Verkehrssteuerung Quantencomputing-Initiative soll Ampelsteuerung optimieren

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Die Management- und Technologieberatung BearingPoint unterstützt als Auftragnehmer die DLR Quantencomputing-Initiative des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt im Bereich des Straßenverkehrs mit Schwerpunkt auf der optimierten Ampelsteuerung.

Quantencomputer gelten als Schlüsseltechnologie für die Zukunft mit großem Potenzial. Laut den Roadmaps der Hardware-Hersteller kann dieses aber erst in den kommenden Jahren realisiert werden. Doch lässt sich bereits heute von diesen quanteninspirierten Ansätzen auf gewöhnlicher Computerhardware profitieren? Kann man einen fließenden Übergang für die nächsten Jahre schaffen, um mit geringem Aufwand neue Erkenntnisse und Fähigkeiten zu nutzen? Funktionieren derartige Ansätze im Realbetrieb einer Verkehrssteuerung? Für diese Ziele hat die DLR Quantencomputing-Initiative (DLR QCI) entsprechende Aufgaben des Projektes „Quantum-Inspired Traffic Signal Control“, kurz QI-TraSiCo an die Management- und Technologieberatung BearingPoint vergeben.

Staus reduzieren

Die Umsetzung ist in einem realen Testfeld in Augsburg vorgesehen, wo die Ampelanlagen erstmals im Live-Betrieb digital gesteuert werden sollen. Über mehrere Straßenkreuzungen hinweg wird der Verkehrsfluss kontinuierlich und automatisiert analysiert. Das System passt die Ampelschaltungen in Echtzeit an die aktuelle Verkehrssituation an und optimiert somit den Verkehrsfluss. Durch diese intelligente Steuerung sollen nicht nur Staus, Wartezeiten und Umweltbelastungen deutlich reduziert, sondern auch Radfahrer und Fußgänger gezielt berücksichtigt werden.

Intelligente Ampeln im Fokus

Bislang ist die Live-Optimierung von Straßennetzwerken mit einer Vielzahl von Lichtsignalanlagen eine große Herausforderung. Optimierungsansätze für netzweite Steuerungen sind zwar bekannt, waren jedoch bislang nicht mit hinreichender Qualität in Echtzeit ausführbar, weil klassische Verkehrsrechner nur eine beschränkte Rechenleistung besitzen. Das Quantencomputing bietet an dieser Stelle neue Möglichkeiten. Mit den geplanten Methoden lässt sich eine große Anzahl verschiedener Schaltvarianten für jede Lichtsignalanlage innerhalb eines Lösungsraums in Echtzeit berechnen und prüfen. Das Optimum kann so ermittelt und an den Lichtsignalanlagen live geschaltet werden. Die Projektpartner – neben Bearingpoint und dem DLR das Fraunhofer CML, Multiverse Computing, Gevas Humberg & Partner sowie Stührenberg – werden eine quanteninspirierte Systemlösung entwerfen und umsetzen. Die Systemlösung wird zunächst prototypisch im Labor für Intelligente Verkehrssysteme des DLR getestet, bevor die Kopplung mit dem Testfeld in Augsburg erfolgt, um dort die realen Lichtsignalanlagen im Live-Betrieb zu steuern.

Partnernetzwerk

Am „Quantum-Inspired Traffic Signal Control“ bringt sich BearingPoint mit einem Verständnis der für dieses Projekt relevanten Technologien im Bereich der quanteninspirierten Methoden ein, zum Beispiel mit Erfahrung in Tensor-Netzwerken. Das Fraunhofer CML wird seine Erfahrung in der mathematischen Optimierung und dem Quantencomputing einbringen und sich auf die Formalisierung und Problemmodellierung konzentrieren. Multiverse Computing mit entsprechender Expertise im quanteninspirierten Computing soll entsprechende Software umsetzen. Das Ingenieurbüro Gevas Humberg & Partner wird für die verkehrstechnische Entwicklung der lokalen und netzweiten LSA-Steuerungsverfahren, die Verkehrssimulation und die verkehrliche Evaluation verantwortlich sein. Stührenberg unterstützt das Projekt in beratender Funktion bei der Entwicklung sowie der systemtechnischen Umsetzung der Verkehrssteuerung, insbesondere auch bei der Spezifikation der Schnittstellen zu den LSA-Steuerungen.

Quantencomputing-Ökosystem aufbauen

Gemeinsam wollen die Projektpartner ein für Deutschland und Europa wichtiges Ökosystem im Bereich des Quantencomputings aufbauen. „In der Verkehrssteuerung nutzen wir die Chance, das disruptive Potenzial des Quantencomputings bereits heute auf die Straße zu bringen“, erklärt Reinhard Geigenfeind, Partner bei BearingPoint und verantwortlich für das Projekt. „Und nicht nur das. Unser Technologieansatz erlaubt es, die Ergebnisse sowohl im Verkehrssektor zu skalieren als auch in vielen anderen Bereichen. Mit unseren Kunden aus verschiedensten Branchen entwickeln wir bei BearingPoint schon heute praxisnahe branchenübergreifende Lösungen. Dabei arbeiten wir eng mit dem Ökosystem der DLR QCI und mit vielen weiteren exzellenten Technologiepartnern zusammen. So treiben wir konkurrenzfähige und souveräne deutsche und europäische Lösungen voran." (se)

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