28. April 2022 - Redaktion Providentia

„Safety Guard“: Intel nutzt Vogelperspektive zur Erforschung neuer infrastrukturbasierter Sicherheitskonzepte

Forscher bei Intel Labs nutzen den digitalen Zwilling im Forschungsprojekt Providentia++, um eine „Safety Guard“ zu entwickeln, die künftig Verkehrsteilnehmer vor gefährlichen Situationen warnen kann oder den Verkehrsleitstellen bei der Überwachung der Straßen hilft, um die Verkehrssicherheit zu verbessern. Die neue Safety Guard setzt auf dem Mobileye-Sicherheitsmodell Responsibility-Sensitive Safety (RSS) auf. Fragen an Forscher Bernd Gassmann von der Intel Deutschland GmbH.

Was kann eine Global Safety Guard leisten?

Die Global Safety Guard basiert auf einer Sicherheitsfunktionalität für das automatisierte Fahren, die im Laufe des Providentia++-Projektes auf den Einsatz in der Infrastruktur übertragen und prototypisch realisiert wurde. Sie arbeitet zunächst auf Basis der Informationen aus dem digitalen Zwilling. Ausgehend von der Objektliste der Verkehrsteilnehmer des digitalen Zwillings werden basierend auf den Definitionen des von unserem verbundenen Unternehmen Mobileye entwickelten Sicherheitsmodell Responsibility-Sensitive Safety (RSS) die Sicherheitsabstände der Verkehrsteilnehmer bewertet. Hierbei fließen auch Modellparameter wie beispielsweise Reaktionszeiten oder Mindestbremsverzögerungen der Verkehrsteilnehmer oder bei Fußgängern die maximale Richtungsänderung in die Berechnungen mit ein. Beim Unterschreiten der Sicherheitsabstände definitert das Sicherheitsmodell dies als „gefährliche Situation“ und ruft die für die gefährliche Situation verantwortlichen Verkehrsteilnehmer zurück.

Welche Vorteile bietet die Safety Guard für den Verkehr?

Zunächst einmal kann die Information innerhalb der Verkehrsinfrastruktur selbst genutzt werden, um mit Hilfe unserer Sicherheitsmetrik ständig die Szenerie zu beobachten und Verkehrsicherheitsaspekte auszuwerten. Die Sicherheitsmetrik liefert nämlich auch Informationen über Beinahe-Kollisionen und kann z.B. neuralgische Verkehrszeiten oder andere problematische Bedingungen aufzeigen. Hierbei können die verwendeten Modellparameter wie Mindestbremsverzögerungen beispielsweise auch an die Wetterbedingungen angepasst werden. Werden kontinuierliche Verletzungen der entsprechenden Sicherheitsabstände beispielsweise auf einem Autobahnabschnitt oder in einem Kreuzungsbereich beobachtet, könnte die Verkehrsleitzentrale das Tempolimit reduzieren oder Ampelphasen dynamisch anpassen.

Könnten die Verkehrsteilnehmer auch unmittelbar von diesem Sicherheitsansatz profitieren?

So weit ist es zwar noch nicht, doch ist eine direkte Kommunikation mit den Verkehrsteilnehmern denkbar. Autofahrer, Fußgänger oder auch Radfahrer könnten dann beispielsweise (per Assistenzsystem oder per Smartphone-App) auf gefährliche Situationen aufmerksam gemacht werden. Im Gegensatz zur Nutzung des Safety-Guard-Dienstes als passive Sicherheitsmetrik würde die aktive Kopplung als Warn- oder Assistenzsystem dazu führen, das das gesamte System und die beitragenden Komponenten den gleichen funktionalen Sicherheitskriterien unterliegen wie heutige Fahrerassistenzsysteme selbst. Somit müssten die Garantien in Bezug auf die Zuverlässigkeit und der Genauigkeit des digitalen Zwillings sowie der beteiligten Rechen-, Software- und Kommunikationskomponenten entsprechend hoch sein, da Fehler in diesem Zusammenhang schwerwiegende Folgen haben könnten. Wenn diese Kopplung der Infrastruktur mit Warn- und Assistenzsystemen aber einmal in sicherer Art und Weise realisiert ist, ergeben sich Möglichkeiten, die über die Einzelfähigkeiten der Assistenzsysteme hinausgehen: die Infrastruktur hat eine globale Sicht auf die Szene und kennt auch Zustände auf den Straßen außerhalb des Sichtbereichs des einzelnen Fahrzeugs. Die zusätzliche Information aus der Vogelperspektive kann Fahrzeugen etwa in schwer einzusehenden Kreuzungsbereichen helfen, schneller voranzukommen, falls Gefahren in verdeckten Bereichen ausgeschlossen werden können. Darüber hinaus könnte die Infrastruktur in Notfällen auch koordinierte Sicherheitsmanöver mehrerer Verkehrsteilnehmer initiieren, um komplexe Gefahrensituationen zu entschärfen.

Die Grafik zeigt, wie ein Gesamtsystem aussehen kann, das den digitalen Zwilling aus Providentia++ in ein Fahrerassistenzsystem integriert.

Wie ist der aktuelle Stand der Dinge? Wurde die Safety Guard bereits in der Praxis erprobt?

In ersten Experimenten wurde der Verkehr im Testfeld auf der A9 im Rahmen des Forschungsprojektes Providentia++ beispielsweise an einem Freitagnachmittag zwei Stunden lang ausgewertet und dabei etwa 7.500 Fahrzeuge berücksichtigt, deren Abstand weniger als 6 Sekunden zueinander betragen hatte. Hierbei ist beispielsweise aufgefallen, dass 20% der Einzelmessungen einen Abstand von unter 0,9 Sekunden betragen hatten. Dies könnte Punkte entsprechend des Bußgeldkatalogs oder gar ein vorübergehendes Fahrverbot nach sich ziehen. Zum Glück für die Fahrer wurden unsere Messungen in anonymisierter Form durchgeführt. Bei der Wahl von aggressiven Werten für die Parameter der Sicherheitsmetrik (z.B. Reaktionszeit von 0,1 Sekunden und extrem hohe Bremsbeschleunigungen von -11,0 m/s2) wurden 5% der Einzelmessungen als „gefährliche Situation“ markiert, bei Nutzung moderater Werte der Parameter (z.B. Reaktionszeit von 0,2 Sekunden, Bremsbeschleunigung von -3,6 m/s2) hingegen wurden 60% der Einzelmessungen als „gefährlich“ eingestuft. Nach der ersten Erprobung wäre ein ständiger Betrieb möglich und könnte somit viele aufschlussreiche Daten liefern, um menschliches Fahrverhalten besser zu verstehen. Diese Erkenntnisse können nun genutzt werden, um sinnvolle Parameterwerte für die Safety Guard abzuleiten. Weiterhin soll eine Erprobung in den Kreuzungsbereichen des verbesserten digitalen Zwillings aus Providentia++ durchgeführt werden, um die Sicherheit im Kreuzungsumfeld auch unter Einbeziehung von Fußgängern zu ermitteln und auszuwerten.

Wissenschaftliche Details zur aktuellen Entwicklung finden Sie auf unserer Forschungsseite:

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