Markus Friedrich, Magdalena Schilling, Jörg Sonnleitner, Peter Vortisch, Sebastian Buck, Marvin Baumann, Volker Waßmuth, Sebastian Reichert, Bastian Schroeder

• Ziel des Projekts „Verfahren zur Ermittlung der maßgebenden Verkehrsnachfrage für die Planung und Bemessung von Straßen“ ist es, Bemessungskonzepte zur Ermittlung einer als maßgebend erachteten Verkehrsnachfrage für die Bemessung von Verkehrsanlagen auf Autobahnen zu entwickeln und mit dem Bemessungskonzept der 50. höchstausgelasteten Stunde zu vergleichen. Beim Vergleich der Bemessungskonzepte sollen die verfügbaren Datengrundlagen (Zahl der Dauerzählstellen, Kurzzeitzählung, Floating-Car-Daten) variiert und die Eignung für eine Übertragung in die Verkehrsprognose beurteilt werden. Um die Güte der Bemessungskonzepte bewerten zu können, wird zunächst eine Referenzdatenbank geschaffen. Hierzu werden Dauerzählstellendaten der BASt sowie der Bundesländer Bayern, Hessen und Nordrhein-Westfalen aufbereitet und durch Matrixschätzverfahren räumlich so um virtuelle Dauerzählstellen ergänzt, dass für 78 Autobahnknotenpunkte (23 Autobahnkreuze und 55 Anschlussstellen) in den Jahren 2017, 2018 und 2019 eine vollständige Detektion gegeben ist. Die Knotenpunkte der Referenzdatenbasis erfüllen drei Bedingungen: • Zeitliche Vollständigkeit: An allen Dauerzählstellen sind Verkehrsstärken für alle 8.760 Stunden eines Jahres verfügbar. • Räumliche Vollständigkeit: An allen Zu- und Abfahrten der Knotenpunkte und an allen Zu- und Abfahrten der Teilknotenpunkte sind Dauerzählstellen verfügbar. • Konsistenz: Die Verkehrsstärken aller Dauerzählstellen sind konsistent, d.h. an jedem Teilknotenpunkt entsprechen die Zuflüsse den Abflüssen. Mit der Referenzdatenbasis werden Kombinationen von neun Bemessungskonzepten und mehreren Datengrundlagen (0/1/4/8 Dauerzählstellen, ohne/mit Kurzzeitzählung, ohne/mit FCD) getestet. Diese Kombinationen werden als Bemessungsszenarien bezeichnet und auf die 78 Autobahnknotenpunkte angewendet. Außerdem werden 18 Netzabschnitte untersucht. Für die Bewertung der Bemessungsszenarien wird die Kenngröße QSV-Genauigkeit genutzt. Sie gibt an, in wie viel Prozent der Fälle der ermittelte QSV-Wert dem Wert des Referenzbemessungsszenarios entspricht. Die Untersuchung liefert folgende Ergebnisse zu den Datengrundlagen: • Die Datengrundlagen beeinflussen die Qualität der Ergebnisse deutlich stärker als die Wahl des Bemessungskonzepts. • Die Qualität der Ergebnisse steigt mit der Zahl der Dauerzählstellen. Wünschenswert sind Dauerzählstellen an den Hauptfahrbahnen für alle Zufahrten des Knotens. Bei nur einer Dauerzählstelle ist die Qualität der Ergebnisse deutlich schlechter. • Ergänzende Datengrundlagen in Form von Kurzzeitzählungen oder FCD an den Zu- und Abfahrten aller Teilknotenpunkte sind eine notwendige Voraussetzung für eine gute Qualität der Ergebnisse. • Die Verwendung von FCD anstelle von Kurzzeitzählungen ist möglich, erreicht aber in den untersuchten Fällen nicht die gleiche Ergebnisqualität wie eine Kurzzeitzählung. • Das vom HBS empfohlene Verfahren – Kurzzeitzählung an allen Rampen eines Knotens mit anschließender Matrixschätzung oder Hochrechnung an den nächstgelegenen Dauerzählstellen – liefert eine Bemessungsverkehrsstärke, mit der die Auslastung der 50. höchstausgelasteten Stunde gut getroffen wird. Die Analyse der QSV-Genauigkeit ermöglicht folgende Aussagen zur den Bemessungskonzepten: • Die Bemessungskonzepte, die auf einer Dauerline basieren, liefern die höchste QSV-Genauigkeit. Das entspricht den Erwartungen, da das Referenzbemessungsszenario ebenfalls Dauerlinien nutzt. • Die dauerlinienbasierten Bemessungskonzepte unterscheiden sich von den tageszeitbasierten Bemessungskonzepten dadurch, dass die Zahl der untersuchten Nachfragesituationen „zufällig“ ist, da sie von der Zahl der verfügbaren Dauerzählstellen abhängen. Die QSV-Genauigkeit hängt deshalb – anders als bei den tageszeitbasierten Konzepten – stark von der Zahl der Dauerzählstellen ab. Bei einer Verfügbarkeit von Dauerzählstellen, so wie sie an vielen Knotenpunkten gegeben ist, liefern tageszeitbasierte Konzepte eine ähnliche Ergebnisqualität wie dauerlinienbasierte Konzepte. Das Konzept der n-ten Stunde, bei dem nach HBS jede Dauerzählstelle eine eigene Nachfragesituation definiert, lässt sich nicht direkt auf eine modellbasierte Verkehrsprognose übertragen. Für die Verkehrsprognose eignen sich Bemessungskonzepte, die zwei Tageszeiten (Vormittag, Nachmittag) untersuchen. Hier liefert das Konzept „90. Perzentil der Spitzenstunde eines Verkehrstages“ eine mögliche Lösung, da es zu ähnlichen Ergebnissen wie die 50. höchstausgelasteten Stunde führt. Es ermittelt die maßgebende Verkehrsnachfrage im Analysezustand jeweils aus dem 90. Perzentil der beiden Spitzenstunden aller Kalendertage eines Jahres des betrachteten Verkehrstagtyps. In Verkehrsnachfragemodellen, die den Mittelwert der werktäglichen Verkehrsnachfrage abbilden, kann das 90. Perzentil durch pauschale Korrekturfaktoren oder durch höhere Mobilitätsraten abgebildet werden.
• The aim of the project "Methods for determining the design traffic volume for the planning and design of roads" is to develop traffic volume estimation concepts for determining a traffic volume regarded as representative for the design of traffic facilities on highways and to compare them with the traffic volume estimation concept of the 50th most saturated hour. When comparing the concepts, the available data situation (number of permanent count stations, short-term counts, FCD (floating car data) shall be varied and their suitability for use in traffic forecasting shall be assessed. To evaluate the quality of the traffic volume estimation concepts, a reference database is created. For this purpose, permanent count data from the BASt as well as from the federal states of Bavaria, Hesse and North Rhine-Westphalia are processed and spatially supplemented by virtual permanent count stations. To achieve this matrix estimation procedures are applied in such a way that complete detection is available for 78 freeway intersections (23 freeway interchanges and 55 freeway exits) for the years 2017, 2018 and 2019. The intersections in the reference database meet three conditions: • Temporal completeness: Traffic volumes for all 8,760 hours of a year are available at all permanent count stations. • Spatial completeness: Permanent count stations are available at all entrances and exits of the intersections and at all entrances and exits of the ramp junctions. • Consistency: The traffic volumes of all permanent count stations are consistent, i.e. at each node the inflows correspond to the outflows. The reference database is used to test combinations of nine traffic volume estimation concepts and several data situations (0/1/4/8 permanent count stations, without/with short-term counts, without/with FCD). These combinations are referred to as estimation scenarios and are applied to the 78 freeway interchanges. In addition, 18 network sections are examined. For the evaluation of the estimation scenarios, an indicator LOS-accuracy is introduced. It indicates the percentage of cases where the determined LOS value (Level of Service) corresponds to the value of the reference estimation scenario. The study delivers the following results on the data situations: • The data situation influences the quality of the results more than the choice of the traffic volume estimation concept. • The quality of the results increases with the number of permanent count stations. It is desirable to have permanent count stations on the main carriageways for all approaches to the intersection. With only one permanent count station, the quality of the results is considerably lower. • Supplementary data in the form of short-term counts or FCD at the entrances and exits of all ramp junctions are a necessary prerequisite for good quality results. • The use of FCD instead of short-term counts is possible, but does not achieve the same quality of results as a short-term count in the investigated cases. • The procedure recommended by the HBS - short-term counts at all ramps of a node with subsequent matrix estimation or extrapolation at the nearest permanent count stations - provides a design hourly volume which well meets the saturation of the 50th most saturated hour. The analysis of the LOS-accuracy allows the following statements on the traffic volume estimation concepts: • Estimation concepts based on the ranking of annual hourly volumes provide the highest LOS-accuracy. This is in line with expectations, as the reference estimation scenario uses a similar concept which ranks annual saturation rates. • Volume ranking concepts differ from the time-of-day based estimation concepts in that the number of demand situations investigated is "random", as they depend on the number of available permanent count stations. The LOS-accuracy therefore depends - in contrast to the time-of-day-based concepts – strongly on the number of permanent count stations. If only few count stations are available, as is the case at many intersections, time-of-day-based concepts deliver a similar quality of results as ranking concepts. The estimation concept of the n-th hour, in which each permanent count station defines its own demand situation according to HBS, cannot be directly applied to a model-based traffic forecast. For traffic forecasting, estimation concepts that examine two times of day (morning, afternoon) are more suitable. Here, the concept "90th percentile of the peak hour of a typical day" provides a possible solution, which produces similar results as the 50th most saturated hour. It determines the design travel demand in the analysis state from the 90th percentile of the two peak hours of all calendar days of a typical day. In travel demand models computing the mean weekday travel demand, the 90th percentile can be computed with global correction factors or by trip generation rates.