Arbeitspakete

Eine mikroskopische Verkehrssimulation des Binnenschiffsverkehrs basierend auf „live“-Verkehrsdaten, Entwicklung durch ingenieurbüro kauppert

Als Teil des Forschungsprojekts „FernBin“ wird eine mikroskopische Verkehrssimulation entwickelt.

Das Projekt basiert auf einem gut evaluierten Modell, welches mit statischen Daten arbeitet. „mikroVon“ ist der nächste Schritt zu einem dynamischen Modell, welches „live“-Daten des Binnenschiffsverkehrs verarbeitet.

Die Entwicklung von ferngesteuerten und autonomen Schiffen erfordert Methoden, den Verkehr zu managen und die Sicherheit auf den Wasserstraßen zu gewährleisten. Besonders gemischter Verkehr mit der Teilnahme von Menschen und automatisierten Systemen kann zu kritischen Situationen führen.

Eine Verkehrssimulation mit der Prognose von Begegnungen von Schiffen kann kritische Situationen vorhersagen und automatisierte Warnungen produzieren. Hierdurch können Schiffsführer oder automatisierte Systeme die Schiffsgeschwindigkeit oder den Kurs anpassen. Ein Hauptziel des Projekts ist die Verwendung von „live“-Daten, um die Anzahl, Positionen, Bewegungen (und Ziele) von Fahrzeugen auf dem betrachteten Abschnitt oder einem Wasserstraßen-Netzwerk abzubilden. Neben „live“-Daten des Verkehrs werden aktuelle Daten zu Pegelständen, Infrastrukturanlagen, Verkehrsregeln und Wasserstraßengeometrie genutzt um den aktuellen Zustand der Wasserstraße zu modellieren.

Basierend auf diesen Daten erstellt die Simulation eine Vorhersage des Verkehrsmit Blick auf die Prognose von Fahrzeiten und Ankünften sowie der Abschätzung von künftigen Interaktionen zwischen Fahrzeugen. Die Vorhersagen werden anschließend genutzt um die Ausnutzung der Wasserstraße, Sicherheit und Leichtigkeit des Verkehrs, etc. zu bewerten.

Methodischer Ansatz – Kaskadierte Rechenläufe

Abbildung 1: Comparison of process schemes of “classical simulations” and “mikroVon”

Die Genauigkeit einer Prognose aus einem Simulationslauf nimmt mit steigender Vorhersagedauer ab. Um stets die bestmögliche Vorhersage zu erhalten, wird die Simulation in Kaskaden betrieben. Eine neue Simulation startet in regulären Intervallen und verwendet aktualisierte „live“-Daten (AIS).

„Klassische“ Verkehrssimulationen basieren auf statischen Daten und erstellen Simulationsläufe für einen gegebenen Zeitraum, idealerweise mit einer Variation der Startbedingungen um verschiedenen Unsicherheiten zu begegnen. Dieser Prozess ist gut geeignet um statistisch korrekte Ergebnisse zu produzieren, zum Beispiel um Engstellen entlang einer Wasserstraße aufzuzeigen. Um einzelne Fahrten und Ereignisse, wie die Interaktion von Fahrzeugen, zu betrachten, sind die Eingangsdaten und der Berechnungsprozess klassischer Verkehrssimulationen nicht ausreichend, da sich individuelle Schiffe unvorhersehbar verhalten, zum Beispiel beim Anlegen oder Wechsel von Wasserstraßen.

Um den Vorteil der kaskadierten Berechnungsläufe von „mikroVon“ im Kontrast zu klassischen Verkehrssimulationen aufzuzeigen, sind die jeweiligen Prozesse in Abbildung 1 skizziert.

Abbildung 2: Cascaded runs of traffic simulation to obtain highest forecast quality

Erste Ergebnisse

Während sich das Projekt noch in der Entwicklungsphase befindet, wurden mehrere Testläufe mit AIS-Daten und vereinfachten Wasserstraßendaten durchgeführt, um die kaskadierten Simulationsläufe zu validieren.

Erste Ergebnisse zeigen große Verbesserungen für die Prognose von Schiffspositionen und Interaktionen zwischen Schiffen. Die Vorhersage von Bereichen, in denen sich Schiffe begegnen sind präziser und geben bessere Information zur Verkehrsüberwachung oder das ferngesteuerte Fahren von Schiffen.

Abbildung 3: -VIDEOFORMAT TO BE COORDINATED BETWEEN DST AND IBK