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Beseitigung unerklärlicher Staus
Jeder kennt es: einen kläglichen Stau auf der Autobahn, den man für einen Unfall oder eine Baustelle halten muss, bis er sich irgendwann ohne ersichtlichen Grund ausdünnt.
Solche Verkehrsflussinstabilitäten werden seit den 1930er Jahren untersucht, aber obwohl es ein halbes Dutzend Möglichkeiten gibt, sie mathematisch zu modellieren, wurde wenig getan, um sie zu verhindern.
Berthold Horn, Professor für Informatik und Ingenieurwissenschaften, hat einen neuen Algorithmus entwickelt, um Verkehrsflussinstabilitäten zu mildern. Er glaubt, dass es mit einer modifizierten Version der adaptiven Geschwindigkeitsregelsysteme, die in vielen High-End-Autos verfügbar sind, implementiert werden könnte.
Verkehrsflussinstabilitäten entstehen, erklärt Horn, weil sich die Geschwindigkeitsschwankungen beim Durchfahren einer Fahrspur verstärken. Angenommen, Sie erzeugen eine Störung, indem Sie nur für einen Moment sehr stark bremsen, sagt er. Das breitet sich stromaufwärts aus und nimmt in der Amplitude zu, wenn es sich von Ihnen entfernt.
Ein Auto mit adaptiver Geschwindigkeitsregelung verwendet Sensoren, um die Geschwindigkeit und den Abstand des vorausfahrenden Autos zu überwachen. Wenn der Verkehr staut, verlangsamt das Auto automatisch und kehrt nach Möglichkeit zur programmierten Geschwindigkeit zurück.
Ein mit dem Horn-System ausgestattetes Auto würde widersinnigerweise auch das Auto dahinter überwachen. Wenn Sie ungefähr auf halbem Weg zwischen den vorderen und hinteren Autos bleiben, muss ein Auto nicht so stark verlangsamen, wenn das vordere bremst – und es ist weniger wahrscheinlich, dass das Auto Störungen stromaufwärts passiert.
Horn fand heraus, dass dieser Ansatz mithilfe der so genannten Dämpfungswellengleichung modelliert werden kann, die beschreibt, wie Schwingungen, beispielsweise Wellen, die sich durch eine schwere Flüssigkeit ausbreiten, über die Entfernung absterben. Nachdem er eine mathematische Beschreibung seines dynamischen Systems hatte, verwendete er Standardtechniken der Steuerungstheorie, um zu demonstrieren, dass sein Algorithmus die Kette sich bewegender Fahrzeuge stabilisieren konnte.
Stau in Singapur
Natürlich funktioniert der Algorithmus von Horn nur, wenn ein großer Prozentsatz der Autos ihn verwendet. Und die Laserentfernungsmesser und Radarsysteme, die in bestehenden adaptiven Geschwindigkeitsregelsystemen verwendet werden, sind relativ teuer.
Aber Digitalkameras sind billig, und viele Autos nutzen sie bereits, um den toten Winkel der Fahrer zu überwachen. Horns Hauptforschungsbereich ist Computer Vision, und seine Gruppe hat zuvor Arbeiten zum Extrahieren von Informationen über Entfernung und Geschwindigkeit aus einer einzigen Kamera veröffentlicht.
Seltsamerweise, sagt er, sei es für eine monokulare Kamera schwierig, die Entfernung ohne zusätzliche Informationen genau zu bestimmen, und es ist schwierig, die Geschwindigkeit ohne zusätzliche Informationen genau zu bestimmen, aber das Verhältnis kann man haben. Horn untersucht, ob sein Algorithmus nur dieses Verhältnis verwenden könnte, anstatt absolute Informationen über Geschwindigkeit und Entfernung.