Aktuelle Verkehrsdaten spielen eine immer wichtigere Rolle in unserer heutigen Informationsgesellschaft besonders im Hinblick auf das weiter steigende Mobilitätsbedürfnis der Gesellschaft und den begrenzten Ressourcen der Verkehrssysteme. Dieses Bedürfnis nach Verkehrsdaten wird momentan nur unzureichend erfüllt. Die Technologie der streckenbezogenen Verkehrsdatenerfassung, bei der einzelne Fahrzeuge im Gesamtverkehrsstrom als mobile Messflotte (Position, Zeit, momentane Geschwindigkeit) verwendet werden um aus den Fahrmustern den momentanen Ver-kehrszustand abzubilden, ermöglicht eine umfassende Echtzeit-Verkehrsdatenerfassung. So können durch die streckenbezogene Verkehrsdatenerfassung, für die sich in der deutschsprachigen Literatur auch der englische Begriff Floating Car Data (FCD) etabliert hat, Reisezeiten im Straßennetz und der daraus abgeleitete Verkehrszustand berechnet werden, ohne ein dichtes und kostenintensives straßenseitiges Sensornetz (Induktionsschleifen, Infrarotsensoren, Radarsensoren, etc.) aufbauen zu müssen. Durch die Bereitstellung von Reisezeiten bzw. Reisezeitprognosen im Straßenverkehr können Daten für kollektive Verkehrsbeeinflussungsanlagen sowie für individuelle Verkehrsinformationsdienste zur Verfügung gestellt werden.
In der vorliegenden Arbeit wurden zuerst Technologien zur Übertragung von Floating Car Data (FCD) an eine Datenzentrale analysiert, um durch geeignete Übertragungstechnologien hinsichtlich Technologieverfügbarkeit, Kosten, Geschwindigkeit sowie Synergien mit anderen Anwendungen verwertbare Verkehrsinformationen generieren zu können. Danach wurden verschiedene Methoden zur Generierung streckenbezogener Verkehrsdaten auf Basis der FCD Technologie analysiert und bewertet. Sie sollen einem breiten Personenkreis zugänglich und für den Massenmarkt geeignet sein sowie - wenn möglichbereits in anderen Anwendungen und Diensten eingesetzt werden (Grenzkostenansatz). Durch geringe Investitionen in benötigte Hard- und Software sowie durch Technologieverfügbarkeit soll die Anzahl der Fahrzeuge zur FCD Verkehrsdatenerfassung in Zukunft erheblich gesteigert werden. Im Zuge der Arbeit wurden statistische Überlegungen zum erforderlichen Stichprobenumfang für die Reisezeitberechnung sowie zur Stauerkennung durchgeführt sowie in einer Fallstudie verschiedene Szenarien zur Verkehrsdatengenerierung auf dem hochrangigen Straßennetz in Österreich untersucht.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Überblick
1.2 Problemstellung
1.3 Zielsetzung
1.4 Vorgangsweise
2 Grundlagen
2.1 Straßenverkehrsinformationen
2.2 Querschnittsbezogene Verkehrsdatenerfassung
2.3 Streckenbezogene Verkehrsdatenerfassung
2.4 Einzelfahrzeug im Verkehrsablauf
2.4.1 Fahrtablauf des Einzelfahrzeuges unter kontrollierten Bedingungen
2.4.2 Fahrtablauf des Einzelfahrzeugs als stochastischer Prozess
2.5 Verkehrskenngrößen aus Einzelfahrzeugmessungen
2.5.1 Mittlere Reisezeit und mittlere Reisegeschwindigkeit
2.5.2 Beschleunigungskennwert
2.5.3 Haltezeiten
2.5.4 (Reise-) Zeitverluste
3 Internationale Analyse
3.1 Europa
3.2 Japan
3.3 USA
3.4 Erfahrungen aus den Feldversuchen
3.4.1 Datenerfassung und -übertragung
3.4.2 Modellrechnungen zur Verkehrsflussanalyse
4 Datenübertragung
4.1 Bewertungskriterien und Zielgewichtung
4.2 Übertragungstechnologien
4.2.1 Global System for Mobile Communications (GSM)
4.2.1.1 Systemkomponenten
4.2.1.1.1 Mobiltelefon
4.2.1.1.2 Basisstation Subsystem
4.2.1.1.3 Funkvermittlungssystem
4.2.1.1.4 Steuerungs- und Überwachungszentrum
4.2.1.2 Funktionsweise
4.2.1.2.1 Lokalisierungsbereich
4.2.1.2.2 Zellnummer
4.2.1.2.3 Einbuchen
4.2.1.2.4 Zellwechsel (Handover)
4.2.1.3 Leitungsvermittelter Datendienst
4.2.1.4 Kurznachrichtendienst
4.2.1.5 Netzerweiterung
4.2.1.5.1 Zellteilung
4.2.1.5.2 Zellsektorisierung
4.2.1.6 Zusammenfassung GSM
4.2.2 High Speed Circuit Switched Data (HSCSD)
4.2.3 Genaral Packet Radio Service (GPRS)
4.2.4 Enhanced Data for GSM Evolution (EDGE)
4.2.5 Universal Mobile Telecommunication System (UMTS)
4.2.6 Datenfunk
4.2.7 Terrestrial Trunked Radio (TETRA)
4.2.8 Wireless Local Area Networks (WLAN)
4.2.9 Dedicated Short Range Communication (DSRC)
4.3 Protokolle und Standards
4.4 Übertragene Datenparameter (FCD, XFCD)
4.4.1 Floating Car Data (FCD)
4.4.2 Extended Floating Car Data (XFCD)
4.4.2.1 Dynamische Fahrzeuggrunddaten
4.4.2.2 Daten aus Fahrerassistenzsystemen
4.4.2.3 Konstante Fahrzeugdaten
4.4.2.4 Daten aus Navigationssystemen
4.5 Datenübertragungsmodelle
4.5.1 Echtzeit-Übertragung („online“)
4.5.2 Zeitversetzte-Übertragung („offline“)
4.5.3 Abruf-Übertragung („polling“)
4.5.4 Anlass-Übertragung („event processed“)
4.6 Fazit
5 FCD Systemvarianten
5.1 Bewertungskriterien und Zielgewichtung
5.2 Systeme mit Baken-Kommunikation
5.2.1 Lkw-Mautsystem Österreich
5.2.2 Automatische Kennzeichenerkennung
5.2.3 Elektronisches Kennzeichen (e-plate)
5.2.4 Virtuelle GSM Baken
5.2.5 Weigh in Motion
5.3 Systeme mit Mobilfunk-Kommunikation
5.3.1 Satellitennavigation
5.3.1.1 Allgemeines
5.3.1.2 GPS
5.3.1.2.1 Fehlerquellen bei der Positionsbestimmung
5.3.1.2.2 Differential GPS (DGPS)
5.3.1.2.3 Wide Area Augmentation System (WAAS)
5.3.1.2.4 Zusammenfassung GPS
5.3.1.3 GLONASS
5.3.1.4 EGNOS
5.3.1.5 GALILEO
5.3.1.6 Überblick Satellitensysteme
5.3.2 Terrestrische Ortung
5.3.2.1 Long Range Navigation (Loran-C)
5.3.2.2 Eurofix
5.3.3 Ortung in Zellularfunknetzen
5.3.3.1 Netzwerk-basierende Ortungsverfahren
5.3.3.1.1 Cell-ID Ortungsverfahren
5.3.3.1.2 Timing Advance (TA)
5.3.3.1.3 Time of Arrival (TOA)
5.3.3.1.4 Angle of Arrival (AOA)
5.3.3.2 Mobiltelefon-basierende Ortungsverfahren
5.3.3.2.1 Enhanced Observed Time Difference (E-OTD)
5.3.3.2.2 Observed Time Difference of Arrival (OTDOA)
5.3.3.2.3 Assisted GPS (A-GPS)
5.3.3.2.4 Ortung durch Zellübergangsbereiche
5.4 Fernerkundung des Verkehrsablaufes
5.5 Fazit
6 Abschätzung von FCD-Ausstattungsraten
6.1 Problemstellung und Grundbegriffe
6.2 Experteneinschätzungen
6.3 Stichprobenumfang zur Merkmalserkennung des Verkehrsflusses
6.4 Störfallerkennung des Verkehrsflusses
6.5 Fazit
7 Fallstudie
7.1 Szenarien zur Verkehrsdatengenerierung
7.2 Stichprobenumfang bei Ortung aktiver GSM Gespräche
7.3 Fazit
8 Datenschutz
8.1 Ausgangslage
8.2 Rechtliche Grundlagen
8.3 Fazit
9 Schlussfolgerungen und Ausblick
9.1 Schlussfolgerungen
9.2 Ausblick
Zielsetzung & Themen
Ziel der vorliegenden Arbeit ist die systematische Untersuchung und Bewertung technischer sowie wirtschaftlicher Aspekte verschiedener Methoden zur streckenbezogenen Verkehrsdatenerfassung mittels Floating Car Data (FCD) Technologie, um eine Basis für flächendeckende Telematikdienste in Österreich zu schaffen.
- Analyse und Vergleich verschiedener Ortungstechnologien (GPS, Mobilfunk-Ortung)
- Untersuchung von Übertragungsmodellen für FCD (GSM, GPRS, UMTS, DSRC)
- Abschätzung erforderlicher Stichprobenumfänge für Verkehrsfluss- und Störfallerkennung
- Kostenvergleich verschiedener Erfassungsszenarien im österreichischen Straßennetz
- Berücksichtigung datenschutzrechtlicher Rahmenbedingungen
Auszug aus dem Buch
4.2.1 Global System for Mobile Communications (GSM)
Das GSM-Mobilfunksystem ist ein paneuropäischer Standard für digitale, zellulare Mobilfunknetze. Er kann einerseits zur Sprach- und Datenübertragung als auch zur Ortung - durch seinen zellularen Aufbau - verwendet werden. Dies ist besonders in Hinblick auf die FCD-Technologie von besonderer Bedeutung, da der Ausstattungsgrad mit Mobiltelefonen in Österreich bei ca. 92% liegt [MOBILKOM (2004) liegt und kein weiteres Gerät (z.B. GPS-Empfänger) zur Positionsbestimmung erforderlich ist. Der Nachteil liegt jedoch in der geringeren Ortungsgenauigkeit (siehe Abschnitt 5.3.3 Ortung in Zellularfunknetzen, Seite 112).
Durch die Konzeption von GSM als zellulares Mobilfunksystem wird das Versorgungsgebiet eines Betreibers in Funkzellen eingeteilt, die jeweils von einer Basisstation versorgt werden. Einer Funkzelle sind eine oder mehrere Sendefrequenzen zugeteilt, welche zur Vermeidung von gegenseitigen Störungen erst in einer weit entfernten Zelle auftreten dürfen. Für ein Gespräch baut das Mobiltelefon eine Funkverbindung zur nächstgelegenen Basisstation auf. Die Basisstation leitet das Gespräch über Leitungen oder Richtfunkstrecken zur Mobilfunkvermittlungszentrale weiter.
Die Teilnehmerzahl am GSM Standard nahm in den letzten Jahren explosionsartig zu. Waren Ende 1992 13 Netze in sieben Ländern aktiv, so sind es heute (Stand März 2004) 553 GSM Netze in 187 Ländern mit 1047 Mio. Teilnehmern. Besonders durch die Länder Russland und China wird eine weitere Steigerung der Teilnehmerzahl auf ca. 1.900 Mio. Kunden für Dezember 2005 und ca. 2.100 Mio. Kunden für Dezember 2006 prognostiziert [GSM WORLD (2004), S. 3 ff].
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung beschreibt die steigende Verkehrsnachfrage in Österreich und die Notwendigkeit moderner Verkehrsmanagement- und Informationssysteme, wobei der Schwerpunkt auf der Technologie der streckenbezogenen Verkehrsdatenerfassung mittels Floating Car Data (FCD) liegt.
2 Grundlagen: Das Kapitel definiert grundlegende Begriffe der Straßenverkehrsinformation sowie verschiedene Methoden der Verkehrsdatenerfassung und erläutert die verkehrstechnischen Kenngrößen von Einzelfahrzeugen im Verkehrsablauf.
3 Internationale Analyse: Es erfolgt eine detaillierte internationale Betrachtung von FCD-Projekten in Europa, Japan und den USA sowie eine Auswertung der Ergebnisse aus verschiedenen Feldversuchen.
4 Datenübertragung: Hier werden verschiedene Technologien zur kabellosen Datenübertragung (GSM, GPRS, UMTS, DSRC, WLAN, etc.) bewertet und FCD-Übertragungsmodelle für eine effiziente Nutzung analysiert.
5 FCD Systemvarianten: In diesem Kapitel werden diverse Methoden zur streckenbezogenen Verkehrsdatenerfassung klassifiziert und anhand technischer Kriterien wie Ortungsgenauigkeit und Wirtschaftlichkeit bewertet.
6 Abschätzung von FCD-Ausstattungsraten: Es werden statistische Überlegungen zur Ermittlung des erforderlichen Stichprobenumfangs für die Verkehrsfluss- und Störfallerkennung angestellt.
7 Fallstudie: Ein konkreter Kostenvergleich für verschiedene Methoden der Verkehrsdatenerfassung auf dem österreichischen Autobahn- und Hauptstraßennetz wird durchgeführt.
8 Datenschutz: Das Kapitel beleuchtet die rechtlichen Grundlagen und die Sensibilität des Datenschutzes im Zusammenhang mit der Erhebung fahrzeugbezogener Daten.
9 Schlussfolgerungen und Ausblick: Die Arbeit schließt mit einer zusammenfassenden Bewertung der Technologien und gibt Empfehlungen für zukünftige Entwicklungen und Forschungsschwerpunkte.
Schlüsselwörter
Floating Car Data, FCD, Verkehrsdatenerfassung, Reisezeit, Verkehrsmanagement, Mobilfunk, GSM, GPRS, UMTS, GPS, Lkw-Maut, Telematik, Verkehrsfluss, Störfallerkennung, Datenschutz.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht Methoden zur Generierung streckenbezogener Verkehrsdaten, um den momentanen Verkehrszustand präzise abzubilden und für moderne Verkehrstelematiksysteme nutzbar zu machen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Analyse?
Die Untersuchung umfasst die technische Machbarkeit der Datenübertragung, verschiedene Ortungsverfahren sowie die ökonomische Bewertung der Systeme, insbesondere unter Berücksichtigung vorhandener Infrastrukturen (Grenzkostenansatz).
Was ist das primäre Ziel der Dissertation?
Das Ziel ist die Analyse und Bewertung unterschiedlicher Technologien zur streckenbezogenen Verkehrsdatenerfassung anhand definierter Kriterien, um Empfehlungen für eine möglichst effiziente und flächendeckende Implementierung zu geben.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer Literaturanalyse, dem Vergleich internationaler Feldversuche sowie einer detaillierten Nutzwertanalyse der verschiedenen Technologien zur Datenübertragung und Ortung.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil befasst sich mit den technischen Grundlagen der FCD-Technologie, der Analyse von Übertragungstechnologien wie GPRS und UMTS, sowie der Untersuchung verschiedener Ortungsansätze von Satellitennavigation bis hin zur Zellortung in Mobilfunknetzen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird maßgeblich durch Begriffe wie FCD (Floating Car Data), Verkehrsmanagement, Telematik, GSM-Zellortung, GPS und Kosteneffizienz charakterisiert.
Welche Bedeutung kommt dem Lkw-Mautsystem in Österreich zu?
Das Lkw-Mautsystem fungiert als bestehende Infrastruktur, deren Datenbestände und Kommunikationsbaken ohne nennenswerte Mehrkosten zur streckenbezogenen Verkehrsdatenerfassung mitgenutzt werden können, was einen entscheidenden wirtschaftlichen Vorteil bietet.
Wie wichtig ist der Datenschutz für die vorgeschlagenen Lösungen?
Der Datenschutz ist von zentraler Bedeutung; die Arbeit betont, dass bei der Nutzung fahrzeugbezogener Daten stets die Rechtslage eingehalten werden muss und Anonymisierungsverfahren essenziell für die Akzeptanz solcher Systeme sind.
- Quote paper
- Dipl.-Ing. Dr. MSc Martin Linauer (Author), 2005, Generierung streckenbezogener Verkehrsdaten als Basis für den Einsatz in Verkehrstelematiksystemen, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/48514
