Technische Aspekte des Road Pricing. Manuskript für SIA-Zeitschrift tec21. Einleitung. Typologie des Road Pricing

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1 Technische Aspekte des Road Pricing Manuskript für SIA-Zeitschrift tec21 Einleitung In den letzten Monaten wird auch in der Schweiz öffentlich über Road Pricing diskutiert, nachdem die Auseinandersetzung mit dem Thema früher eher den Verkehrsökonomen und Umweltverbänden vorbehalten war. Auslöser der vermehrten Aufmerksamkeit sind die Erfolge des London Congestion Charging und die Erfahrungen mit den Schwerverkehrsabgaben in der Schweiz, Österreich und Deutschland. In der politischen Diskussion zum Road Pricing stehen rechtliche, finanzielle und fiskalpolitische Fragen und Zielsetzungen der Raumund Verkehrsplanung im Vordergrund, während die technischen Probleme in der Annahme, dank satellitengestützten Ortungssystemen seien beliebig komplexe Erfassungssysteme machbar, im Hintergrund bleiben. Dieser Beitrag befasst sich mit den technischen Aspekten des Road Pricing. Er beschränkt sich auf die elektronischen Gebührenerhebungssysteme, sog. EFC- Systeme (Electronic Fee Collection Systems) und lässt die manuellen Erhebungstechniken (Mautstationen mit Kassaschaltern, Münz- oder Kartenautomaten) ausser Betracht. Welche EFC-Technologien gibt es heute, welche sind in Zukunft denkbar und welches sind ihre Anwendungsfelder? Typologie des Road Pricing Road Pricing ist ein Sammelbegriff für die Erhebung von Abgaben für das Befahren von Strassen. Es gibt viele Formen von Road Pricing: Tunnel-, Brückenund Autobahngebühren, Gebühren für die Einfahrt in Städte oder neuerdings in den USA Gebühren für die Benützung von Sonderspuren auf Autobahnen zur Umfahrung von Staus (Bilder 1 bis 4). Auch Schwerverkehrsabgaben wie die LSVA oder die deutsche LKW-Maut fallen unter den Begriff Road Pricing (Bild 5). Eine Typologie des Road Pricing lässt sich einerseits nach den Zielsetzungen (Verkehrsfinanzierung und/oder Verkehrslenkung) und anderseits nach der Dienstleistung für die Gebührenerhebung gliedern. Für die Erhebungstechnik spielt die Zielsetzung keine Rolle, hingegen ist die Art der Fahrberechtigung, die der Benützer durch das Bezahlen der Abgabe erwirbt, massgebend für die Anforderungen. Es ist zu unterschieden zwischen folgenden Road Pricing Typen: 1. Passagegebühren 1.1 Objekte: Brücken, Tunnel, einzelne Strassenabschnitte 1.2 Cordon Pricing: Einfahrt oder Ausfahrt 2. Autobahngebühr: Netze mit definierten Auf- und Abfahrten 2.1 Zeitabhängige Gebühren 2.2 Distanzabhängige Gebühren 3. Gebietsgebühren: alle Strassen in einem Gebiet 3.1 Zeitabhängige Gebühren: Area Licensing Road Pricing tec21 Rapp v1.1.doc 1

2 3.2 Distanzabhängige Gebühren: Area Charging 4. Value Pricing In Tabelle 1 sind Beispiele dieser Typen aufgeführt. Road Pricing Typ Fahrberechtigung, die durch das Bezahlen der Gebühr erworben wird Beispiele Passagegebühr Objektgebühr (Brückenzoll, Tunnelgebühr, Befahren von Brücken, Tunnels oder einzelnen besonderen Strassenabschnitten Brücken: Öresund, Vasco da Gama (Lissabon) etc. Tunnel: Gr. St. Bernhard, Arlberg, Mont-Blanc etc., Stadttunnel Bern (abgelehnt) einzelne Abschnitte: Lyon Périphérique, Rostock, Traversée de la Rade Genf (abgelehnt) Cordon Pricing Ein- oder Ausfahrt in oder aus einem Gebiet Oslo, Trondheim, Rekening Rijden (Holland, abgelehnt), Stockholm (in Planung) Autobahngebühr zeitabhängig (Autobahnvignette) Befahren eines Autobahnnetzes während der bezahlten Periode Autobahnvignette Schweiz (PW) und Österreich (PW), Eurovignette (LKW) Distanz- oder streckenabhängig (Autobahnmaut) Befahren von Autobahnabschnitten Autobahngebühren in Frankreich, Italien, Spanien etc. LKW-Maut in Österreich Gebietsgebühr Area Licensing Befahren aller Strassen in einem Gebiet während der bezahlten Periode London Congestion Charging Distanzabhängige Gebietsgebühren (Area Charging) Kilometerabhängige Abgabe für das Befahren aller Strassen innerhalb eines Gebiets Schweizerische LSVA, Lorry Road User Charging UK (in Vorbereitung) Komplexe Gebietsgebühr Distanz- oder Streckenabhängige, nach Strassentyp abgestufte Gebühr für das Befahren aller Strassen in einem Gebiet Versuchsbetrieb in Dänemark, keine konkrete Einführung Value Pricing Befahren von Sonderspuren auf Autobahnabschnitten zwecks Umfahrung von Staus Tabelle 1: Road Pricing Typologie und Beispiele Express Lane (HOT-Lanes) SR 91 Los Angeles, diverse Fast Track Projekte in den USA Road Pricing tec21 Rapp v1.1.doc 2

3 Ein Road Pricing-System in einem Land oder einem Gebiet kann sich aus mehreren Road Pricing Typen zusammensetzen, zum Beispiel ein Agglomerations-Road Pricing beruhend auf Cordon Pricing kombiniert mit Passagegebühren von bestimmten Strassenabschnitten oder Autobahngebühren Funktionale Anforderungen an die Erhebungssysteme Ein Road Pricing-Erhebungssystem muss die folgenden Funktionen erfüllen: 1) Registrierung der Benützer und deren Fahrzeuge; 2) Kategorisierung: Erkennen, ob ein Fahrzeug an einer Mautstelle abgabenpflichtig ist und wenn ja, zu welcher Abgabenkategorie es gehört; 3) Detektion: Erfassung der Durchfahrt eines Fahrzeugs an einer Mautstelle; 4) Transaktion der für die Abgabenberechnung notwendigen Daten vom Fahrzeuggerät in das zentrale Abrechnungssystem; 5) Enforcement: Erkennen und Beweissicherung von abgabepflichtigen Fahrzeuge ohne gültige Transaktion. 6) Abgabeberechnung, Rechnungsstellung und Inkasso. Die Anforderungen an diese Funktionen sind abhängig vom Road Pricing-Typ. Die grössten Unterschiede liegen zwischen den Anforderungen für Gebietsgebühren und denjenigen für Passage- und Netzgebühren: Erkennung der Durchfahrt eines Fahrzeugs an einem physischen oder virtuellen Querschnitt oder Aufzeichnung von gefahrenen Kilometern in einem Gebiet; Erkennen des abgabepflichtigen Fahrzeugs bei der Einfahrt in ein Gebiet oder Erkennung dessen Zirkulierens irgendwo in diesem Gebiet. Daneben gibt es zahlreiche funktionale Anforderungen, die von der Art der Tarifierung und der Dienstleistung abhängen, welche der Mautbetreiber seiner Kundschaft anbieten will bzw. welche der Gesetzgeber festgelegt hat, z.b. Mautstellen mit einspuriger Einreihung der Fahrzeuge (Geschwindigkeitsreduktion oder Anhalten) oder mehrstreifig mit freiem Verkehrsfluss (Multilane Free Flow Tolling); Zahlungsmodus: prepaid und/oder postpaid (Rechnungstellung), Erfordernis der Zahlungsgarantie vor der Fahrt; Fahrzeugkategorien, die der Abgabe unterworfen sind (Gesamter Strassenverkehr oder nur LKW); Fahrzeugkategorisierung aufgrund von Eigenschaften, die an der Mautstelle gemessen werden können (Achszahl, Fahrzeughöhe und/oder länge) oder aufgrund deklarierter Eigenschaften (z.b. Fahrzeuggewicht und Emissionsklasse gemäss Fahrzeugausweis), die von einem Fahrzeuggerät über Funk übermittelt werden; Road Pricing tec21 Rapp v1.1.doc 3

4 Geräteobligatorium ja oder nein (z.b. LSVA: Tripon-Gerät für alle Schweizer LKW obligatorisch, Österreichische LKW-Maut: Go-Box DSRC- Gerät für alle in- und ausländischen LKW obligatorisch; rechtliche Haftung für die Entrichtung der Abgabe: Fahrzeugführers oder Fahrzeughalter oder beide solidarisch, Mitwirkungspflicht des Abgabepflichtigen. Weitere Anforderungen gelten grundsätzlich für alle Road Pricing Typen: Das Erfassungssystem muss diskriminierungsfrei sein: Fahrzeuge mit und ohne Erfassungsgerät müssen gleichbehandelt werden hinsichtlich Abgabehöhe (gleiche Abgabe für gleiche Fahrt unabhängig von der verwendeten Erfassungstechnik) und Benützbarkeit (z.b. keine umständlichen Prozeduren für ausländische Fahrzeuge); Alle Stufen des Erfassungsprozesses müssen nachvollziehbar sein und gerichtsfest belegt werden können. Erhebungstechnologien Die verschiedenen Funktionen der elektronischen Gebührenerhebung werden durch Teilsysteme wahrgenommen, für die jeweils mehrere Technologien eingesetzt werden können. Entscheidend ist die Wahl der Technologie für die das Teilsystem Detektion/Transaktion, denn sie bestimmt auch die Ausprägung der übrigen Teilsysteme. DSRC- Bei der klassischen Art der elektronischen Gebührenerhebung, der Funkmaut, werden die Detektion der Fahrzeuge und die Transaktion der Gebührendaten durch fahrzeugseitige Transponder und strassenseitige Funkbaken wahrgenommen, welche über Mikrowelle (Dedicated Short Range Communication, DSRC) miteinander kommunizieren. In Europa hat sich der Mikrowellenstandard 5.8 GHz durchgesetzt, in den USA wird vornehmlich 288 MHz verwendet. Vereinzelt wird auch Infrarot als Luftschnittstelle eingesetzt. Die fahrzeugseitigen Transpondergeräte sind klein und billig (Bild 6). Sie sind batteriebetrieben und können deshalb ohne Verkabelung an der Windschutzscheibe angeklebt werden. Die Funkbaken müssen auf ca. 6 Meter Höhe über der Fahrbahn bzw. Mautspuren an Portalen angebracht werden. Zurzeit werden Versuche gemacht mit seitlich der Fahrbahn an Masten der Strassenbeleuchtung angebrachten Funkbaken, weil Mautportale für städtische Road Pricing-Systeme aus ästhetischen Gründen unerwünscht sind. Die DSRC-Technologie hat sich bewährt. Die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit ist hoch. DSRC Geräte sind sowohl für Autobahnmauten als auch Brücken-, Tunnel- und städtische Cordon-Gebühren millionenfach im Einsatz. Mit der Einführung der österreichischen LKW-Maut anfangs dieses Jahres hat DSRC die Bewährungsprobe auch für Mulitlane Freeflow Tolling bestanden (Bild 7). Allerdings benützen nicht alle europäischen Länder den 5.8 GHz-Standard, insbesondere weicht das in Italien weitverbreitete Telepass-System von der Road Pricing tec21 Rapp v1.1.doc 4

5 Norm ab. Hingegen benützt das schweizerische LSVA-Erfassungssystem die Norm für die Transaktion an der Grenze und für das Enforcement. ANPR- Unter ANPR (Automatic Number Plate Recognition) wird das automatische Auslesen von Fahrzeug-Kontrollschildern verstanden. Bei der Detektion eines Fahrzeugs wird dessen Nummernschild von Digital-Videokameras erfasst und mittels einer Bilderkennungssoftware interpretiert (Bild 8). Die Kennzeichennummer wird im zentralen Computersystem mit der Liste der registrierten Fahrzeuge abgeglichen. Videobilder, die keine automatische Erkennung der Kontrollschilder zulassen, werden an Bildschirmen von Auge ausgelesen (Bild 9). ANPR-Systeme haben den Vorteil, dass keinerlei fahrzeugseitige Geräte inierungsfreiheit bei allen andern EFC-Systemen ein Problem darstellt. ANPR-Systeme haben aber auch Nachteile: Die Fahrzeugkontrollschilder sind in Europa alles andere als einheitlich. Viele Nummernkombiniationen kommen mehrfach vor; Viele Fahrzeuge, insbesondere Lastwagen haben mehrere oder schlecht lesbare Kontrollschilder; Trotz sich laufend verbessernder Software, sind längst nicht alle Video- Bilder automatisch interpretierbar. Der Aufwand für die manuelle Interpretation ist erheblich. ANPR wurde erstmals im grossen Stil für die Gebühr auf der Stadtautobahn in Toronto eingesetzt. Das London Congestion Charging System beruht ebenfalls auf ANPR-Technologie. In der Schweiz wird die Möglichkeit untersucht, ANPR für die Erhebung der Nationalstrassenabgabe (Autobahnvignette) einzusetzen. Möglicherweise kann das ANPR-System in ferner Zukunft durch das elektronische Nummernschild ERI (Electronic Registration Identification) abgelöst werden. In Europa bestehen seitens der EU und seitens der Fahrzeughersteller Bestrebungen, jedem Fahrzeug bei der Herstellung einen unzerstörbaren Chip mit einer eindeutigen Erkennungsnummer einzubauen. Dieser Chip wäre mittels Nahbereichsfunk auslesbar. GPS/GSM-Map Matching Systeme Hier erfolgt die Detektion der Mautstelle durch das Fahrzeuggerät mit Satellitenortung; heute mittels GPS (Global Positioning System) und in Zukunft angereichert oder ersetzt durch GALILEO. Die Mautstelle muss nicht mehr mit Mautspuren oder Funkbaken ausgerüstet sein, sondern wird lediglich virtuell als Koordinate definiert. Für die Transaktion der Daten wird die Mobiltelefon- Technologie GSM verwendet. Ein GPS/GSM System wird erstmalig in der deutschen LKW-Maut ab 2005 angewendet. Road Pricing tec21 Rapp v1.1.doc 5

6 GPS/GSM-Systeme können durch Map Matching angereichert werden: das Fahrzeuggerät besitzt eine digitale Karte und kann deshalb die Zuordnung von der gemessenen GPS-Koordinate zum plausibelsten Netzabschnitt softwaremässig vornehmen. Dies bedeutet allerdings, dass die Fahrzeuggeräte aktuelle digitale Strassenkarten (mindestens des bemauteten Netzes haben müssen, was einen beträchtlichen organisatorischen und Kommunikationsaufwand mit entsprechenden Kosten nach sich zieht. Auch wenn das Vermeiden physischer Mautportale erstrebenswert sein mag, so ist die GPS Technologie für die EFC-Anwendung mit Problemen verbunden (Bild 10): GPS hat keinerlei rechtliche Verankerung. Besonders für Strassenabgaben mit Fiskalcharakter ist dies mehr als unbefriedigend. GPS hat eine beschränkte Genauigkeit. Die Genauigkeit mit Fehlerellipsen von typischerweise 30 Meter Achslänge ist für die Ortung von Autobahnteilstrecken genügend, für feinmaschige Netze mit Ein- und Ausfahrten aus Privatarealen und Parkplätzen zu grob. Das grösste Problem ist die mangelnde Verfügbarkeit des GPS-Signals. In Tunnels, Strassenschluchten, Bergtälern oder auf Waldstrecken geht das Signal verloren. Wenn es auf freier Strecke wieder erscheint, benötigt das Gerät 4 bis 20 Sekunden, um einen neuen Fix zu rechnen. Während dieser Zeit kann ein Fahrzeug möglicherweise von einem mautpflichtigen Netz auf eine unbemautete Strasse gefahren sein. Beispielsweise könnte bei Autobahnausfahrten unmittelbar nach Tunnels die Tunnelstrecke nicht mehr erkannt werden. Um diese Problem zu lösen, mussten bei der deutschen LKW-Maut nachträglich rund 200 Funk-Stützbaken aufgestellt werden, welche die Identifikation von Strecken mit ungenügender GPS- Zuverlässigkeit garantieren. Die Genauigkeits- und Verfügbarkeit hängt von der momentanen Stellung der GPS-Satelliten ab und von der Position der Fahrzeugantenne in Bezug auf die Satelliten. Dies bedeutet, dass für dieselbe Fahrt zu unterschiedlichen Zeiten, unterschiedlichen Fahrrichtungen und mit unterschiedlichen Fahrzeugen jeweils andere Daten für die Abgabenberechnung erzeugt werden. Wie die Gerichte mit der mangelnden Nachvollziehbarkeit dieser Daten umgehen werden, bleibt nach Einführung der deutschen LKW-Maut abzuwarten. Kombinierte Technologien Für Road Pricing mit distanzabhängigen Gebietsgebühren müssen nicht nur die Ein- und Ausfahrt am Gebietsrand detektiert sondern auch die gefahrenen Kilometer innerhalb des Gebiets gemessen werden. Für Lastwagen, die obligatorisch mit Tachographen ausgerüstet sind, bietet sich eine Kombination an: 1) Tachograph zur Distanzmessung; 2) DSRC zur Detektion und zur Datenübertragung an der Gebietsgrenze; Road Pricing tec21 Rapp v1.1.doc 6

7 3) GPS zur Überwachung der korrekten Aufzeichnung der Distanz durch den Tachographen und des Erkennens der Landesgrenze. Als redundantes Überwachungssystem gibt es keine Probleme bezüglich Verfügbarkeit und Genauigkeit. Dieses Prinzip hat sich beim schweizerischen LSVA-Erfassungssystem bestens bewährt (Bild 11). Behandlung der Fahrzeuge ohne Erfassungsgerät Ausser ANPR benötigen alle Erhebungstechnologien Geräte, die im Fahrzeug angebracht werden müssen. Das Erfassungsgerät hat neben den technischen Komponenten wie DSRC oder GPS auch die Funktion des Zahlungsmittels. Es stellt sich deshalb die Frage, ob Benützern, welche über kein Erfassungsgerät verfügen, eine Alternative angeboten werden muss. Das Diskriminierungsverbot der EU, das auch für die Schweiz gilt, lässt nicht zu, dass Geräte vor der Benützung des abgabenpflichtigen Strassennetzes zum Voraus beschafft und in einer Werkstatt eingebaut werden müssen. Genau dies trifft aber bei GPS- oder Tachograph-Technologie zu. Aus diesem Grund werden bei der LSVA und der deutschen LKW-Maut parallel zur Gerätelösung sogenannte Einbuchungslösungen mittels Buchungsautomaten angeboten: bei der LSVA, um den Tachograph-Kilometerstand bei Einfahrt an der Grenze zu deklarieren und bei der deutschen LKW-Maut, um eine Autobahnfahrt von A nach B zu lösen (Bilder 12 und 13). Eignung der Erhebungstechnologien Überlagert man die funktionalen Anforderungen der verschiedenen Road Pricing- Systeme mit den Merkmalen der Erhebungstechnologien, so erhält man eine Eignungsmatrix gemäss Tabelle 2. Road Pricing-Typ DSRC Funkmaut ANPR Videomaut GPS/GSM/ Map Matching Kombination Tachograph/ DSRC/GPS Passagegebühr Objektgebühr Tunnelgebühr, X X Cordon-Pricing X X Autobahngebühr Gebietsgebühr zeitabhängig (Autobahnvignette) Distanz- oder streckenabhängig (Autobahnmaut) X X X X Area Licensing X X Distanzabhängige Gebietsgebühren (Area Charging) X Komplexe Gebietsgebühr Road Pricing tec21 Rapp v1.1.doc 7

8 Value Pricing X X Tabelle 2: Eignungsmatrix der Erhebungstechnologien Ausblick: Interoperabilität Die Vielfalt von Anforderungen und Technologien führt unweigerlich zum Ruf nach Vereinheitlichung. Das Schreckbild des Fahrzeuglenkers, der nicht mehr aus seiner Windschutzscheibe sieht, weil sie mit Erfassungsgeräten zugepflastert ist, geht um. Die EU hat im Mai dieses Jahres eine Richtlinie für Interoperabilität der Gebührenerhebungssysteme erlassen. Sie schreibt vor, dass die Mautbetreiber bis 2009 für LKW und bis 2011 für PW neben ihren bestehenden Systemen ein einheitliches gesamteuropäisches Gebührenerhebungssystem EETS (European Electronic Toll Collection System) anbieten müssen, das eine oder mehrere der folgenden Techniken verwendet: 1 1) Satellitenortung; 2) Mobilfunk nach der GSM/GPRS-Norm; 3) Mikrowellentechnik 5.8 GHz. Zur Zeit ist noch nicht klar, wie diese Richtlinie in der Praxis umgesetzt werden kann. Die EU-Kommission will die Merkmale des EETS bis zum 1. Juli 2006 entscheiden. Nimmt man die Einführung des digitalen Tachographs für LKW in der EU als Massstab, so erscheint der Zeitplan allerdings unrealistisch. Vielmehr ist anzunehmen, dass in naher Zukunft nur einfache Road Pricing Konzepte wie Brücken-, Tunnel-, Autobahngebühren und Cordon Pricing sowie für LKW distanzabhängige Gebietsgebühren technisch realisierbar sind, dass diese Systeme aber zunehmend interoperabel werden. Die Realisierung der Vision eines Road Pricing-Konzeptes, wo jedes Fahrzeug ein Gerät besitzt, das auf jeder Strasse von der Quartierstrasse bis zur Autobahn ein auf die örtlichen und zeitlichen Gegebenheiten abgestimmte Abgabe erfassen kann, liegt in weiter Ferne. Dr. Matthias Rapp, Dipl. Ing. ETH, Rapp Trans AG, Basel / Rapp UK Ltd, Reading 1 Richtlinie 2004/52/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 29. April 2004 über die Interoperabilität elektronischer Mautsysteme in der Gemeinschaft Road Pricing tec21 Rapp v1.1.doc 8

9 Abbildungen Bild 1: Brückengebühr (Sydney Harbour Bridge) Bild 2: Autobahngebühr (Italien) Bild 3: Gebühr für Stadteinfahrt (Norwegen) Road Pricing tec21 Rapp v1.1.doc 9

10 Bild 4: Value Pricing (Orange County, Los Angeles) Bild 5: Schwerverkehrsabgabe (LSVA) Road Pricing tec21 Rapp v1.1.doc 10

11 Bild 6: DSRC-Transponder. Obere reihe v.l.: RTA (Brücken und Tunnels in Sydney, Australien), liber-t (Autobahnen Frankreich), Tripon-Tag (LSVA-befreite Fahrzeuge Schweiz); untere Reihe v.l.: Go-Box (LKW-Maut Österreich), Telepass (Autobahnen Italien), Via-t (Autobahnen Spanien) Bild 7: Free Flow Multilane DSRC-Mautportal (LKW-Maut Österreich) Road Pricing tec21 Rapp v1.1.doc 11

12 Bild 8: ANPR Kamera (London) Bild 9: ANPR Nachbearbeitung (Rom) Road Pricing tec21 Rapp v1.1.doc 12

13 GPS-Distanzmessung wirkliche Strecke GPS- oder LBS-Map Matching Fehlerellipse gemessene Strecke virtuelle Mautstelle Keine Verfügbarkeit des GPS Signals im Tunnel -> nach Tunnelausfahrt Zeit bis zum nächsten "Fix" variabel -> ungleiche Messergebnisse für gleiche Strecke Genauigkeit des GPS Signals -> genügende zur Erkennung der virtuellen Mautstelle auf der Autobahn, jedoch keine eindeutige Zuordnung zu kleinen Abschitten Bild 10: Beschränkung der Anwendbarkeit der GPS-Technologie Bild 11: LSVA-Erfassungsgerät TRIPON Bild 12: LSVA-Automaten-Terminals für die Erfassung der Daten der nicht mit einem Erfassungsgerät ausgerüsteten Fahrzeuge (Gemeinschaftszollanlage Basel Weil am Rhein) Road Pricing tec21 Rapp v1.1.doc 13

14 Bild 13: Buchungsterminals für die deutsche LKW-Maut (Gemeinschaftszollanlage Basel Weil am Rhein) Road Pricing tec21 Rapp v1.1.doc 14

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