Wie können Drohnen den Straßenverkehr verbessern?

Verantwortlicher Forscher: Bruno Benevit

Originaltitel: Anwendungen unbemannter Luftfahrzeuge (UAV) in der Verkehrssicherheit, im Verkehrs- und Autobahninfrastrukturmanagement: Aktuelle Fortschritte und Herausforderungen

Autoren: Fatma Outay, Hanan Abdullah Mengash und Muhammad Adnan

Interventionsort: -

Stichprobengröße: 91 Studien

Sektor: Verkehrswirtschaft

Variable von Hauptinteresse: Straßenverkehr

Art der Intervention: Drohnen

Methodik: Systematische Überprüfung

Zusammenfassung

Unbemannte Luftfahrzeuge, im Volksmund auch Drohnen genannt, werden häufig zur Überwachung und Verbesserung verschiedener Gebiete eingesetzt. Der Landverkehr ist einer der Sektoren, die am meisten von diesem Instrument profitieren. In diesem Artikel wurde ein Überblick über die neuesten Fortschritte bei Drohnen für den Straßensektor gegeben, wobei drei Funktionen hervorgehoben wurden: Verbesserung der Straßensicherheit, Verkehrsüberwachung und Infrastrukturmanagement. In dem Artikel werden Fortschritte bei Computer-Vision-Algorithmen zur Extraktion von Informationen aus von Drohnen aufgenommenen Videos und Bildern erörtert und mit Verbesserungen der drei Hauptfunktionen in diesem Sektor in Zusammenhang gebracht. Die Autoren diskutieren auch die Hindernisse, die mit der flächendeckenden Einführung von Drohnen verbunden sind, und mögliche Lösungen zu deren Überwindung.

1. Politikproblem

Der Einsatz von Drohnen erfreut sich in vielen Branchen großer Beliebtheit und ermöglicht eine sicherere und umweltschonendere Durchführung von Aufgaben im Vergleich zu pilotierten Flugeinsätzen (OUTAY; MENGASH; ADNAN, 2020). In diesem Zusammenhang ist der zivile und kommerzielle Drohnenmarkt um 19 % gewachsen (JOSHI, 2019), was allein in den Vereinigten Staaten mit mindestens 100.000 Arbeitsplätzen verbunden ist. Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig und umfassen Bereiche wie Immobilien, Versicherungen, Landwirtschaft, Gesundheitswesen und Überwachung.

Im Transportsektor bietet dieses Tool eine Reihe von Lösungsansätzen zur Verbesserung. Diese Technologie ermöglicht insbesondere die Überwachung des Verkehrs und des Fahrerverhaltens durch die Erfassung von Daten, die von an Drohnen angebrachten Kameras gesammelt werden. Diese Daten können für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden, z. B. zur Überwachung und Überwachung, zur Erkennung von Verkehrsverstößen, zur Bewältigung von Verkehrsstaus, zur Optimierung von Signalen und zur Extraktion von Fahrzeugtrajektorien zur Beantwortung von Forschungsfragen im Zusammenhang mit der Risikobewertung von Unfällen.

Der US-Kongress erkannte die Vorteile dieser Technologie und forderte 2012 die Integration kleiner Drohnen in den Luftraum. Seitdem haben Unternehmen wie Amazon damit begonnen, sie für Lieferungen einzusetzen. Infolgedessen kam es zu einer Ausweitung der Finanzierung und Forschung im Bereich Drohnen, insbesondere im Transportsektor. Daher ist es wichtig zu verstehen, wie Drohnen eingesetzt werden, welche Vorteile sie haben, welche Hürden es bei der Implementierung gibt und welche Bereiche verbesserungswürdig sind.

2. Verfahren

Die Methodik dieses Artikels konzentrierte sich auf die Durchsicht der Literatur zum Einsatz von Drohnen in drei Funktionalitäten für den Transportsektor: Verkehrssicherheit, Verkehrsüberwachung und -management sowie Straßeninfrastrukturmanagement.

Daher war es das Ziel der Autoren, alle online verfügbaren relevanten Materialien zu sammeln und zusammenzustellen, darunter Zeitschriftenartikel, Konferenzen, Grundsatzdokumente, technische Berichte, Projektergebnisse, Buchkapitel und Webseiten. Der zeitliche Umfang der Artikelsuche berücksichtigte den Zeitraum von 2000 bis 2020 in den Datenbanken SCOPUS und Google Scholar. Die erhaltenen Studien wurden aufgrund ihrer Relevanz für das spezifische Verkehrsthema ausgewählt.

Anschließend wurde die Forschungsliteratur in Tabellen zusammengefasst, wobei die Fälle hervorgehoben wurden, in denen die Anzahl der Untersuchungen größer war, und die Entwicklung von Methoden und Technologien hervorgehoben wurde. Patente wurden bei der Überprüfung nicht explizit berücksichtigt. Darüber hinaus ist anzumerken, dass sich die Überprüfung auf Anwendungen konzentrierte, die von kleinen Drohnen durchgeführt werden, die im Allgemeinen mit Propellern ausgestattet sind, die es ihnen ermöglichen, von jedem Punkt aus zu starten, und nicht auf Starrflügeldrohnen, die Einrichtungen wie Startbahnen erfordern.

3. Verkehrssicherheit

Hinweise in der Literatur zum Einsatz von Drohnen zur Verkehrssicherheit heben zwei Hauptanwendungsbereiche hervor: Unfalluntersuchung und Risikobewertung. Im Hinblick auf die Untersuchung von Unfällen hat die Technologie erhebliche Fortschritte bei der Rekonstruktion von Szenen aus Fotos und Videos ermöglicht, die von Drohnen aufgenommen wurden. von Bildern Herausforderungen wie Aufnahmewinkel und -höhe gab, haben Verbesserungen bei Drohnen und Bildverarbeitungssoftware Die Methoden hierfür umfassen Flugplanung, Datenerfassung und -übertragung, Bildverarbeitung zur Erstellung von 3D-Modellen und Systemvalidierung. Trotz der Beiträge weisen Studien auf die Notwendigkeit einer groß angelegten Implementierung und Vergleiche zwischen verschiedenen Systemen hin, um die Szenenrekonstruktion zu optimieren.

Was die Risikobewertung betrifft, ermöglichte der Einsatz von Drohnen detaillierte Analysen der Fahrzeugtrajektorien und überwand damit die Einschränkungen herkömmlicher Methoden, wie z. B. feste Kamerawinkel, die an physischen Strukturen montiert sind. Laut den Autoren wurden in aktuellen Studien Algorithmen zur Erkennung gefährlicher Ereignisse und zur Bewertung von Kollisionsrisiken entwickelt, die Maßnahmen wie die Zeit bis zur Kollision einbeziehen. Einige Vorschläge nutzen mehrere Drohnen und Fahrzeugnetzwerke für eine effektivere Überwachung, während andere in integrierte Sichtsysteme zur automatischen Erkennung ungewöhnlicher Situationen investieren. Darüber hinaus wurden auch Bemühungen zur Priorisierung festgestellt, beispielsweise durch die Einführung von Geländemodellen und die Bewertung der Sichtweiten in kritischen Bereichen.

4. Verkehrsüberwachung und -management

In Bezug auf die Verkehrsüberwachung und -steuerung zeigt die Literatur, dass Drohnen eine bedeutende Rolle bei der Verkehrsüberwachung und -steuerung gespielt haben, insbesondere bei der Verarbeitung von Videos zur Extraktion von Verkehrsparametern. Dank Fortschritten bei Computer-Vision-Algorithmen wie Bildmerkmalsextraktion und Deep Learning ist es möglich geworden, Fahrzeuge zu erkennen, ihre Flugbahnen zu verfolgen und Parameter wie Geschwindigkeit, Dichte und Durchfluss zu berechnen. In ersten Studien wurden Starrflügeldrohnen verwendet, die groß und teuer waren, aber Fortschritte in der rotierenden Drohnentechnologie, die leichter und erschwinglicher ist, haben ihre Anwendung erweitert (OUTAY; MENGASH; ADNAN, 2020). Solche Geräte ermöglichten sowohl die Bilderfassung als auch die Analyse in Echtzeit und/oder offline .

Drohnen wurden auch bei der Verkehrsflussanalyse eingesetzt und trugen zur Untersuchung von Straßengeometrien, Verkehrsverhalten und Fahrzeugverfolgungsmodellen bei. Aus Luftvideos extrahierte Daten ermöglichen Analysen wie die Erkennung von Lücken an Kreuzungen, die Identifizierung von Stoßwellen an Ampeln und die Bewertung der Leistung von Kreisverkehren. Darüber hinaus hat die Anwendung von Lernmodellen es ermöglicht, komplexes Verkehrsverhalten in dynamischen und überlasteten städtischen Szenarien zu verstehen. Aktuelle Studien verdeutlichen auch das Potenzial des Masseneinsatzes von Drohnen („Schwärmen“) zur Erfassung großräumiger Daten, die komplexe städtische Netzwerke abdecken und neue Perspektiven für das Verständnis von Staus und ihrer Ausbreitung bieten.

5. Straßeninfrastrukturmanagement

Der Einsatz von Drohnen im Straßeninfrastrukturmanagement wurde in Bereichen wie der Brückeninspektion und der Überwachung des Straßenzustands untersucht. Bei Brückeninspektionen bieten Drohnen Vorteile wie Zeitersparnis, weniger Verkehrsstörungen und einen geringeren Bedarf an Spezialausrüstung. Mit hochauflösenden Kameras und Infrarot-Thermografietechnik ausgestattete Drohnen können Bauschäden effizient erkennen und den Zustand von Brücken überwachen. Fortschrittliche Bildverarbeitungsmethoden wie verbesserte Kantenerkennungsalgorithmen und tiefe neuronale Netze haben eine höhere Genauigkeit bei der Erkennung von Rissen und anderen Fehlern gezeigt. Auf diese Weise bietet diese Technologie eine sicherere und wirtschaftlichere Alternative zu herkömmlichen Methoden (OUTAY; MENGASH; ADNAN, 2020).

Bei der Straßenüberwachung werden Drohnen eingesetzt, um Straßenoberflächen zu kartieren, Unregelmäßigkeiten zu erkennen und Zustände wie Risse und Verformungen zu beurteilen. Die Integration der von Drohnen aufgenommenen Bilder mit Werkzeugen wie Bodenradar und Photogrammetrie hat vielversprechende Ergebnisse bei der Gewinnung detaillierter Daten über die Infrastruktur gezeigt. Darüber hinaus wurden spezielle Algorithmen zur Analyse dreidimensionaler Punktwolken entwickelt, die die Rekonstruktion digitaler Straßenmodelle und die Erkennung von Störungen mit hoher Präzision ermöglichen. Trotz der Fortschritte betonen die Autoren, dass Herausforderungen wie die Notwendigkeit einer strengen Systemvalidierung und die technische Komplexität für Großanwendungen immer noch die weit verbreitete Einführung dieser Technologie einschränken.

6. Vorschriften, Herausforderungen und Lehren der öffentlichen Ordnung

In den letzten Jahren zielten regulatorische Fortschritte, wie sie beispielsweise von der Europäischen Union vorgeschlagen wurden, darauf ab, den Einsatz von Drohnen und damit verbundenen Technologien im städtischen Kontext zu harmonisieren. Der großflächige Einsatz von Drohnen steht jedoch vor erheblichen Herausforderungen, insbesondere im Zusammenhang mit Luftraumvorschriften und technologischen Einschränkungen. Vorschriften verlangen häufig, dass Drohnen innerhalb des Sichtfelds des Bedieners operieren, legen Beschränkungen hinsichtlich Gewicht, Flughöhe und Nachtbetrieb fest und erfordern darüber hinaus spezielle Schulungen und Zertifizierungen. Obwohl einige Länder wie Spanien und Frankreich flexiblere Standards eingeführt haben, erfordert die sichere Integration von Drohnen in städtische Umgebungen Fortschritte bei Fehlererkennungssystemen und widrigen Wetterbedingungen. Darüber hinaus ist die Einführung technologischer Plattformen für das Flugverkehrsmanagement erforderlich, wie beispielsweise das in China implementierte cloudbasierte System.

Neben regulatorischen Herausforderungen schränken auch technologische Einschränkungen, wie etwa kurze Batterielaufzeiten, den Einsatz von Drohnen ein. Fortschritte bei Lithiumbatterien und Wasserstoffbrennstoffzellen sowie die Nutzung von Solarenergie wurden untersucht, um die Flugzeit zu verlängern. Parallel dazu wurden Algorithmen zur Routenplanung und Energieoptimierung entwickelt, um die Missionseffizienz zu maximieren. Allerdings bleiben Themen wie Cybersicherheit und gesellschaftliche Akzeptanz Herausforderungen, was die Notwendigkeit von Ansätzen unterstreicht, die Automatisierung und menschliche Interaktion im Flugverkehrsmanagement in Einklang bringen.

Die in diesem Artikel vorgestellten Erkenntnisse aus der Drohnenliteratur helfen dabei, die Herausforderungen und möglichen Lösungen für die groß angelegte Einführung von Drohnen zu verstehen und unterstützen die Formulierung öffentlicher Richtlinien, die den sicheren und effizienten Einsatz dieser Technologie fördern. Trotz technischer und regulatorischer Herausforderungen haben Drohnen großes Potenzial, die Produktivität zu steigern und die Kosten im Transportsektor zu senken und die Sicherheit, Überwachung und Verwaltung der Straßeninfrastruktur erheblich zu verändern.

Referenzen

JOSHI, D. Einsatz und Anwendungen der Drohnentechnologie für kommerzielle, industrielle und militärische Drohnen im Jahr 2020 und in der Zukunft : Vorschau des Business Insider Intelligence-Forschungsberichts über Drohnen für Unternehmen. [sl: sn]. . Zugriff am: 13. Jan. 2025.

OUTAY, F.; MENGASH, HA; ADNAN, M. Anwendungen unbemannter Luftfahrzeuge (UAV) in der Verkehrssicherheit, im Verkehrs- und Autobahninfrastrukturmanagement: Aktuelle Fortschritte und Herausforderungen. Verkehrsforschung Teil A: Politik und Praxis , vol. 141, S. 116–129, Nov. 2020.