Eine Einführung in Smart Transportation: Vorteile und Beispiele

Steve Mazur Steve Mazur, Business Development Director, Regierung
Dezember 09, 2020

Intelligenter Transport und intelligentes Verkehrsmanagement revolutionieren die Art und Weise, wie Städte Mobilität und Notfallmaßnahmen angehen, und reduzieren gleichzeitig Staus auf den Straßen der Stadt. Wie? Mit Sensoren, fortschrittlichen Kommunikationstechnologien, Automatisierung und Hochgeschwindigkeitsnetzwerken.

Die Kunst und Wissenschaft, sich von einem Ort zum anderen zu bewegen, ist ein fester Bestandteil unseres Lebens - nicht nur heute, sondern im Laufe der Geschichte. Von Streitwagen und Pferden bis hin zu Kutschen, Automobilen, Dampfeisenbahnen und Raumschiffen - das Unterwegssein ist ein Teil des Menschseins.

Die Zivilisation hat einen weiten Weg zurückgelegt, als man noch mit Pferden und Kamelen von Ort zu Ort reiten musste. Mit dem Aufkommen intelligenter Transportsysteme und des Internets der Dinge (IoT) tritt die Welt in die nächste Phase der Bewegung ein - den intelligenten Transport. Wenn der Begriff vage klingt oder Bilder von autonomen fliegenden Autos und hamsterähnlichen Hochgeschwindigkeitsröhren hervorruft, dann machen Sie sich keine Sorgen.

In diesem Artikel erfahren Sie, was genau intelligenter Verkehr ist, wie er funktioniert und welche Vorteile er mit sich bringt, sowie einige Beispiele aus der Praxis. Außerdem gehen wir auf die verschiedenen Arten von intelligenten Verkehrssystemen ein, die heute eingesetzt werden.

Was ist intelligenter Transport?

Intelligentes VerkehrsmanagementGemäß der US-VerkehrsministeriumIntelligente Verkehrssysteme (ITS) verwenden eine Vielzahl von Technologien zur Überwachung, Bewertung und Verwaltung von Verkehrssystemen, um die Effizienz und Sicherheit zu verbessern." Lassen wir die Visionen von Science-Fiction-Verkehrsmitteln einmal beiseite, so lässt sich diese Definition vereinfacht auf die folgenden Konzepte für das, was intelligentes Verkehrswesen ausmacht, reduzieren: Management, Effizienz und Sicherheit. Mit anderen Worten: Intelligenter Verkehr nutzt neue und aufkommende Technologien, um die Fortbewegung in einer Stadt bequemer, kostengünstiger (sowohl für die Stadt als auch für den Einzelnen) und sicherer zu machen.

Welche neuen Technologien ermöglichen diese neuen Möglichkeiten? In erster Linie die zunehmende Verbreitung von IoT und die 5G-Kommunikationstechnologie. Erstere ermöglicht kostengünstige Sensoren und Steuerungen, die in nahezu jede physische Maschine eingebaut werden können, um sie aus der Ferne zu steuern und zu verwalten. Letztere ermöglicht die Hochgeschwindigkeitskommunikation, die für die Verwaltung und Steuerung von Verkehrssystemen in Echtzeit mit minimaler Latenzzeit erforderlich ist.

Intelligentes Verkehrswesen ist nicht nur eine Theorie für die Zukunft; es wird bereits heute in mehreren Städten umgesetzt, wobei deren Erfolge und Misserfolge genutzt werden, um die Systeme an neuen Standorten zu verbessern. Einige der Städte, die neue Verkehrstechnologien implementieren, mögen Sie zunächst überraschen. Natürlich haben globale Zentren wie New York City den intelligenten Transport für ihre immer intelligenter werdende Stadt übernommen. Aber auch der ländliche Bundesstaat Wyoming ist ein führendes Testfeld für vernetzte Fahrzeuge. Das liegt daran, dass der Cowboy-Staat ein wichtiger Frachtkorridor ist - der autonome Transport von Gütern quer durch das Land kann die Effizienz der Lieferkette drastisch verbessern und den Bedarf an Langstreckenfahrern reduzieren, die gezwungen sind, enge Zeitpläne mit ihrem menschlichen Bedürfnis nach Ruhe auszugleichen.

Die wichtigsten Vorteile der Verkehrstechnik

Daten aus intelligenten Verkehrsmanagementsystemen
Die Vorteile der intelligenten Technologie und die Vorteile, die sie für den Verkehr innerhalb einer Smart City mit sich bringen, sind zahlreich.

  • Intelligenter Verkehr ist sicherer: Durch die Kombination von maschinellem Lernen mit IoT und 5G haben autonome Verkehrssysteme (sowohl in Fahrzeugen als auch in stationären Infrastrukturen wie Kreuzungen) bewiesen, dass sie den "menschlichen Faktor" bei Unfällen verringern. Computer lassen sich nicht ablenken, sind nicht müde oder emotional.
  • Smart Transportation wird besser verwaltet: Die Datenerfassung ist ein wichtiger Schlüssel zum verantwortungsvollen öffentlichen Management der Infrastruktur. Smart Transportation liefert nicht nur detaillierte Datenpunkte für jeden Aspekt des Verkehrssystems, sondern ermöglicht es den Administratoren, den Betrieb besser zu überwachen, den Wartungsbedarf zu verfolgen und wichtige Problemquellen zu identifizieren, die behoben werden müssen.
  • Smart Transportation ist effizienter: Mit besserem Management kommt eine effizientere Nutzung. Qualitativ hochwertige Daten können dabei helfen, Bereiche aufzuzeigen, in denen die Effizienz verbessert werden kann. Vielleicht würde eine leichte Anpassung der Zugfahrpläne für eine bessere Auslastung sorgen, oder vielleicht würden die Buslinien die Gemeinde besser bedienen, wenn die Haltestellen anders verteilt würden.
  • Smart Transportation ist kosteneffektiv: Da Smart Transportation die vorhandenen Ressourcen besser nutzt, kann es dank vorbeugender Wartung, geringerem Energieverbrauch und weniger Unfällen Kosten sparen. Kosteneinsparungen können auch von den Fahrgästen erzielt werden, wenn der kostengünstige öffentliche Nahverkehr effizient genug ist, um mit dem privaten Fahrzeugbesitz zu konkurrieren.
  • Smart Transportation bietet schnelle Einblicke: Städtische Verkehrsmanagementzentralen (TMCs) erhalten schnelle Einblicke und Benachrichtigungen über Problemstellen oder stadtweite Probleme, die sich auf Staus auf den Straßen der Stadt, die öffentliche Sicherheit und Notfallsysteme auswirken, um Maßnahmen zu ergreifen oder effektiver mit anderen Behörden und Notfalleinsatzkräften zu kommunizieren.

Neben dem bereits erwähnten besseren Management, der Sicherheit und der Effizienz gibt es eine Reihe weiterer Vorteile, von denen die Allgemeinheit, die lokalen Behörden und die ganze Welt profitieren können. Diese sind:

  1. Sicherheit
  2. Umweltaspekte
  3. Ausfallsicherheit der Lieferkette

Sicherheit

SicherheitssymbolEine der größten Befürchtungen von Smart-City-Skeptikern ist die Anfälligkeit für Cyber-Angriffe. Mit der zunehmenden Vernetzung der Welt sind Cyber-Attacken von Kriminellen und sogar von Nationalstaaten nahezu alltäglich geworden, da sie auf kritische Infrastrukturen wie Mit dem Internet verbundene Stromnetze und Bankensysteme.

Die Angriffe selbst sind jedoch nicht neu - nur die Werkzeuge sind neu. Banken, Stromnetze und andere kritische Infrastrukturen, einschließlich des Transportwesens, waren schon lange vor der Existenz von Computern durch physische Angriffe gefährdet. Physische Bedrohungen, wie z. B. Kriminelle, die Autos stehlen, Terroristen, die Fahrzeuge als Waffen einsetzen (wie beim Angriff auf einen Lastwagen 2016 in Frankreich), und böse Akteure, die öffentliche Verkehrsmittel als Geiseln nehmen, können alle entschärft werden, wenn Fahrzeuge und Infrastruktur integriert, vernetzt und autonom sind.

Was das Risiko von Cyberangriffen angeht, so sind diese viel einfacher abzuwehren als die oben aufgeführten physischen Bedrohungen. Ordnungsgemäße Software-Updates, verschlüsselte Kommunikation über VPN-Tunnel (Virtual Private Network) und andere mehrschichtige Sicherheitspraktiken können das Risiko von Cyber-Angriffen mindern. Das bedeutet, dass Smart Transportation für intelligente Städte den modernen ÖPNV insgesamt sicherer machen kann, indem die Möglichkeiten für physische und Cyber-Angriffe reduziert werden.

Umweltaspekte

Umwelt-SymbolDie Geschichte des Transportwesens ist untrennbar mit der Umwelt verbunden. Von Dampffahrzeugen, die Kohle und Holz verbrannten, bis hin zu den heutigen benzinhungrigen Verbrennungsmotoren, fordert der Transport einen Tribut an die Ressourcen und die Atmosphäre des Planeten.

Während täglich wissenschaftliche Fortschritte gemacht werden, um alternative Energiequellen für den Transport zu finden, besteht ein weiterer Vorteil intelligenter Transporttechnologie darin, dass sie es Städten ermöglicht, ihre derzeitigen Ressourcen verantwortungsvoller zu nutzen.

Der Massentransport ist besser für die Umwelt als private Fahrzeuge, wird aber in den USA und anderen Ländern nicht weit verbreitet, weil er in manchen Regionen oft unpraktisch ist. Mit den Effizienzsteigerungen, die sich aus intelligenten Transportlösungen ergeben, kann der moderne öffentliche Nahverkehr jedoch für größere Teile der Bevölkerung lukrativ gemacht werden. Da sich die städtische Verkehrstechnologie in Großstädten verbessert, können die bewährten Methoden repliziert und auf Regionen übertragen werden, die die Vorteile einer Smart City nutzen möchten.

Ausfallsicherheit der Lieferkette

Lkw-SymbolGlobale Krisen wie die Coronavirus-Pandemie haben bewiesen, dass die weltweiten Lieferketten anfällig für Unterbrechungen sind. Wenn Arbeiter und Fahrer krank sind und das Reisen von einer Region in eine andere zu einer Gefahr für die öffentliche Gesundheit wird, kann der autonome Transport von Waren buchstäblich zum Lebensretter werden.

Projekte wie das Projekt für vernetzte Fahrzeuge in Wyoming könnten der Schlüssel zur Schaffung einer autonomen Lieferkette sein, die durch intelligente, von Stadt zu Stadt vernetzte Transport- und Logistiksysteme angetrieben wird, um kritische Güter wie Lebensmittel und Hilfsgüter zu transportieren, ohne das Risiko menschlicher Fahrer eingehen zu müssen. Die menschliche Arbeitskraft in der Lieferkette kann überall dort ergänzt werden, wo die Sicherheit und Effizienz durch Automatisierung, künstliche Intelligenz und Robotik verbessert werden kann. Die gute Nachricht ist, dass Experten davon ausgehen, dass diese Innovationen zur Schaffung von mehr - und sichereren - Arbeitsplätzen beitragen werden, da Entwickler, Techniker, Analytiker und Administratoren dabei helfen, die Fortschritte auf den Markt zu bringen und zu erhalten.

Gibt es Nachteile von Smart Cities?

Bei allen Vorteilen können bei der Implementierung von Smart-City-Verkehrssystemen auch einige Nachteile zum Vorschein kommen. Diese Probleme drehen sich hauptsächlich um den Stromverbrauch und die verantwortungsvolle Datenverwaltung.

Intelligente Städte benötigen Sensoren - eine Menge Sensoren - und diese Sensoren benötigen alle Strom. Für Sensoren, die an beweglichen Objekten angebracht sind, werden Batterien benötigt. Stationäre Sensoren können vielleicht mit Solarenergie betrieben werden, aber in den meisten Fällen müssen sie an das Stromnetz der Stadt angeschlossen werden. Die schiere Anzahl der Sensoren, die für den Übergang zu intelligenten Städten benötigt werden(schätzungsweise Billionen), macht die Stromversorgung so vieler Geräte zu einem gewaltigen Problem. Selbst für Sensoren, die mit dem Stromnetz verdrahtet sind, ist die Menge des benötigten Rohmaterials (z. B. Kupfer) im Vergleich zu dem, was die Weltbevölkerung zu produzieren gewohnt ist, sehr hoch.

Abgesehen von der Macht, gibt es heute in der Welt eine bedeutende Debatte über persönliche Daten im Internet. Daten sind das Lebenselixier, das Smart Cities brauchen, um zu funktionieren. Obwohl viele der benötigten Informationen im Vergleich zu Online-Daten anonym sind, wird dies eine mentale und verhaltensmäßige Veränderung in der Bevölkerung erfordern. Autos werden Positionsdaten sammeln müssen und Sensoren in der Stadt werden passiv die Signale erfassen müssen, die ein Smartphone den ganzen Tag über aussendet. Verantwortungsvolle Gesetze und Richtlinien für den Umgang mit Daten, egal wie anonym, müssen erlassen werden, damit Smart Cities in der Zukunft florieren können.

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Wie funktioniert Smart Transportation?

Verkehrsmanagement - Kommunikation von Fahrzeug zu Fahrzeug
Intelligente Verkehrsmittel lassen sich im Allgemeinen in zwei große Kategorien einteilen, öffentliche Infrastruktur und die Automobilbranche. Diese beiden Bereiche werden "intelligent", wenn vernetzte Sensoren in die Infrastruktur und Fahrzeuge integriert werden, um die Ziele der Fernsteuerung und -kontrolle, Sicherheit und Effizienz zu erreichen.

Stellen Sie sich eine belebte Stadtkreuzung vor. Fußgänger versuchen zu überqueren. Die Straßenlaternen regeln den Verkehrsfluss. Die Autofahrer sind damit beschäftigt, ihr Ziel zu erreichen. In traditionellen Verkehrssystemen werden die Straßenlaternen entweder durch Zeitschaltuhren, Druckplatten unter der Straße oder Fußgängertaster am Bordstein ausgelöst.

Sowohl die Fahrer als auch die Fußgänger sind dafür verantwortlich, die Ampeln zu beachten (und ihnen zu folgen). Wenn jedoch einer dieser Knotenpunkte ausfällt, sinken sowohl die Effizienz als auch die Sicherheit. Ein abgelenkter Fahrer überfährt eine rote Ampel. Ein Fußgänger versäumt es, den Zebrastreifen zu betätigen, verpasst dadurch seinen Abzweig und muss länger warten. Die Straßenlaterne weigert sich, umzuschalten, obwohl nur ein Auto wartet und kein Verkehr vorhanden ist.

Bei einer intelligenten Kreuzung ändert sich dies jedoch. Ein Fahrzeug kann eine Kombination aus Bluetooth und LIDAR (Light Detection and Ranging) verwenden, um Fußgänger zu erkennen, und kann automatisch bremsen, um einen Unfall zu vermeiden. Straßenlaternen können die einzelnen Signale der Fahrzeuge auffangen und so viel genauer und effizienter als Druckplatten und Zeitschaltuhren feststellen, wie viele Autos in welcher Richtung warten. Autos und Straßenlaternen können sogar so weit miteinander kommunizieren, dass das Auto automatisch losfährt, wenn die Ampel grün wird (oder das "Go"-Signal an den Computer des Autos sendet), und dass es langsamer wird und anhält, wenn sie rot wird (oder ein "Stop"-Signal sendet). Dies alles ist möglich dank der Anwendung von Technologien im Verkehrswesen wie IoT und 5G-Kommunikationsgeschwindigkeiten für Echtzeitaktionen und Fernerkundung.

Beispiele für urbane Verkehrstechnik

Belebte Stadt

Unabhängig von den Vor- und Nachteilen von Smart Cities ist die Technologie da und wird heute eingesetzt. Überall in den USA und auf der ganzen Welt werden intelligente Sensoren und Steuerungen in Zugnetzen, Fahrgastinformationssystemen und in der Disposition öffentlicher Verkehrsmittel eingesetzt. Hier sind einige Beispiele für den Smart-City-Verkehr:

  1. Miami Dade intelligentes Verkehrsmanagement
  2. Southern Pennsylvania Transportation Authority (SEPTA) Positive Train Control (PTC)
  3. SMART (Suburban Mobility Authority for Rapid Transit) Dispatch System

Miami Dade Advanced Traffic Management System

Der Bezirk Miami Dade ist mit über 2,5 Millionen Einwohnern der bevölkerungsreichste Bezirk in Florida. Die Verwaltung des Verkehrsflusses im Stadtgebiet von Miami und seiner Umgebung, einschließlich des Betriebs von über 2.700 signalisierten Kreuzungen, liegt in der Verantwortung des Bezirks Miami Dade. Tatsächlich nimmt die Anzahl der signalisierten Kreuzungen und Kreuzungen in der Mitte des Blocks jedes Jahr um Dutzende zu, wie auf der Website des Verkehrsmanagements zu lesen ist.

Das Miami Dade Advanced Traffic Management System (ATMS), das Digi 4G LTE Mobilfunk Router als Teil der Kommunikationsinfrastruktur in den bezirksweiten Verkehrsschränken umfasst, wurde entwickelt, um Staus und Verzögerungen zu reduzieren und die Mobilität im gesamten Bezirk zu verbessern.

SEPTA PTC

SEPTA (Southeastern Pennsylvania Transportation Authority) verwaltet die Stadtbahn-, U-Bahn- und Busdienste für Philadelphia. Mit über einer Million Fahrgästen täglich müssen diese Dienste bei jeder Abfahrt zuverlässig und sicher sein. Aus diesem Grund hat SEPTA ein positives Zugsteuerungssystem (PTC) gebaut, um Züge zu signalisieren, Entgleisungen und Unfälle zu verhindern und Geschwindigkeits- und Signalverstöße zu überwachen.

SEPTA erreicht dies mit dem mobilen Zugangsrouter Digi WR44-RR. Wenn dieses Gerät in einen Zug integriert wird, ermöglicht es die Fernkommunikation mit streckenseitigen Sensoren über eine Funkverbindung. Das Gerät sendet Signale mit Zugbewegungsdaten und empfängt gleichzeitig Informationen über Sperrungen und andere Faktoren, die eine Änderung des Plans erforderlich machen würden. So wird verhindert, dass die Züge in eine gefährliche Situation tuckern.

SMART-Dispatch-System

Der öffentliche Nahverkehr in Smart Cities ist ein Schlüsselbereich für den Fortschritt bei vernetzten Technologien. In Detroit verwaltet und disponiert SMART (Suburban Mobility Authority for Rapid Transit Authority) über 300 Busse in der Stadt. Als integraler Bestandteil der Fortbewegung der Bevölkerung ist es wichtig, dass diese Busse pünktlich, sicher und pannenfrei sind. Um die Disposition und Standortverfolgung der Busse zu verwalten, verwendet die Stadt ein analoges Funknetz mit drei Funktürmen, die über die Stadt verteilt sind.

Als es Zeit für ein Upgrade war, nutzten sie den mobilen Router Digi WR44 R Mobilfunk . Dieser Wechsel von analog zu digital ermöglichte eine deutlich bessere Verwaltung und Verfolgung. Mit der neuen Technologie konnte SMART nicht nur den Standort jedes Fahrzeugs sehen, sondern auch die Geschwindigkeit und die Wartungsdaten für jeden Bus überwachen. Dies ermöglichte eine bessere Disposition, wenn ein Bus in Verzug geriet, sowie eine vorbeugende Wartung, um Pannen und größere Reparaturen zu vermeiden, was zu Einsparungen von schätzungsweise 70.000 Dollar pro Jahr führte.

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Bereitschaftssysteme für prioritäre und präemptive Kommunikation.

Der Markt für intelligente Verkehrsmittel ist für die Gesellschaft sehr vielversprechend. Mit der zunehmenden Verbreitung intelligenter Transportsysteme für Smart Cities auf der ganzen Welt kann die Bevölkerung von den vielen Sicherheits-, Effizienz- und Kostenvorteilen profitieren, die moderne öffentliche Verkehrsmittel mit sich bringen. Es ist spannend, darüber nachzudenken, wie die Gesellschaft mit den neuesten Technologien, die heute verfügbar sind, mit ihren Städten interagieren könnte.

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