Volkswagen Software für smarte Citys. Künstliche Intelligenz lässt Verkehr besser fließen.

Megatrend Urbanisierung: Mehr als vier Milliarden Menschen leben aktuell in Stadtgebieten, und damit mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung. Um der zunehmenden urbanen Verdichtung entgegenzuwirken, braucht es eine intelligente Stadtplanung. „In der heutigen Welt funktioniert das nur softwaregetrieben“, erklärt Markus Zarbock, Technikchef beim Smart.Production:Lab des Volkswagen Konzerns. Er und sein Entwicklerteam beschäftigen sich eigentlich mit intelligenter Robotik und Software für die Automobilproduktion. Dabei entstehen Produkte wie die Volkswagen Vision Workbench (VW²): eine bilderkennende und -verarbeitende Software. „Wir haben die VW² ursprünglich zur visuellen Qualitätskontrolle in der Produktion und Logistik entwickelt“, sagt Zarbock. „Kolleginnen und Kollegen können so ruckzuck die Vollständigkeit von Materiallieferungen oder die korrekte Anbringung von Etiketten überprüfen. Das erleichtert die Arbeit und spart Zeit.“

"Als Tüftler sind wir immer neugierig und fragen uns, ob da nicht mehr geht."
Markus Zarbock Technikchef beim Smart.Production:Lab

Nicolas Hummel, Rolf Simon und Markus Zarbock (von links) sind Teil des Smart.Production:Lab und wollen mit der Computer-Vision-Software von Volkswagen zur intelligenten Stadtplanung beitragen.

Out of the box: aus der Fabrik auf die Straße

Das Lab ist Teil des Software Innovation Centers von Volkswagen, des Kompetenz-Hubs des Konzerns für neue IT-Lösungen und Innovationen. „Als Tüftler sind wir immer neugierig und fragen uns, ob da nicht noch mehr geht“, berichtet Zarbock. Und mit der VW2 ging tatsächlich noch mehr. Sodass nun Forscher von Volkswagen und Scania in einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit der US-Stadt Carmel die Software zur Verkehrsanalyse einsetzen. Einfach erklärt, erfasst die Software mithilfe von Kameras den Verkehrsfluss in der Stadt und schafft so eine umfangreiche Datenbasis. Diese wird von einer künstlichen Intelligenz (KI) analysiert und hilft bei der Optimierung der Verkehrsinfrastruktur.

Aus der Logistik in die Stadt: Smart Software für smarte Citys.

„Wie viele andere Städte auch betreibt Carmel ein Netzwerk von Kameras im öffentlichen Raum“, sagt Zarbock. „Diese erfassen unter anderem den Straßenverkehr und dienten bisher im wesentlichen Sicherheitszwecken. Nun generieren sie zusätzlich auch Informationen für eine datengetriebene Verkehrsplanung.“ Das Zählen von Verkehrsobjekten wie Fahrzeugen, Fahrradfahrern und Fußgängern liefert den Entscheidungsverantwortlichen Informationen zur Analyse von Straßennutzungsmustern, zur Optimierung des Verkehrsflusses und zur Unterstützung von Rettungseinsätzen. Außerdem wird erkennbar, wo Parkplätze oder Buslinien gebraucht werden oder eine Umleitung den Verkehrsfluss zu Stoßzeiten verbessern kann.

Die neue, städtische Umgebung stellt die Software jedoch auch vor einige Herausforderungen. „Die Fabrik ist eine sehr kontrollierte Umgebung, was dort passiert, ist gut vorhersehbar. Im öffentlichen Verkehr hingegen kann auch schon mal ein Waschbär die Straße kreuzen. Etwas worauf unser Algorithmus nicht trainiert war“, erinnert sich Zarbock. Daher suchte das Team nach Bildern von Waschbären und brachte der KI bei, die Tiere zu erkennen, was der Stadt hilft, die Gebiete zu identifizieren, in denen regelmäßig wilde Tiere die Straßen überqueren. In Zukunft sollen die identifizierte Tiere dann den Fahrzeugen, die in dem Gebiet fahren, nahezu in Echtzeit mitgeteilt werden.

In Carmel, der Hauptstadt der Kreisverkehre, sammelt die Computer-Vision-Software mithilfe von Kameras wertvolle Daten für die Stadtplanung.

Sonne, Regen, Schnee: Carmel als ideales Testfeld

„Software-Entwicklung ist ein iterativer Prozess, das heißt, dass wir unsere Algorithmen kontinuierlich verbessern und dabei auch ihre Grenzen austesten wollen“, sagt Zarbock. Carmel bietet dafür optimale Voraussetzungen: „Es gibt alle vier Jahreszeiten, sodass wir mit blendendem Sonnenlicht, aber auch mit Frost, Nebel und Schnee auf den Kameras umgehen müssen.“

Zudem ist die Stadt sehr innovationsfreudig. 1924 hing dort bereits die erste elektrische Ampel der USA und inzwischen wurden in der Stadt über 140 Kreisverkehre gebaut – so viele wie in keiner anderen Stadt in den Vereinigten Staaten. Heute hat Carmel knapp über 100.000 Einwohner und damit viermal so viele wie noch vor 30 Jahren. Dieses Wachstum ist nicht ohne Verdichtung und eine kluge und vorausschauende Stadtplanung zu bewältigen. Dieses rasche Bevölkerungswachstum macht eine neuartige Stadtplanung erforderlich.

Im Zehn-Sekunden-Takt wird das Verkehrsgeschehen getrackt. Dies kann vor allem bei speziellen Verkehrssituationen, wie etwa Großveranstaltungen, enorm hilfreich sein.

Die Volkswagen-Entwickler stellen der Stadt ein Dashboard zur Verfügung, das mit Hilfe von Grafiken und Karten das aggregierte Verkehrsaufkommen anzeigt. Größter Wert wird dabei auf die Anonymisierung gelegt. „Bereits für den Einsatz in der Produktion haben wir das System so entwickelt, dass Personen automatisch verpixelt werden“, erläutert IT-Experte Zarbock. „Für den Einsatz in der Stadt werden nun zum Beispiel auch Nummernschilder unkenntlich gemacht.“ Zudem werden keine Video-Aufnahmen gespeichert, sondern nur die Rechendaten.

Mit Daten zur intelligenten Stadtplanung

Carmels Bürgermeister Jim Brainard begrüßt die Zusammenarbeit mit Volkswagen auch deshalb, weil er neue Nahverkehrsangebote einführen möchte. „Dazu brauchen wir Daten, und die bringt uns das Projekt mit Volkswagen“, sagt Brainard, der seit 26 Jahren das Stadtoberhaupt ist. Mit aktuellen und detaillierten Bewegungsmustern von Fahrzeugen, Menschen und Warentransporten können neue Konzepte optimal auf die Bedürfnisse der Stadt und ihrer Bewohner angepasst werden. Zudem sollen Informationen über Gefahrenstellen die Unfallgefahr senken.

Wie die Volkswagen Vision Workbench (VW²) arbeitet, wird im Video anschaulich

Neben den Stadtplanern können auch Polizei und Feuerwehr von den Daten profitieren. Dank zehnsekündlichen Updates wird das Verkehrsgeschehen nahezu in Echtzeit abgebildet. „Das ist gerade bei besonderen Verkehrssituationen, wie etwa Großveranstaltungen oder bei Rettungseinsätzen, eine enorme Hilfe“, sagt Zarbock. Einsatzkräfte können dadurch schneller auf bestimmte Situationsveränderungen reagieren, wie eine ungewöhnliche Häufung von Fahrzeugen, plötzliche Ansammlungen von Menschen und nicht zuletzt Unfälle.

Doch die Entwickler denken bereits einen Schritt weiter: „Wir wollen weitere Straßenzüge mit Technik ausstatten, die uns dann als Testumgebung für den optimalen Kameraeinsatz dienen“, sagt Zarbock. So sollen Daten zur Entwicklung eines stadtweiten Verkehrsmodells gesammelt werden. Dabei soll beispielsweise gemessen werden, welche Routen bevorzugt von Fahrrädern und E-Fahrzeugen genommen werden, um Fahrradwege oder Ladeinfrastrukturen gezielt auszubauen.

„Dafür müssen die Kameras verschiedene Fahrzeugtypen erkennen“, sagt Zarbock. „Daran arbeiten wir bereits.“ Und nicht nur daran. Das Projekt ist das erste seiner Art für Volkswagen weltweit, aber es soll erst der Anfang sein. „Langfristig könnte unsere Software in verschiedenen multimodalen Verkehrslösungen weltweit Anwendung finden“, erklärt der Entwickler. Die ersten Gespräche mit weiteren Städten laufen bereits.

Carmel war für Volkswagen eine Premiere, aber die Computer-Vision-Software soll künftig noch in vielen weiteren Städten zum Einsatz kommen.

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