Digitalisierung der Verkehrsinfrastruktur - Hypermotion · LTE On-Board Display CAN Bus Wartung...

Digitalisierung der Verkehrsinfrastruktur Chancen und HerausforderungenFrankfurt, 22.11.2017

Dr. Felix Rudolph

siemens.com/mobility© Siemens AG 2017

Seite 2 11/2017 Felix Rudolph / MO MM ITS TS PLMRestricted © Siemens AG 2017

Megatrend: Urbanisierung

… stellt neue Herausforderungen für die Bereiche.

Im Jahr 2013 wurden im Straßenverkehr in Deutschland …

• ca. 2.400.000 Verkehrsunfälle (davon ca. 290.000 mit Personenschaden) registriert.

• 3339 Personen getötet und 274.142 verletzt.• Unfallkosten in Höhe ca. 32,5 Milliarden EUR

verursacht.

Quelle: Bundesanstalt für Straßenwesen

Sicherheit Effizienz• Der Verkehr war 2009 für 24% aller

Treibhausgasemissionen in der EU verantwortlich.

• Im Verkehrssektor werden 96% des Energiebedarfs mit Erdöl gedeckt.

• 30% der EU-Flächen sind mäßig, stark oder sehr stark durch Verkehrstrassen zerschnitten.

Quelle: Europäische Umweltagentur

Umwelt• Jeder Deutsche verbringt statistisch jährlich ca.

39 Stunden im Stau.• Jährlich werden in Deutschland aufgrund von

Staus knapp 1,2 Milliarden Liter Kraftstoff (ca. 69 Liter pro Fahrzeug) vergeudet.

• Bis 2030 summieren sich die Kosten für Staus in Deutschland auf ca. 520 Milliarden Euro.

Quelle: Centre for Economics and Business Research


Quelle:

Trend: Zunehmende Konnektivität in Fahrzeugen

50%

20%… aller Neufahrzeuge besitzen integrierte Konnektivitätslösungen.

… aller Neufahrzeuge haben Konnektivitätslösungen ab Werk integriert oder sind über ein Smart Phone verbunden.

100%… aller Neufahrzeuge werden über eine beliebige Konnektivitätslösungverfügen.

2015 20252020

Anzahl der weltweit mit dem Internet verbundenen Fahrzeuge

152 Mio.23 Mio.


Beginn „Rollout“ des ersten „ITS Korridor“ Piloten

Start des ersten ForschungsprojektesEco-AT (Österreich / Wien)

Bisherige und zukünftige Entwicklung der Car2X Technologie

Technologie ist auf dem Weg zu Marktreife. Erste Maßnahmen der OEM’s sind jedoch noch unkoordiniert.

1998

Gründung des Car2Car (C2C) Konsortiums

2002

2008 2015

2016

2017

Siemens wird Mitglied im C2C Konsortium

C2C Konsortium: Definition der ersten “Tag 1“ Anwendungsfälle

ETSI (European Telecommunications Standards Institute): Ratifizierung des ersten“Tag 1” Standards 2018

2019

2020

Saab starteterstes Car2X Forschungsprojekt

19842011

Car2X Technologie ist praxisreif

Bereitstellung für alle Neuwagen


Kooperative Systeme für eine Vielzahl von Anwendungen

C-ITS Airplane2X

C-ITS Rail2X

C-ITS Ship2X

C-ITS C2X Highway

C-ITS C2X Urban


5Autonomes

Fahren

4Kooperative

Vereinbarungen

3Kooperative Warnungen

2Fortgeschrittene

Warnungen

1Grundlegende

Warnungen

Fahre um

grün zu bekommen35

Phasen des kooperativen und autonomen Fahrens

35km/h

Heute Morgen Übermorgen

80 ?100m

!

60

in 100m60!

60

100m

!

140m!

60

50


Das Grundprinzip Kooperativer Systeme

WLAN

WLAN

Ethernet

Ethernet

Mobilfunk

WLAN

Infrastruktur, Fahrzeuge und andere Verkehrsteilnehmer kooperieren, um eine effiziente und sichere Fahrt zu ermöglichen

Fahrzeuge generieren Datenund übertragen diese an andere Fahrzeuge oder an ein zentrales Managementsystem

Die Kommunikation über verschiedene Schnittstellenermöglicht eine kontinuierliche Verbindung mit der Straßeninfrastruktur

Das zentrale Managementsystem verteilt spezifische und individuelle Informationen an Fahrzeuge und Infrastruktur


What will be the challenges our customers (cities) have to deal with when autonomous cars are on the road?


Intelligent swarm – „Self Driving cars will not solve all our traffic problems!“

For Uber the most expensive part of a ride is the driver

How is the traffic situations in countries were the costs of the driver are not significant?

Taxi Driver - (c) Jim Pennucci (Link) – CC licenseLotsa Taxis - (c) Michael Coghlan (Link) – CC license


Intelligent swarm – „Self Driving cars will not solve all our traffic problems!“

Fahrradtage_Bus-Autos-Raeder_600.jpg - (c) Presseamt Münster

Individual traffic cannot be the solution

Alternative traffic modes could be the solution

Public transport must be part of the solution


Deshalb haben wir bei Siemens ein kooperatives Gesamtsystementwickelt -Sitraffic© ESCoS (EcoSytemCooperativeSystem)

Cloud-BasiertesPKI Zertifikatshandling

ESCoS CMSZentralenmodul

RSU Managementz.B. SPAT

ITS G55.9 GHz

LTE LTE

ITS G55.9 GHz

Urban Highway

Fog Snow

Fußgänger WarnungWLAN (2.4 & 5 GHz, 802.11 b/g/n)

Instandhaltung via Remote Zugang



60 60 60! !Nebel Regen

VMS & Virtuelle SchilderEthernet

Ethernet

LTE

Verkehrs-Managementzentrale


Anwendungsfälle:Sicherheit, Verkehrsmanagement und Komfort.

HighwayUrban

Verkehrs-management

Sicherheit

Komfort

U/H


Road Side Unit

C2XOn-Board Unit

ITS G55.9 GHz

LSA Steuergerät

LTE

Wartung mittels Remote Access

Anwendungsfall 1:ÖPNV Priorisierung

• Der Bus meldet sich über die Short Range Kommunikation WLAN 802.11p an der LSA an.

• Die LSA registriert die Anmeldung und räumt dem öffentlichen Nahverkehr Priorität ein.

• Die verbleibende „Grünzeit“ wird an das Fahrzeug übertragen und dem Fahrer im Display angezeigt.

• Wenn der Bus die Kreuzung passiert hat, meldet sich das Fahrzeug wieder ab.

Verkehrs-manage-

ment

Sicherheit

Komfort

U

Phase 2

Fortgeschrittene Warnungen

Phase 2


On-Board Display

ESCoS-CMS Zentralenmodul

VMZentrale

CAN Bus


Anwendungsfall 2:Baustellenwarnung

• Über die Short-Range Kommunikation WLAN 802.11p, erhält der Fahrer Informationen zu Baustellen Warnungen unmittelbar in sein Fahrzeug.

• Gleichzeitig gehen die Informationen über die Baustellenwarnungen parallel ans Traffic Control Center, wo zusätzliche Maßnahmen getroffen werden können. (z.B. Geschwindigkeitsanzeigen geschaltet werden).

Phase 1

Grundlegende Warnungen

Phase 1

Grundlegende Warnungen

Road Side Unit

C2XOn-Board Unit

LTE


Verkehrs-manage-

ment

Sicherheit

Komfort

H


VMZentrale

On-Board DisplayCAN Bus

ITS G5 5.9 GHz


Anwendungsfall 3:Ampelphasen-Kreuzungsassistent

• Während die Fahrer an der LSA warten werden sie darüber informiert, dass die Signalisierung bald auf “grün” wechselt. (Bei Neufahrzeugen mit Start/Stop-Funktion kombiniert).

• Während der Annäherung an die LSA erhält der Fahrer aktuelle Signalisierungszustände und Prognosen der Schaltzustände in Echtzeit. Bevor das Signal auf “rot” wechselt erfolgt in Relation zur Entfernung eine Empfehlung den Bremsvorgang einzuleiten.

Phase 2


Phase 2


Road Side Unit

C2XOn-Board Unit

LSA Steuergerät

LTE

On-Board DisplayCAN Bus


Verkehrs-manage-

ment

Sicherheit

Komfort

U


VMZentrale

ITS G55.9 GHz


Vorteile kooperativer Systeme im Straßenverkehr

Verkehrsteilnehmer können schneller und im Voraus

über die aktuelle Verkehrslage und kritische

Situationen informiert werden.

Fahrzeuge werden zu mobilen Sensoren und Aktoren, wodurch die

Verkehrsbeeinflussung und das Fahrverhalten optimiert

wird.

Der Verkehrsfluss kann differenzierter, effizienter und schneller überwacht

werden, was zu einer verbesserten Auslastung

der vorhandenen Straßeninfrastruktur führt.

Erhöhung der Sicherheit

Reduzierung der Emissionen

Vermeidung von Staus und Leerfahrten

Car2X bringt folgende Vorteile mit sich:


Kontakt

Dr. Felix Rudolph

Siemens AG

Mobility DivisionMobility ManagementLifecycle Management

MO MM ITS TS PLMOtto-Hahn-Ring 681739 München, Deutschland

Mobil: +49 173 3737828mailto:[email protected]

www.siemens.com/ingenuityforlife


ETSI - ITS G5 Standardprotokoll(WLAN mit 5,9 GHz nach IEEE 802.11p)

CAM – Cooperative Awareness Message

Vehicle ID, Position, Speed

DENM – Decentralized Environmental Notification Message

Incident messages (accident, clear ice,…), Location, Incident type

MAP (of intersection / topology)

Lanes, Driving directions

SPAT – Signal Phase and Timing

Signal groups, Signal phase and remaining green/red times

IVI – In-Vehicle Information

Traffic signs, Variable traffic signs

Car X


SOS

100

100

Exit

Wetterlagewarnung Stauwarnung Baustellenwarnung Falschfahrer Warnung

50

Sitraffic ESCoS – CMS Anwendungsfälle auf Autobahnen und Schnellstraßen


RettungsfahrzeugWarnung

ÖPNV Priorisierung

Fußgänger Warnung

Kreuzungs-assistent

Radfahrer Warnung

500m

!

Sitraffic ESCoS – CMS Anwendungsfälle im innerstädtischen Bereich


Das Car2Car Konsortium

Partner Mitglieder Institute


Highway / AutobahnKalkulation / Max. RSU Datenvolumen für 10 Fahrzeuge

RSU

2 km

RSU Kommunikationsverhalten ist ähnlich dem der OBU

RSU Empfangsbereich


Road Side Unit (RSU)

Privatsphäre und SicherheitPublic-Key-Infrastruktur (PKI) – geplanter Ansatz (ENTWURF)

Zentrales Managementsystem

(CMS)

Pseudonym Zertifikat Authority

Key Server

Long Term Zertifikat

Key

Pseudonym Zertifikat

Public Key

Signierte Pseudonym

Zertifikat Anfrage

Anforderung Public Key

Pseudonym Zertifikat


Highway / Autobahn 10 Fahrzeuge nähern sich der LED-VMS Schilderbrücke von 2 Richtungen

0 m1000 m

100 km/h = 27,7…m/s

2000m

2 km

Datentransfer gemäß ETSI / IEEE• CAM ; MAP ; SPAT ; IVI• DENM = ad hoc• Dateigröße: 200 Byte / Nachricht

Beispiel:10 Fahrzeuge

- DENM (ad hoc) = 1 Multihopping-messages/100ms/ between Vehicles.- CAM = 10 messages/ sek. / vehicle

1 RSUSPAT = 1 message/ sec. / RSUMAP = 0,5 messages/ sec. / RSUIVI = 1 Meldung / sec. / RSU

Datenvolumen pro Sekunde = 2,3 MBit/s

RSUMax. 6 MBit/s

1520 Nachrichten (2,32 MBit)

Fahrzeuge im Fangbereich der RSU

MaximalerEmpfangsbereich

der RSU


Highway / Autobahn Kalkulation max. RSU Datenvolumen für 1200 Fahrzeuge (6 Linien)

RSU

2 km

Variable DENM messagesmax. 2 Nachrichten / Sek. / Fahrzeug

CAM messagemax. 1 Nachricht / Sek. / Fahrzeug

RSU Kommunikationsverhalten ist ähnlich dem der OBU

RSU Empfangsbereich


Highway / Autobahn 1200 Fahrzeuge im Verkehrsstau – 6 Linien

0 m1000 m2000m

Stau

3432 Nachrichten / Sek. (5,24 MBit/s) with DCC


StauMaximaler

Empfangsbereichder RSU

Datentransfer gemäß ETSI / IEEE• CAM• DENM = ad hoc• MAP ; SPAT ; IVI• Dateigröße: 200 Byte / Nachricht

Beispiel 1200 Fahrzeuge 6 LinienDENM (ad hoc) = 1 message / 100ms / vehicle (20% of cars.) and max. 3 messages / sec. (80% of cars.) CAM = 3 messages / sec. / RSUSPAT = 1 message / sec. / RSUMAP = 0,5 messages / sec. / RSUIVI = 1 messages / sec. / RSUDatenvolumen = 20,9 MBit/s (ohne DCC)Datenvolumen = 5,2 MBit/s (mit DCC)

RSUMax. 6 MBit/s

DCC (Decentralized Congestion Control)wirkt sich aus.


Urban / innerstädtischEin Fahrzeug erreicht einen Signalgeber

0 m150 m

50 km/h = 13,8…m/s

800m

57,6 s Fahrtzeit

864 Nachrichten (1,15 MBit) in 57,6 s Fahrtzeit


MaximalerEmpfangsbereich

der RSU

Datentransfer gemäß ETSI / IEEE• CAM ; MAP ; SPAT ; IVI• DENM = ad hoc• Dateigröße: 200 Byte / Nachricht

RSUMax. 6 MBit/s

Beispiel 1 FahrzeugDENM (ad hoc) = 1 message / 100ms / vehicleCAM = 10 messages / sec. / vehicleSPAT = 1 message / sec. / RSUMAP = 0,5 messages / sec / RSUIVI = 1 message/ sec. / RSUDatenvolumen pro Sekunde = 0,02 MBit/s


Das Siemens ITS Portfolioermöglicht zahlreiche Car2X Anwendungsfälle

Detektoren

ANPR RadarFahrrad

TEU Bluetooth CCTVFußgänger

FCD

AktorenSteuergeräte

Sitraffic © Scala

CAMCooperative Awareness Message

DENMDecentralized Environmental

Notification Message

MAP(of intersection/ topology)

SPATSignal Phase and Timing

IVIIn-Vehicle Information

ETSI - ITS G5 Standard

ÖPNV Priorisierung

Falschfahrer Warnung

RettungsfahrzeugWarnung

Grüne Welle

Smartes Parken

Kreuzungsassistent

Baustellenwarnung

Verkehrsmanagement Protokoll Kommunikation Anwendungsfälle

WLAN

Zentrale

Streckenstationen


Schrittweise Einführung kooperativer Systeme in EuropaProjekt Eco-AT (Österreich / Wien): Anwendungsfälle

Zwei Anwendungsfälle

BaustellenwarnungFrühzeitige Warnung vor Tagesbaustellen, um Kollisionen mit Sperranhängern vermeiden. Wesentlichen Vorteile:• höhere Sicherheit für das Baustellenpersonal und andere

Verkehrsteilnehmer• Information der Verkehrszentralen über die aktuelle Position von

Tagesbaustellen• Verbesserung des BaustellenmanagementsVerkehrslageerfassungVerbessertes Verkehrsmanagement durch Einbeziehung von Fahrzeugdaten• Stauvermeidung durch optimierte Strecken- und Netzbeeinflussung• Verbesserung des Störfallmanagements• Zugang zu Fahrzeugdaten unabhängig von kommerziellen

Anbietern


Schrittweise Einführung kooperativer Systeme in EuropaProjekt Eco-AT (Österreich / Wien): Projektablauf und -partner

Partner

Fakten• Zeitraum: Q2/2013 – Q2/2017• Gesamtbudget : ca.10 Mio. €• ECo-AT ist die zentrale Österreichische Aktivität

im C-ITS Bereich.• Das Projekt trägt wesentlich zur Umsetzung der

Österreichischen C-ITS Strategie bei und stärkt die Positionen von BMVIT, ASFINAG und allen Projektpartner auf Europäischer Ebene.

• Die Implementierung erfolgt in 2 Phasen• Phase 1: Komplette System-Spezifikation

für C-ITS, welche von den ECo-AT Industriepartnern getestet und verifiziert wird

• Phase 2: ASFINAG setzt, nach einer positiven Bewertung der Rahmenbedingungen, die Ausschreibungen um.


Intelligente Mobilität über Landesgrenzen hinweg In den bereits laufenden Forschungsprojekten in den Niederlanden, in

Deutschland und in Österreich werden organisatorische, funktionelle und technologische C2X-Inhalte entwickelt.

Ziel: Den Nutzen und Praxistauglichkeit kooperativer Systeme im Straßenverkehr aufzeigen, indem die individuelle Mobilität effizienter, sicherer und umweltfreundlicher gestaltet wird.

Beteiligte:

Schrittweise Einführung kooperativer Systeme in EuropaITS Korridor: Rotterdam - Frankfurt/M. - Wien

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