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Entwicklung eines aktuellen, echtzeit-verfügbaren Key Performance Indicator (KPI) Systems für das deutsche Autobahnnetz

Development of an up-to-date, real-time available Key Performance Indicator (KPI) system for the German motorway network

  • Zu den zentralen Aufgaben eines Verkehrsinfrastrukturbetreibers gehört neben der Gewährleistung einer hohen Verkehrssicherheit auch die Sicherung einer angemessenen Verkehrsablaufqualität. Ziel des Forschungsvorhabens war es, unter Berücksichtigung verschiedener Datenerfassungsmethoden ein System von Key-Performance-Indikatoren (KPI) zu entwickeln, das die kontinuierliche Bewertung der Verkehrsablaufqualität und der Leistungsfähigkeit der Verkehrsinfrastruktur für ausgewählte Anwendungsfelder ermöglicht. Als Ergebnis wird ein Konzept für KPI-basierte Verfahren zur Bewertung der Verkehrsqualität auf Autobahnen und ggf. auch Bundesstraßen entwickelt und eine Empfehlung für ein praktikables hybrides KPI-System gegeben. Zunächst werden Kenngrößen zur Bewertung der Verkehrsablaufqualität beschrieben. Dabei werden drei Klassen von Kenngrößen unterschieden: • Kenngrößen der Fahrtgeschwindigkeit und Fahrtzeit, • Kenngrößen der Zuverlässigkeit, • Kenngrößen der Verkehrsnachfrage. Außerdem werden Methoden und Datenquellen dargestellt, mit denen die Daten erfasst werden können, die für die Ermittlung der KPI erforderlich sind. Dabei wird zwischen Fahrtzeitdaten und Nachfragedaten unterschieden. Zum Zweck einer differenzierten Bewertung der KPI-Systeme werden mögliche Einsatzfelder untersucht, die sich bezüglich ihrer räumlichen und zeitli¬chen Auflösung unterscheiden lassen: 1. Auswertungen zur Verkehrssituation in Eckwerten, 2. Engpassanalyse als Grundlage für die Bedarfsplanerstellung (BVWP), 3. Verfügbarkeitsermittlung, 4. Real-Time-Verkehrsmanagement. Unter Berücksichtigung der verschiedenen Datenerfassungssysteme werden in der Konzeptentwick¬lung fünf KPI-Systeme beschrieben und bewertet, die jeweils eine primäre Datenquelle (ANPR, Bluetooth, stationäre Detektordaten (mit Modellerweiterung), Mobilfunkdaten, Floating-Car-Daten) nutzen. Dazu werden zunächst allgemeine Anforderungen an ein KPI-System formuliert. Anhand dieser Anforderungen werden die fünf KPI-Systeme dann bewertet. In der Praxis werden von den Verkehrszentralen bereits heute unterschiedliche Datenquellen genutzt, sodass ein hybrider Ansatz zur Bestimmung von KPI sinnvoll ist. Für ein hybrides KPI-System, das mehrere Datenquellen kombiniert, wird ein dreistufiger Ansatz gewählt und ebenfalls anhand der Anforderungen bewertet: • Stufe 0: KPI-Basissystem mit stationären Detektordaten (SDD) – Basisfall. • Stufe 1: KPI-System mit stationären Detektordaten (SDD) und Floating-Car-Daten (FCD). • Stufe 2: KPI-System mit stationären Detektordaten (SDD), Floating-Car-Daten (FCD) und lokalen Erweiterungen. Für die Bewertung werden die Aufwände der betrachteten KPI-Systeme beispielhaft abgeschätzt und den Nutzen je Anwendungsfall gegenübergestellt. Bei der Nutzenbewertung steht im Vordergrund, inwieweit die diskutierten Einsatzmöglichkeiten durch das jeweilige KPI-System abgedeckt werden. Zur Bewertungssynthese wird für die fünf KPI-Systeme ein Wirksamkeit-Kosten-Quotienten (WKQ) vorgeschlagen. Für die hybriden Systeme sollen dagegen die jeweiligen Zusatznutzen und -kosten im Vergleich zum Basisfall der Stufe 0 ermittelt werden. Im Ergebnis zeigt sich, dass tendenziell FCD die höchste Wirtschaftlichkeit aufweisen. Je nach Anwendungsfall liefern hybride Systeme einen praktikableren und realitätsnahen Ansatz zur Implementierung von KPI-Systemen. Die Kostenannahmen und die Berechnung der jeweiligen Nutzenpunkte wurden in einer Excel-Map¬pe zusammengestellt, die als Berechnungswerkzeug im Rahmen dieses Forschungsvorhabens entwickelt und dem Bericht beigelegt wird. Mit diesem Werkzeug lassen sich alle vom Auftragnehmer getroffenen Annahmen zu Kosten und Nutzen und die Gewichtung in Bezug auf die Anwendungsfelder flexibel anpassen, um verschiedene Szenarien zu berechnen. Für die Anwendung in der Praxis sollten die jeweiligen Entscheidungsträger alle Kostenan¬nahmen sowie Gewichtungsfaktoren für die Anforderungserfüllung aus ihrer Sicht prüfen und die Kostenannahmen durch eigene Kostenkalkulation unter Annahme eines angestrebten Ausbaubedarfs ersetzen. Der geforderte webbasierte Prototyp zur exemplarischen Umsetzung eines KPI-Systems wurde auf Basis der Software PTV Optima mit dem Autobahn¬viereck aus A5, A8, A81 und A6 zwischen Heidelberg, Karlsruhe, Stuttgart und Heilbronn realisiert. Mit einer Evaluierung des Prototyps durch den Betreuerkreis wurde abschließend untersucht, wie die Nutzer das System bewerteten.
  • In addition to ensuring a high level of traffic safety, the central tasks of a transport infrastructure operator also include ensuring an appropriate traffic flow quality. The aim of the research project was to develop a system of key performance indicators (KPI), taking into account various data collection methods, which allows the continuous evaluation of traffic flow quality and the performance of the traffic infrastructure for selected fields of application. As a result, a concept for KPI-based procedures for the evaluation of traffic quality on motorways and, if necessary, also federal highways is developed and a recommendation for a practicable hybrid KPI system is given. At first, parameters for the evaluation of traffic flow quality are described. A distinction is made between three classes of parameters: • Indicators of travel speed and travel time, • Reliability indicators, • Indicators of travel demand. The methods and data sources that can be used to collect the data needed to determine the KPI are presented. A distinction is made between travel time data and demand data. For the purpose of a differentiated evaluation of the KPI systems, possible fields of application are examined, which can be distinguished with regard to their spatial and temporal resolution: 1. Evaluation of the traffic situation in key figures 2. Bottleneck analysis as a basis for the preparation of the network requirement plan (BVWP) 3. Availability analysis 4. Real-Time traffic management Considering the different data acquisition systems, five KPI systems are described and evaluated in the concept development. Each of these uses a primary data source – ANPR, Bluetooth, stationary detector data (with model extension), mobile phone data or floating car data. For this purpose, general requirements for a KPI system are first formulated. The five KPI systems are then evaluated based on these requirements. In practice, different data sources are already used by regional traffic management centres. Therefore, a hybrid approach to determining KPI is reasonable. For a hybrid KPI system that combines several data sources, a three-step approach is chosen and also evaluated according to the requirements: • Level 0: KPI base system with stationary detector data (SDD) – base case. • Level 1: KPI system with stationary detector data (SDD) and floating car data (FCD). • Level 2: KPI system with stationary detector data (SDD), floating car data (FCD) and local extensions. For the evaluation, the efforts of the KPI systems under consideration are estimated exemplary and compared with the benefit per application. The benefit assessment focuses on the extent to which the discussed application possibilities are covered by the respective KPI system. For the evaluation synthesis an effectiveness-cost-quotient (Wirksamkeit-Kosten-Quotient – WKQ) is proposed for the five KPI systems. For the hybrid systems, on the other hand, the respective additional benefits and costs are to be determined in comparison to the base case of level 0. The result shows that FCDs tend to have the highest efficiency. Depending on the application, hybrid systems provide a more practical and realistic approach to implementing KPI systems. The cost assumptions and the calculation of the respective benefit points were compiled in an Excel folder, which was developed as a calculation tool within the framework of this research project and is enclosed with the report. With this tool, all assumptions made by the authors regarding costs and benefits and the weighting in relation to the fields of application can be flexibly adjusted to calculate different scenarios. For practical application, the decision-makers should check all cost assumptions and weighting factors for the fulfilment of requirements from their point of view and replace the cost assumptions by their own cost calculation assuming a targeted expansion requirement. The required web-based prototype for the exemplary implementation of a KPI system was realized based on PTV Optima software with the motorway quadrangle consisting of A5, A8, A81 and A6 between Heidelberg, Karlsruhe, Stuttgart and Heilbronn. An evaluation of the prototype by the advisory board was used to find out how the users evaluated the system.

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Metadaten
Author:Lars Peter, Josef Janko, Norbert Schick, Volker Waßmuth, Markus Friedrich, Jürgen Bawidamann
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-25087
ISBN:978-3-95606-575-0
Series (Serial Number):Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe V: Verkehrstechnik (V 342)
Publisher:Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG
Place of publication:Bremen
Document Type:Book
Language:German
Date of Publication (online):2021/05/14
Date of first publication:2021/05/14
Publishing institution:Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
Release Date:2021/05/14
Number of pages:150
Comment:
Bericht zum Forschungsprojekt 21.0059
Entwicklung eines aktuellen, echtzeit-verfügbaren
Key Performance Indicator (KPI) Systems für das
deutsche Autobahnnetz
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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