Erkennung von Straßenverkehrsteilnehmern durch Funksignale
Schwerpunkt: Verkehr
Unser Verkehr befindet sich im Wandel. Die Automatisierung der Fahrzeuge schreitet immer stärker voran. Damit hoch automatisierte Fahrzeuge sicher und effizient am urbanen Straßenverkehr teilnehmen können, müssen sie untereinander vernetzt sein. Allein die Vernetzung erlaubt eine koordinierte Planung von Fahrmanövern und ein schnelles Eingreifen bei Ereignissen, etwa dem Auffahren auf ein Stauende. Das Deutsche Zentrum für Luft-und Raumfahrt (DLR) erprobt die Vernetzung von autonomen Fahrzeugen mit intelligenter Straßeninfrastruktur bereits im Projekt AIM und im Testfeld Niedersachsen.
Darüber hinaus forscht das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation an neuen, zuverlässigen Kommunikations- und präzisen Ortungstechnologien für den zukünftigen autonomen Straßenverkehr. Dafür werden die Fahrzeuge mit Kommunikationstechnologien ausgestattet, die es ihnen ermöglichen, mit anderen Fahrzeugen sowie mit der Infrastruktur, zum Beispiel Ampeln oder auch Kreuzungen, zu kommunizieren. Grundsätzlich erlauben diese Technologien auch eine Vernetzung mit Fußgängern und Fahrradfahrern. So wird eine vollständige Verkehrslageerfassung erreicht. Das Ziel ist die V2X-Kommunikation – vehicle-to-everything, das Fahrzeug soll mit sämtlichen Elementen des Verkehrsraums vernetzt sein.
Sicheres Zusammenspiel aller Verkehrsteilnehmer
Auch im vernetzten und hoch automatisierten Verkehr der Zukunft wird es Teilnehmende geben, die ohne digitale Geräte unterwegs sind und somit nicht in das intelligente Verkehrssystem integriert sind. Um auch die Sicherheit dieser Verkehrsteilnehmer zu gewährleisten, müssen sie zuverlässig erkannt werden. Dazu eignen sich die Umgebungssensoren, die bereits in Fahrzeugen eingebaut sind. Auch infrastrukturseitige Kameras oder Radare können nicht-vernetzte Verkehrsteilnehmer erkennen.
Die Erfassung der nicht-kooperativen Verkehrsteilnehmer wollen DLR-Wissenschaftler weiter verbessern. Dabei setzen sie auf Funkkommunikation und nutzen die Eigenschaft, dass statische und sich bewegende Objekte die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen, den sogenannten Funkkanal zwischen einem Sender und einem Empfänger, beeinflussen. "Wir werten die Verzerrungen und Verzögerungen der Funksignale aus und können so die Position und Geschwindigkeit von Personen und Objekten, die sich im Ausbreitungsraum befinden, ermitteln", sagt Dr. Fabian de Ponte Müller, Wissenschaftler in der Gruppe Landverkehr und zuständig für das Thema Fahrzeugkommunikation am DLR-Institut für Kommunikation und Navigation.
Die DLR-Forscher haben diese Technologie "eFence" getauft. Die straßenseitige Funkkommunikation beleuchtet kritische Bereiche und ermöglicht es dadurch, nicht-kooperative Verkehrsteilnehmer zu erfassen und zu lokalisieren. Die Auswertung der Daten wird mittels V2X-Funk zurück an die automatisierten Fahrzeuge kommuniziert und ermöglicht ihnen, potenzielle Gefahrensituationen frühzeitig zu erkennen.
Vision und Realität
Um diesen Ansatz in der Realität zu testen, haben die Wissenschaftler des DLR eine umfangreiche Messkampagne in einer kontrollierten Umgebung durchgeführt. Auf dem DLR-Gelände in Oberpfaffenhofen wurden fünf Antennen aufgestellt, um ein Kreuzungsszenario zu erfassen. Mit Hilfe eines Channel Sounders, einem hoch präzisen Funkmesssystem, wurde eine Antenne versorgt. Die gesendeten Signale breiteten sich aus und wurden an vier Empfangsantennen aufgezeichnet. "Die Auswertungen der Messdaten zeigt, dass es tatsächlich möglich ist, mit Hilfe von Funksignalen nicht-kooperative Verkehrsteilnehmer wie Fahrzeuge, Fußgänger und Fahrradfahrer zu erkennen. Wir konnten bereits Fußgänger mit einer Genauigkeit von unter einem Meter orten", so der eFence-Messkampagnenleiter Martin Schmidhammer. Die gewonnen Daten bieten DLR-Forscher Schmidhammer die Möglichkeit im nächsten Schritt geeignete Algorithmen zu entwickeln, die die unterschiedlichen Verkehrsteilnehmer zuverlässig erkennen. Die Wissenschaftler verwenden auch Verfahren der künstlichen Intelligenz , um die Verkehrslageerfassung weiter zu verbessern. Die Erfassungssensorik, die das DLR im Testfeld Niedersachsen bereits erfolgreich einsetzt, kann durch die eFence-Technologie ergänzt und verbessert werden.