Selbstlernende Regelungssysteme führen zu einem klimafreundlicheren Verkehrsfluss

Ampelmännchen in Berlin

Zürich (Schweiz)/Dresden - Wenn sich Ampelanlagen dem aktuellen Verkehrsaufkommen anpassen, spart das nicht nur Zeit und Nerven, sondern auch Energie und Klimagase. Schweizer Forscher zeigen jetzt, wie sich selbstlernende Schaltsysteme flexibel den jeweiligen Autoströmen anpassen -- je größer die Stadt, desto sinnvoller der Einsatz. Hingegen sind herkömmliche Ampelanlagen in der westlichen Welt zentral gesteuert und vorprogrammiert, um mit extremen Situationen wie der Rush-Hour optimal fertig zu werden. Die restlichen Stunden des Tages jedoch passt die Steuerung nicht zum Verkehr. Das System aus Zürich kombiniert das optimale Auflösen der Autoschlangen an einzelnen Kreuzungen mit einer stabilisierenden Strategie, die auch den Verkehrsfluss an benachbarten Kreuzungen berücksichtigt. Jetzt muss sich das System in Praxistests bewähren und zeigen, wieviel Energie und Kohlendioxid es bei welchem Kostenaufwand einsparen kann.

"Unglücklicherweise variiert die Anzahl der Fahrzeuge, die während des Tages vor einer Ampel anstehen, von Minute zu Minute sehr stark", sagt Dirk Helbing, Professor für Soziologie an der ETH Zürich und Experte für Modellierung und Simulation. Gemeinsam mit Stefan Lämmer vom Institut für Wirtschaft und Verkehr der TU Dresden verfasste er die Studie zur effizienten Selbstkontrolle innerstädtischer Verkehrsflüsse. Kernpunkt ist die dezentrale Selbstanpassung der Ampelanlagen. Im ersten Schritt testeten die Forscher für einzelne Kreuzungen den optimalen Verkehrsfluss, angepasst an das tatsächliche Verkehrsaufkommen in Echtzeit. Je mehr Autos jedoch auf der Straße waren, desto schneller kam es zu Problemen mit benachbarten Kreuzungen: Der Verkehr blieb in Seitenstraßen stecken und führte zu Staus an anderen Ampelanlagen. Im Endeffekt floss der Verkehr mit dieser so genannten Optimierungsstrategie insgesamt schlechter als mit der herkömmlichen Programmierung.

Deshalb fügte das Team im zweiten Schritt eine Stabilisierungsstrategie hinzu. Diese sorgte dafür, dass Ampeln bei einer bestimmten kritischen Schwelle schalteten und den Stau auflösten, brachte für sich alleine genommen aber auch keine deutliche Verbesserung. Erst in der richtigen Kombination lieferten Optimierung und Stabilisierung bei jedem Verkehrsaufkommen bessere Ergebnisse als die herkömmlichen Systeme, so Helbing: "So kann also die Kombination von zwei schlechteren Strategien bedeutend besser funktionieren – wenn wir es richtig machen". Fazit: Der Verkehrsfluss bleibt stabil, Benzinverbrauch und Emissionen gehen zurück.

Auch wenn die Praxistests ebenso erfolgreich ausfallen wie die Computersimulationen, dürfte es schwierig sein, das System in den westlichen Ländern einzuführen. Das würde Investitionen und Technikaustausch bedeuten, so dass sich dezentrale Ampelsteuerungen vermutlich zuerst in Ländern durchsetzen dürften, die ohnehin neue Lichtsignale aufbauen. Auch Ampeln, die die Wartesekunden in Leuchtschrift herunterzählen, fanden sich früher in Istanbul und Shanghai als in deutschen Großstädten.

Hiesige Ampelanlagen stammen oft noch aus den 1960er und 1970er Jahren, als sowohl das Verkehrsaufkommen als auch die technischen Möglichkeiten geringer waren. Berechnet man heute für Durchschnittswerte oder Spitzenzeiten im Verkehr feste Ampeltakte und berücksichtigt dabei die Takte aller Ampelanlagen in der Stadt, so Helbing, dann sprengen die vielen zu berücksichtigenden Optionen schon bei mittelgroßen Städten die Rechenkapazität großer Computer. Eine Umstellung würde außerdem eine großangelegte Informationskampagne erfordern, vermutet Helbing, weil westliche Autofahrer an feste Takte gewohnt sind und scheinbar "unfaires" Schalten von Ampeln übelnehmen. Dennoch sieht das Team in der dezentralisierten Verkehrssteuerung das "Paradigma der Zukunft".