Anstieg der ÖPNV-Nutzer um über 7 Prozent innerhalb der letzten zehn Jahre

• Anstieg der ÖPNV-Nutzer um über 7 Prozent innerhalb der letzten zehn Jahre
• Präzise Ergebnisse für eine optimale Organisation: Fahrgastzählung erkennt und kategorisiert Personen und Objekte

Laut der 2016 erschienenen Statistik des Verbandes deutscher Verkehrsunternehmen entschieden sich im Jahr 2015 über zehn Milliarden Fahrgäste für die Nutzung des Öffentlichen Personennahverkehrs (ÖPNV) – über sieben Prozent mehr als noch vor zehn Jahren. Damit werden täglich mehrere Millionen Autofahrten in Deutschland ersetzt.

Neben steigenden Einnahmen bedeutet das aber auch, dass immer größere Anforderungen an die Verkehrsbetriebe gestellt werden: Das Angebot muss stetig weiter optimiert werden, um die wachsende Nutzermenge zu bewältigen. Doch nur mit genauen Daten über Fahrgastzahlen und Fahrzeugbelegung sind die Unternehmen und Verbünde dazu in der Lage, Fahrpläne und Fuhrparks bedarfsgerecht anzupassen. Mithilfe der TOF-Technologie (Time of Flight) kann der Sensor IRMA MATRIX der iris-GmbH die Betreiber dabei unterstützen, diese notwendigen Informationen zu erfassen und zu verarbeiten. Durch 3-D-Aufnahmen des Einstiegsbereichs lässt sich erkennen, ob größere oder kleinere Fahrgäste einsteigen und ob es sich um Personen oder Objekte wie Fahrräder oder Kinderwagen bzw. Rollstühle handelt. So erreicht das System eine maximale Zählgenauigkeit– mit Auswertungen in Echtzeit.

„Viele Bus- und Bahnbetreiber müssen über Pünktlichkeit berichten und für jede einzelne Fahrt einen Nachweis erbringen“, erklärt Stefan Bube, Leiter des Technischen Zentrums der iris-GmbH. Doch ohne ein automatisches Fahrgastzählsystem lassen sich genaue Zahlen nur schwer ermitteln: Ticketerlöse liefern beispielsweise nur ungenügende Informationen, da Zeitkarten wie Monats-/Jahreskarten oder Semestertickets das Bild verfälschen. Fahrgastbefragungen sind im Gegensatz dazu zwar deutlich detaillierter, der zusätzliche Aufwand an Personal und Geldmitteln steht allerdings in keinem Verhältnis zum Ergebnis. Aus diesem Grund kommen sie nur vereinzelt zum Einsatz und dienen auch dann nur dazu, Stichproben zu erheben. Ebenso unwirtschaftlich und daher selten sind in einigen Fällen manuelle Fahrgastzählungen. Hierfür sind in der Regel ein bis zwei Zähler pro Tür nötig, deren Aufmerksamkeit naturgemäß im Verlauf mehrerer Stunden nachlässt, worunter die Zählgenauigkeit leidet. Außerdem kommt es in Gedränge-Situationen bei Stoßzeiten häufig zu Fehlern.

Abhilfe schaffen automatische Systeme, die über Sensoren im Türbereich, etwa Kameras, Lichtschranken oder Infrarotmessungen, eine kontinuierliche Zählung vornehmen können. Damit sind sie unabhängig von Tageszeiten und Wochentagen sowie von außergewöhnlichen Ereignissen wie Feiertagen oder Sportevents. Hinzu kommt, dass die Dauer des Einsatzes keine Rolle spielt, da sie im Gegensatz zu Personal nicht ermüden. Die Messungen werden in Echtzeit vorgenommen, somit können die Daten auch zur Erfassung des Besetztgrades eingesetzt werden. Je nach Ausführung sind einige Modelle nicht dazu in der Lage, in Stoßzeiten oder Gedränge-Situationen die Personen zu unterscheiden und Personenkategorien oder Objekte zu erkennen. Aus diesem Grund kann nicht immer eine entsprechende oder sogar höhere Genauigkeit im Vergleich zu manuellen Zählungen erreicht werden. Ebenso nicht zu vernachlässigen sind die Anschaffungskosten, besonders für kleinere Betreiber.

Gute Gründe für die Fahrgastzählung

Dabei liefern exakte Fahrgastzählungen wertvolle Informationen für die gesamte Organisation des ÖPNVs. Sie dienen unter anderem als Grundlage für die Verkehrsplanung, welche die Linienplanung und die Anschlussplanung umfasst. Anhand der Platzkapazitäten lässt sich leicht erkennen, ob Bus-Takte erhöht werden müssen oder ob eine Umstrukturierung der Haltestellen notwendig ist. Zusätzlich bieten die Daten eine Basis für die Einnahmenaufteilung in Verkehrsverbünden. Dies ist von erheblicher Bedeutung für die einzelnen Betriebe, da beispielsweise der Verkehrsverbund Berlin-Brandenburg (VBB) jährlich etwa 2 Milliarden Euro zwischen den 41 Partnergesellschaften aufteilen muss.

An die Genauigkeit und ihre Nachvollziehbarkeit stellt auch der Verband Deutscher Verkehrsunternehmen mit seiner Schrift VDV 457 als Vorreiter hohe Anforderungen. Aber auch außerhalb Deutschlands werden zunehmend entsprechende Vorschriften erarbeitet und angewendet. Mithilfe einer Zählung in Echtzeit kann zudem durch die Besetztgraderfassung die Auslastung der Fahrzeuge optimiert werden. Ist es darüber hinaus möglich, Objekte wie Fahrräder, Kinderwagen oder Rollstühle verlässlich zu zählen, kann der ÖPNV auch in dieser Hinsicht weitere Maßnahmen zur Verbesserung der Auslastung und der Innenraumgestaltung seiner Linien-Fahrzeuge ergreifen.

Automatische Lösungen im Wandel der Zeit

Bereits seit Anfang der 1990er Jahre werden verschiedene Sensor-Technologien angeboten. Seitdem haben sie sich stetig weiterentwickelt, um den steigenden Anforderungen des Marktes gerecht zu werden. Je nach Einsatzgebiet fallen dabei unterschiedliche Kriterien stärker ins Gewicht: Beispiele sind eine höhere Zählgenauigkeit und zuverlässigere Zählungen unter widrigen Umgebungsbedingungen wie grellem Licht oder Dunkelheit, extremen Temperaturen oder hoher Luftfeuchtigkeit. Auch eine Erleichterung der Bedienung, eine Installation in wenigen Schritten ohne Justage und geringer Reinigungsaufwand spielen eine große Rolle für Verkehrsbetriebe, um etwaige Wartungsaufwände so niedrig wie möglich zu halten. Eine hohe Lebensdauer und die Anpassung an das Design moderner Fahrzeuge werden ebenfalls vermehrt gefordert. Darüber hinaus müssen die Sensoren immer leistungsfähiger werden, da auch in Gedränge-Situationen immer korrekte Zahlen geliefert oder Objekte wie Kinderwagen oder Rollstühle widerspruchsfrei erfasst werden sollen.

Eine der ersten Methoden der automatischen Fahrgasterfassung war das Anbringen einer Lichtschranke seitlich quer über dem Einstiegsbereich. Als allerdings Mitte der 1990er Niederflurbusse verstärkt zum Einsatz kamen, garantierte dieses System keine ausreichende Genauigkeit mehr: Durch die breiten Türen konnten bis zu drei Fahrgäste gleichzeitig einsteigen – der Sensor nahm aber nur eine Unterbrechung der Lichtschranke war. Somit konnte das Ergebnis von der Realität im schlimmsten Fall um den Faktor 3 abweichen. Die Lösung dafür waren Systeme, die oberhalb der Türen montiert werden. Intelligente Bewegungsmelder oder Passiv-Infrarot-Sensoren waren die nächste größere Weiterentwicklung. Hierbei werden Personen anhand ihrer Körperwärme und der Differenz zur Umgebungstemperatur erkannt. Ist der Temperaturunterschied jedoch gering, wie in südlichen Ländern, stoßen diese Sensoren schnell an ihre Grenzen. Bessere Möglichkeiten und Zählgenauigkeiten bieten hier Aktiv-Infrarot-Sensoren. Dies sind Lichttaster, die aktiv Infrarotlicht aussenden und das reflektierte Licht analysieren. Hohe Temperaturen oder geringfügige Bewegung stellen für diese Variante kein Problem dar. Lichtschluckende Medien wie dunkle Kleidung beeinträchtigen dennoch das Ergebnis. Die technische Lösung war eine Kombination aus Aktiv- und Passiv-Sensoren, die um die Jahrtausendwende in größeren Mengen eingeführt wurde. Doch Gedränge-Situationen und unbelebte Objekte führten weiterhin zu unerwünschten Messfehlern.

Mehr Informationen durch Aufnahme von Sequenzen

Der nächste technologische Schritt in der Weiterentwicklung der Zählsensoren waren kamerabasierte Systeme mit ein oder zwei Aufnahmegeräten, die mit solchen Situationen ebenfalls klarkamen. Allerdings stellen extreme Lichtbedingungen, wie grelle Sonneneinstrahlung oder Dunkelheit, Fehlerquellen für diese Art der Aufnahme dar. Zudem kann der Datenschutz, der in vielen Städten und Ländern gefordert wird, nur durch nachträgliche Überarbeitungen des Videomaterials gewährleistet werden, was sowohl kosten- als auch zeitaufwendig ist. Eine ebenso verlässliche Lösung, aber weniger abhängig von den Lichtbedingungen, sind Time of Flight-Sensoren (TOF-Sensoren), die etwa seit 2005 vertrieben werden. Hierbei werden mehrere hundert Infrarotlichtpunkte ausgesendet und – ähnlich wie bei Radar- oder Echolotmessungen – der Abstand aus der Laufzeit des reflektierten Lichts errechnet. Dadurch kann ein 3D-Bild konstruiert werden, aus dem sich Rückschlüsse auf die Wirklichkeit ziehen lassen. „Wird dieses Vorgehen pro Sekunde mehrere hundert Mal wiederholt, ergibt sich daraus eine Art Profilinformation: Es lässt sich erkennen, ob es sich um einen Kopf, eine Schulter oder ein Fahrrad handelt. Man kann damit auch die Größe von Personen messen“, führt Stefan Bube aus. Das aufgenommene Bild weist technologiebedingt eine geringere Auflösung als Aufnahmen klassischer kamerabasierter Systeme auf, was Vorteile für den Datenschutz mit sich bringt. Sozusagen Datenschutz „on board“.

Exakte Messungen durch das TOF-Prinzip

Die Berliner iris-GmbH ist seit über 25 Jahren im Bereich der automatisierten Fahrgastzählung aktiv und hat die Entwicklung im Bereich automatische Fahrgastzählung maßgeblich vorangetrieben. Bis heute wurden iris-Sensoren in über 80.000 Fahrzeugen in mehr als 60 Ländern eingebaut. Das neueste Modell, das iris derzeit anbietet, ist der Infrarot-Sensor IRMA MATRIX. Dieses funktioniert nach dem oben erläuterten TOF-Prinzip. „Es ist schon das zweite Sensor-Modell von iris, welches mit TOF arbeitet. Die Erfahrungen mit dem ersten Modell haben gezeigt, dass eine höhere Auflösung ein klarer Vorteil ist“, bemerkt Stefan Bube. Mit der verbesserten Auflösung von 25 x 20 Pixeln kann der Sensor noch genauere Zähldaten ermitteln, aber auch 3D-Videoaufnahmen des gesamten Türbereichs an den Bordrechner übermitteln. Als Grundlage dienen die mithilfe der Lichtlaufzeit oder Laufzeitmessung gewonnenen Informationen über Abstände und Formen. Auf diese Weise können sowohl Personen als auch Objekte anhand ihrer Formen und Bewegungen voneinander unterschieden werden. Aufgrund der TOF-Technologie wird die Zählgenauigkeit weder durch Farbe, Temperatur noch Umgebungslicht beziehungsweise Reflektionen beeinflusst. Auch bewegte Hintergründe stellen kein Problem dar.

Mit der hohen Auflösung können auch in Gedränge-Situationen einzelne Personen erfasst werden, was eine kontinuierliche Ermittlung des Besetztgrades ermöglicht. Ein weiterer Vorteil der Auflösung ist, dass Objekte wie Fahrräder und Rollstühle vom Sensor erkannt und gezählt werden. Verschiedene Pilotprojekte dazu werden auf zwei Kontinenten durchgeführt. Die hohe Zählgenauigkeit – bis zu 99 Prozent – wurde zudem bereits mehrfach durch unabhängige Gutachter zertifiziert und entspricht den Vorgaben der VDV 457. Trotzdem sind die Aufnahmen datenschutztechnisch unbedenklich hinsichtlich ihrer Erfassung, Speicherung und Auswertung. Eine Nachbearbeitung der Rohdaten ist für nachgeschaltete Arbeiten nicht notwendig. „Eine nachträgliche Auswertung ist problemlos möglich: Durch diese Pixel (3D-Images, kurz 3DIS) kann eine gute Erkennbarkeit von Personengrößen und Gegenständen erreicht werden. Dennoch lässt es keine Rückschlüsse darauf zu, um welche Person es sich handelt“, argumentiert Stefan Bube.

Einfacher Anschluss ohne Justage

Der Sensor wird direkt über den Türen des Fahrzeugs angebracht, wobei geringe Türhöhen und schwierige Einbaubedingungen keine Rolle spielen. Das zeitgemäße Design des Sensors mit durchgängig geschlossener Oberfläche integriert sich dabei unauffällig in den Fahrzeugraum. Das Gehäuse aus Aluminium widersteht mit Schutzart IP65 (optional IP67) auch extremen Klimabedingungen, wodurch eine lange Betriebssicherheit garantiert werden kann. Den IRMA MATRIX gibt es in zwei verschiedenen Varianten, eine für den Ein- und eine für den Aufbau: Bei dem Aufbausensor handelt es sich um einen Nachrüstungssensor, der Einbausensor ist für die Neuinstallation ab Werk konzipiert worden. Besonders zeichnen sich beide Ausführungen durch die leichte Implementierung aus: „Das Gerät kann innerhalb von wenigen Minuten installiert werden. Eine Justage oder Nachjustage sowie Zusatzwerkzeuge sind nicht nötig“, so Stefan Bube. Sind zusätzliche Funktionen gewünscht – auch nachträglich –, können diese von iris über Software-Updates durchgeführt werden.

„Über eine Schnittstelle lassen sich die Sensoren mit der Bord-Rechentechnik verbinden“, ergänzt Stefan Bube. „Unterstützt werden alle gängigen Anschlüsse wie IBIS, CAN und IBIS-IP.“ Damit lässt sich der Sensor mit jedem übergeordneten Bordrechner verbinden. „Durch die 3DIS-Technologie werden die Bilder in Echtzeit übertragen und lassen mittels Aufzeichnung der Daten eine nachträgliche Überprüfung der Zählgenauigkeit ohne zusätzlichen Personalaufwand im Linienbetrieb zu“, erklärt Stefan Bube. Bei der PoE-Variante erfolgt die Stromversorgung direkt über das Ethernet-Kabel. Insgesamt verfügt IRMA MATRIX mit einer Mean Time Between Failures (MTBF) von über 1,2 Millionen Stunden über eine sehr hohe Lebensdauer, wodurch sich die Anschaffungskosten leicht amortisieren. „Über 500 Bus- und Bahnbetreiber von Kleinstädten wie Luckau und Pinneberg bis zu Metropolen wie Berlin, Paris, Warschau, Moskau, Shanghai, San Francisco oder New York setzen iris-Produkte ein“, fasst Bube zusammen.

Automatische Fahrgastzählung und die Zukunft

Die Technik entwickelt sich kontinuierlich weiter. Bereits jetzt zeichnen sich Trends für die Zukunft ab: Nicht nur für die Betreiber sind Besetztgraddaten in Echtzeit eine ernstzunehmende Erleichterung des Alltags, auch für Fahrgäste lässt sich dadurch die tägliche Nutzung deutlich bequemer gestalten. Mithilfe von Informationen über den Besetztgrad in Echtzeit auf mobilen Geräten oder Anzeigen am Bahnsteig können Fahrgäste eigenständig für eine gleichmäßige Verteilung innerhalb des Fahrzeugs sorgen. Überfüllte Zugteile und nicht genutzte Sitzflächen könnten so bald der Vergangenheit angehören.

Wichtig für die Betreiber ist zudem, dass Neuentwicklungen nun nicht unbedingt von der Hardware abhängig sind. Mit Softwareupdates lassen sich neue Funktionen ganz leicht und nur mit geringem Kostenaufwand installieren. So bieten die Entwicklungen der iris-GmbH Investitionssicherheit für viele Jahre.

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