Sensoren, Perzeption, 5G: Welche Technologien sind essentiell?

Den Verkehr digital darstellen, Fahrzeuge erkennen und Daten in Echtzeit übermitteln: Das sind drei der Aufgaben, die den eingesetzten Technologien zukommen. Eine Schlüsselrolle spielen Sensoren, die Perzeption (mit der Objekterkennung, -verfolgung und Datenfusion) und die Funktechnologie 5G.

Sensoren: Flächenkameras, Radare und Lidare im Einsatz

Auf den Schilderbrücken sind bisher Nahfeldkameras für Distanzen von 20 bis 250 Metern und Fernfeldkameras für Entfernungen von 200 bis 400 Metern im Einsatz sowie Radare für jede Richtung, die etwa eine Reichweite von 300 Metern haben. Radare arbeiten nach dem Prinzip des Doppler-Effekts, der allerdings nur Objekte erfasst, die in Bewegung sind, da sie die Veränderung von Geschwindigkeiten messen. Der Einsatz einer Flächenkamera, die einen 360-Grad-Blick ermöglicht, ist in Planung. Für den Stadtbereich, der im Folgeprojekt Providentia++ im Mittelpunkt stehen wird, werden künftig auch Lidarsysteme eingesetzt, die Laserstrahlen aussenden und deren Reflexion in einer Punktewolke darstellen. 128 Laserstrahler in den eingesetzten Lidarsystemen decken 360 Grad ab. Sie haben zudem eine Reichweite von 50 bis 70 Metern, was ausreicht, um an Kreuzungen Fußgänger, Räder und Motorräder zu erkennen. Ein weiterer Vorteil gegenüber Radaren besteht darin, dass sie stehende Fahrzeuge und Verkehrsteilnehmer besser erkennen können und resistenter gegen Umweltfaktoren wie Regen oder Schnee und grelles Licht sind.

Perzeption in Echtzeit: KI-basierte Algorithmen, lernfähige Open-Source-Software und neuronale Netze

Fahrzeuge wie Pkws, Lkws oder Lieferwagen werden erkannt und entsprechend markiert. Zum Einsatz kommen moderne KI-basierte Algorithmen, lernfähige Open-Source-Software, neuronale Netze für die Erkennung von Objekten als auch mathematische Verfahren. Nach Fusion aller gewonnenen Daten ist es möglich, das jeweilige Objekt zu erkennen und einem Zeitpunkt zuzuordnen. Ein Tracking und die Vergabe eindeutiger IDs wird so möglich.

Funktechnologie 5G: C-V2X für die Kommunikation zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur

Die Kommunikation zwischen Fahrzeugen und externer Infrastruktur findet mithilfe des neuesten Funkstandards 5G statt. Die Übermittlung der Daten innerhalb der Infrastruktur geschieht über Glasfaserkabel, ist prinzipiell aber auch über Richtfunk machbar.

Zu diesen Grundtechnologien kommen mehrere Tools hinzu, die Integration von Daten und der visuellen Darstellung dienen, beispielsweise:

Robotic Operating System (ROS): Sensorstationen vernetzen

Das ROS ist ein Middleware- und Library-Framework für Roboter. Es wurde 2007 am Stanford Artificial Intelligence Laboratory erfunden, ab 2009 am Robotik-Institut Willow Garage weiterentwickelt und wird seit 2013 von der Open Source Robotics Foundation (OSRF) weiter betreut. Förderer und Unterstützer sind im ROS Industrial Consortium organisiert. ROS bietet die Möglichkeit, die Sensorstationen miteinander zu vernetzen.

CARLA: Open-Source-Simulator zur Erforschung autonomer Systeme

Die virtuelle „Übersetzung“ des realen Straßenverkehrs (siehe auch animierte Grafik unten) ermöglicht der Open-Source-Simulator CARLA, der in die Erforschung von autonomen Systemen zum Einsatz kommt. Die Software ist in der Lage, über Schnittstellen diverse Sensordaten zu nutzen und zu verarbeiten, kann Verkehrsszenarien abbilden und über eine ROS-Bridge lässt sich das Robotic Operation System (ROS) integrieren.

Bild (oben): Cognition Factory, 2020

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