TU Graz arbeitet an „denkenden Fußgängerampeln“, die einen Kreuzungswunsch erkennen

Foto © Günther Pichler GmbH (Bild vergrößern) 

(13.9.2019) In Wien gibt es rund 200 Druckknopfampeln. Sie alle gönnen den Nutzern erst einmal eine Verschnaufpause, bevor sie für Fußgänger auf Grün schalten - das ist vielen Menschen lästig. Die Folge: Viele warten oftmals nicht auf die Grünphase, sondern gehen in eine andere Richtung weiter oder queren die Straße bei Rot. Für manche sind Druckknopfampeln auch eine Einladung, die Grünphase für Fußgänger bzw. die Rotphase für Autos im Vorbeigehen einfach nur aus Spaß auszulösen. All diese Handlungen sorgen auch bei Autofahrern für Ärger – spätestens dann, wenn sie an der Kreuzung halten müssen, obwohl niemand die Straße quert.

Im Auftrag der Magistratsabteilung 33 der Stadt Wien - zuständig für die städtische Beleuchtung sowie für Ampeln, Uhren und öffentliche WLAN-Stationen - haben Forscher des Instituts für Maschinelles Sehen und Darstellen der TU Graz in den letzten drei Jahren ein neues Ampelsystem entwickelt, das mehr Komfort verspricht und die Druckknopfampeln auf lange Sicht ersetzen soll. Das kamerabasierte System erkennt die Absicht von Fußgängern, die Straße überqueren zu wollen, und leitet die Grünphase automatisch ein. Darüber hinaus bereitet es die Straße für weitere Verkehrsoptimierungen vor, wie Horst Possegger vom Institut anhand zweier Beispiele erklärt:

• Bei größeren Personengruppen kann die Grünphase automatisch verlängert werden, da diese mehr Zeit benötigen, um die Straße zu queren.
• Und wenn Personen den Wartebereich vorzeitig verlassen, wird das an die Ampel gemeldet. Diese leitet folglich keine Grünphase ein und es kommt zu keinen unnötigen Wartezeiten für den motorisierten Verkehr.

Kamera-Tracking als Basis

Zentrales Element des Ampelsystems ist eine an der Ampel montierte Kamera. Während Standard-Industrielösungen nur ein 2 x 3 Meter großes Sichtfeld abdecken, nimmt dieses System alle Personen innerhalb eines 8 x 6 m großen Bereiches wahr. In Sekundenschnelle erkennt es, wer die Straße queren möchte. „Für eine erste Intentionsschätzung benötigt das System eine Sekunde - verlässlich ist die Schätzung schon nach zwei Sekunden“, erklärt Herr Possegger. Anschließend meldet das System den Kreuzungswunsch an den Ampel-Controller. Dieser entscheidet - genau wie beim herkömmlichen Drucktastersystem - wann die Ampelschaltung erfolgt. „Mit der derzeitigen Konfiguration meldet unser System den Kreuzungswunsch drei bis vier Sekunden bevor der Druckknopf betätigt wird“, so Possegger.

Laut Herrn Possegger „waren zwei Jahre intensive Forschungsarbeit nötig, zumal die Anforderungen vielfältig waren“. Die Hardware musste groß genug sein für einen leistungsstarken lokalen Rechner, gleichzeitig aber so klein wie möglich, um im Schaltkasten der Ampel Platz zu haben. Bei der Software waren Genauigkeit und Effizienz gefragt. Außerdem wurde das Programm zusätzlich mit einer Systemüberwachung ausgestattet, die Ausfälle rechtzeitig meldet. „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“, ergänzt Herr Possegger.

Anhand globaler Bewegungsmodelle und aufgezeichneter Daten entwickelte das Forschungsteam lernende Algorithmen, die den Querungswunsch von Fußgängern erkennen.
Sorgen hinsichtlich des Datenschutzes kann Herr Possegger entkräften: Die Bilddaten sind zwar zwingend notwendig, um Fußgänger - darunter auch Kinder, sowie Personen mit Regenschirmen oder Kinderwagen - detektieren zu können. Die Bilder werden hierfür aber direkt lokal analysiert und verlassen die Kamera nicht. Das Ampelsystem arbeitet ausschließlich mit geometrischer Information, aus der es den Kreuzungswunsch ableitet.

Implementierung bis Ende 2020

Aktuell erfolgt der Wissenstransfer von den Forschern zur Günther Pichler GmbH. Das Unternehmen zeichnet für die Installation im Wiener Stadtgebiet verantwortlich und wird Druckknopfampeln zur Evaluierung an ausgewählten Standorten durch das neue Kamerasystem bis Ende 2020 ersetzen.

Dieses Forschungsprojekt ist im Field of Expertise „Information, Communication & Com­puting“ verankert, einem von fünf strategischen Schwerpunktfeldern der TU Graz.