Providentia++: Infrastruktur aus Vorgängerprojekt Providentia um urbanen Bereich erweitert

Weiterentwicklung des autonomen Fahrens im Mischverkehr

Providentia++: Erforschung digitaler Zwillinge im gesamten Straßenverkehr

Im Forschungsprojekt Providentia++ untersucht ein Forscherteam unter der Leitung des Lehrstuhls für Robotik, künstliche Intelligenz und Echtzeitsysteme (Prof. Dr. Alois Knoll) der TUM das Zusammenspiel von vernetzten Fahrzeugen und der Infrastruktur im komplexen Stadtverkehr. Sensordaten aus Kamera-, Radar- und Lidar-Systemen fließen in einen digitalen Zwilling, der die aktuelle Verkehrssituation digital abbildet.

Komplexe Verkehrsszenarien, etwa an Kreuzungen, in Kreisverkehren oder an Ab- und Auffahrten von Autobahnen stellen das autonome Fahren vor große Herausforderungen. Während Menschen den eingeschränkten Sichtbereich mit Intuition ausgleichen, reichen Fahrzeugen die zur Verfügung stehenden Informationen aus der eigenen Sensorik nicht aus, um die Situation zu bewerten und ausreichend einzuschätzen. Daher geht es im Rahmen von Providentia++ darum, die umgebende Infrastruktur mit Sensorik auszustatten und in den Bewertungsprozess einzelner Fahrzeuge mit einzubeziehen.

Testfeld: Von der Autobahn ins Stadtgebiet erweitert
Die Infrastruktur, welche im Vorgängerprojekt Providentia entstanden ist, ermöglicht die digitale Abbildung des Verkehrs der Autobahn A9. Im Rahmen von Providentia++ wird diese Infrastruktur um urbane Bereiche in Garching-Hochbrück erweitert. So entsteht künftig ein digitaler Zwilling aller Verkehrsteilnehmer. Fahrräder, Fußgänger, E-Scooter und Straßenbahnen werden hier genauso erfasst wie Autos. Kurzfristige Vorhersagen und Warnungen können an ein Smartphone oder ein Fahrerassistenzsystem weitergegeben werden. Der Zweck von Providentia ++ liegt darin, das Zusammenspiel der Infrastruktur mit vernetzten Fahrzeugen im Verkehr zu erproben und zu erforschen.

Digitaler Zwilling: Die Fusion der Datenströme
Um das Gesamtsystem aus Daten automatisierter Fahrzeuge und externer Infrastruktur verlässlicher zu machen, werden die Datenströme aus autonomen Fahrzeugen sowie der Infrastruktur fusioniert. Zur Sensorik des Fahrzeugs kommen diverse Sensoren der externen Infrastruktur hinzu - "normale" Kameras, 360-Grad-Kameras, Radar- und Lidarsysteme und (nachttaugliche) Event-Based-Kameras. Das autonome Fahrzeug ist gewissermaßen ein "fahrender Sensor und Computer". Die technische Herausforderung des Forschungsprojektes besteht darin, dem Nutzer beispielsweise eine zuverlässige und sofortige Antwort auf die Frage zu geben, was sich hinter der nächsten Straßenecke verbirgt. Die Sensor-Informationen werden also ständig den Algorithmen zur Beurteilung des Verkehrsgeschehens zugeführt, welche ebenfalls im Rahmen dieses Projekts optimiert werden. Dies soll einen robusten und zuverlässigen Betrieb auch bei wechselnden Umweltbedingungen ermöglichen - unabhängig von Tageszeit, Wetter oder technischen Störungen.

A9 Dataset: Datensätze vom Textfeld A9 stehen gegen Online-Registrierung für kommerzielle und wissenschaftliche Zwecke zur Verfügung
Ein weiterer Kernpunkt in Providentia++ war die Entwicklung einer Plattform, die Daten über das aktuelle Verkehrsgeschehen bereitstellt. Der einheitliche Zugriff auf die Daten ist seit März 2022 über die Websites www.a9-dataset.de (DE) und www.a9-dataset.com (EN) gewährleistet. Gegen Registrierung ist es möglich, Datensätze von Sequenzen aus Kameras und Lidaren sowie von bestimmten Szenarien auf der A9 zu bekommen. Mit diesen Daten unterstützen Nutzer aus Universitäten, Unternehmen und Kommunen wissenschaftlich wie planerisch, etwa um KI-basierte Modelle zu trainieren und KI-Netzwerke zu verbessern, Verkehrsverhalten zu analysieren, den Verkehrsfluss zu optimieren, Simulationen für Smart-City-Lösungen zu entwickeln sowie Trackingalgorithmen oder Szenarien zu erforschen. 

Unterstützung durch Partner aus Forschung und Industrie
Aufgrund der sehr hohen Komplexität der Aufgabenstellung wird das Projekt unter der Leitung der TUM von einem Konsortium aus Forschungsinstituten und führenden Industriepartnern durchgeführt. Diese stammen aus den Bereichen der Robotik, künstliche Intelligenz, Softwaretechnik, Automotive, Kommunikationstechnik und Halbleitertechnologie.

Laufzeit: 01.01.2020 bis 31.06.2022
Förderung durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) und industrielle Partner

Interview mit Prof. Alois Knoll über den Vorteil intelligenter Verkehrssysteme: „Die Straße der Zukunft ist digital“

Wissenschaftlich Mitarbeiter der TUM:
Venkat Narayanan Lakshmi Narasimhan
Leah Strand
Christian Creß
Simon Gökstorp
Walter Zimmer

Gesamtverantwortung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Alois Knoll

Kontakt:
Kommunikation Providentia++
Andreas Schmitz
+49-89-289-18198