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  • Projekt-Beispiele

    für Individualverkehr und ÖV

    Projekt-Beispiele

    eine Referenz der Emch+Berger Gruppe

    Verkehrssimulation und Verkehrsmanagement

    Im Projekt wurden Varianten zur ÖV-Beschleunigung und zur Optimierung von Knoten untersucht. Die Varianten umfassten unterschiedliche Regelungen von Knoten, separate Fahrstreifen für Bus, Taxi und Velos, sowie Verkehrsmanagementanlagen zur Priorisierung des ÖV.

    Die betroffene Strasse weist in den Spitzenstunden kritische Verkehrsmengen auf, so dass es häufig zu Staus und zäh fliessendem Verkehr kommt. Erschwerend kommt hinzu, dass ein Bahnübergang den Verkehrsfluss unterbricht, zu Rückstaus führt und die Kapazität senkt.

    Simulation der Busspur und weiterer Massnahmen zur ÖV-Beschleunigung

    Mit Hilfe der Mikrosimulation konnten mehrere Varianten untersucht werden, die sich bezüglich des baulichen Aufwands und der Komplexität der Steuerung des Verkehrs unterschieden. Beurteilungskriterien waren die Reisezeiten des ÖV und eine generelle Verstetigung des Verkehrsflusses, die durch Geschwindigkeitsklassen von Streckenintervallen nachgewiesen wurde.

    Simulation einer grünen Welle für Velos

    Die betroffene Achse im städtischen Gebiet ist durch Knoten mit Lichtsignalanlagen geprägt. Diese Ampelanlagen waren nicht koordiniert oder für den motorisierten Verkehr optimiert. Im Rahmen des Projektes wurden Steuerungen für die LSA erarbeitet, die eine grüne Welle für Radfahrer in Fahrtrichtung Innenstadt ergaben. Zugleich sollten die sekundären Ziele wie Optimierung für den motorisierten Verkehr und die grüne Welle für Velos in der Gegenrichtung also stadtauswärts verfolgt werden.
    Die angenommenene Geschwindigkeit für Velofahrer war hier ein wichtiger Parameter, da von der Optimierung nicht nur schnelle E-Bikes profitieren sollten. Die bimodale Verkehrssimulation zeigte, dass diese auf den längsten Streckenabschnitten zwischend den Lichtsignalen allenfalls in die vorherfahrende grüne Welle aufholen können.

    Nachweis der Leistungsfähigkeite beim Umbau eines Autobahnanschluss

    Über mehrere Jahre hinweg wurde durch einen Kanton ein Umbau eines Autobahnanschlusses projektiert, weil der Anschluss in den Spitzenstunden den Verkehrsbelastungen nicht gewachsen war und so Rückstaus in die Stadt und relativ hohe Verlustzeiten auftraten.

    Das Projekt sah einen Doppelkreisel und Anpassungen an den Rampen vor. Ein Kreisel wäre zweistreifig und eventuell mit einer Lichtsignalanlage umgesetzt worden. Die Umsetzung dieses Projekts unter Verkehr wäre komplex, langwierig und damit teuer geworden.

    Simulation des Doppelkreisels

    Im Rahmen der Erneuerung der Autobahn wurde für den zwischenzeitlich in die Hoheit des ASTRA gewechselten Anschluss nach einer alternativen Lösung gesucht.

    Eine eher unkonventionelle Verschiebung von Fahrstreifen unverträglicher Ströme, die sich sehr stark am Ausgangslayout des Anschlusses orientierte, steigerte die Leistungsfähigkeit des Anschlusses deutlich. Mit dieser Variante wurde zumindest die Leistungsfähgikeit des Doppelkreises erreicht, was anhand von Berechnungen und der Mikrosimulation beider Varianten gezeigt wurde.

    Verkehrssimulation des Alternativvorschlags

    Diese neue Alternative konnte in kurzer Zeit umgesetzt werden, weil kein Landerwerb nötig war. Das ASTRA und letztendlich die Steuerzahler sparten mehrere Millionen und profitierten von der kurzen Bauzeit. Damit konnte die frühere Situation mit Staus mit geringem Aufwand deutlich verbessert werden.

    Der heutige Verkehrsverlauf am Anschluss bestätigt die bereits in der Mikrosimulation gezeigten Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit.

  • Verkehrssimulation

    Wie funktioniert sie und was kann die Simulation von Verkehr leisten?

    Verkehrssimulation

    eine Kompetenz der Emch+Berger Gruppe

    Inhalt

    Mit Programmen zur Verkehrssimulation lassen sich multimodale Verkehrsabläufe abbilden und damit Varianten und Situationen virtuell analysieren, bevor sie in der Realität umgesetzt werden.

    Wie detailliert und realitätsnah ein Simulationsmodell aufgebaut wird, hängt von einigen Faktoren ab. Der wichtigste Faktor ist, ob das Modell verkehrlich betrachtet die zu untersuchenden Szenarien wirklichkeitsnah abbildet.

    Verkehrssimulation wird heute von öffentlichen und privaten Auftraggebern, von Ingenieurbüros und Beratungsunternehmen und im Bereich von Forschung und Lehre genutzt.

    Verkehrssimulationssoftware wie Vissim der PTV Group können neben der Simulation von Fahrzeugen auch Fussgänger mit einem realistischen Modellansatz simulieren. Bis vor einigen Jahren wurden Fussgänger zumeist als spezielle Fahrzeuge abgebildet, die dadurch vorgegebenen Vektoren folgten und kein realitätsnahes Abbilden von gegenläufigen Strömen mit Ausweichverhalten zuliessen. Durch die Integration des Laufverhaltens aus der Fussgängersimulation Viswalk, die auf dem Social Force Modell nach Prof. D. Helbing basiert, kann in einem Simulationsmodell der öffentliche Verkehr auf Strasse und Schiene, der motorisierte Individualverkehr und Fussgänger abgebildet werden.

    Die Verkehrssimulation lässt damit auch die Abbildung von Interaktionen zwischen den einzelnen Verkehrsträgern und-Modi zu. So können Umsteigevorgänge, Lichtsignalanlagen mit ÖV-Priorisierung oder der Einfluss von Fussgängerstreifen auf die Leistungsfähigkeit untersucht werden.

    Angewandte Verkehrssimulation

    Ein mikroskopisches, verhaltensbasiertes und zeitschrittorientiertes Simulationsmodell kann Verkehr in Innenstädten und Ausserortsverkehr sowie von Fussgängerströme simulieren.

    Die simulierten Projekte können neben dem Individualverkehr (IV) auch schienengebundenen und strassengebundenen öffentlichen Personennahverkehr (ÖV) umfassen.

    Der Verkehrsablauf in der Simulation erfolgt unter Berücksichtigung von verschiedenen Randbedingungen wie Fahrstreifenaufteilung, Fahrzeugzusammensetzung, Lichtsignalsteuerung und Erfassung von IV- und ÖV-Fahrzeugen.

    Die Interaktion zwischen den Systemen kann auch Routenempfehlung in Netzen, adaptive Lichtsignalanlagen oder miteinander kommunizierende Fahrzeuge (CarToX) darstellen.

    Neben der Simulation der Interaktion von Fussgängerströmen mit ÖV und IV kann die Evakuierung von Gebäuden bis hin zu Grossveranstaltungen zum Beispiel in Stadien überprüft werden.

    Was leistet Verkehrssimulation?

    Die Verkehrssimulation kann Antworten auf einer Vielzahl von Fragestellungen liefern. Die folgenden Anwendungen demonstrieren typische Einsatzmöglichkeiten:

    • Vergleich der Knotengeometrie
      • verschiedene Knotengeometrien
      • Verkehr für verschiedenen Knotenvarianten
      • Wechselwirkung zwischen verschiedenen Verkehrsmodi wie MIV, ÖV, Radfahrer, Fussgänger
      • Analyse von Planungsvarianten im Hinblick auf LOS, Staulänge und Verspätungen
      • Grafische Darstellung von Verkehrsströmen
    • Kapazitätsanalyse
      • Verkehrsströme an komplexen Knotensystemen
      • Auswirkungen eines erhöhten Verkehrsaufkommens, sich kreuzender Verkehrsströme zwischen Knotenpunkten und unregelmässiger Zwischenzeiten
    • Verkehrsentwicklungsplanung
      • Auswirkungen von Stadtentwicklungskonzepten
      • Einrichtung und Koordinierung von Baustellen unterstützen
      • Fussgängersimulation innerhalb und ausserhalb von Gebäuden
      • Simulation der Parkplatzsuche, Grösse der Parkplätze und deren Auswirkung auf das Parkverhalten
    • ÖPNV-Simulation
      • Modellierung vieler Details des Bus-, Tram-, U-Bahn- und S-Bahnverkehrs sowie des Pendlerbahnbetriebs.
      • fahrtenspezifische Massnahmen zur Betriebsverbesserung der Lichtsignalanlagen-Beeinflussung analysieren
      • Varianten für ÖV-Fahrstreifen und verschiedene Haltestellen vergleichen
      • verkehrsabhängige Signalanlagen mit ÖPNV-Bevorrechtigung optimieren
    • Verkehrssteuerung
      • Verkehr auf mikroskopischer Ebene analysieren und visualisieren
      • Massnahmen zur Beschleunigung des Verkehrsflusses
      • Simulationen verschiedener Verkehrskenngrössen wie Geschwindigkeit, Reisezeit, Zeitverlust oder Staulänge
      • Auswirkungen verkehrsabhängiger Steuerungen und Wechselverkehrszeichen
    • Signalsysteme und Retiming-Studien
      • Szenarien der Beförderungsnachfrage für signalgesteuerte Knotenpunkte
      • verkehrsabhängige Steuerung mit Hilfe effizienter Dateneingabe, auch bei komplexen Algorithmen analysieren
      • Baustellen und Signalpläne zur Verkehrsberuhigung vor deren Umsetzung überprüfen
      • Mehrere Testfunktionen zur Prüfung der Auswirkungen von Signalsteuerungen

    Verkehrsflussmodell und Lichtsignalsteuerung

    Verkehrssimulationen bauen auf den Modellen des Verkehrsfluss und der Lichtsignalsteuerung auf. Diese tauschen Signalisierungszustände und Messwerte von Detektoren aus.

    Die Simulation des Verkehrsablaufs von Fahrzeugen oder Fussgängern kann als Animation betrachtet und in Filmen gespeichert werden. Daneben ist es wichtig, dass auch auf verkehrliche Kenngrössen zugegriffen werden kann oder diese in Dateien oder Datenbanken ausgegeben werden. Hier sollte die Simulationssoftware flexibel sein und Möglichkeiten bieten, um zum Beispiel Reisezeiten für verschiedene Nutzergruppen separat ausgeben zu können.

    Das Modell des Verkehrsflusses setzt sich aus dem Fahrzeugfolgemodell, das die Kolonnenfahrt auf einem Fahrstreifen nachbildet, und einem Modell für den Fahrstreifenwechsel zusammen.

    Verkehrsabhängigen Steuerungslogiken werden als externe Programme für die Lichtsignalsteuerung integriert. Diese Steuerungslogiken fragen Detektormesswerte in kurzen Intervallen ab. Diese Zeitschritte sind definierbar und vom LSA-Typ abhängig.

    Aus Messwerten von Detektoren wie beispielsweise Zeitlücken bestimmt die Steuerungslogik den Zustand aller Signale für den nächsten Zeitschritt und liefert diesen an die Verkehrsflusssimulation zurück. Die Verkehrssimulation sollte in einem Simulationsmodell mit verschiedenen Programmen zur Lichtsignalsteuerung arbeiten können, weil solche Fälle auch real vorkommen.

    Funktionsweisen von Fahrzeugfolgemodellen

    Das Verkehrsflussmodell sorgt in der Simulation dafür, dass sich die Fahrzeuge bewegen. Dieses Verkehrsflussmodell ist für die realistische Abbildung des Verkehrs und die Güte der Simulation zentral. Unterschiedliche Verkehrssimulationsprogramme basieren hier auf verschiedenen Ansätzen: eher einfache Modelle verwenden annähernd konstante Geschwindigkeiten und einen deterministischen Folgevorgang von Fahrzeugen. Komplexere Ansätze sind das psychophysische Wahrnehmungsmodell, das darauf basiert, dass der Fahrer eines schneller fahrenden Fahrzeugs zu bremsen beginnt, wenn er seine individuelle Wahrnehmungsschwelle zum vorausfahrenden Fahrzeug erreicht.

    Weil der Fahrer die Geschwindigkeit des Fahrzeugs vor ihm nicht exakt einschätzen kann, verlangsamt er bis unter dessen Geschwindigkeit. Nach dem Erreichen einer weiteren Wahrnehmungsschwelle wird diese Überreaktion bemerkt und wieder leicht beschleunigt. In der Folge kommt es zu einem ständigen Prozess aus leichten Beschleunigen und Verzögern. Das Folgeverhalten kann verschiedene Geschwindigkeitsverhalten und Abstandsverhalten der Fahrer über Verteilungsfunktionen berücksichtigen. Diese werden mit den verschiedenen Fahrzeugparametern wie Beschleunigungsvermögen oder Bremsverzögerung kombiniert bzw. überlagert.

    Wichtig ist, um mit  der Simulation realistische Ergebnisse zu erzielen, dass das Fahrzeugfolgemodell durch eine hinreichende Anzahl an Messungen geeicht wird. Wird Simulationssoftware von Herstellern aus Ländern mit einem deutlich anderen Fahrverhalten genutzt, muss sichergestellt werden, dass sich das Fahrverhalten auf mitteleuropäische Usancen parametrisieren und kalibrieren lässt. Messungen zum Fahrverhalten müssen in regelmässigen Abständen wiederholt werden, um ein zwischenzeitlich geändertes Fahrverhalten und die geänderten technischen Möglichkeiten der Fahrzeuge richtig abbilden zu können.

    Für die Simulation von Verkehr auf Autobahnen und mehrstreifigen Strassen wird ein Modell benötigt, das nicht nur mehrere vorausfahrende Fahrzeuge, sondern auch die Fahrzeuge auf den beiden Nachbarfahrstreifen berücksichtigt. Auch hier spielen Unterschiede in den Strassenverkehrsgesetzen eine Rolle: Lässt die Software Rechtsüberholen zu, sind die Simulationsergebnisse für Anwendungen in der Schweiz kritisch zu hinterfragen.

    In der Verkehrssimulation werden sogenannte Fahrer-Fahrzeug-Einheiten durch das Netz bewegt. Jeder Fahrer weist Verhaltensparameter auf, mit denen er mit einem bestimmten Fahrzeug verbunden ist. Dadurch korrespondiert das Verhalten der Fahrer mit den technischen Möglichkeiten des Fahrzeugs. Eine Fahrer-Fahrzeug-Einheit wird durch die folgenden Kategorien und Attribute charakterisiert:

    • Spezifikationen der Fahrzeuge
      • die Höchstgeschwindigkeit
      • das maximale Beschleunigungsvermögen
      • die Länge der Fahrzeuge
      • die aktuelle Geschwindigkeit und Beschleunigung
      • die aktuelle Position des Fahrzeugs innerhalb des Netzes
    • Parameter der Einheit aus Fahrer und Fahrzeug:
      • das Gedächtnis des Fahrers
      • die psycho-physischen Wahrnehmungsgrenzen des Fahrers, beispielsweise das Schätzvermögen für Geschwindigkeiten und Distanzen, das Sicherheitsempfinden oder die Risikobereitschaft
      • die Beschleunigung abhängig von der Wunschgeschwindigkeit des Fahrers und der momentan gefahrenen Geschwindigkeit
    • Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Fahrer-Fahrzeug-Einheiten:
      • Verknüpfungen zu den vorausfahrenden und den nachfolgenden Fahrzeugen sowohl auf dem eigenen Fahrstreifen als auch auf den benachbarten
      • Hinweise zum nächsten Lichtsignal
      • Hinweise auf den aktuell benutzten Netzabschnitt und den nächsten Knotenpunkt
  • weitere Referenzen

    inklusiv intermodaler Knotenpunkte

    weitere Referenzen

    eine Referenz der Emch+Berger Gruppe

    Leistungssteigerung an einem Autobahnanschluss in der Mikrosimulation

    Dieser Anschluss verbindet eine Autobahn mit sehr hohem Verkehrsaufkommen mit dem Strassennetz der Agglomeration.

    Aufgrund der Nutzungen im Umfeld des Autobahnanschlusses ist auf dem gesamten Netzausschnitt eine hohe Leistungsfähigkeit sicher zu stellen. Mit der Verkehrssimulation wurde dies nachgewiesen und Varianten für die Lichtsignalanlage untersucht.

     

    Mikrosimulation des Anschlusses