Wie Expertise aus Hamburg urbane Mobilität weiterentwickelt

Im Oktober 2021 wird in Hamburg der ITS-Weltkongress zur Zukunft von Fortbewegung und Logistik stattfinden. Mit etwa 15.000 erwarteten Fachbesuchern ist es die weltweit größte Veranstaltung für intelligente Verkehrssysteme (Intelligent Transport Systems). Mitveranstalter sind neben der Hansestadt der europäische Industrie- und Interessenverband Ertico – ITS Europe sowie das Bundesverkehrsministerium.

„Der Verkehr erlebt derzeit den stärksten Wandel seit der Erfindung des Autos. Mit dem ITS-Weltkongress 2021 und darüber hinaus wollen wir Maßstäbe setzen, die urbane Mobilität sicher, leise, effizient und zuverlässig machen. Dazu gehören Vernetzung, Umweltfreundlichkeit, geteilte Mobilitätsangebote und viele weitere Lösungen, für die Hamburg die optimale Plattform ist“, erklärte Michael Westhagemann, Senator für Wirtschaft und Innovation der Freien und Hansestadt, im Rahmen einer Pressekonferenz der Gastgeber.

Die Schwerpunkt-Themen des Kongresses sind Automatisiertes und Vernetztes Fahren, Mobilitätsdienstleistungen, Digitale Hafen- und Logistiklösungen sowie Intelligente Infrastruktur. Zuletzt ergänzend hinzugekommen sind „Urbaner Luftverkehr“ und „Nachhaltige Mobilität“.

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Die Veranstaltung soll als Beschleuniger der vom Senat verabschiedeten ITS-Strategie fungieren. Hamburg wird sich als Modellstadt und Labor für intelligente Verkehrs- und Logistiklösungen positionieren und damit ihre Attraktivität für Menschen und Unternehmen als moderne, internationale Metropole im In- und Ausland unter Beweis stellen.

Für die Präsentationen 2021 laufen in der Hansestadt bereits 70 Projekte. So sollen erstmals in Deutschland Züge der Hamburger S-Bahn hoch automatisiert unterwegs sein: An Bord wird lediglich ein Zugbegleiter mitfahren, der möglichst nur im Notfall eingreifen soll. Hierfür ist die Strecke zwischen dem Hauptbahnhof und dem Stadtteil Bergedorf vorgesehen. Im Hamburger Straßenverkehr werden bereits autonom fahrende Autos und Shuttle-Busse erprobt, ebenso elektrobetriebene Sammeldienst-Fahrzeuge von Moia (VW) und ioki (Deutsche Bahn). Zudem geht es thematisch um Echtzeiterfassungen von Verkehrsströmen sowie um digitale Logistiklösungen für den Warenumschlag im Hafen.

Zahlreiche Hamburger Expertinnen und Experten, die für Science Scout bereits interviewt wurden, tragen zur großen Verkehrsoffensive bei. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen unter anderem verschiedene Aspekte der Mobilität, um möglichst nachhaltige Alternativen ermitteln zu können. Im Folgenden stellen wir einige von ihnen sowie ihre Forschungsansätze hinsichtlich der Mobilität kurz vor.

 

Prof. Dr.-Ing. Harald Sternberg

Wenn der Verkehr optimal fließen soll, dann ist eine smarte Navigation für alle Teilnehmer von Vorteil: Wo bin ich, wo muss ich hin? Wie erreiche ich mein Ziel am besten? Positionsbestimmungen sowie globale und lokale Vermessungen zählen zu den ältesten und gleichzeitig grundlegendsten Wissenschaften der Vergangenheit, die im derzeitigen digitalen Kontext immer bedeutender werden – beispielsweise für neue Navigationssysteme.  

Als Professor für Hydrographie und Geodäsie erforscht Harald Sternberg an der HafenCity Universität Hamburg seit vielen Jahren unterschiedlichste neue Messsysteme der Ingenieurgeodäsie und Geoinformatik und entwickelt diese für hoch spezifische Anwendungsfälle erfolgreich weiter. Er schafft dabei unter anderem 3D-Modelle von Umgebungen, welche die Wirklichkeit möglichst genau abbilden.

Die Positionierungsverfahren von Professor Sternberg basieren auf innovativen Kombinationsalgorithmen der Nutzung inertialer Messsysteme und der Schaffung lokaler Referenzsysteme. Damit können seine Verfahren GPS-unabhängig eingesetzt werden – sogar in geschlossenen Räumen. Ein neuer universeller Ansatz für die Orientierung in unbekannten Gebäuden auf Basis von Smartphones, die standardmäßig mit verschiedenen Sensoren ausgestattet sind und damit prinzipiell als Koordinatensystem genutzt werden können, erarbeitet Professor Sternberg aktuell in dem Forschungsprojekt ‚Level 5 Indoor Navigation‘.

Zentraler Bestandteil seiner Forschungsaktivitäten ist es, wirtschaftliche Multi-Sensorkonzepte mit hohen Genauigkeiten sowie mit Echtzeitfähigkeit zu konzipieren. Dafür greift Sternberg auch gerne interdisziplinäre Ansätze wie zum Beispiel Artificial Intelligence Methoden oder Algorithmen des Maschinellen Lernens auf und integriert diese in seine Lösungen: So ist es prinzipiell technisch machbar geworden, mit Ansätzen der künstlichen Intelligenz und des Maschinellen Lernens automatisierte Datenauswertungen zu programmieren oder mithilfe von Virtual Reality für Geodaten eindrucksvolle Datenaufarbeitungen zu generieren.

 

Prof. Dr. Tim Tiedemann

All die Daten der Welt nützen nichts im Verkehr, wenn man den eigenen Standort nicht bestimmen kann: Sensorik kann unter anderem dabei helfen, die eigene Position sowie – mit der richtigen Unterstützung – deren Kontext im Verkehr zu verstehen. Zudem ist die Sensorik essentiell für die digitale Transformation: Intelligente Sensoren finden sich nicht nur in innovativer Robotertechnik oder im Rahmen moderner Automatisierungen, sondern auch innerhalb smarter Mobilität. Professor Tiedemann von der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg ist als Generalist in Sachen Intelligente Sensorik besonders gefragt. Das liegt daran, dass jede potenzielle Anwendungsumgebung einzigartig ist, somit stellen auch Intelligente Sensoren stets spezielle Eigenkonstruktionen, bestehend aus Messgrößenerfassung und Datenverarbeitungseinheit, dar. Für umfassende Resultate aus den jeweilig verwendeten Sensor-Prinzipien bedient sich Professor Tiedemann auch den Erkenntnissen anderer Disziplinen wie der Künstlichen Intelligenz, des Data Minings oder auch des Maschinellen Lernens.

Innerhalb der autonomen Mobilität müssen wichtige Entscheidungen schnell und fehlerfrei getroffen werden: Das unverzügliche Erkennen wichtiger Hindernisse oder Hinweisschilder durch das autonome System ist hierbei das A und O, wofür Intelligente Sensoreinheiten maßgeblich sein können. Deshalb legt Professor Tiedemann besonderen Wert darauf, dass seine smarten Sensoren trotz aller Kompaktheit und Miniaturisierung nicht nur leistungsstark sind, sondern auch schnell auf äußere Impulse reagieren. Um dieses Ziel zu erreichen, kombiniert er sie mit Mikrocontrollern und Field Programmable Gate Arrays (kurz: FPGAs, das sind integrierte Schaltkreise der Digitaltechnik, in welchen eine logische Schaltung geladen werden kann). Auf diese Weise sind Sensoren flexibel einsetzbar und gleichzeitig sehr zuverlässig. Mit der Entwicklung von Sensornetzen und einzelnen Sensorknoten erforscht Professor Tiedemann zudem, wie sich neben einzelnen Datenverarbeitungen sogar ganze Objekte und Umgebungen umfassend erfassen lassen.

Um aktuellen Fragestellungen der Wirtschaft zu begegnen, orientiert sich Professor Tiedemann unter anderem an biologischen Vorbildern: So adaptierte er beispielsweise das Verhaltensmuster von Bienen und ließ dieses in den Auswertealgorithmus im Bereich autonomer Mobilität einfließen, um diese zu optimieren. Getestet wurde dieser anschließend in einem eigens von ihm konstruierten miniaturisierten Modell, bevor ein Upscaling in Normalgröße und eine Validierung unter Realbedingungen erfolgte. Im Rahmen dieser verkleinerten Dimensionen – also quasi im ‚Miniaturformat‘ – lassen sich selbst grundlegende Prinzipien großer und komplexer Herausforderungen einerseits genau verstehen und andererseits kostengünstig testen. Gleichzeitig bietet die Verkleinerung optimale Bedingungen, um unterschiedliche Parameter schnell zu ändern, zu optimieren und zu erproben.

© Christian Hinkelmann

Prof. Dr. Anika Sievers &
Prof. Dr. Thomas Willner

Die Suche nach Alternativen für traditionelle fossile Energiequellen beschäftigt verschiedene Branchen gleichermaßen. Die Automobilindustrie begegnet dieser Herausforderung mit der Entwicklung alternativer Antriebstechniken, die jedoch weitreichende Strukturänderungen voraussetzen, bevor sie ihr volles Potenzial entfalten können. Eine kostengünstige, nachhaltige und zeitnah umsetzbare Alternative können dagegen umweltschonendere Kraftstoffe mit neutraler Klimabilanz sein, die Professorin Sievers und Professor Willner vom Department Verfahrenstechnik an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg entwickeln. In ihrem Labor für Kraftstoffanalytik und Hochdruck erforschen sie die Umwandlung von Rohstoffen wie verbrauchten Ölen und Fetten, Holz, Kunststoffabfällen oder anderen organischen Materialien zu hochwertigen Treibstoffen.

Insbesondere die Zuverlässigkeit der Prozessführung, die Flexibilität der Prozessverfahren im Hinblick auf die unterschiedlichen Rohstoffeigenschaften, die Produktqualität sowie eine wirtschaftliche Umsetzbarkeit behält das Forscher-Duo dabei stets im Blick. Nach diesen Kriterien konnte ein robustes, energiesparendes und preisgünstiges Verfahren für die Produktion von Biokraftstoffen von Professorin Sievers und Professor Willner entwickelt und erfolgreich im Technikumsmaßstab umgesetzt werden. Das bietet nicht nur Unternehmen aus dem Bereich der Lebensmittelverarbeitung, Abfallentsorgung und Landwirtschaft neue Möglichkeiten des Abfallmanagements, sondern auch Raffinerien ergänzende Produktionsmöglichkeiten für Biokraftstoffe wie Diesel, Benzin oder Kerosin.

 

Prof. Dr.-Ing. Jochen Kreutzfeldt

Öffentliche Busse transportieren bisher üblicherweise ausschließlich Personen — Pakete oder etwa Stückgut werden hier beispielsweise noch nicht mitgenommen. Doch der Transport von Waren im öffentlichen Nahverkehr könnte grundlegend für ein nachhaltiges Mobilitätssystem sein: Jochen Kreutzfeldt ist Professor für technische Logistik an der Technischen Universität Hamburg und forscht mit den Schwerpunkten Logistische Systeme und Produktionssysteme. Dafür analysiert er unter anderem die technische Integration des Warentransportes in den bestehenden und automatisierten Busbetrieb. Neben der Erforschung nachhaltiger Mobilitätssysteme untersucht Professor Kreutzfeldt Produktionssysteme. Zudem erforscht Professor Kreutzfeldt auch außerhalb der internen Logistik die Warenflüsse der gesamten Lieferkette: So wird an seinem Institut ermittelt, wie neuartige Ladungsträger mit Sensorik ausgestattet werden können, um auch Kundinnen und Kunden oder Lieferantinnen und Lieferanten Informationen über den Ort und Zustand des Produkts zu liefern.

Anhand seiner transferaffinen Forschung entwickelt Professor Kreutzfeldt Logistik-Software, analysiert Produktionsprozesse oder erstellt Gutachten. Zudem führt der Wissenschaftler Standortanalysen für Produktionslager durch, in dem er umfassende Ist-Analysen und Soll-Szenarien erstellt. Die Basis seiner Arbeit ist Interdisziplinarität, was sich in Kooperationen mit Baubehörden, Softwareunternehmen, Verkehrsbetrieben oder der Luftfahrt widerspiegelt.

Prof. Dr. Dr. h. c. Wolfgang Kersten

Innerhalb der Logistikforschung nimmt Professor Kersten nicht nur aktuelle Stellschrauben ins Visier, sondern er untersucht vielmehr die Auswirkungen wissenschaftlicher Erkenntnisse auf das Gesamtsystem der Logistik. Als Leiter des Instituts für Logistik und Unternehmensführung an der Technischen Universität Hamburg berücksichtigt er in seiner Forschung sowohl den Menschen, der wesentliches Bindeglied innerhalb der Logistik ist, als auch neuste Technologien, wie schwache Künstliche Intelligenz, Prozesstechnologien, absehbare Technologiesprünge oder Blockchain. So beschleunigt Professor Kersten beispielsweise mithilfe der Blockchain-Technologie die Containerfreigabe während der Verladung auf LKWs im Hamburger Hafen. Dank des dezentralen Systems – wie das einer Blockchain – ist es möglich, alle relevanten Informationen der beteiligten Unternehmen während der Freigabe digital bereitzustellen, bei gleichzeitig hohem Datenschutz und Vertrauen in die Echtheit der Daten.

Professor Kersten sieht die Digitalisierung der Logistik als das prägende Thema für die nächsten Jahre. Im Mittelpunkt stehen für ihn dabei drei sich gegenseitig bedingende Kernpunkte, die es zu erforschen und zu verändern gilt. Aus technischer Perspektive müssen logistische Anwendungsfälle von Künstlicher Intelligenz, der E-Mobilität sowie von Blockchain untersucht werden. Dies ist wiederum eng mit der Organisationsstruktur von Unternehmen verknüpft und drittens mit dem Menschen als gleichzeitig beeinflusster und beeinflussender Faktor. In seiner Forschung fragt Professor Kersten kritisch nach den Risiken, den Beweggründen und den Vorteilen der Digitalisierung. 

Der ITS-Weltkongress zur Zukunft von Fortbewegung und Logistik findet vom 11. bis 15. Oktober 2021 im modernisierten CCH sowie in den Messehallen statt. 

Die Veranstaltung soll rund 10.000 Expertinnen und Experten aus den Bereichen Verkehr, Telekommunikation, Informationstechnologie, Wissenschaft und Politik in die Hansestadt Hamburg bringen.

Bildernachweis

HEAT: © HOCHBAHN
Osterstraße Hamburg: © Christian Hinkelmann / Mediaserver Hamburg

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