Management der LSA-Versorgungsdaten
Hier wird vor allem auf die Bedeutung dieser Anforderung, die mit der zunehmenden Digitalisierung der Verkehrssysteme entstehen, eingegangen.

– Qualitätsmanagement
Hier wird die Bedeutung dynamisch auftretender Sondersituationen erläutert.

– Kooperative Systeme
Hier werden einige Anforderungen dieser Zukunftstechnologie an den Alltagsbetrieb aufgezeigt.

Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

1 Einleitung

Die Digitalisierung der Verkehrstechnik steht aktuell im Focus der Politik und bestimmt die Förderlandschaft. Im Bereich der Lichtsignalanlagen hat sich dieser Prozess zwar seit mehr als 20 Jahren etabliert, bekommt aktuell aber durch die kooperativen Systeme (BMVI, 2014) zusätzlichen Schwung. Diese Entwicklung zeichnete sich bereits seit 2010 ab, so dass in Fachkreisen die Forderung nach einer Anpassung des Regelwerkes entstand. Als eines der anpassungswürdigen Regelwerke wurden die „Hinweise zu Verkehrsrechnern als Bestandteil der innerörtlichen Lichtsignalsteuerung“ aus dem Jahr 2000 identifiziert und dem Arbeitsausschuss 3.3 der FGSV zur Überarbeitung vorgeschlagen. Der Vorschlag wurde aufgegriffen und bereits im April 2013 fand die konstituierende Sitzung des AK 3.3.8 mit dem Arbeitsauftrag „Überarbeitung der Hinweise zu Verkehrsrechnern“ statt. Das Projektteam konnte paritätisch mit Fachleuten von Kommunen, Consulting Firmen und Herstellern besetzt werden. Als Ergebnis der Arbeit wurden die „Hinweise zu Lichtsignalsteuerungszentralen als Bestandteil des kommunalen Verkehrsmanagements“ (im folgenden Text kurz „Hinweise“) im Mai 2018 veröffentlicht. 

2 Lichtsignalsteuerungszentrale versus Verkehrsrechner

Der Begriff „Verkehrsrechner“ wird in Deutschland bereits seit den frühen 1960er-Jahren benutzt um die Betriebszentralen der Lichtsignalsteuerung zu beschreiben. Mit dieser Bezeichnung verbunden waren Erwartungen an die Fähigkeiten „Verkehr zu berechnen“ die in den Anfangsjahren zwar durchaus gewünscht, aber in keiner Hinsicht erfüllt wurden und in heutiger Zeit eher mit dem Begriff des Verkehrsmanagements verbunden sind. Hinzu kommt, dass der Begriff auch im Autobahnbereich für die dortigen Leitzentralen benutzt wird und in diesem Kontext gar nichts mehr mit der Lichtsignalsteuerung zu tun hat.

Daher stand von Beginn an die Frage nach einem alternativen Titel im Raum. Bereits auf der konstituierenden Sitzung am 23. April 2013 wurde daher der Arbeitstitel in „Hinweise zu Aufbau und Funktion innerörtlicher Verkehrsmanagementsysteme“ geändert. Dieser Ansatz ergibt sich sowohl aus den technischen Realitäten (Bild 1) die zu unterschiedlichen Ansätzen einer systematischen Einordnung dieser Systemwelt geführt haben. Ein empfehlenswerter Vorschlag dazu entstand im EU-Projekt POSSE (Bild 2).

Mit diesem Ansatz hätte sich aber der Focus von einer Überarbeitung der Hinweise aus 2000 hin zu einem neuen und wesentlich umfassenderen Regelwerk verschoben. Gleichzeitig wäre der Eindruck entstanden, dass Lösungen ohne umfassendes Verkehrsmanagement (wie im Bild 2 dargestellt) nicht mehr durch das Dokument adressiert würden.

Somit bot es sich an den, in anderen Kontexten bereits eingeführten, Begriff der Lichtsignalsteuerungszentrale zu verwenden und der endgültige Titel war gefunden.

Keineswegs geklärt war damit allerdings die Frage welche Schwerpunkte gesetzt werden mussten, was unbedingt in das Dokument gehört und was nicht. Aufgrund des fachlich kompetenten Teams aus unterschiedlichsten Anwendungsbereichen denken wir aber, dass es gelungen ist ein aktuelles und im Alltag brauchbares Dokument vorzulegen. Auch der Blick in die nahe Zukunft und die sich daraus ergebenden Anforderungen an die Kommunen im Bezug auf Kompetenz und Prozesse sollte angemessen berücksichtigt sein. Aus den vielen wichtigen Aspekten der Lichtsignalsteuerungszentrale sollen hier – als willkürliche Auswahl des Autors – in den Abschnitten vier Themen vorgestellt werden. 

Bild 1: Komponenten der Lichtsignalsteuerungszentrale Kassel (Die Komponenten mit beigem Hintergrund realisierenTeilfunktionen der Lichtsignalsteuerung) 

Bild 2: Einordnungssystematik für Zentralen unterschiedlicher Komplexität in POSSE Im Vergleich die Zentralen des Städte Rüsselsheim (links) und Kassel (rechts)

3 Rollenmodelle und Stakeholder

Kein Thema wurde in den ersten Arbeitssitzungen so kontrovers diskutiert wie die Frage ob und in welcher Form die Begriffe Rollenmodell und Stakeholder in das zu erstellende Dokument einfließen sollen (oder dürfen). Nach intensiver Diskussion konnte sich das Team aber darauf einigen, dass die Diskussion um Rollen und Interessensvertreter für die Kollegen in den Kommunen von besonderer Bedeutung ist.

Bild 3: Beispiel Rollenmodell – Ausschnitt aus der Seite 11 der „Hinweise“ (Tabellarische Darstellung „Anforderungen an den Baulastträger“)

Gerade Kolleginnen und Kollegen, die vor Ort mit der Frage nach der Installation oder Erneuerung einer Lichtsignalsteuerungszentrale konfrontiert sind, bedürfen eines Kapitels das ihnen Hinweise über die rein technischen Funktionen hinaus gibt. Fragen wie „wer erhält einen Nutzen aus dieser Investition“ oder „welche Prozesse werden für den Betrieb benötigt“ und „welche Anforderungen sind an das Personal zu stellen“ müssen frühzeitig und umfassend beantwortet werden. Anderenfalls kann der Betrieb nicht für die kommenden Jahrzehnte zufriedenstellend organisiert werden. Ein qualifizierter Betrieb scheitert häufig an „einfachen“ Fragen

– Wie überzeuge ich die Politik von meinem Projekt?

– Für welche Aufgaben und Prozesse muss ich Lösungen finden? oder

– Wie erreiche ich die Bereitstellung der erforderlichen Ressourcen?

Hier sollen die aktuellen „Hinweise“ dem eher technisch ausgerichtetem Personal hilfreiche Anregungen für die Vorbereitung solcher Investitionsprojekte geben (Bild 3).

4 Durchgängige Versorgungskette und Management der LSA Versorgungsdaten

Da wir ja in diesem Beitrag über die Digitalisierung der Verkehrstechnik sprechen, sollte man annehmen, dass es sich bei diesem Abschnitt um ein lange gelöstes Problem handelt, welches nur noch im Nebensatz abgehandelt werden muss. Dem ist aber leider immer noch nicht so. Nach wie vor haben Sätze wie „eigentlich sollte die LSA sich so verhalten“ oder „ich glaube, dass es sich hier um die gültigen Versorgungsdaten handelt“ noch ihre Bedeutung in der Praxis. Dabei sollte es sich im Ingenieursalltag doch ausschließlich um exaktes Wissen handeln und Glaubensfragen dürften keine Rolle spielen.

Ein Ziel der Überarbeitung der „Hinweise“ war es daher die Nutzer von Lichtsignalsteuerungszentralen – oder von Verkehrstechnik allgemein – noch einmal für die anstehenden Veränderungen zu sensibilisieren. Die zukünftige Nutzung der LSA, z.B. als Datendrehscheibe für kooperative Systeme, wird hier neue Herausforderungen generieren, die mit zusätzlichen Anforderungen an den Betrieb einhergehen. Beispielsweise wären zu nennen:

– Lichtsignalanlagen werden zunehmend mit dem Internet verbunden,

– Lichtsignalanlagen werden für Hacker attraktiv,

– Die Anforderungen an die Aktualität und Exaktheit von Daten nehmen zu,

– Dynamische Kombinationen können unmittelbar zu fehlerhaften Fahrzeugfunktionen führen,

– Anforderungen der KritisV (BSI 2016) müssen erfüllt werden.

Zusammengefasst in einem Satz: „Der Betreiber stellt die Anforderung, dass er jederzeit die Prozesskontrolle (Bild 4) ausübt und die technischen Systeme ihn dabei unterstützen“. 

Bild 4: Ausschnitt aus dem Glossar der „Hinweise“ Definition des Begriffes „Prozesskontrolle“ 

Diese Anforderung ist zwar nicht neu (Noll, B.; Albrecht, H., 2010) lässt sich aber bisher nur projektspezifisch oder proprietär realisieren. Voraussetzung für eine herstellerübergreifende durchgängige Versorgungskette wäre die Realisation eines entsprechenden Prozessmodells (Bild 5). Vermutlich steht auch die aktuelle Architektur der in Deutschland eingesetzten Steuergeräte einem standardisierten Verfahren der Prozesskontrolle im Wege. Versuche hier zukunftsweisende Architekturmodelle am Markt zu etablieren (z. B. das Projekt SIGNOS aus 2008; Bild 6) waren nicht erfolgreich. Es bleibt abzuwarten wie und ob sich dies im Kontext der aktuellen EU-Standardisierung im Bereich urbaner ITS-Systeme (CEN TC/278) auf den deutschen Markt auswirken wird. 

Bild 5: OCA-Prozessmodell für herstellerübergreifende Versorgungskette 

Bild 6: Beispielarchitektur mit standardisierten LSA-Schnittstellen aus dem Projekt SIGNOS (s.a.d GmbH 2008) 

5 Qualitätsmanagement

Das Thema Qualitätsmanagement ist so umfangreich und bedeutend, dass es schon mehrfach behandelt wurde und auch ein eigenes Dokument der FGSV existiert (FGSV 321/3 – H QML). In diesem Beitrag soll daher auf die speziellen Funktionalitäten heutiger Lichtsignalsteuerungszentralen (Auswertung der Prozess- und Betriebsdaten) eingegangen werden.

Auch in diesem Themenbereich geht es um die Frage Wissen oder Glauben. Anspruch der kommunalen Verkehrssteuerung sollte es sein jederzeit genau zu wissen, dass die Steuerung auch so funktioniert wie sie geplant und abgenommen wurde. Dazu gehört zum Beispiel die einwandfreie Funktion der Detektion, aber auch der exakte Ablauf dynamischer Prozesse wie die Programmumschaltung oder die Wirkung zufällig verteilter ÖPNV Eingriffe auf die Koordinierungsqualität.

Die Qualitätsanalysewerkzeuge der Lichtsignalsteuerungszentrale bieten hier bereits heute eine Reihe von Möglichkeiten. Damit diese den Nutzern auch bekannt und bewusst sind, werden sie daher in den „Hinweisen“ thematisiert. Diese Tools bedürfen aber mitunter eines erheblichen Versorgungs- und Kontrollaufwandes, der häufig nicht ohne zusätzliche Ressourcen in den Alltag zu integrieren ist.

Dummerweise blockiert sich die Innovation auf diesem Wege selbst. Da die Tools nicht im erforderlichen Umfang genutzt werden können, fehlt der notwendige Druck aus dem Anwenderkreis um Innovationen zu veranlassen. Wir hoffen hier, dass die aktuelle Fassung der „Hinweise“ zumindest einen Beitrag leistet diesen Teufelskreis zu durchbrechen indem die Kenntnis der Möglichkeiten verbessert und die Wechselwirkungen zu den Anforderungen von Stakeholdern und dem zur Realisierung erforderlichen Aufwand bereits frühzeitig thematisiert werden.

Die Bedeutung dieser Aufgabe für die Steuerungsqualität und damit letztendlich für die Verkehrssicherheit wird dabei bisher noch häufig unterschätzt. Gerade dynamisch auftretende Qualitätsmängel bleiben ohne den systematischen Einsatz von Analysetools zur Auswertung der Prozess- und Betriebsdaten leicht unentdeckt. Selbst Steuerungen die seit Jahren unauffällig betrieben werden, können bei außergewöhnlichen Situationen, wie zum Beispiel der Sperrung eines Straßenbahnastes, plötzlich ein Verhalten zeigen, das sonst mitunter unbemerkt bleiben würde (Bild 7). 

Bild 7: Beispiel Wartezeitüberschreitung durch Umleitungsverkehr (Screenshot: Lichtsignalsteuerungszentrale Kassel) 

6 Kooperative Systeme

Obwohl es sich bei der Digitalisierung der Verkehrstechnik um einen seit Jahrzehnten andauernden Prozess handelt, steht doch ein sehr grundlegender Technologiewandel unmittelbar bevor. Dieser Wandel ist eng mit dem Begriff der kooperativen Systeme verbunden (Noll 2018). Bisher wurde im Kollegenkreis aber noch heftig gestritten, ob der Satz „die Lichtsignalanlagen der Zukunft sind kooperativ“ mit einem Fragezeichen oder einem Ausrufezeichen zu versehen ist.

Die aktuelle Entwicklung, insbesondere im zweiten Halbjahr 2018, legt aber nahe, dass es dringend an der Zeit ist sich den Herausforderungen die mit diesem Digitalisierungsschritt verbunden sind nun zu stellen. Auch wenn der „Kampf um die Auto-Sprache der Zukunft“ (n-tv, 2018) noch nicht abschließend entschieden ist, scheint zumindest die Frage der Serienfertigung geklärt. Im Juni 2018 hat zum Beispiel der Volkswagenkonzern bestätigt, dass 2019 mit der Auslieferung eines Volumenmodelles mit kooperativer Technologie auf IEEE 802.11p Basis (VW nutzt hier den Begriff pWLAN) begonnen wird.

Damit rückt die Aufgabe die notwendigen Technologien und Prozesse in den Alltagsbetrieb zu integrieren in den Focus und den Abschnitt 5 der „Hinweise“ erhält eine besondere Relevanz. Das Kapitel schließt mit dem Satz „Betreiber von Lichtsignalsteuerungszentralen sollten sich dieser Anforderungen bewusst sein und vorab klären, welche Kommunikationswege bedient werden sollen“. Allerdings ist diese Klärung keineswegs einfach, da nach wie vor das zentrale „Henne-Ei“ Problem nicht gelöst wurde: in Funktionalitäten (CIMEC 2018) zu investieren für die (noch) keine Anforderungen seitens der Nutzer bestehen.

Ein Ansatz dies Problem anzugehen wird durch die „Plattform Urbane Mobilität“ verfolgt.

Gemeinsam mit Experten aus Industrie und Verwaltung wurde das Konzept einer Systemarchitektur entworfen (Bild 8) welches eine möglichst breite und schnelle Integration kooperativer Funktionalitäten mit unterschiedlichen Betreiberformaten ermöglichen soll. Federführend durch die OCA e.V. und gefördert durch das BMVI wird am Beispiel der sechs Städte Düsseldorf, Hamburg, Kassel, Köln, München und Stuttgart ein Lastenheft erarbeitet, um Beispielhaft konkrete Wege für das Ausrollen kooperativer Funktionalitäten im Alltagsbetrieb aufzuzeigen. 

Bild 8: Konzept einer Systemarchitektur zum Ausrollen kooperativer Funktionen (Quelle: Expertenworkshop der Plattform Urbane Mobilität am 28.6.2018)

Literatur- und Quellenverzeichnis

Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI): https://www.gesetze-im-internet.de/bsi-kritisv/BSI-KritisV.pdf

Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI): Kooperative Verkehrssysteme – sicher und intelligent, 2014, http://c-its-korridor.de/

Strategie automatisiertes und vernetztes Fahren; September 2015: http://www.bmvi.de/SharedDocs/ DE/Publikationen/StB/broschuere-strategie-automatisiertes-vernetztes-fahren.html

CIMEC Consortium: C-ITS in europäischen Städten, Januar 2018, http://cimec-project.eu/wp-content/ uploads/2018/01/Cimec-Brochure-28-4-A4-V4-DE-Web.pdf

CEN TC/278: Urban-ITS Traffic Management Systems, http://www.itsstandards.eu/urban-its/tms

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Hinweise zum Qualitätsmanagement an Lichtsignalanlagen (H QML) (FGSV 321/3)

N o l l, B.; A l b r e c h t, H.: Die durchgängige Planungs- und Versorgungskette für Lichtsignalanlagen Straßenverkehrstechnik 12/2010, S. 753-760

N o l l, B.: Stadtverkehr der Zukunft – Stressfrei durch den Straßenverkehr, Straßenverkehrstechnik 3/2018, S. 172–176

n-tv: Kampf um die Auto-Sprache der Zukunft. Eine Frage der Macht, https://www.n-tv.de/auto/Kampf- um-die-Auto-Sprache-der-Zukunft-article20501650.html

OCA e. V.: https://www.oca-ev.info/aktuelles/

POSSE Consortium: http://www.posse-openits.eu/

Plattform Urbane Mobilität: https://www.plattform-urbane-mobilitaet.de/

s.a.d GmbH: SIGNOS Projekt, https://www.sad-net.de/signos