Intelligente Verkehrssysteme: Die Zukunft des öffentlichen Nahverkehrs

Weltweit wachsen Volkswirtschaften in bisher ungekanntem Tempo – ein Wachstum, das Hand in Hand mit einer weltweiten Urbanisierung geht. Nach Angaben der Vereinten Nationen dürften im Jahr 2050 rund 70 % der Weltbevölkerung in einem städtischen Umfeld leben – das entspricht 2,5 Milliarden zusätzlichen Stadtbewohnern. Dies wird in Zukunft auch den öffentlichen Nahverkehr zusätzlich belasten, für den eine Verdreifachung der Fahrgastzahlen in Stadtgebieten für denselben Zeitraum prognostiziert wird. Um diese Herausforderungen bereits jetzt oder in Zukunft zu bewältigen, benötigen Stadtgebiete ein ITCS (Intermodal Transport Control System, Intermodales Transport-Kontroll-System).

In einem ITCS werden sowohl Nahverkehrsbetriebe als auch Fahrgäste mit aktuellsten Informationen zu Fahrt, Fahrzeug und Verkehrslage versorgt. Dazu nutzen ITCS moderne Technologien, um Daten aus verschiedenen Teilen des ÖPNV-Netzes zu erfassen, darunter Fahrzeugposition, Nachrichten, Alarme und Videos, sowie Technologien, und um diese Daten zwischen den verschiedenen verbundenen Komponenten auszutauschen.

Im städtischen Kontext spielen ITCS nicht nur durch die Optimierung der Prozesse eine unmittelbare Rolle, sondern tragen in Verbindung mit künstlicher Intelligenz (KI) auch zur Gestaltung der Zukunft der Smart City bei. Die fortlaufende Analyse der erfassten Daten wie z. B. Fahrgastzahlen ermöglicht die virtuelle Modellierung der Zukunft der ÖPNV-Netze. Wenn diese Echtzeitdaten mit anderen Informationen aus dem Internet der Dinge (IoT) kombiniert werden, insbesondere in cloudbasierten Netzwerken, kann das beispielsweise eine vorausschauende Wartung von Waggontüren ermöglichen, was wiederum zu einer höheren Verfügbarkeit führt.

Die Entwicklung und Implementierung eines ITCS' verbessert so die Servicequalität im ÖPNV und steigert damit die Attraktivität des städtischen Nahverkehrs. Neben der Verringerung von Staus und Luftverschmutzung bedeutet das erhöhte Fahrgastaufkommen auch mehr Einnahmen für die Verkehrsbetriebe.

Ein ITCS besteht aus einer Reihe der aktuell fortschrittlichsten Technologien, die jeweils für eine bestimmte Aufgabe innerhalb des Netzwerks verantwortlich sind. Im Normalfall handelt es sich dabei um:

• Systeme zur automatischen Fahrzeugortung (Automatic Vehicle Location, AVL)
• Systeme zur automatischen Fahrgastzählung (AFZ)
• Entscheidungshilfesysteme (Decision Support System, DSS)
• Fahrgastinformationssysteme (FIS)
• Geographische Informationssysteme (GIS)

Jedes dieser Systeme versorgt die Verkehrsbetriebe mit verschiedensten Daten zum Zustand des Systems, die den Fahrgästen automatisch als Benachrichtigung zur Verfügung gestellt oder später beispielsweise bei der Umgestaltung von Buslinienrouten genutzt werden können.

Zunächst versorgen AVL-Systeme die Verkehrsbetriebe mit Echtzeitinformationen zu ihren Fahrzeugen, wie Geschwindigkeit und Richtung, sowie zu Verspätungen z. B. aufgrund von Verkehrsstaus, schlechtem Wetter oder Baustellen. Daten von AVL-Systemen ermöglichen nicht nur die Aktualisierung von Fahrplaninformationen in Echtzeit, sondern können auch zur Erstellung von Prognosen zum Zustand der Fahrzeuge genutzt werden.

Unterwegs ermitteln Systeme zur automatischen Fahrgastzählung (AFZ) an jeder Haltestelle die Anzahl einsteigender und aussteigender Passagiere. Da AFZ-Systeme Daten zur Fahrgastauslastung in Echtzeit liefern, stellen immer mehr Nahverkehrsbetriebe diese Informationen ihren Fahrgästen zur Verfügung. Vor allem während der andauernden Pandemie helfen diese Daten den Fahrgästen dabei, ihre Fahrten zu planen und ihre Fahrgewohnheiten entsprechend zu ändern. Gleichzeitig ermöglichen AFZ-Systeme Nahverkehrsbetrieben, Fahrpläne an starke Veränderungen beim Fahrgastaufkommen infolge der Pandemie anzupassen. Heute werden fortschrittliche Sensortechnologien eingesetzt, um effizientere AFZ-Systeme zu entwickeln, die auch 3D-Computerbildgebung auf Basis intelligenter Bilderfassungssysteme bieten, um Fahrgäste beim Ein- und Ausstieg zu erkennen und zu zählen.

Es ist unvermeidlich, dass auch unvorhersehbare Ereignisse eintreten. Ein DSS unterstützt Verkehrsbetriebe dann bei der Steuerung des ÖPNV-Netzes, indem es alternative Strategien vorschlägt. Ein DSS analysiert Daten aus AVL- und AFZ -Systemen, um gravierende Verspätungen zu erkennen. Das DSS bietet dann entsprechende Entscheidungen zur Steuerung und Strategien zur Regulierung an, um den Zeitraum bis zur Wiederaufnahme des normalen Fahrplans zu überbrücken.

Diese Echtzeitdaten werden wiederum in das FIS eingespeist, das dann die Fahrgäste über die aktuellen Betriebsbedingungen informiert, allem voran über Ankunft- und Abfahrtzeiten. Die erste Generation von PIS an Bahnhöfen entsprach Wechselverkehrszeichen (WVZ). Die heute verwendeten Advanced Traveller Information Systems (ATIS, fortgeschrittenes Fahrgastinformationssystem) senden Daten zu Verkehrslage, Routenführung und Fahrtinformationen über das Internet direkt auf eine entsprechende App auf dem Smartphone der Fahrgäste.

Schließlich verarbeitet das GIS die gesammelten Daten der Trackingsysteme wie GPS oder Galileo. Dies wiederum erlaubt es, die Fahrzeugpositionen auf den Routen in Echtzeit zu kartieren, wodurch der Verkehrsfluss analysiert und Störungen im ÖPNV-Netz ermittelt werden können. Im Verlauf der letzten Jahrzehnte hat sich die Forschung auf die Verwendung der GIS-Technologie konzentriert, um den Prozess der Routenplanung zu automatisieren.

All diese Systeme sammeln, verarbeiten und tauschen verschiedene Arten von Daten aus, die von unterschiedlichen Erfassungsgeräten und fortschrittlichen Technologien erfasst werden, darunter Satelliten und smarte Sensoren. Ein ITCS kombiniert die Daten dieser verschiedenen verbundenen Technologien, um ein ganzheitliches Bild des gesamten Betriebs zu erstellen.