Infrastrukturgestützte V2X-Anbindung schienengebundener Fahrzeuge

Ausgangssituation

Die Albtal-Verkehrs-Gesellschaft mbH betreibt Straßenbahnen und Omnibusse in Karlsruhe. Sie kann dabei auf über 180 elektrische Triebwagen, 30 Busse und 800 Mitarbeiter zurückgreifen, um die jährlich rund 75 Millionen Fahrgäste sicher zu transportieren. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wurde eine Stadtbahn mit Messtechnik ausgestattet, um beispielsweise Daten zu Umwelteinflüssen, Nutzungsverhalten und Schienenzustand zu erheben. Darauf aufbauend wird aktuell geprüft inwiefern mit Hilfe zusätzlicher Informationen, wie aktueller und zukünftiger Zustände relevanter Lichtsignalanlagen, Trajektorien von Straßenbahnen optimiert werden können. Da für diese Optimierung ggf. Informationen zu mehreren Straßenbahnen notwendig sind und die verwendeten Modelle aus dem Bereich des Maschinellen Lernens hohe Hardwareanforderungen haben, soll die Trajektorienoptimierung in einem zentralen Backend stattfinden. Eine wesentliche Frage dabei ist, wie die Verbindung von Backend und Straßenbahnflotte realisiert werden kann.

Problemstellung

Im Rahmen des Quickchecks sollen zunächst geeignete Standards zur Übertragung von Positions-, Geschwindigkeits- und Lichtsignalanlagedaten identifiziert und deren Vor- und Nachteile diskutiert werden. Weiterhin wird eine Referenzarchitektur für das Gesamtsystem zu erarbeiten und potentielle Möglichkeiten zur Erweiterung und Anpassung sowie deren Auswirkungen aufzuzeigen.

Lösungsansatz

Der ausgearbeitete Lösungskonzept basiert auf gängigen V2X Standards des ETSI bzw. SAE International und schlägt die Übertragung mittels ITS-G5 und LTE/5G vor. Weiterhin wird ROS bzw. ROS2 als Middleware angenommen, da sich dieses Framework für solche Anwendungsfälle als ein Quasistandard etabliert hat.

Quick-Check-Ergebnisse

Im Rahmen des Quick-Checks wurden die gängigen Standards der in Frage kommenden Übertragungstechnik diskutiert und darauf aufbauend eine Referenzarchitektur zur infrastrukturgestützten Anbindung schienengebundener Fahrzeuge an ein zentrales Backend abgeleitet. Die Referenzarchitektur ist auf eine bidirektionale Kommunikation ausgelegt, damit die im Backend optimierten Trajektorien wieder an ein oder mehrere Fahrzeuge versendet werden können.