LiDAR Perspektive - Kreuzung Ludwigstraße/Ecke Oskar-von-Miller Ring/Von der Tann-Straße, München

Für nachhaltige und sichere Mobilitätskonzepte von morgen ist die Digitalisierung der Verkehrsinfrastruktur sowie eine umfangreiche Verkehrsdatengrundlage essenziell. Aktuell vorhandene Datenerfassungssysteme, wie die Induktionsschleife und Wärmebildkamera, weisen zum Teil noch erhebliche Mängel hinsichtlich der Messgenauigkeit, der Erkennungskapazität bei nicht-motorisierten Verkehrsteilnehmern, sowie in der Echtzeitfähigkeit der Daten auf. Im Rahmen des Münchner Innovationspreises 2021 untersucht die Stadt München gemeinsam mit dem diesjährigen Preisträger LiangDao das Potenzial der Sensortechnologie LiDAR (Light Detection and Ranging) für eine bessere Verkehrsdatengrundlage der Stadt.

LiDAR-basiertes Sensorsystem zur Erfassung von Verkehrsdaten

LiangDao entwickelt an der Schnittstelle zu Smart Cities und Future Mobility innovative Systemlösungen, für die Echtzeit-Objekterkennung und -Optimierung des Verkehrsflusses. Das vom Unternehmen entwickelte LiDAR-basierte Sensorsystem mit KI-gestützter Software, ist in der Lage Straßenverkehrs- und Umgebungsdaten mit einer Reichweite von bis zu 70 Metern zu erfassen. Mit der hochpräzisen Erfassung auch nachts und bei Regen, kann das System nicht nur Verkehrsmengen nach unterschiedlichen Verkehrsteilnehmern (Motor, Fahrrad, Fußgänger) und Fahrzeugtypinformationen (LKW, PKW, Van) zuverlässig generieren und klassifizieren, sondern auch datenschutzkonform und auf Basis von KI das Verkehrsgeschehen in Echtzeit abbilden. Das System kann zudem die Richtung, die Trajektorie und die Geschwindigkeit der Verkehrsträger registrieren.

Innovative Zählstellen für den Stadtinnenbereich mit Fokus auf Fuß- und Radverkehr gesucht

Der Schwerpunkt von Verkehrsdatenerhebungen in München liegt derzeit noch im Stadtaußenbereich auf Autobahnen und auf stark KfZ-belasteten Straßen. Dort sind die Mehrheit der insgesamt über 2000 Zähldetektoren installiert, welche in der Lage sind Querschnitts- oder Knotenpunktzählungen nach den „8+1“ Fahrzeugkategorien[1] des Bundesamts für Straßenwesen (BASt) durchzuführen. Sie bieten die gegenwärtige Datengrundlage für die Dokumentation und Analyse der Verkehrsentwicklung, sowie für den Verkehr- und Bebauungsplanung.

Stärker in den Fokus soll bei zukünftigen Verkehrsdatenerhebungen und Strategien der Stadtplanentwicklung der Fuß- und Radverkehr rücken. Damit in Zukunft ein ganzheitlicheres Bild des Stadtverkehrs abgebildet und die Informationsgrundlage verbessert werden kann, plant die Stadt München die Implementierung neuer Sensortechnologie und die Installation von innovativen Zählmethoden auch im Stadtinnenbereich.

In sieben Schritten vom Systemaufbau zur Datenakquise

Nachdem eingangs der Anwendungsfall mit den Kolleginnen und Kollegen des Mobilitätsreferats identifiziert und die Rahmenbedingungen der Kreuzungen analysiert wurden, fand am 26. November 2021 ein erster Testlauf in der Münchner Innenstadt an der Kreuzung „Ludwigstraße/Ecke Oskar-von-Miller Ring/Von der Tann-Straße“ statt.

Nach erfolgreicher Kalibrierung des LiDAR-Sensors an der gewünschten Position, wird der genaue Abdeckungsbereich (Region of Interest) (Abbildung 2) definiert und eine einstündige Datenakquise durchgeführt. Das genaue Abstecken des ROI ist für eine effiziente Rechenleistung wichtig. Im Intervall von ca. 2 Minuten erfasst der LiDAR Sensor automatisch die Rohdaten und leitet diese an die Computing Unit weiter. Diese verarbeitete die Rohdaten in Echtzeit und sendete das Ergebnis, die sogenannte Objektliste, über ein Standard Datenprotokoll UDP an den Rechner. Während man in Echtzeit das Traffic Monitoring durchführt, wertete man die Daten im Nachgang offline aus.

Testlauf lieferte wertvolle Erkenntnisse über Potenzial von LiDAR-Daten zur Verkehrsdatenerfassung

Die von einem LiDAR-Sensor gesammelten Daten bilden in Echtzeit den Verkehrsfluss und die Verkehrsmenge in 10 verschiedene Richtungen ab und schließen die 7-spurige Nord-Süd Achse, die 5-spurige Ost-West Achse, sowie ein Fußgängerüberweg und einen Fahrradweg an der Ost-Seite der Ludwigstraße im Umkreis ein.

Die Datenauswertung der einstündigen Aufnahme zeigt, dass es sich um eine stark KfZ-belastete Kreuzung handelt (Abbildung 3,4). Im Zweiminuten-Intervall wird die Anzahl der Verkehrsteilnehmer je Kategorie und deren relative Zusammensetzung erfasst, auch die von Fußgängern und Fahrradfahrer. Der Fakt, dass jedoch nur ein Viertel des Fahrradbereichs und ein Drittel der Fußgängerüberwege an der Kreuzung vom Sensor abgedeckt wurde, lässt vermuten, dass die Anzahl dieser zwei Verkehrsobjekttypen in Wirklichkeit höher ist.

Hieraus ergeben sich wertvolle Erkenntnisse über das Verhältnis von nicht-motorisiertem und motorisiertem Verkehr und dessen Auswirkungen auf Lärmschutz und Emissionen. Zudem können Effekte bestimmter Ereignisse (bspw. Veranstaltungen, Baustellen, Ferien) auf den Verkehrsfluss bzw. auf die Verkehrsstärke analysiert werden. Daraus lassen sich wiederum Strategien und Maßnahmen für die Stadtplanentwicklung und für sichere Mobilitätskonzepte ableiten.

Ein weiteres wichtiges Element der Auswertung der LiDAR-Daten stellt die unterschiedlichen Verkehrsmengen je Richtung und die schematische Darstellung der relativen Verkehrsbelastung der Kreuzung dar. Abbildung 5 und 6 zeigen, dass die meisten Verkehrsteilnehmer die Kreuzung von Nord nach Süd (braune Kurve) und von West nach Ost (rote Kurve) überqueren.

Neben den Autos, die in diese Richtung fahren, spielen die stark benutzten Fuß- und Fahrradwege vom Universitätsviertel in Richtung Stadtzentrum eine wichtige Rolle. In die entgegengesetzte Richtung (hellgrün) wurde deutlich weniger Verkehr registriert, was auf weniger Autoverkehr aufgrund der Einbahnstraßenregelung in der Brienner Straße kurz vor dem Odeonsplatz zurückzuführen ist.

Zusammenfassung und Ausblick

Das von LiangDao entwickelte LiDAR Sensorsystem stellt eine verlässliche und echtzeitfähige Datengrundlage ergänzend zu klassischen Datenquellen (GPS, Wärmebildkamera, Induktionsschleifen etc.) für die automatische Generierung von Verkehrsdaten und -statistiken dar. Durch die Kartierung des regionalen Verkehrsaufkommens kann das System verstärkt als Referenzdatenspeicher für die Stadtplanung und somit für die Umsetzung neuer Mobilitätskonzepte von Städten verwendet werden.

Es ist außerdem die Ausgangslage für zahlreiche weitere digitale Anwendungen, wie Real-Time Traffic Monitoring, V2X Anwendungen und Fußgänger-Warnsysteme und kann in Kombination mit anderen Sensoren, wie bspw. Umweltsensoren, einen wertvollen Beitrag zur Reduktion von Umweltschadstoffen leisten.

LiangDaos Kerngeschäft ist es, die Verkehrsinfrastruktur von morgen intelligenter zu machen und nachhaltige Mobilitätskonzepte in deutschen Städten voranzutreiben. Das Unternehmen versteht sich als Treiber der Mobilitätswende und Innovationspartner von Kommunen. Im Rahmen des Münchner Innovationswettbewerbs profitierte LiangDao enorm vom unmittelbaren Austausch mit den Kolleginnen und Kollegen des Mobilitätsreferats. Das Unternehmen konnte dadurch wertvolle neue Erkenntnisse über die Anforderungen kommunaler Verkehrszählungen und nachhaltige Stadtplanung gewinnen, sowie die Weiterentwicklung des Sensorsystems und des Geschäftsmodells vorantreiben.

LiangDao sieht deshalb großes Potenzial in der weiteren Zusammenarbeit mit der Stadt München, um relevante Anwendungsfälle zu untersuchen und zu testen. Deshalb ist in den kommenden Monaten eine eintägige Echtzeitdatenerhebung mit ein bzw. zwei Sensorsystemen, ggf. als Vergleichszählung, mit den Kolleginnen und Kollegen des Mobilitätsreferats geplant, um gemeinsam eine sichere und nachhaltigere Mobilität von morgen zu garantieren.

Verfasserin: Fabienne Frauendorfer, Project Manager Smart Cities, LiangDao GmbH Kontakt :fabienne.frauendorfer@liangdao.de [1] Pkw, Pkw mit Anhänger, Lieferwagen, Lkw, Lkw mit Anhänger, Sattelkraftfahrzeuge, Bus, Motorrad, Sonstiges