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Für die verkehrstechnische Bemessung von Landstraßen kann nach dem Handbuch für die Bemessung von Straßenverkehrsanlagen (HBS) die mikroskopische Verkehrsflusssimulation als alternatives Verfahren eingesetzt werden, sofern die Einsatzgrenzen des analytischen Bemessungsverfahrens nicht eingehalten sind. In der Untersuchung wurden Hinweise und Standardparameterkombinationen für die HBS-konforme Simulation des Verkehrsablaufs auf Landstraßen mit den Simulationsprogrammen PTV Vissim, Aimsun und BABSIM erarbeitet.
Grundlage der Untersuchung bildeten empirische Analysen des Verkehrsablaufs auf zwei- und dreistreifigen Landstraßen. Dazu wurden Verkehrsmessungen durchgeführt und Daten von Dauerzählstellen ausgewertet. Die Analyse der q-V-Beziehung ergab eine große Bandbreite der in der Realität auftretenden Geschwindigkeiten, die teilweise auf den Einfluss von Geschwindigkeitsbeschränkungen zurückzuführen ist. Als weitere wesentliche Eigenschaften des Verkehrsablaufs auf Landstraßen wurden u. a. die Einflüsse der Kurvigkeit auf die Wunschgeschwindigkeitsverteilung sowie die Pulkbildung auf einstreifigen Teilstrecken dreistreifiger Landstraßen analysiert.
Zur Erarbeitung der Standardparameterkombinationen für die Verkehrsflusssimulation wurden Strecken als fiktive Laborobjekte nachgebildet, die der Herleitung der q-V-Beziehungen des HBS mit dem Simulationsmodell LASI zugrunde lagen. Die Simulationsparameter wurden anhand der q-V-Beziehungen des HBS kalibriert. Die ermittelten Parameter wurden anschließend für die Simulation des Verkehrsablaufs auf realen Untersuchungsstrecken angewandt, um die Übereinstimmung der Simulationsergebnisse mit den Messdaten und den Bemessungswerten des HBS zu bewerten. Dabei zeigte sich, dass die Simulationen mit den HBS-konformen Standardparameterkombinationen die q-V-Beziehungen in der Regel gut abbilden. Auftretende Unterschiede sind zumeist auf lokale Einflüsse wie Geschwindigkeitsbeschränkungen zurückzuführen.
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 der Untersuchung war es, eine Methodik für die HBS-konforme Durchführung und Auswertung von Simulationsstudien zu erarbeiten. Dazu wurden HBS-konforme Standardelemente in den Simulationsprogrammen BABSIM, VISSIM, Aimsun, Paramics und SUMO modelliert und an den Bemessungswerten des HBS kalibriert. Die Ermittlung der Kapazität erfolgte anhand der Identifikation von Zusammenbrüchen des Verkehrsflusses, die durch Steigerung der Verkehrsstärke auf bis zu 120 % der Kapazität nach HBS in der Simulation erzeugt wurden. An Teilknotenpunkten wurden sechs Verhältnisse der Verkehrsstärke auf der Hauptfahrbahn zur Verkehrsstärke des ein- bzw. ausfahrenden Stroms untersucht. Als Kriterium für die Übereinstimmung der in der Simulation ermittelten Kapazität und q-v-Beziehung mit dem HBS wurde eine maximale Abweichung von 5 % festgelegt. Die Fehlergrenze konnte mit den Simulationsprogrammen BABSIM, VISSIM, Aimsun und Paramics in der Regel eingehalten werden, während sich in SUMO größere Abweichungen ergaben. Die Übertragbarkeit der Parametersätze auf nicht HBS-konforme Bemessungssituationen wurde anhand der Daten realer Untersuchungsobjekte überprüft. Im Ergebnis werden Empfehlungen und Standardparameterkombinationen für die HBS-konforme Simulation des Verkehrsablaufs auf Autobahnen bereitgestellt, die als Ausgangsparameter für die Simulation nicht HBS-konformer Untersuchungsobjekte herangezogen werden können.
Die zur Bestimmung der Qualitätsstufe des Verkehrsablaufs an Knotenpunkten verwendete mittlere Wartezeit je Fahrzeug unterliegt verschiedenen Einflussfaktoren. Die im HBS (2015) enthaltenen Verfahren zur Berechnung der Wartezeit wurden im Rahmen dieses Forschungsprojektes überprüft. Für einzelne Aspekte wurden Verbesserungspotenziale identifiziert und Anpassungsansätze vorgeschlagen. Die empirische Basis des Projekts waren Videomessungen an 21 Knotenpunkten. Ergänzt wurden die Messungen durch Simulationsrechnungen, denen eine umfangreiche Kalibrierung des Simulationswerkzeugs voranging. An Knotenpunkten mit Lichtsignalanlage hat die Gegenüberstellung von gemessenen bzw. simulierten Wartezeiten mit den nach HBS (2015) berechneten Wartezeiten gezeigt, dass die Wartezeiten meist in einer ähnlichen Größenordnung liegen. Bei einzelnen Komponenten der Berechnungsverfahren wurden die nachfolgenden Verbesserungsmöglichkeiten identifiziert: Der Einfluss der Instationarität an Knotenpunkten mit Lichtsignalsteuerung sollte mit einem angepassten Instationaritätsfaktor abgebildet werden, um auch unsymmetrische Belastungsverläufe in der Bemessungsstunde korrekt zu berücksichtigen. Der Einfluss der Längsneigung auf die Sättigungsverkehrsstärke und der Einfluss bedingt verträglicher Fuß- und Radfahrerströme auf die Kapazitäten der abbiegenden Fahrzeugströme sollten vertieft untersucht werden, da bei den untersuchten Knotenpunkten Unstimmigkeiten festgestellt wurden. Die Wartezeitberechnung bei unsignalisierten Knotenpunkten sollte geringfügig modifiziert werden, um den Einfluss der Kapazität besser abzubilden. Außerdem sollten zur Verbesserung der Simulationspraxis Hinweise zur HBS-konformen mikroskopischen Simulation von Knotenpunkten erarbeitet und als Regelwerk zur Verfügung gestellt werden.
In der Untersuchung wurde das Fahrverhalten im Radverkehr bei hohem Radverkehrsaufkommen analysiert. Dazu wurden Radar- und Videomessungen des Geschwindigkeits- und seitlichen Abstandsverhaltens an Einzelanlagen des Radverkehrs mit unterschiedlichen Führungsformen, Breiten, Steigungsverhältnissen und Randnutzungen durchgeführt. Bei der empirischen Analyse des Verkehrsablaufs wurde die Zusammensetzung des Fahrradkollektivs in die Auswertung einbezogen. Dabei zeigte sich, dass eine hohe Streuung der Einzelgeschwindigkeiten im Radverkehr vor allem aus einer inhomogenen Zusammensetzung des Fahrradkollektivs resultiert. Neben der Analyse des Verkehrsablaufs an Einzelanlagen wurde der Verkehrsablauf auf drei längeren Radverbindungen, die den Charakter eines Netzabschnitts aufweisen und sich in mehrere Einzelanlagen (Strecken und Knotenpunkte) gliedern, empirisch untersucht. Für die Extrapolation der baulichen und verkehrstechnischen Randbedingungen an den empirisch untersuchten Radverkehrsanlagen wurden Verkehrsflusssimulationen mit dem Programm VISSIM durchgeführt. Im Ergebnis zeigte sich, dass vor allem die Breite der Radverkehrsanlage die Qualität des Verkehrsablaufs beeinflusst. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wurde ein Vorschlag für ein Verfahren zur Bewertung der Verkehrsqualität an Radverkehrsanlagen entwickelt, in dem die Verkehrsdichte als Bewertungskenngröße verwendet wird. Darüber hinaus wurde ein Verfahren zur netzweiten, fahrtgeschwindigkeitsbasierten Bewertung der Angebotsqualität für Radverkehrsanlagen erarbeitet.
