Besserer Verkehrsfluss durch intelligente Fußgängerampeln
Zahlreiche Ampeln in den Städten funktionieren per Druckknopf. Forscher der TU Graz haben nun intelligente Fußgängerampeln entwickelt, die den Wunsch der Fußgänger, die Straße zu überqueren, automatisch erkennen.
Die denkenden Fußgängerampeln sollen ab Ende 2020 in ganz Wien im Einsatz sein.
Foto: Günther Pichler GmbH
Wartezeit ist vielen Menschen lästig. Das gilt in vielen Fällen auch für das Warten auf die nächste Grünphase an einer Fußgängerampel. Stattdessen machen sich die Fußgänger eher auf den Weg in eine andere Richtung oder überqueren die Straße gar bei Rot. Für andere Teilnehmer im Straßenverkehr bieten die Ampeln mit Druckknopf den Anreiz, einfach nur aus Spaß den Knopf zu drücken. Das wiederum sorgt bei den meisten Autofahrern für Ärger. Verständlich, wenn man halten muss, obwohl gar kein Fußgänger die Grünphase an der Ampel nutzt.
In der Stadt Wien gibt es rund 200 solcher Druckknopfampeln. Die Abteilung der Stadt Wien, die für die städtische Beleuchtung, Ampeln, Uhren und öffentlichen WLAN-Stationen zuständig ist, hatte daher den Forschungsauftrag erteilt, ein neues Ampelsystem zu entwickeln. Es sollte mehr Komfort bieten und langfristig die große Anzahl an Ampeln mit Druckknopf komplett ersetzen.
Kamera mit deutlich größerem Sichtfeld
Drei Jahre lang haben Forscher des Instituts für Maschinelles Sehen und Darstellen der TU Graz an diesem Projekt gearbeitet. Das Ergebnis: ein innovatives, kamerabasiertes System, das erkennt, wenn Fußgänger die Absicht haben, die Straße zu überqueren, und daraufhin automatisch die Ampel auf Grün schaltet. Eine an der Ampel montierte Kamera ist deshalb das zentrale Bauteil des Systems.
Sie unterscheidet sich von Standard-Industrielösungen. Diese können nur ein 2 x 3 Meter großes Sichtfeld abdecken, während die neue Kamera alle Personen innerhalb eines 8 x 5 Meter großen Bereiches wahrnimmt. Damit bietet die eingesetzte Kamera einen mehr als doppelt so großes Sichtfeld und schafft es dadurch, eine größere Fläche um die Ampelanlage herum abzudecken. Der Vorteil: Man muss nicht erst direkt an der Ampel stehen, bevor das System den Fußgänger und seinen Wunsch erkennt. Das gelingt bereits, wenn sich der Fußgänger der Ampel nähert und in das Sichtfeld der Kamera tritt.
Die Absicht des Fußgängers, die Straße zu überqueren, erkenne das System in etwa einer Sekunde. „Verlässlich ist die Schätzung schon nach zwei Sekunden“, sagt Horst Possegger vom Institut Maschinelles Sehen und Darstellen. Das System meldet im Anschluss den Wunsch an den Ampel-Controller. Dieser entscheidet, wann nun die Ampel auf Grün schaltet. Das funktioniert ganz genauso bei dem herkömmlichen Drucktastersystem. „Mit der derzeitigen Konfiguration meldet unser System den Kreuzungswunsch drei bis vier Sekunden bevor der Druckknopf betätigt wird“, erklärt Possegger.
Ampelsystem mit lernendem Algorithmus
Das Ergebnis an sich klingt relativ simpel. Der Eindruck trügt ein wenig, denn dahinter stecken zwei Jahre intensiver Forschungsarbeit. Das lag vor allem an den vielfältigen Anforderungen. So musste zum Beispiel die Hardware groß genug sein, damit ein leistungsstarker, lokaler Rechner darin Platz findet. Zugleich musste sie aber auch so klein wie nur möglich gebaut werden, damit sie in den Schaltkasten der Ampel passt. Die Anforderungen an die Software waren hauptsächlich Genauigkeit und Effizienz.
Die Forscher der TU Graz haben zu dem Programm noch eine Systemüberwachung eingebaut. Sie meldet Ausfälle. „Das ist eine doppelte Absicherung. Das System wurde so entwickelt, dass es selbst in rauer Umgebung rund um die Uhr funktioniert und auch mit Spannungsspitzen und Spannungsabfällen fertig wird“, sagt Possegger.
Lernende Algorithmen sind die Basis des Systems. Die Forscher entwickelten sie mittels globaler Bewegungsmodelle und aufgezeichneter Daten. Natürlich entstehen dabei Bilddateien der Fußgänger. Diese sind auch zwingend notwendig, um die unterschiedlichen Größen der Personen – darunter auch Kinder – zu erkennen, ebenso Regenschirme und Kinderwagen. Schwierigkeiten mit dem Datenschutz tauchen dabei allerdings nicht auf. Die Bilder werden ausschließlich direkt vor Ort analysiert. Sie bleiben in der Kamera. Geometrische Informationen sorgen in dem Ampelsystem dafür, den Kreuzungswunsch abzuleiten.
Bis Ende 2020 werden die smarten Ampeln installiert
Die denkenden Fußgängerampeln sind darüber hinaus in der Lage, auf der Straße für weitere Optimierungen des Verkehrs zu sorgen. Beispielsweise erkennt das System größere Personengruppen. In diesem Fall kann die Grünphase automatisch verlängert werden, denn die Gruppe benötigt mehr Zeit, die Straße zu überqueren, als ein einzelner Fußgänger. Oder eine Person überlegt es sich anders, wendet sich ab und geht in eine andere Richtung. Damit verlässt sie den Wartebereich um die Ampel. Das System erkennt dies und leitet keine Grünphase ein. Der Autoverkehr kann also ohne unnötige Wartezeit weiter fließen.
Die Forscher der TU Wien tauschen ihre Ergebnisse aktuell mit der Firma Günther Pichler GmbH aus, die für die Installation der Ampeln in Wien verantwortlich ist. Gemeinsam wählen sie Standorte für das neue Kamerasystem aus, die dann bis Ende 2020 die herkömmlichen Ampeln mit Druckknopf ersetzen sollen.
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