Künstliche Intelligenz soll deutsche und österreichische Tunnel noch sicherer machen

Die Digitalisierung schreitet auch im Verkehrssektor rasant voran. Unsere Fahrzeuge versorgen uns mit immer mehr Informationen aus zahlreichen Assistenz- und Unterhaltungssystemen – gleichzeitig werden Fahrzeuge zunehmend vernetzter und die Entwicklungen zum autonomen Fahren konkreter. Informations- und Kommunikationstechnologien erzeugen riesige Datenmengen. Diese Entwicklungen geben Anlass zu der Frage, wie diese zusätzlichen Informationen verarbeitet werden können und wie sich dies alles speziell im Bereich der Tunnelsicherheit auswirkt.

Autobahnen und Bundesstraßen bilden mit ihren Brücken und Tunneln nicht nur die Lebensadern für den Individual- und Güterverkehr in Deutsch-land, sondern sie verbinden auch Länder miteinander. Daher haben Österreich und Deutschland beschlossen, ihre Kräfte zu bündeln und auf bilateraler Ebene gemeinsam zu forschen, um die Sicherheit von Straßentunneln weiter zu erhöhen.

Wie macht KI Tunnel sicherer?

Im Projekt „Künstliche Intelligenz zur Verbesserung der Sicherheit von Tunneln und Tunnelleitzentralen“ (KITT) wird daran geforscht, wie zukünftig Gefahrensituationen in Tunneln noch frühzeitiger und genauer erkannt werden können. Dazu werden alle verfügbaren Daten von Sensoren innerhalb eines Tunnels (siehe Abbildung, Punkt 1), aber insbesondere die Daten aus dem Bereich des autonomen und vernetzen Fahrens, wie die Kommunikation zwischen Auto und Infrastruktur (Punkt 2), gesammelt. Diese Daten werden durch das im Projekt entwickelte KITT-System (Punkt 3) mit Hilfe von KI-basierter Datenverarbeitung der Fahrzeugdaten in Kombination mit den Tunnelüberwachungsdaten analysiert und hinsichtlich möglicher Risiken ausgewertet. Die analysierten Daten werden dann an die Operatoren in den ständig besetzten Tunnelleitzentralen gesendet (Punkt 4), die dann zielgerichtete Gegenmaßnahmen einleiten können. Dies kann z.B. eine Aktivierung der entsprechenden Sicherheitsprogramme bedeuten (Punkt 6) aber insbesondere die frühzeitige Alarmierung der Einsatz- und Rettungsdienste (Punkt 5) wie auch der Verkehrsteilnehmerinnen und -teilnehmer.

Schon wenige zusätzliche Informationen können einen großen Effekt auf die Sicherheitsbewertung und frühzeitige Einleitung von geeigneten Maßnahmen haben, da z.B. Einsatz- und Rettungsdienste sich besser auf den Einsatz vorbereiten können. Beispielsweise ist es bei einem Unfall unter Beteiligung eines Gefahrguttransports für die Einsatzkräfte enorm wichtig, frühzeitig zu wissen, dass Gefahrgut involviert ist und auch, um welche Gefahrgutart es sich handelt – so wird eine gezieltere und sichere Einsatzplanung ermöglicht. Ebenso bereiten sich Einsatz- und Rettungsdienste anders auf einen Einsatz vor, wenn bekannt ist, dass ein batteriebetriebenes Fahrzeug involviert ist oder sogar geborgen werden muss. Zukünftig soll es auch möglich sein, Informationen direkt an die Fahrzeuge der im Tunnel befindlichen Verkehrsteilnehmerinnen und Verkehrsteilnehmer zu senden, so dass man den Insassen wichtige Verhaltenshinweise an die Hand geben kann (Punkt 7).

KI trainieren

Die KI soll helfen, die für die Tunnelsicherheit relevanten Daten herauszufiltern und zu analysieren.
Zusätzlich soll die KI bei der Erkennung unterstützen, ob es sich bei den von den Fahrzeugen übermittelten Daten um vertrauenswürdige Informationen handelt. Damit die KI aber erkennt, ob Informationen vertrauenswürdig oder überhaupt relevant für die Tunnelsicherheit sind, muss sie trainiert werden. Das bedeutet, dass man dem System aufzeigen muss, welche Daten relevant sind und wie sie gegebenenfalls auch in Kombination wichtige Hinweise auf eine sich anbahnende oder eingetretene gefährliche Situation liefern. Dazu muss im ersten Schritt ermittelt werden, welche unterschiedlichen Daten überhaupt aktuell und zukünftig von den Fahrzeugen gesendet werden (sollen). Im Umkehrschluss muss aber auch infrastrukturseitig formuliert werden, welche Daten man aus sicherheitstechnischen Fragestellungen benötigt. Hierbei ist es wichtig, diese Anforderungen frühzeitig an die Normungsorganisationen und Fahrzeughersteller zu kommunizieren, damit diese in zukünftigen Entwicklungen berücksichtigt werden. Aber auch die Infrastrukturbetreiber bzw. Tunnelbetreiber müssen wissen, wie und welche Technik als Grundlage geschaffen und bereitgestellt werden muss, damit das Senden, Empfangen und Verarbeiten von Nachrichten aus und in die Fahrzeuge überhaupt möglich wird.

KITT-Demonstrator im Straßentunnel

Aktuell findet der Aufbau und die Systemintegration eines KITT-Demonstrators in einem Straßentunnel in Stuttgart statt, an dem die Funktionalität überprüft werden soll. In den nächsten Monaten soll dann unter Realbedingungen getestet und bewertet werden, ob das KITT-System alle Situationen, auf die es trainiert wurde, erfasst und ob es selbstständig andere kritische Situationen erkennt. Im Ergebnis soll ein Konzept abgeleitet werden, welches die Basis zum Aufbau eines KI-basierten Systems beschreibt und Infrastrukturbetreiber dabei unterstützen soll, ihre Infrastruktur auf die Herausforderungen der vernetzten Mobilität vorzubereiten – und um diese auch zielgerichtet mit Unterstützung durch KI-Verfahren zu nutzen.

Zwar befinden sich aktuell noch relativ wenige Fahrzeuge auf den Straßen, die Daten mit der Infrastruktur austauschen. Dennoch ist es sehr wichtig, bereits heute die Grundlagen dafür zu schaffen, dass beim zukünftigen Betrieb oder der Errichtung neuer Kritischer Infrastrukturen die vielfältigen Potenziale der Digitalisierung genutzt werden, um die Sicherheit von Tunneln weiter zu erhöhen.

Das KITT-Projekt wird mit Mitteln des deutschen Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Bekanntmachung „Künstliche Intelligenz in der zivilen Sicherheitsforschung“ sowie des österreichischen Bundesministeriums für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus (BMLRT) im Rahmen des Förderungsprogramms für Sicherheitsforschung KIRAS gefördert. Das Projekt begann im Januar 2021 und läuft bis Dezember 2023. Das Fördervolumen beträgt ca. 2,6 Millionen Euro.

Projektpartner sind in Deutschland neben der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), die BUNG Ingenieure AG, die DÜRR Group GmbH, die SPIE OS-MO GmbH, das Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS sowie die Universität des Saarlandes und aus Österreich die ILF Consulting Engineers, das Austrian Institute of Technology (AIT), der österreichische Straßenbetreiber ASFiNAG, die Universität Wien sowie der österreichische Bundesfeuerwehrverband.

Autorin: Anne Lehan, Bundesanstalt für Straßenwesen

Ansprechpartner: Bundesanstalt für Straßenwesen (Verbundkoordination), Tel.: +49 2204 436307, E-Mail: kitt@bast.de

Weitere Informationen zum Verbundprojekt

Förderkennzeichen 13N15537 bis 13N15698

Projektlaufzeit: April 2021 – März 2023

Projektumriss KITT