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Mit Hilfe von Netzbeeinflussungsanlagen (NBA) soll der Verkehr vor allem bei Störungen im Verkehrsablauf entsprechend den jeweils vorhandenen Verkehrsbelastungen und Fahrtzeiten optimal im Straßennetz abgewickelt werden. Die derzeit zur Ermittlung der Wirksamkeit von NBA verwendeten Verfahren gemäß der „Hinweise zur Wirksamkeitsschätzung und Wirksamkeitsberechnung von Verkehrsbeeinflussungsanlagen“ (FGSV-Heft 311) berechnen die Wirkungen bezüglich des Verkehrsflusses anhand der Zeitkosten. Die in die Verfahren eingehenden Kenngrößen sind allerdings empirisch schwer zu bestimmen und beruhen insbesondere für den Befolgungsgrad und für die Fahrtzeiten auf Normal- und Alternativroute auf nicht einwandfrei verifizierten Annahmen. Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens war es, ein Wirksamkeitsanalyseverfahren zu erarbeiten, welches transparenter und praxistauglicher einen Nachweis der verkehrlichen Wirkung von NBA unterstützt.
Basierend auf einer Literaturanalyse zu Vorgehensweisen bei Wirksamkeitsanalysen von NBA und NBA-Steuerungsstrategien sowie auf Expertengesprächen mit Vertretern der Straßenbauverwaltung wurden relevante Wirkungskomponenten ausgewählt und deren tatsächliche Berechnungsmöglichkeit bewertet.
Ausgehend von den so gewonnenen Erkenntnissen wurden für NBA die Anwendungsfälle Störungsinformation (Anwendungsfall S) und Alternativroutenempfehlung (Anwendungsfall A) in einem neuen Analyseverfahren für Ex-Ante- und Ex-Post-Untersuchungen etabliert. Zur Beurteilung der Relevanz von Störungen und der Einschätzung von Fahrtzeiten im ungestörten und gestörten Zustand, Verlustzeiten durch die Störung und resultierender Zeitvorteile werden Informationen aus Floating Car Data (FCD) verwendet. Die Weitergabe der Störungsinformation am Entscheidungspunkt (Anwendungs-fall S) hat, ob mit oder ohne ergänzende Ausweisung einer Alternativroute, auch Einfluss auf das Verhalten der Verkehrsteilnehmenden. Die Anzahl der über die Störung informierten Verkehrsteilnehmenden wird für den Anwendungsfall S zur Beurteilung der Wirksamkeit einer NBA herangezogen. Wird ergänzend zu der reinen Störungsinformation auch eine Alternativroutenempfehlung ausgewiesen, wird zusätzlich der Anwendungsfall A für den relevanten Zeitbereich betrachtet. Dem Verfahren im Anwendungsfall A liegt die Annahme zugrunde, dass aus einer Alternativroutenempfehlung für die der Empfehlung folgenden Verkehrsteilnehmenden Zeitvorteile gegenüber der Fahrt auf der Normalroute im gestörten Zustand resultieren. Die Summe dieser Zeitvorteile über alle relevanten Verkehrsteilnehmenden wird für Anwendungsfall A zur Beurteilung der verkehrlichen Wirksamkeit einer NBA herangezogen. Hierfür wird zunächst die Charakteristik des zugrundeliegenden Netzes aus Normalroute und Alternativroute analysiert. Aus dieser Analyse lassen sich Hinweise auf die tatsächliche Relevanz möglicher Störungen auf der Normalroute für die Anwendungsfälle S und A ableiten. Es wird weiterhin zwischen dem Verkehrsaufkommen der Einfahrenden unterschieden, die in die Normalroute einfahren, und dem Verkehrsaufkommen der Durchfahrenden, die die gesamte Normalroute üblicherweise (im ungestörten Zustand) bis zum Endpunkt durchfahren. Weiterhin werden Informationen zu den Ausfahrenden auf die Alternativroute erforderlich. Daneben werden Daten zu Störungen und bei Ex-Post-Untersuchungen ergänzend zu Schaltungen in den NBA nötig. Auf der Alternativroute muss das Netzelement lokalisiert werden, welches die geringste Kapazität besitzt. Mit dem entwickelten Wirksamkeitsanalyseverfahren kann die verkehrliche Wirksamkeit einer NBA dargestellt werden. In Anwendungsfall A werden die Zeitvorteile für die tatsächlich beeinflussten Verkehrsteilnehmenden (Pkw und Lkw) ausgewiesen. Der Nutzen der NBA kann auf der Basis von Zeitvorteilen unter Verwendung von Zeitkostensätzen ermittelt werden.
Neben den Verfahren zur Wirksamkeitsanalyse wird ein methodischer Ansatz zur Strategiedefinition für Netzbeeinflussungsanlagen erarbeitet, der auf den identischen Prinzipien der Störungsbeurteilung aufbaut.
Im Rahmen einer beispielhaften Praxisanwendung wurde zur Überprüfung der Praxistauglichkeit dargestellt, dass die im Verfahren beschriebenen Bearbeitungsschritte und notwendigen Daten geeignet sind.
Abschließend werden Empfehlungen für die Integration des Verfahrens in die FGSV-Regelwerke formuliert. Zudem werden Hinweise zur Verbesserung eines Zugangs zu den für die Verfahrensanwendung notwendigen Daten durch standardisierte Datenformate und eine kontinuierliche Datenhaltung, zur Vereinfachung der Verfahrensanwendung durch eine Umsetzung in einem Softwaretool und zur Bereitstellung der aus Verfahrensanwendungen gewonnenen Erkenntnisse in einer Wissensbasis gegeben.
Im Rahmen dieses Projektes wurden die mittleren Pkw-Fahrtgeschwindigkeiten und weitere verkehrstechnische Kenngrößen auf Netzabschnitten von Bundesautobahnen (BAB) unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen den Einzelelementen des Abschnittes untersucht. Auf Basis der ermittelten Eigenschaften wurde ein EDV-Programm mit Benutzeroberfläche und Datenhaltung in Microsoft Excel entwickelt, das die Bewertung der Verkehrs- und Angebotsqualität von Netzabschnitten auf Autobahnen ermöglicht. Das im HBS 2015 enthaltene Verfahren unterliegt einer wesentlichen Randbedingung, die die Anwendung des Verfahrens nur erlaubt, wenn keine Teilstrecke bzw. Teilknotenpunkt die Qualitätsstufe F ausweist. Diese Beschränkung wurde modelltechnisch durch eine Erweiterung des derzeitigen Verfahrens über die Grenze der ungesättigten Analyse hinaus behoben. Empirische Untersuchungen von zwei Untersuchungsstrecken (München und Karlsruhe), ergänzt durch mikroskopische Verkehrsflusssimulationen, lieferten die Datengrundlagen. Zunächst wurde die Anwendung des amerikanischen, auf dem Highway Capacity Manual (HCM) basierenden Programms FREEVAL für die Bewertung von deutschen Autobahnen überprüft. Dabei lieferte die Simulation mit FREEVAL ein plausibles Ergebnis für das Laborbeispiel in Karlsruhe. Wegen wesentlicher Unterschiede zwischen HCM- und HBS-Verfahren, hauptsächlich in Bezug auf die Definition von Kapazität, Zeitintervallen und q-V-Beziehungen sowie den entscheidenden Qualitätskriterien des Verkehrsablaufs, wird eine Anwendung des U.S. FREEVALs für deutsche Autobahnen aber nicht empfohlen. Dies hat zu der Entscheidung geführt, ein eigenes Modell zu entwickeln, das eng an das HBS-Verfahren angelehnt ist. Dazu wurde geprüft, welche makroskopischen Verkehrsmodelle für die Abbildung des Verkehrsflusses auf der deutschen Autobahn geeignet sind. Das Cell-Transmission-Modell (CTM) von DAGANZO wurde letztendlich als der geeignete Kandidat für die Modellimplementierung gewählt. Im Vergleich zum U.S. FREEVAL wurde in dem neuen Modellansatz die Diskretisierung so verfeinert, dass eine explizite Modellierung der Staupropagierung ohne zusätzliche Modellerweiterungen möglich wurde. Das Datenmodell des CTM ist insbesondere für die Modellierung von linearen Strecken wie z. B. Richtungsfahrbahnen geeignet. Für die Validierung des entwickelten Modells wurde die BAB A 99 in der Nähe von München an vier verschiedenen Tagen modelliert, an denen jeweils unterschiedliche Stausituationen vorlagen. Die Ergebnisse zeigen, dass das deutsche FREEVAL eine realistische Darstellung der Verkehrssituation ermöglicht. Bei gravierenden Überlastungen traten allerdings Abweichungen bei den Staugeschwindigkeiten auf, die in der Art des verwendeten Verkehrsflussmodells begründet sind. Das entwickelte Tool kann grundsätzlich als Alternative zu mikroskopischen Simulationstools zur Anwendung für Bemessungsaufgaben und zum Vergleich verschiedener Szenarien in Ergänzung zum HBS empfohlen werden. Es eignet sich nicht für die Abbildung von konkreten Stauereignissen zur Bestimmung der exakten räumlich-zeitlichen Ausprägung.
Ziel des Projektes war die Evaluierung einer technischen Ausleitmethode für Fahrzeuge an Kontrollplätzen im Rahmen von Standkontrollen des Bundesamts für Güterverkehr, um das händische Ausleiten durch das Kontrollpersonal in Zukunft zu ersetzen. An fünf deutschlandweit verteilten Standorten wurde die Technik, bestehend aus: Bedienstation, Kameratechnik und LED-Ausleittafel getestet, um ein gefahrloses Ausleiten von Fahrzeugen von Autobahnen zu ermöglichen.
Die verwendete Software übermittelt die Kennzeichen, welche zuvor von einem Kamerasystem erfasst wurden und leitet diese dann inklusive eines Fahrzeugbildes an die das Kontrollpersonal weiter. Grundsätzlich ist eine Pulk- oder Individualausleitung der Fahrzeuge möglich.
Am Pilotstandort Sophienberg, Bayern wurden empirische Untersuchungen zur Sicherheit und Funktionalität der Ausleittechnik durchgeführt, zusätzlich befragte man standortübergreifend fahrzeugführende Personen hinsichtlich der Ausführung und Darstellung der Ausleittafel. Durch eine Befragung des Kontrollpersonals wurde die höhere Sicherheit beim technischen Ausleiten bestätigt und Probleme herausgearbeitet, die dem Kontrollpersonal in der Testphase aufgefallen sind.
Die anschließende ergonomische Untersuchung ergab, dass Optimierungsbedarf bezüglich der der Bediensoftware für das BAG-Kontrollpersonal besteht. Verbesserungsmöglichkeiten werden zum Beispiel in der Bildqualität, dem Bildausschnitt und der Verringerung der Anzahl an Kamerabildern auf dem Bildschirm, sowie der Erfassung und Dokumentation gesehen.
Die parallel ablaufende technische Bewertung des Gesamtsystems legte Verbesserungspotenzial an den einzelnen Standorten offen und sprach Empfehlungen zum weiteren Ausbau der Pilotstandorte aus.
Für den flächendeckenden Ausbau der Ausleittechnik werden die Standorte für eine mögliche technische Aufrüstung nach bestimmten Eigenschaften ausgewählt, die in einem Gesamtkriterienkatalog zusammengefasst wurden.
Die Einschätzung zur zukünftigen Entwicklung der Ausleittechnik ergab, dass eine digitale Kommunikationsverbindung zwischen Bediensoftware und Lkw eine Verbesserung des Verkehrsflusses zur Folge hat. Die Informationen, welche die Ausleittafeln anzeigen würden, könnten direkt an den Bordcomputer des zu ausleitenden Fahrzeugs übermittelt werden, um eine gezieltere Ausleitung durchzuführen.
Wissenschaftliche Begleitung des digitalen Testfelds auf der A9 zwischen München und Nürnberg
(2023)
Die Digitalisierung ist ein weltweiter Megatrend, der Wirtschaft und Gesellschaft beeinflusst und grundlegend verändert. Auch im Verkehrs- und Mobilitätsbereich geht damit in vielerlei Hinsicht ein Wandel einher.
Das Digitale Testfeld Autobahn (DTA) bietet die Möglichkeit in einem realen Umfeld neue technologische Entwicklungen im Bereich des automatisierten und vernetzten Fahrens sowie der intelligenten Straßeninfrastruktur zu erproben. Das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) hat das DTA gemeinsam mit dem Freistaat Bayern, dem Verband der Automobilindustrie e.V. (VDA) und dem Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e.V. (Bitkom) im Jahr 2015 initiiert. Die Maßnahmen, die auf dem DTA durchgeführt werden, sind den zwei thematischen Bereichen „Automatisiertes und vernetztes Fahren“ und „Intelligente Infrastruktur“ zugeordnet.
Das Projekt „Wissenschaftliche Begleitung für das Digitale Testfeld auf der A9 zwischen München und Nürnberg“ untersucht, begleitet und unterstützt den Bereich „Intelligente Infrastruktur“. Der Abschlussbericht gibt einen Überblick über die Erkenntnisse und Ergebnisse, die im Rahmen des DTA erzielt worden sind. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den Maßnahmen, die dem Teilbereich der „Intelligenten Infrastruktur“ zuzuordnen sind. Jede der Maßnahmen wird zunächst für sich betrachtet und bewertet bevor abschließend ein Gesamtresümee gezogen wird. Die Darstellungstiefe geht von der einfachen Beschreibung inklusive einer Bewertung, teilweise basierend auf den maßnahmeninternen Evaluierungsergebnissen, bis hin zur vertieften Darstellung mit eigens für die Maßnahmen aufgesetzten, wissenschaftlich fundierten Evaluierungs- und Bewertungsarbeiten. Durch die vorgenommenen Evaluierungsarbeiten an den einzelnen Maßnahmen konnten einerseits Effekte für verkehrliche Wirkungen aufgezeigt und andererseits weitere Erkenntnisse für die Weiterverfolgung bzw. Umsetzung der Maßnahmenideen gewonnen werden. Ergänzend erfolgt eine übergreifende Betrachtung über alle Maßnahmen hinweg, u.a. hinsichtlich Synergien und Wechselwirkungen. Ebenfalls sind neue Projektansätze, Ideen bzw. Technologien, die im Zusammenhang mit den Themen im Bereich Intelligente Infrastruktur stehen, im Rahmen des wissenschaftlichen Begleitungsprojekts betrachtet und bewertet worden.
Zur Steigerung der Verkehrssicherheit und der Leistungsfähigkeit des Verkehrsablaufs auf Autobahnen wird kollektives Verkehrsmanagement mit Hilfe von Verkehrsbeeinflussungsanlagen (VBA) betrieben. Für VBA sind die Möglichkeiten der Beeinflussung heute in der Regel an örtliche Infrastruktur gebunden, d. h. es müssen Erfassungs- und Anzeigeeinrichtungen längs des Straßenverlaufs installiert sein. In Zukunft kann dieser Informationsverbund in einer Verkehrsrechnerzentrale (VRZ) mit Hilfe der C2I-Technologie optimiert werden.
Bislang wurden erste Applikationen zur Demonstration des Potenzials von kooperativen Systemen in Forschungsprojekten implementiert. Diese evaluieren aber vorrangig die eingesetzte Technik. Eine strukturierte Analyse des Potenzials aus verkehrstechnischer Sicht und die Entwicklung von Anwendungsszenarien sowie die Integration von C2I in die Verkehrsbeeinflussung fehlen derzeit.
Dieses Projekt hat daher die Erarbeitung der notwendigen Arbeitsschritte für die Integration von C2I Technologie in die VBA und die Erarbeitung von Handlungsempfehlungen für die Überführung in die Praxis zum Ziel. Im Rahmen des Projekts werden ausschließlich kollektive Szenarien betrachtet.
Nach einer umfassenden Darlegung der Grundlagen sowohl auf Seiten der VBA-Technologien als auch der aktuellen technischen und funktionalen Standardisierung der C2I-Technologie werden zunächst die Potenziale der Integration der C2I Technologie in die Verkehrsbeeinflussung analysiert. Parallel zu der Erhebung der Potenziale werden mögliche Anwendungsfälle für die Integration der C2I Technologie in die VBA definiert. Die Erweiterungen der Anwendungsfälle und Funktionen der VBA durch die Integration fahrzeugseitiger Informationen aus C2I können zu einer weiteren Automatisierung und verkehrstechnischen Funktionserweiterung durchgeführter Prozesse in die VBA führen. Aus den Anwendungsfällen wird ein gemeinsamer Situations- und Maßnahmenkatalog aufgestellt, der die funktionale Kommunikationsbasis zwischen der C2I-Technologie und der VBA darstellt.
Aufbauend auf den Potenzialen und Anwendungsszenarien werden Anforderungen an die Systeme VBA und C2I, die zur Umsetzbarkeit dieser Anwendungsszenarien aus funktionaler Sicht erfüllt werden müssen, definiert. Diese werden abschließend in Handlungsempfehlungen strukturiert und zeitlich geordnet, sodass eine schrittweise Einführung der Integration von C2I Technologie in die VBA möglich wird.
Durch die Integration der C2I Technologie in die kollektive Verkehrsbeeinflussung kann ein wertvoller Beitrag zur Steigerung der Präzision der Situationserkennung geleistet werden. Die strategische Koordinationsfunktion der VRZ bei der Auswahl kollektiver verkehrstechnischer Maßnahmen wird damit umso bedeutender und verkehrssicherheitstechnische Potenziale kollektiver Verkehrsbeeinflussung werden besser ausgeschöpft.
