Justin Geistefeldt, Ning Wu, Julian Schmitz, Michael Vieten, Nicole Stephan

• Das Handbuch für die Bemessung von Straßenverkehrsanlagen (HBS 2015) enthält ein umfangreiches Berechnungsverfahren zur Bewertung der Verkehrsqualität an Knotenpunkten mit Lichtsignalanlage (LSA). Die praktische Anwendung des Verfahrens zeigte in den vergangenen Jahren, dass einige Teilkomponenten des Verfahrens die Randbedingungen des aktuellen Verkehrsablaufs nicht mehr ausreichend genau berücksichtigen und relevante Fahrstreifenkonstellationen nicht unmittelbar betrachtet werden können. Daher wurden in der Untersuchung eine Neukalibrierung und Erweiterung der bestehenden Modelle durchgeführt sowie Hinweise für eine HBS-konforme Simulation mit der Software PTV Vissim als alternatives Verfahren zur Ermittlung der Qualität des Verkehrsablauf erarbeitet. Grundlage der Untersuchung bildeten umfangreiche empirische Analysen des Verkehrsablaufs an Knotenpunkten mit LSA. Dabei wurden Sättigungsverkehrsstärken für verschiedene Randbedingungen gemessen, der Einfluss des querenden Fuß- und Radverkehrs auf bedingt verträglich geführte Abbiegeströme anhand der Belegungszeit erhoben, der Verkehrsablauf an Zufahrten mit mindestens einem zusätzlichen kurzen Aufstellstreifen beobachtet sowie Fahrtzeiten an verkehrsabhängig gesteuerten LSA erfasst. Die Datengrundlage wurde teilweise durch mikroskopische Verkehrsflusssimulationen erweitert. Im Ergebnis der Analysen konnte die Sättigungsverkehrsstärke von 2000 Kfz/h im Pkw-Verkehr ohne weitere Einflüsse bestätigt werden. Es zeigte sich jedoch, dass die Einflüsse des Schwerverkehrs, der Steigung und des Abbiegeradius weniger stark ausgeprägt sind als im HBS 2015 angenommen. Zudem wurde die zulässige Höchstgeschwindigkeit für die Sättigungsverkehrsstärke als eine weitere maßgebende Einflussgröße ermittelt, wobei geringere Geschwindigkeiten zu geringeren Sättigungsverkehrsstärken führen. Die Verwendung eines Zeitzuschlags von einer Sekunde zur Ermittlung der effektiven Freigabezeit konnte näherungsweise bestätigt werden. Bei den Erhebungen an Fußgänger- und Radfurten konnte beobachtet werden, dass die im HBS 2015 angegebene Berechnungsfunktion die Belegungszeiten aufgrund der Nichtberücksichtigung relevanter Randbedingungen wie der Furtgeometrie, der Furtsignalisierung (simultan oder progressiv), der Freigabezeit und der Umlaufzeit nicht ausreichend genau beschreibt und tendenziell unterschätzt. Es wurde ein neues Modell auf der Grundlage der Zeitlückentheorie abgeleitet, welches diese Parameter unmittelbar als Eingangsgrößen verwendet und die Belegungszeit damit deutlich genauer schätzen kann. Die Analyse von Zufahrten mit zusätzlichem kurzem Aufstellstreifen zeigte, dass das aktuell im HBS 2015 verwendete Berechnungsmodell die Kapazität sehr gut beschreibt und auch auf Zufahrten mit zwei oder drei durchgehenden Fahrstreifen erweitert werden kann. Zusätzlich wurden unterschiedliche Modellvereinfachungen erarbeitet. Bei der Analyse einfacher verkehrsabhängiger Steuerungen mit einer Grundstellung in einer Dauergrünphase der Hauptrichtung oder einer Alles-Rot-Phase zeigte sich kein Anpassungsbedarf der Kriterien für die Bewertung der Verkehrsqualität. Die Bewertung eines Festzeitprogramms mit mittleren Freigabe- und Sperrzeiten stellt für diese Schaltungen eine akzeptable Näherung dar. Für die HBS-konforme mikroskopische Verkehrsflusssimulation wurden in der Untersuchung Anwendungshinweise und Parametereinstellungen für das Programm PTV Vissim abgeleitet, die auch die neuen empirischen Erkenntnisse berücksichtigen. Dabei zeigte sich, dass unter Standardeinstellungen deutliche Unterschiede der Simulation zum analytischen Verfahren des HBS 2015 vorhanden sind und damit eine direkte Vergleichbarkeit der Ergebnisse nur eingeschränkt gegeben ist. Die sachgerechte Berücksichtigung der Instationarität in der Simulation im Sinne des HBS wurde ebenfalls analysiert. Durch die erarbeiteten Anwendungshinweise und Parametereinstellungen können diese Unterschiede minimiert werden.
• The German Highway Capacity Manual (HBS 2015) contains a comprehensive calculation procedure for the assessment of traffic flow quality at signalized intersections. The practical application of the procedure revealed that some subcomponents of the procedure do not sufficiently consider the necessary boundary conditions of the current traffic flow and the specific intersection geometry. Therefore, a recalibration and extension of the existing models was carried out in the study. Furthermore, instructions and parameters for an HBS-conform traffic flow simulation as an alternative quality-of-service assessment procedure were developed. The study was based on an extensive empirical analyses of traffic flow at signalized intersections. Saturation flow rates were measured for different boundary conditions and the influence of conflicting pedestrians and cyclists on the turning traffic stream was determined based on the blocked green time (blockage time). The traffic flow at intersection approaches with at least one additional short lane was observed, and travel times at traffic-actuated controlled traffic signals were recorded. The data basis was partially extended by microscopic traffic flow simulations. As a result of the analyses, the base saturation flow rate of 2000 veh/h for passenger car traffic without further influences was confirmed. However, it was shown that the influences of heavy vehicles, the gradient, and the turning radius are less significant than assumed in the HBS 2015. In addition, the posted speed limit was determined as a further factor influencing the saturation flow rate, with lower posted speed limits leading to lower saturation flow rates. The use of an additional time of one second to determine the effective green time was confirmed as a good approximation for German traffic conditions. When surveying pedestrian and bicycle crossings, it was observed that the calculation procedure specified in the HBS 2015 does not describe the blockage times accurately enough and tends to underestimate them due to not considering of relevant boundary conditions such as the geometry of the pedestrian crossing, the signal timing (simultaneous or progressive), the green time of the pedestrian and/or bicycle signal, and the cycle time. A new model based on the gap acceptance theory was derived, in which these parameters are used directly as input variables and can thus be used for estimating the blockage time much more accurately. The analysis of intersection approaches with an additional short lane showed that the current calculation model used in the HBS 2015 describes the capacity very well and can also be extended to intersection approaches with two or three continuous lanes. In addition, different model approximations were developed to simplify the procedure. The analysis of traffic-actuated signal control with two basic control strategies (permanent green phase of the main direction and all-red phase) showed no need for adapting the criteria for the evaluation of traffic flow quality. The evaluation of a fixed-time signal control program with average green and red times represents an acceptable approximation for these basic control strategies. For an HBS-conform microscopic traffic flow simulation instructions and parameter settings for the simulation program PTV Vissim were derived, taking account for the new empirical findings. It was shown that there are clear differences between the simulation using the program’s default settings and the analytical procedures of the HBS 2015 and thus the results are not fully comparable. The exact consideration of the instationarity of demand in the simulation in terms of the HBS was also analyzed. These differences can be minimized by the proposed application instructions and parameter settings.