Licht und Naturschutz Vernetzte LED-Straßenleuchten mit Doppler-Radar

Autor / Redakteur: Jan-Olav Endrerud* / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Die LED-Straßenbeleuchtung einer Brücke in einem geschützten Gebiet stelle besondere Anforderungen. Infrarot-Sensoren genügten hier nicht. Die Leuchten sind mit Doppler-Radar ausgestattet, um Richtung und Geschwindigkeit von Objekten auf der Brücke zu erkennen.

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Kampmannbrücke Essen: Die Straßenbeleuchtung arbeitet mit Doppler-Radar, um die Brücke effizient auszuleuchten.
Kampmannbrücke Essen: Die Straßenbeleuchtung arbeitet mit Doppler-Radar, um die Brücke effizient auszuleuchten.
(Bild: AEC Illuminazione)

Brücken verbinden: So auch die Kampmannbrücke in Essen, welche die beiden Stadtteile Heisingen und Kupferdreh über die Ruhr miteinander verbindet. Die moderne Schrägseilbrücke für den Autoverkehr und Fußgänger steht in einem besonders geschützten Gebiet. Die Auflagen für den Naturschutz waren hier besonders hoch. Das betrifft nicht nur den Amphibientunnel. Eine weitere Besonderheit spielt das Thema Straßenbeleuchtung und Lichtverschmutzung.

Denn die Straßenbeleuchtung muss laut Naturschutz-Richtlinie der Europäischen Union jährlich in der Zeit von Anfang März bis Ende Oktober von über Nacht abgeschaltet werden. Im Winter sollte die Beleuchtung nur dann aktiv sein, falls sie wirklich benötigt wird. Insgesamt waren die Anforderungen jedoch deutlich komplexer.

Licht passt sich der Benutzung an

Im Detail sollte die Beleuchtung unterscheiden können, ob sich Fußgänger, Radfahrer oder Kraftfahrzeuge auf der Brücke bewegen und das Lichtniveau entsprechend anpassen. Auch sollte nur der Bereich der Straße beleuchtet werden, der jeweils für den Fußgänger oder den Fahrer relevant ist. Das heißt, ist ein Bereich passiert, kann in diesem das Licht wieder ausgeschaltet werden. Wie weit die Straße in Bewegungsrichtung erhellt wird, hängt wiederum von der Geschwindigkeit ab. Zudem wünschten sich die Planer ein zuverlässiges System, das nicht fälschlicherweise auf durch Wind bedingte Bewegungen reagiert.

Die passende technische Lösung fand die Stadt Essen beim Spezialisten für öffentliche LED-Außenbeleuchtung und smarte Lichtlösungen, AEC Illuminazione. Das Unternehmen installierte entlang der Straße über die Brücke 68 LED-Lampen mit einer Leistung von jeweils 52 W. „Da LED-Beleuchtung mittlerweile ohnehin Standard ist, war der energiesparende Betrieb zwar wichtig, stand aber nicht an erster Stelle der Innovationen, die diese Straßenbeleuchtung ausmachen“, sagt Sven Dressel, Geschäftsführer AEC Illuminazione in Neu-Anspach. „Entscheidend war die flexible Konfiguration der Beleuchtung, um die Vorgaben zum Naturschutz einzuhalten.“

Doppler-Radar erfasst die Bewegungen

Um das zu erreichen, genügte es nicht, mit Infrarot-Sensoren zu arbeiten, da diese Bewegungen nicht präzise erfassen und auch nicht zwischen Mensch, Tier und Fahrzeug unterscheiden können. Außerdem kann es im Winter schwierig sein, eine Wärmesignatur beispielsweise von Radfahrern zu erfassen. Daher entschied sich AEC, die Doppler-Radar-Sensorik von Comlight einzusetzen.

Mit der Technik ist es möglich, Richtung und Geschwindigkeit eines Objekts zu ermitteln, außerdem dessen Größe. Damit lässt sich zwischen Kraftfahrzeug, Radfahrern oder Fußgängern zuverlässig unterscheiden.

Zhaga-Schnittstelle und Mesh-Netzwerk

Über eine Cloudanbindung lassen sich die LED-Leuchten zentral verwalten.
Über eine Cloudanbindung lassen sich die LED-Leuchten zentral verwalten.
(Bild: Comlight)

Für die Beleuchtung haben sich die Verantwortlichen der Stadt für die Standardleuchte Italo von AEC in Kombination mit einem radargesteuerten System. AEC Illuminazione empfahl in Ergänzung zu LED-Leuchten den Radarsensor des Herstellers ComLight mit einer Zhaga-Schnittstelle.

Das System ist skalierbar, es lassen sich später in Ergänzung weitere Anlagen ohne großen Mehraufwand über eine Cloudanbindung zentral verwalten, was von Anfang an der Wunsch der Stadt Essen war. Darüber hinaus ist es herstellerneutral und mit allen Leuchten anderer Hersteller lassen sich verwenden, wenn sie über eine standardisierte Zhaga-Schnittstelle nach D4i-Standard verfügen. Alle Sensoren sind über ein Mesh-Netzwerk und 868 MHz vernetzt. Damit ist eine geringe Ausfallrate garantiert, selbst bei relativ großen Mastabständen von 50 Meter.

Künstliche Intelligenz steuert Sensoren

Die Doppler-Radar-Sensorik hat alle Beweungen auf der Brücke im Blick.
Die Doppler-Radar-Sensorik hat alle Beweungen auf der Brücke im Blick.
(Bild: Comlight)

Die LED-Leuchten sind individuell steuerbar und erfüllen alle Anforderungen an das intelligente Leuchtensystem. Dazu zählt auch, dass je nach Erfordernis eine unterschiedliche Zahl von Lampen eingeschaltet wird, also eine unterschiedlich lange Wegstrecke beleuchtet wird, abhängig von der Geschwindigkeit des Objekts oder der Person.

Damit die Leuchten nicht auf Bewegungen reagieren, die nicht durch den Straßenverkehr ausgelöst sind, haben die Sensoren eine Künstliche Intelligenz an Bord, die solche Bewegungen ausfiltert. „Wenn sich beispielsweise im Sensorblickfeld ein Baum im Wind bewegt, erkennt die KI in kürzester Zeit, dass es kein Objekt ist, das sich fortbewegt“, sagt Sven Dressel.

Die LED-Leuchten sind mit einer Zhaga-Schnittstelle ausgestattet.
Die LED-Leuchten sind mit einer Zhaga-Schnittstelle ausgestattet.
(Bild: Massimo Senserini)

Um die Installation der Straßenbeleuchtung zu vereinfachen, sind die Comlight-Sensoren mit einem Zhaga-Anschluss ausgestattet. Der enthält eine Schnittstellenspezifikation, die es unter anderem ermöglicht, die Sensoren innerhalb von Minuten zu installieren oder bei Bedarf schnell auszutauschen. Falls gewünscht, lassen sich die Leuchten vernetzen und ans Internet anbinden, um beispielsweise den Energieverbrauch, Leuchtdauern, die Nutzungsfrequenz oder andere Daten zu erfassen und auszuwerten.

Nach einer Testphase hat AEC Illuminazione die Installation der Straßenbeleuchtung entlang der Kampmannbrücke im Oktober 2020 abgeschlossen. Die Planer der Stadt Essen sind zufrieden mit der neuen Beleuchtung. Weitere intelligent vernetzte Straßenleuchten hat AEC in Fulda, Fürth und Passau installiert.

* Jan-Olav Endrerud ist Geschäftsführer bei Comlight in Norwegen.

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