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Eine autonome Verkehrssimulation aus dem Digital Experience Lab am Swiss Testing Day 2018

Grosse Augen und staunende Gesichter sind vorprogrammiert, wenn autonome Modellautos in rasanter Geschwindigkeit kollisionsfrei über eine Kreuzung flitzen. Mit diesem Showcase – einer im Digital Experience Lab entwickelten Verkehrssimulation – möchten wir Sie auch an der kommenden Doppelkonferenz Swiss Testing Day 2018 / DevOps Fusion 2018 begeistern. Immer wieder eröffnen sich darüber interessante Gespräche, denn die Simulation gibt einen anschaulichen Eindruck über die fortschreitende Digitalisierung und wie sie sich auf unseren Alltag auswirkt. In diesem Blog-Beitrag möchten wir Ihnen kurz zeigen, welche Technik und Entwicklung hinter dem Projekt steht.

 

Am Anfang stand ein Forschungsprojekt

Auch wenn man zuerst denken möchte, Autorennbahnen wären nur etwas für Spielkinder – der Hintergrund des Projekts ist ein sehr ernster. Die Idee entstand aus dem Forschungsprojekt “Intelligente Verkehrsinfrastruktur zum sicheren und vernetzten Fahren in der Megacity” (kurz InVerSiV), an dem, neben der Technischen Universität Dortmund und einigen Automobilpartnern, auch adesso beteiligt ist. Ziel der Forschung ist es, den Verkehrsraum für autonome Fahrzeuge leichter erfassbar zu machen. Durch die Verknüpfung der Sensorik der Verkehrsteilnehmer mit standortfesten Sensoren (z.B. in Strassenlaternen oder Leitpfosten) kann eine sehr detaillierte Umfeldkarte erstellt werden, die weit über den Erfassungsbereich des einzelnen Fahrzeugs hinausgeht. Was mit solchen Daten im Verkehr der Zukunft möglich wäre, zeigen wir in unserem Modell.

 

Die digitale Rennbahn

Bei unserer Suche nach Basis-Plattformen stiessen wir nach einigem Experimentieren und Testen auf die Anki Overdrive-Bahn. Der amerikanische Hersteller bewirbt sein Produkt als “die Rennbahn der Zukunft” – und tatsächlich wirkt die Bahn deutlich moderner als andere traditionelle Konkurrenten. Auf den ersten Blick fällt auf, dass die Fahrzeuge hier nicht durch Schlitze in der Fahrbahn gelenkt werden, sondern sich selbst lenken müssen. Zudem fehlen die klassischen Handregler für die Geschwindigkeit. Stattdessen steuert man die Rennautos über eine App auf dem Smartphone.

Ankibahn

 

 

 

 

 

 

Link zum Video: https://youtu.be/FTUjVjSg718

 

Die technische Umsetzung – Eine IoT-Lösung mit künstlicher Intelligenz

Genau an diesem Punkt starten wir und ersetzen die Smartphone-App und die manuellen Eingriffe der Spieler durch einen Kleinst-Computer mit unserer eigenen intelligenten Software. Tatsächlich sind die kleinen Fahrzeuge erstaunlich schlau und nehmen uns bereits einiges an Arbeit ab. Durch eine Kamera unter dem Fahrzeugboden erfassen sie ein Linienmuster, das unter der infrarotdurchlässigen Oberfläche der Streckenteile verborgen ist. Das Muster besteht aus vielen feinen Leitlinien, anhand derer die Fahrzeuge den Streckenverlauf erkennen und ihm selbstständig folgen können. Ergänzt werden die Leitlinien durch einen barcodeähnlichen Streckencode, der Informationen über die Art des Streckenstücks sowie über den Abstand von der Fahrbahnmitte enthält.

 

Über die Bluetooth-Schnittstelle senden die Autos jedes Mal eine Nachricht, wenn sie ein Stück des Streckencodes erfasst haben oder ein neues Streckenstück erreichen. Gleichzeitig erwarten die Fahrzeuge jederzeit neue Befehle in Form von Geschwindigkeits- oder Spurwechselkommandos.

 

Mit diesen Möglichkeiten lässt sich bereits einiges anfangen. Für unsere Kreuzungssteuerung muss die Software aber die aktuelle Position jedes Fahrzeugs genau vorhersagen können. Dazu benötigen wir zunächst ein Modell der Rennstrecke. Vor jedem Einsatz fährt daher ein Fahrzeug die gesamte Strecke mit niedriger Geschwindigkeit ab. Aus den dabei gelesenen Streckencodes kann unsere Software die Strecke nach und nach zusammensetzen, bis eine vollständige Karte bekannt ist. Anhand dieser können wir aus den Fahrzeugdaten die genaue Position errechnen und auch visuell darstellen.

 

Die intelligente Kreuzung

Nachdem die technischen Voraussetzungen geschaffen sind, können wir uns nun endlich um die eigentliche Fahrzeugsteuerung kümmern. Jedes Fahrzeug wird dabei von einem autonomen Agenten kontrolliert, der ausser seinen eigenen Fahrzeugdaten nur die Streckenkarte und die Schnittstelle der Kreuzung kennt. Die Absprache der Fahrzeuge untereinander erfolgt also ausschliesslich über die Infrastruktur. Sobald sich ein Fahrzeug der Kreuzung nähert, meldet es sich ab einer bestimmten Entfernung mit seiner aktuellen Geschwindigkeit, der geplanten Ankunftszeit und der gewünschten Fahrtrichtung an der Kreuzung an und reserviert ein Zeitfenster, in dem es die Kreuzung sicher überqueren kann. Anschliessend reguliert das Fahrzeug seine Geschwindigkeit durch leichtes Bremsen oder Beschleunigen so, dass es die Kreuzung genau zum richtigen Zeitpunkt erreicht.

 

Fazit

Auf Basis von Anki Overdrive ist bei adesso eine anschauliche Plattform zur Demonstration aktueller Technologien entstanden, die noch viel Raum für zukünftige Ideen auf dem Gebiet des autonomen Fahrens zulässt. So ist unter anderem eine Erweiterung um eine digitale Mautstation mit der Blockchain-Technologie geplant. Ganz im Sinne von Open Innovation haben wir das entwickelte Java-Framework im Rahmen der adesso-Open-Source-Initiative auf Github veröffentlicht und bieten somit interessierten Entwicklern die Möglichkeit, eigene Ideen auf der Anki-Overdrive-Plattform umzusetzen.

 

Die Darstellung des Modells als Zahl Acht wurde bewusst gewählt, um die Integration von Business und Technologie zu visualisieren. Das Modell soll in seinem autonomen Funktionieren intelligente und lernende Lösungen generell erlebbar werden lassen. In der Realität ist die schnelle, erfolgreiche Entwicklung und Weiterentwicklung von derartigen Lösungen nur mit BizDevOps – und somit mit kontinuierlichem, automatisiertem Testen, Continuous Integration und Continuous Deployment – möglich. Und dies sind ja bekanntlich genau die Kernthemen der bevorstehenden Doppelkonferenz.

 

Gerne laden wir Sie ein, sich vor Ort vom digitalen Renn-, Testautomatisierungs- und DevOps-Fieber anstecken zu lassen! Wir freuen uns auf Ihren Besuch und spannende Diskussionen an unserem Stand.

 

Autoren:

  • Timo Taroni, Teamleiter Testing, adesso Schweiz AG
  • Yannick Eckey, studentischer Mitarbeiter im Digital Experience Lab, adesso Dortmund

 

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