Künstliche Intelligenz und Lidar Die schlaue Fußgängerampel sorgt für Sicherheit

Forscher wollen mit Lidar-Sensoren und künstlicher Intelligenz die Sicherheit im Straßenverkehr erhöhen. Lidar-Sensoren und eine KI reagieren dynamisch auf Fußgänger.

Mit der sogenannten Grünen Welle soll der Verkehr ohne viel Stillstand durch eine Stadt geleitet werden. Die Ampeln schalten bei einer bestimmten Geschwindigkeit der Fahrzeuge auf Grün. Cleverer geht das mithilfe von künstlicher Intelligenz. Im Projekt „KI4LSA“ untersuchen Fraunhofer-Forscher und Entwickler von Stührenberg, wie sich der Verkehrsfluss optimieren lässt. Dazu bedienen sie sich der künstlichen Intelligenz (KI), einer aufbauenden Echtzeitprognose und der anschließenden Schaltung der Ampel (Lichtsignalanlage).

Jetzt geht es in die nächste Stufe: Die künstliche Intelligenz kommt in Fußgängerampeln. Dabei soll die Wartezeit gesenkt und gleichzeitig die Sicherheit der Fußgänger erhöht werden. Der Name des Projekts „KI4PED“. Ziel ist eine bedarfsgerechte Steuerung der Fußgängerampeln. Gerade bei Fußgängerampeln sind die Grünphasen oftmals sehr kurz. Obwohl Fußgänger über einen Schalter Grün anfordern können, liefert das keine individuellen Informationen. Vom Projekterfolg versprechen sich die Forschungspartner ein bedarfs- und situationsgerechtes Steuerungskonzept.

Die vier Forschungsfragen

Der Hersteller von Lichtsignalanlagen Stührenberg aus Detmold und die Fraunhofer-Forscher haben sich folgende Forschungsfragen gestellt:

• Wie lassen sich Personen beleuchtungsunabhängig und DSGVO-konform erkennen und per Lidar und KI tracken?

• Wie lässt sich Wartezeit an einer Fußgängerampel bei hohem Personenaufkommen verkürzne, ohne den Autoverkehr zu lange aufzuhalten?

• Wie verbessert sich die Verkehrssicherheit an einer Fußgängerampel mit KI, besonders für mobiliätseingeschränkte (vulnerable) Personen?

• Wie lässt sich ein System in bestehende Ampeln kostengünstig als sogenanntes „Retrofit“ integrieren?

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Ansatz mit künstlicher Intelligenz

Eine intelligente und sich selbst optimierende Ampelsteuerung reagiert dynamisch auf Fußgänger, verkürzt Wartezeiten und trägt zur Verkehrssicherheit bei. Dazu wollen die Forscher des Fraunhofer IOSB-INA unter anderem einen Algorithmus zur intelligenten Bilderkennung entwickeln. Das Lidar-Verfahren generiert vollkommen datenschutzkonform und anonym Daten. Auf dieser Basis sollen nicht nur Personen und Personengruppen, sondern auch Kinderwagen, Rollstuhlfahrer und weitere Verkehrsteilnehmer erkannt werden und ob sie die Straße überqueren wollen.

Der gewählte Ansatz soll dabei weitestgehend robust gegenüber Beleuchtungseinflüssen und aufgrund eines DSGVO-konformen Gesamtsystemansatzes unbedenklich sein. Die Robustheit bezieht sich vor allem auch auf widrige Bedingungen wie Gegenlicht, Dunkelheit oder Reflexionen sowie den Einsatz weniger Ressourcen.

Das selbst gesetzte Ziel: Personen beleuchtungsunabhängig erkennen und mit KI tracken. Das alles mit Lidar-Sensoren und einer Erkennungsleistung von mindestens 90 Prozent. Carsten Fischer, Geschäftsführer Stührenberg, freut sich auf das neue Forschungsprojekt: „Auch für unsere Unternehmung ist die Einführung einer KI-Verkehrssteuerung ein erster und großer Schritt. Mit der KI beginnt ein neues und modernes Zeitalter für die Straßenverkehrstechnik, die in der Zukunft noch viele Änderungen mit sich bringen wird.“

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Unterschiede zu bisherigen Ansätzen

Bei bisherigen Ansätzen, um eine Fußgängerampel anzusteuern dienten häufig video-optische Sensoren. Gerade bei widrigen Beleuchtungsverhältnissen waren die verwendeten Ansätze eher ungeeignet. Nicht zuletzt auch aufgrund des von außen nicht erkennbaren Datenschutzes. Aktuelle KI-Verfahren sind in der Qualität häufig verzerrt, da für das Training hauptsächlich Bilder aus dem westlichen Kulturkreis verwendet werden. Die Datenbasis ist ungeeignet und die KI erkennt Menschen anhand ihrer Hautfarbe mitunter nicht oder schlecht. Die angestrebte Lösung soll weitgehend unabhängig von Beleuchtungseinflüssen, DSGVO-konform by Design, als eingebettetes System einfach in bestehende Ampelanlagen nachrüstbar sowie diskriminierungsfrei sein.

Zunächst testen die Forschungspartner verschiedene Sensoren auf dem Gelände des Fraunhofer IOSB-INA bei verschiedenen simulierten Beleuchtungsbedingungen, um die notwendige Erkennungsleistung zu bestimmen. In der Umsetzungsphase werden das Fraunhofer-Institut und Stührenberg an ausgewählten Fußgängerampeln in Lemgo und Bielefeld Daten mit Lidar-Sensoren aufzeichnen und auf dieser Grundlage eine KI-basierte Vorhersage der Überquerungsabsicht von Personen entwickeln.

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Integration in bestehende Ampelanlagen

Gleichzeitig untersuchen die Forscher, wie sich das System in bestehende Ampelanlagen integrieren lässt. Im Rahmen der Evaluation prüft man, ob sich das System an den genannten Standorten eignet und ob es robust gegenüber verschiedenen Lichtverhältnissen ist.

Projektleiter vom Fraunhofer IOSB-INA, Dr. Dennis Sprute, freut sich auf die Zusammenarbeit: „Mit Stührenberg haben wir abermals einen erfahrenen und kompetenten Partner an unserer Seite – und mit Lemgo und Bielefeld fortschrittliche und aufgeschlossene Austragungsorte. Besonders freuen wir uns, dass das Vorhaben auch von Straßen.NRW unterstützt wird. Viel bessere Rahmenbedingungen für ein solches Projekt kann man sich kaum wünschen.“

Direktor des Fraunhofer IOSB-INA und Projektinitiator, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite, unterstreicht das Potenzial der Technik: „Mit diesen ‚mitdenkenden‘ Ampeln können wir einen wichtigen Beitrag zu Steigerung der Sicherheit von Fußgängern und des Verkehrsflusses leisten.“

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