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Es ist davon auszugehen, dass automatisiertes Fahren künftig zum Großteil auf der vorhandenen Infrastruktur zusammen mit nicht-automatisierten Fahrzeugen erfolgen wird. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, ob mit der Verbreitung automatisierten Fahrens auch besondere Anforderungen an die Infrastruktur entstehen bzw. wie die Infrastruktur ggf. weiterentwickelt werden sollte. Das übergeordnete Ziel des vorliegenden Grundlagenprojektes war daher die Beantwortung der Frage, welche Infrastrukturmaßnahmen (straßenbaulich, verkehrs- und informationstechnisch) für die verschiedenen Level des automatisierten Fahrens erforderlich sind. Das Projekt fokussierte hierbei auf die Fahrt auf der Autobahn und der Landstraße. Neben einem Standardszenario für die Fahrt auf der Autobahn (Autobahnchauffeur) und der Landstraße (Pendlerchauffeur) wurden auch ausgewählte Szenarien mit größeren Herausforderungen an die Fahraufgabe betrachtet, welche dann ggf. auch erhöhte Anforderungen an die Infrastruktur stellen. Aufbauend auf Grundlagen und Standards für den Bau und Betrieb der Straßenverkehrsinfrastruktur wurden im Projekt die bzgl. des automatisierten Fahrens auftretenden Herausforderungen erarbeitet, Szenarien mit besonderen Herausforderungen entwickelt, Infrastrukturmaßnahmen zur Unterstützung des automatisierten Fahrens abgeleitet und anschließend hinsichtlich der Aspekte Notwendigkeit, Wirksamkeit, technische, organisatorische und zeitliche Realisierbarkeit sowie des entstehenden Aufwands bewertet. Die Ergebnisse der Bewertung tragen dazu bei Empfehlungen zu erarbeiten, die helfen sollen, die Straßeninfrastruktur hinsichtlich automatisierten Fahrens zukunftsfähig zu machen. Es hat sich dabei herausgestellt, dass die Infrastruktur des Straßenverkehrs durchaus Potenzial besitzt, das automatisierte Fahren an ausgewählten Punkten bzw. in speziellen Situationen zu unterstützen. Eine zentrale und vielversprechende Maßnahme, die in den meisten Szenarien unterstützend für das automatisierte Fahren wirken kann, ist die Nutzung einer hochgenauen, geschichteten digitalen Referenzkarte. Durch diese lassen sich sowohl langfristige Situationen, als auch mittel- und kurzfristige Änderungen der Verkehrslage darstellen. Mit dem heutigen Stand der fahrzeugseitigen Technologie sowie der vorhandenen Straßeninfrastruktur erscheint hochautomatisiertes Fahren auf Autobahnen ohne Veränderungen bzw. große Anpassungen der Infrastruktur grundsätzlich vorstellbar. Für die weitere Entwicklung und den Erfolg der Automatisierung des Verkehrs ist zu sagen, dass das Zusammenspiel vor allem auf einer organisatorischen Ebene von Automobilindustrie und Straßenbetreibern als auch Diensteanbietern unerlässlich ist.
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.
Im Vorhaben wurde das Verhalten von offenporigen Fahrbahnbelägen in Bezug auf brennbare Flüssigkeiten im Vergleich zu dichten Fahrbahnoberflächen untersucht und analysiert inwieweit die speziellen Eigenschaften von offenporigen Asphalten Auswirkungen auf die Sicherheitsannahmen für risikobasierte quantitative Untersuchungen für Tunnel oder teilgeschlossene Bauwerke aufweisen. Hierzu wurden umfangreiche Versuche an großflächigen Versuchsplatten (80 x 80 cm) mit Deckschichten aus offenporigem Asphalt (PA) und Splitt-Mastix-Asphalt (SMA) sowie ergänzende CFD-Berechnungen durchgeführt. Die Ermittlung des Durchfluss- und Ausbreitverhaltens erfolgte bei konstanter Flüssigkeitsaufgabe auf die Versuchsplatten und Fassung der an den Plattenseiten austretenden Flüssigkeit in Messzylindern. Über diese wurde für die verschiedenen Deckschichten das zeitliche und räumliche Ausbreitungsverhalten analysiert. Die Ermittlung des Einflusses einer Oberflächenneigung erfolgte durch Variation der Ableitversuche mit zwei unterschiedlichen Plattenneigungen. Die Ermittlung des Brandverhaltens erfolgte in zwei Schritten. In einer ersten Versuchsreihe wurden auf die Platten verschiedene zuvor definierte Kraftstoffmengen aufgegeben und anschließend gezündet, so dass bei Brandbeginn beim SMA ein übersättigter und beim PA, je nach Aufgabemenge ein übersättigter, gesättigter oder teilgesättigter Asphalt vorlag. In der zweiten Versuchsreihe erfolgte während des Abbrands ein kontinuierlicher Benzinzufluss. Die Analyse der umfangreichen Daten aus den Versuchsreihen ermöglichte die Bereitstellung detaillierter Eingangsgrößen für die CFD-gestützte Modellierung und Validierung des zeitlichen und räumlichen Ausbreitungs- und Abbrandverhaltens für die betrachteten Fahrbahnoberflächen. In der sich anschließenden Wirkungsanalyse wurden die sich aus der Modellierung ergebenden Auswirkungen der unterschiedlichen Fahrbahnoberflächen (PA und SMA) ermittelt und unter Anwendung des Verfahrens für die Bewertung der Sicherheit von Straßentunneln miteinander verglichen. Der quantitative Sicherheitsvergleich zeigte, dass offenporige Asphaltbeläge in Einhausungs- und Tunnelbauwerken unter risikoorientierten Gesichtspunkten nicht ungünstiger als dichte Fahrbahnbeläge einzustufen sind.
Der Zeitaufwand für eine Ortsveränderung ist die zentrale Kenngröße zur Beschreibung der Angebotsqualität in einem Verkehrsnetz. Damit Fahrtzeitdaten für die Planung und die Bewertung genutzt werden können, müssen die Fahrtzeitdaten aus unterschiedlichen Quellen vergleichbar sein. Falls das nicht gewährleistet ist, könnten in der Realität identische oder vergleichbare Verkehrszustände in Abhängigkeit der Datenquelle in der Planung unterschiedlich bewertet werden.
Aus dieser Forderung ergeben sich die Ziele und die Vorgehensweise des Forschungsvorhabens:
(1) Es wurden verbindungsbezogene Reisezeiten im Straßenverkehr mit verschiedenen Methoden und Datenquellen (Google, HERE, INRIX, TomTom, Verkehrsnachfragemodell PTV-Validate) ermittelt und verglichen. Dazu wurden Fahrtzeiten für 16 ausgewählte Relationen untersucht.
(2) Es wurde eine allgemein zugängliche Datenbasis für verbindungsbezogene Reisezeiten zwischen zentralen Orten (Metropolregionen, Oberzentren, Mittelzentren) zur Beurteilung der Zeitdaten anderer Datenquellen erstellt. Die Datenbasis umfasst 21.500 ausgewählte Relationen. Für jede Relation werden Fahrtzeitdaten aus drei Datenquellen (Verkehrsnachfragemodell, Google, TomTom) für mehrere Tageszeiten und Perzentile bereitgestellt.
(3) Aufbauend auf dem Vergleich der Methoden und Datenquellen wurde ein Konzept entwickelt, mit dem die Zeitdaten einer vom Anwender gewählten Datenquelle anhand der erstellten Datenbasis beurteilt und ggf. korrigiert werden können. Um die Vergleichbarkeit einer beliebigen Analysedatenquelle und einer Referenzdatenquelle zu überprüfen, wird ein zweistufiges Vorgehen vorgeschlagen, dass aus einer Validierungsstufe und einer Anpassungsstufe besteht.
(4) Es werden Referenzkurven zur Bewertung der verbindungsbezogenen Angebotsqualität für die RIN (Richtlinien für integrierte Netzgestaltung, RIN 2008) vorgeschlagen. Es wurden drei Bewertungskurven geschätzt:
• Luftliniengeschwindigkeit in der Neben- oder Schwachverkehrszeit.
• Luftliniengeschwindigkeit in der Hauptverkehrszeit ohne zufällige Störungen.
• Luftliniengeschwindigkeit in der Hauptverkehrszeit mit zufälligen Störungen.
Die Parameter der Referenzkurven wurden mit zwei Ansätzen bestimmt. Im ersten Ansatz wurden die empirischen Reisezeiten der Datenbasis für die Schätzung der Parameter genutzt. Im zweiten Ansatz wurden für die Parameterschätzung Reisezeiten aus typischen Eigenschaften des Verkehrswegenetzes abgeleitet. Die Ergebnisse sollen als Basis für weitere Diskussionen zur Fortschreibung der RIN 2008 in den zuständigen Gremien dienen.
