Urbane Mobilität und die Zukunft des intelligenten Verkehrswesens

Was ist urbane Mobilität?

Im Kern geht es bei der urbanen Mobilität darum, wie sich Menschen und Waren durch eine Stadt bewegen. Das scheint einfach, aber wenn Sie alle Faktoren betrachten – wie Infrastruktur, Technik, Politik, Kultur – ist die Tatsache, wie wir die Städte navigieren, ein komplexes Thema mit einer alten Geschichte und einer zunehmend anspruchsvollen technologiebetriebenen Zukunft.

Herausforderungen der urbanen Mobilität

Die grundlegenden Herausforderungen der Mobilität in einer Stadt waren seit dem Menschen begannen in urbanen Umgebungen zu leben. Wie gleichen wir Staus, Bewegungsfreiheit und Umweltverschmutzung aus?

Die Spannungen zwischen Innovation in der Verkehrstechnik, ständig wachsenden urbanen Populationen und die Fähigkeit der bürgerlichen Regierung, mit begrenzten Ressourcen Schritt zu halten, sind zeitlos. Aber der Druck auf die heutigen Städte ist beispiellos.

Das Wachstum der urbanen Population wird die urbane Mobilität weiterhin belasten.

• 4,6 Milliarden Städter bis 2025¹
• 41 Megastädte bis 2030²
• 6,71 Billionen Passagierkilometer im Nahverkehr bis 2050²

Verkehrsstau
Die im Verkehr verbrachte Zeit ist eine große Belastung für einzelne Pendler und die gesamte Produktivität der Weltstädte. Laut einer Global Traffic Scorecard von INRIX³ verlor die USA 2019 durchschnittlich 99 Stunden pro Fahrer im Stau, was 2019 fast 88 Milliarden USD an verlorener Produktivität kostete.

Öffentliche Sicherheit
Verstopfte Straßen machen mehr, als nur Zeit verschwenden. Verkehrsunfälle töten jedes Jahr 1,35 Millionen Menschen auf der ganzen Welt und hinterlassen zwischen 20 und 50 Millionen Menschen mit nicht tödlichen Verletzungen. Mehr als die Hälfte aller Straßenverkehrstoten und Verletzungen umfassen Fußgänger, Radfahrer und Motorradfahrer und ihre Beifahrer.

Öffentliche Gesundheit
Der überlastete Stop-and-Go-Verkehr erhöht das Volumen der mikroskopischen Partikeln im Fahrzeugabgas.⁴ Laut der Weltgesundheitsorganisation sind Abgaspartikel „in der Lage, tief in den Lungenkanal einzudringen und in die Blutbahn zu gelangen, was zu kardiovaskulären, zerebrovaskulären und respiratorischen Auswirkungen führt.“⁵

Umweltbelastung
Städte überall sind besorgt über die ökologische Nachhaltigkeit, und der Transport trägt einen beträchtlichen Anteil dazu bei.

Schätzungsweise 22 Prozent der globalen Kohlendioxidemissionen (CO₂) werden dem Verkehrssektor zugeschrieben⁶, die wachsen werden, während die Städte wachsen und einzelne Bürger die Kohlenstoffverbrennnungs-Verkehrstechnik übernehmen.

Beispielsweise werden ohne große Investitionen in den öffentlichen Verkehr und die intelligenten Straßentechniken, die CO₂-Emissionen in Indien im Jahr 2015 von 70 Megatonnen auf 540 Megatonnen voraussichtlich bis 2050 ansteigen.⁷

Herausforderungen der urbanen Mobilität heute mit Digitaltechnik in Smart Cities meistern

Städte verbessern die Mobilität, sparen Energie und reduzieren die Verschmutzung heute mit Digitaltechnik in Smart Cities für das IoT.

Intelligente Städte übernehmen Daten von jeder verfügbaren Eingabe – Verkehrssignalen, Kameras, im öffentlichen Verkehr eingebettete Geräte – analysieren dann die Daten mit KI und teilen sie über offene Datenpools. Dies schafft ein ständiges Bewusstsein für Bedingungen, die für das Verkehrsmanagement, die Verkehrsplanung, die öffentliche Sicherheit und die Notfallreaktion verwendet werden können.

Digitaltechnik in Smart Cities kann in der gesamten Infrastruktur einer Stadt eingebettet sein

• Intelligente Gehwege können Wetter-, Straßenbedingungen und sogar den Straßenverschleiß überwachen und die Informationen mit Fahrern und Verkehrsleitern teilen.
  
• Intelligente Parkplätze können Fahrer auf verfügbare Räume hinweisen, was die Zeit für das Umherfahren und die Suche nach einem Parkplatz verkürzt.
• Intelligente Verkehrssignale können auf Verkehrsbedingungen reagieren und sich Zeitnischen zu schaffen, um Überlastung zu verringern.
• Intelligente Straßenbeleuchtungen mit Kameras, Mikrofonen und Sensoren können sich selbst dimmen, wenn niemand da ist und Informationen über Verkehr, öffentliche Sicherheit und Luftqualität sammeln.
• Intelligente Kameras können den Verkehr und die öffentliche Sicherheit im Auge behalten. Wenn Probleme auftreten, benachrichtigen sie automatisch Verkehrssysteme.
• Intelligente Kreuzungen können den Fahrzeug- und Fußgängerverkehr optimieren, Risiken erkennen und vor bevorstehenden Unfällen warnen, was die Unfälle und Verletzungen verringert.
• Intelligente Mautgebühren können Mauten im freien Verkehr bewerten, spezifische Preise oder Mauten pro Kilometer für Überlastung im Straßenverkehr unterstützen und Gebühren elektronisch einsammeln.
• Intelligente öffentliche Verkehrsmittel können Passagiere zählen, die Fahrzeugstandorte verfolgen und den Status automatisch freigeben.
• Intelligente Flotten, einschließlich öffentlicher Polizeifahrzeuge und Feuerwehrfahrzeuge sowie private Lieferwagen, Taxis und Züge teilen ihren Standort, bewachen ihre Fahrer und hören sich ihre Motoren, Bremsen und Räder an wegen Abnutzungserscheinungen.

Gemeinsam können diese intelligenten Sensoren, Mikrofone und Kameras ein Modell davon verarbeiten, was auf den Straßen, Autobahnen und den Bahnlinien in nahezu Echtzeit geschieht. Mithilfe von KI kann dieses Bewusstsein das passive Verkehrsmanagement in aktive intelligente Verkehrssysteme verwandeln.

Diese Systeme können Überlastung erwarten, den Verkehr automatisch neu umleiten, die Beleuchtung umzudisponieren und dynamische Maut anwenden, um die Stadt in Bewegung zu halten. Die Stadt Bangkok, Thailand, spart mehr als 51.000 Pendelstunden pro Jahr und reduziert Verkehrsverzögerungen um bis zu 24,5 Prozent mit nur drei intelligenten Kreuzungen.⁸

Die Zukunft der urbanen Mobilität

Mehrere Techniken werden online kommen, die grundlegen ändern werden, wie sich Nutzer und Waren durch Städte bewegen. Die Verbesserung der Fahrzeugintelligenz, autonome Systeme und die Fahrzeugkommunikation werden die Sicherheit, den Verkehrsfluss und die Emissionen verbessern.

Fahrzeugkommunikation und orchestrierter Verkehr
Die Fahrzeugkommunikationstechnik wird den aktuellen Zustand unvorhersehbarer „dummer“ Fahrzeuge in intelligente, aktive Spieler im intelligenten Verkehrssystem der intelligenten Stadt verwandeln.

Die Fahrzeugkommunikation – zwischen individuellen intelligenten Fahrzeugen und von intelligenten Fahrzeugen über zentrale Verkehrsmanagementsysteme – wird den Verkehrsfluss als intelligentes, vereinheitlichtes Ganzes verbessern, das konsistente Geschwindigkeiten aufrechterhält und die Fahrzeugdistanzen festlegt. Der Durchsatz und die Kraftstoffeffizienz werden im Zuge der Verringerung der Unfälle und der Verschmutzung drastisch steigen.

Forscher in Deutschland haben auf der Autobahn ein experimentelles Testfeld von zwei Kilometern entwickelt, das mit Fahrzeugen kommuniziert und den Verkehr orchestriert. Sie verwenden überlappende Radarsensoren, um den Verkehr nahezu in Echtzeit zu modellieren. Das System teilt diese Informationen mit entgegenkommenden Autos, was ihnen signalisiert, wann es sicher ist, die Spuren zu wechseln, wann die Geschwindigkeit reduziert werden sollte und wenn kritische Situationen vermieden werden sollten.⁸

Intelligentere, flexiblere öffentliche Verkehrsmittel
Busse und Bahnen werden weiterhin grundlegende Elemente der urbanen Mobilität sein. Erhöhte technologische Upgrades mithilfe offener Plattformen, die auf Standard-x86-Hardware konsolidiert sind, können intelligente Sicherheitsvideos unterstützen, Fahrzeugsysteme überwachen und KI-gestützte vorausschauende Wartung bereitstellen.

Diese Plattformen können auch bessere Fahrerlebnisse unterstützen, indem sie Wi-Fi, Onboard-Unterhaltung und interaktive Informationsanzeigen bereitstellen.

Mobility as a Service (MaaS)
Die Mobilität in einer Stadt erfordert heute Planung und Aufwand, egal ob Sie Ihr eigenes Auto fahren, eine Fahrgemeinschaft haben oder mit öffentlichen Verkehrsmitteln fahren. Intelligente Städte mit intelligenten Verkehrssystemen und offenen Datenplattformen machen die Mobilität von einer Pflicht zu einem Service.

Heute können Pendler aus mehreren Apps wie Moovit wählen, die Routen und Pläne über einen öffentlichen Verkehr planen können. Während Städte intelligenter werden und die Anzahl der autonomen vernetzten Fahrzeuge steigt, werden die Anwendungen für Mobility-as-a-Service (MaaS) in der Lage sein, jede verfügbare Transportoption in eine nahtlose, multimodale Reise zu verflechten. Pendler werden Zeit sparen, während das System den Verkehrsfluss, die Energieeffizienz und die Fahrzeugnutzung in der gesamten Stadt optimiert.

Technische Anforderungen der urban Mobilität

Das höchstmögliche Maß an intelligenter Verkehrstechnik und intelligenter, energieeffizienter urbaner Mobilität erfordert viele, viele Technologien. Glücklicherweise ist ein Upgrade einer Stadt kein Alles-oder-Nichts-Vorhaben. Viele der Technologien sind bereits vorhanden, während andere nur inkrementelle Upgrades benötigen. Die größten Herausforderungen – Datenschutz, Datensicherheit, Dateneigentum – liegen am Schnittpunkt der Technik und der öffentlichen Politik.

Wichtige Technik für die Modernisierung der urbanen Mobilität

Eingebettete Geräte und Systeme für die Smart City
Städte erfassen bereits massive Datenmengen durch bestehende Systeme wie Verkehrs- und öffentliche Sicherheitskameras. Inkrementelle Upgrades können sie in intelligente Knoten in einer Anlage einer intelligenten Stadt verwandeln.

KI überall
Um nahezu in Echtzeit zu arbeiten, benötigen intelligente Verkehrssysteme sofortige Erkenntnisse und Analyse. Dazu müssen KI-Workloads am Netzwerkrand, auf einem intelligenten Gerät selbst oder auf einem nahe gelegenen KI-Gerät verarbeitet werden.

Schnellere, zuverlässigere Konnektivität
5G verspricht, die Datenübertragungsraten des Mobiltelefons zu beschleunigen und die Stabilität zu verbessern. Software kann dazu beitragen, die Edge-Netzwerkleistungen zu orchestrieren und zu verwalten, um eine noch bessere Leistung zu erzielen.

Offene, integrierte Datenpools
Intelligente Stadt und intelligente Verkehrsdaten sind nicht viel wert, wenn Bürger, Ersthelfer und Unternehmen keinen Zugang dazu haben. Die Einspeisung, Reinigung, Aggregation und der Austausch von Daten über einen einzigen gemeinsamen Pool ist von entscheidender Bedeutung, um Mobilität zu verbessern und die Überlastung und Verschmutzung zu reduzieren.

Hardwarebasierte Datensicherheit
Während intelligente Technologien sich ausbreiten, müssen Städte Tausende eingebettete Geräte sichern und öffentliche und private Daten schützen, wenn sie das System durchlaufen. Hardwarebasierte Sicherheitsprotokolle härten die Systeme und helfen beim Schutz von Daten.

Richtlinien und Standards der urbanen Mobilität

Öffentliche Strategien und Industriestandards sind von entscheidender Bedeutung zur Entwicklung der Digitaltechnik in Smart Cities für die urbane Mobilität und zur Bereitstellung der Technik für das IoT, die sie ermöglichen. Öffentlichkeitspolitik setzt die Ziele und definiert die Grundregeln für öffentliche Behörden, Privatpersonen und Unternehmen, die die Vision der Stadt für eine intelligente, hochmobile Gemeinschaft Wirklichkeit werden lassen.

• Offene Standards, damit jeder Smartphone-, Auto-, Verkehrskamera- und intelligente Gehweg-Monitor an jede Digitaltechnik in Smart Cities angeschlossen und diese abspielen kann.
• Offene Datenplattformen, damit jeder Spieler Zugang zu den Daten hat, die sie zur Arbeit benötigen.
• Offene Verfahren, die alle Beteiligten umfassen, damit Menschen die technologische Vision der Stadt unterstützen und fördern können.

Intel® Referenzdesigns für die urbane Mobilität

Fahrzeugcomputer, Straßensensoren, KI und intelligente Kameras gehören zu der Technik, die intelligente Verkehrssysteme ermöglicht. Intel und unsere Partner haben mehrere Techniken, Hardware und Software für urbane Mobilität und intelligente Städte entwickelt. Wir bieten vorab validierte Referenzdesigns und Referenzimplementierungen, die als Grundlage für eine moderne intelligente Stadt dienen können.

Referenzdesign für Komponenten am Straßenrand
Unser Referenzdesign für Edge-Computing am Straßenrand lässt sich zum Beispiel an Straßenbeleuchtungen befestigen. Dieses am Straßenrand installierte Gerät eignet sich ideal für Echtzeit-Videoanalysen und andere leistungshungrige Aufgaben. Städte können die Box als Teil einer Lösung für intelligente Straßenbeleuchtung, intelligente Ampeln, intelligente Parkplätze oder E-Mautstationen einsetzen. Sie verfügen über die nötige Verarbeitungsfunktionalität, um Kennzeichen, Fußgänger und Staus zu erkennen. Diese Edge-Knoten können sogar für die Öffentlichkeit zugängliche WLAN-Dienste bereitstellen. Der Edge-Computing-Knoten AAEON Atlas, der durch Intel® Vision-Produkte mit integrierten Sicherheitsfunktionen unterstützt wird, ist eine direkt einsatzbereite Lösung, die auf diesem Referenzdesign basiert.

Intels Converged Edge Reference Architecture (CERA)
Converged Edge Reference Architecture (CERA) ist ein Plattformansatz, der die Konvergenz von IoT- und Netzwerkaufgaben ermöglicht. Mit dieser Architektur können unsere Partner Lösungen für den Straßenrand konzipieren, um Sensormodalitäten zu verarbeiten und Sensorfusionen durchzuführen. Dieser Ansatz bringt intelligente Funktionalität zum Netzwerkrand und ermöglicht gleichzeitig das Hosting von 5G-Netzwerkfunktionen und Mikroservices.

Lösungen, die auf dieser Plattform basieren, lassen sich an Kreuzungen oder anderen Stellen installieren, wo sie für mehrere IoT-Geräte Near-Edge-Computing- und -Datenverarbeitung ermöglichen. Lösungen können mithilfe der Intel® Distribution des OpenVINO™ Toolkit und OpenNESS Toolkit optimiert werden.

Mit 5G-Konnektivität bietet CERA Netzwerkfunktionen, die es IoT-Geräten gestatten, am Netzwerkrand miteinander zu kommunizieren oder Daten an die Cloud zu senden. Hierfür werden Informationen von Kameras, Radar und einer Vielzahl anderer Sensoren verarbeitet.

Referenzimplementierungen
Intels Referenzimplementierungen bieten vorkonfigurierte Software für eine vollständige Beispielanwendung.

Unsere Referenzimplementierung für intelligentes Verkehrsmanagement überwacht Kreuzungen über IP-Kameras und optimiert den Verkehrsfluss. Sie wird in einem OpenNESS-Edge-Knoten gehostet, der alle notwendigen Software-Stacks für das Hosting eines 5G-Funkzugangsnetzes enthält.

Unsere Referenzimplementierung für die Fahrerverwaltung verwendet Computer-Vision, um das Fahrerverhalten und die Müdigkeit zu verfolgen. Sie kann dazu beitragen, Unfälle zu vermeiden, indem Fahrer in Echtzeit alarmiert werden und kann langfristige Metriken und Analysen für Flottenmanager bereitstellen.