Providentia++

Der digitale Zwilling ist die Basis für die Autobahn der Zukunft

Weltweit wird mit Hochdruck am Verkehr der Zukunft geforscht, denn vernetztes und autonomes Fahren könnte die Fortbewegung wesentlich sicherer und zuverlässiger gestalten. Studien zur verbesserten Echtzeit-Informationsversorgung von Fahrern, Assistenzsystemen, selbstfahrenden Fahrzeugen und Streckenbetreibern bilden dafür die Grundlage. Um das Zusammenspiel der beteiligten Systeme in naher Zukunft sicher zu gewährleisten, baut fortiss gemeinsam mit Forschungs- und Industriepartnern im Konsortialprojekt Providentia++ die dafür benötigte digitale Infrastruktur auf.
 

Mobilität sicherer und komfortabler gestalten

Die teilnehmenden Forschungs- und Industriepartner arbeiten in dem Projekt aber nicht nur an der Verbesserung der Sicherheit, sie schaffen auch neue Möglichkeiten zur gezielteren Steuerung und Optimierung des Verkehrs, wie z.B. die Vermeidung von Staus. Um diese Ziele zu erreichen, führen die Konsortialpartner TUM (Konsortialführung ab 2020), Cognition Factory, Deutsche Telekom, Elektrobit, Intel, Valeo sowie Huawei (assoziiert) und Rohde & Schwarz (assoziiert) Entwicklungen und Feldtests auf dem Digitalen Testfeld Autobahn A9 bis hinein in den urbanen Bereich durch. Dabei werden Informationsflüsse in hochautomatisierten Fahrzeugen zusammen mit der beteiligten Kommunikations- und Infrastruktur erforscht und erprobt.

Beim ersten Konsortialtreffen von Providentia++ im Dezember 2020 wurden die nächsten Etappenziele im Detail vorgestellt. So soll die Teststrecke an der A9 um zwei Kilometer erweitert werden und 59 neue Flächenkameras, Radare und Lidare (einem Radar verwandte Methode zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung) auf dem Autobahn-Testfeld im Abschnitt München - Garching zum Einsatz kommen. Die ersten Datenerfassungen im städtischen Umfeld werden im Frühjahr 2021 beginnen.

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Video: Providentia – Sicheres, vernetztes Fahren auf der digital unterstützten Autobahn.

Im Vorgängerprojekt Providentia hat fortiss gemeinsam mit seinen Partnern den Meilenstein Sensordaten von der Autobahn in Echtzeit erreicht und ist nun in der Lage ein vollständiges Abbild des realen Verkehrsgeschehens wiederzugeben. Die Ergebnisse der ersten drei Forschungsjahre zeigen klar, dass der digitale Zwilling im Verkehr prinzipiell machbar ist.

In dem Anschlussprojekt Providentia++ geht es nun darum, den Autobahnzwilling deutlich zu verfeinern und vor allem robuster zu machen. Der dafür erzeugte digitale Zwilling spielt dabei eine Schlüsselrolle für die Assistenzsysteme der Zukunft, weil er zielgerichtet Informationen an die Fahrzeuge liefern kann, die diese mit eigener Sensorik nicht erfassen können.

fortiss: Den digitalen Zwilling noch zuverlässiger machen

Genau an diesem zentralen Punkt kommt fortiss ins Spiel. Das Landesforschungsinstitut des Freistaats Bayern hat das Projekt von 2017 bis Ende 2019 als Konsortialführer geleitet und trägt nun maßgeblich dazu bei, den digitalen Zwilling so robust wie möglich zu machen. Die fortiss-Wissenschaftlerin Annkathrin Krämmer lenkt daher ihren Fokus darauf, gute Ergebnisse und Vorhersagen auch bei schlechten Sichtverhältnissen (z.B. nachts) oder in anspruchsvollen Verkehrssituationen zu ermöglichen. Hier stehen aktuell drei Themen besonders im Vordergrund: die Fusion der Daten (einschließlich Tracking), die Bewegungsvorhersage sowie die Entwicklung einer Echtzeitplattform. Um die aktuelle Leistung des Systems zur Erfassung der Fahrzeuge auf der Straße zu bestimmen, ergänzte das Deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) Daten aus der Luft (siehe auch Artikel unten: Vogelperspektive: Mehr Präzision für den digitalen Zwilling). Das Ziel: Eine Ground Truth zu ermitteln, die als Basis für alle weiteren Entwicklungen dient.

Durch eine umfangreiche Evaluation basierend auf diesen Daten konnte bereits gezeigt werden, dass das Providentia-System eine hohe Genauigkeit aufweist und Fahrzeuge erkennt. Diese Leistung soll nun durch die angestrebte Robustheit des Systems auch auf komplexere Verkehrsszenarien übertragen werden. Insbesondere bei hoher Fahrzeugdichte soll es eine aktive Verdeckungshandhabung ermöglichen, d.h. Fahrzeuge können trotz kurzzeitiger Verdeckungen genau weiterverfolgt werden. Eine auf neuronalen Netzen basierende Bewegungsvorhersage wird es ermöglichen, zukünftige Trajektorien mit der höchsten Wahrscheinlichkeit zu ermitteln.

Um im Falle eines Ausfalls von Hardware handeln zu können, setzt fortiss auf eine Echtzeitplattform. Deren Aufgabe: Anwendungen, die aufgrund eines Hardwareproblems ausfallen, werden über „Anwendungsmigration“ auf andere Hardware verlagert. 2021 wird fortiss diese Ansätze weiter perfektionieren, das Testfahrzeug fortuna und das Providentia-System algorithmisch verbessern und einen Demonstrator für Echtzeitanwendungen bauen.

Wissenschaftlerin Annkathrin Krämer betreut das Projekt Providentia++ bei fortiss.

Ziel in 2021: Das Testfahrzeug fortuna soll algorithmisch verbessert werden.

Radare auf dem Autbahn-Testfeld A9 erfassen den Verkehr.

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