72 Verkehrs- und Transportplanung
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Durch das steigende Verkehrsaufkommen des gewerblichen Güterverkehrs auf den Bundesautobahnen ergeben sich insbesondere in den Nachtstunden Probleme für die Fahrzeugführer bei der Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Ruhezeiten. Als Folgen sind Überbelegungen in den Rastanlagen und gefährliches Abstellen der Fahrzeuge in den Zu- und Abfahrten von Rastanlagen zu beobachten. Neben Neu-, Um- und Ausbaumaßnahmen können telematische Systeme kurz- und mittelfristig eingesetzt werden, um eine bessere Verteilung der Nachfrage im Streckenabschnitt und eine Erhöhung der Parkkapazität für einzelne Rastanlagen zu erzielen. In einem Projekt der Bundesanstalt für Straßenwesen wurde ein neues Steuerungsverfahren "Telematisch gesteuertes Kompaktparken" entwickelt (im Weiteren: Kompaktparken). Kompaktparken erreicht eine Kapazitätserhöhung durch die Umnutzung der Fahrgasse zwischen parallelen Parkflächen. Dazu parken mehrere Lkw ohne mittlere Fahrgasse zeitlich sortiert, kompakt hintereinander. Damit sich die Fahrzeuge bei der Abfahrt nicht behindern, ist ein zeitliches Sortieren erforderlich. Für das Kompaktparken ist charakteristisch, dass dies mit Hilfe von dynamischen Abfahrtzeitanzeigen über den Parkstandreihen erfolgt. Ankommende Fahrzeugführer sollen in der Parkstandreihe parken, in der die eigene geplante Abfahrtzeit angeboten wird. Zur Entwicklung und zum Test eines möglichen Algorithmus für Kompaktparken wurde eine Nutzerschnittstelle programmiert, welche die errechneten Abfahrtzeiten und eine (theoretische) Belegung der Parkstandreihen abbildet. Die Nutzerschnittstelle kann genutzt werden, um einzelne Fahrzeuge per Mausklick auf einer virtuellen Rastanlage zu platzieren. Auf diese Weise konnten bestimmte Funktionalitäten und Varianten einer algorithmischen Umsetzung getestet werden. Der Algorithmus im Steuerungsverfahren nutzt als Eingangsgröße den charakteristischen Verlauf der Parknachfrage im Güterverkehr. So nimmt die Wahrscheinlichkeit zum Abend hin zu, dass ein ankommender Lkw eine Aufenthaltszeit von 9 bis 11 Stunden auf der Rastanlage plant. Im Steuerungsverfahren werden anhand der typischen Parknachfrage die voraussichtlich gewünschten Abfahrtzeiten abgeleitet und über dynamische Abfahrtzeitanzeigen über den Parkstandreihen angeboten. Wird eine Parkstandreihe vollständig belegt, so wird die dort angebotene Abfahrtzeit auf eine benachbarte, nicht vollständig belegte Parkstandreihe übertragen. Auf diese Weise können stark nachgefragte Abfahrtzeiten lange Zeit angeboten werden. Bauliche und betriebliche Randbedingungen, auch um Fehlverhalten entgegen zu wirken, werden für eine praktische Umsetzung diskutiert. Dazu gehört die Bereitstellung von Informationen, welche Abfahrtzeiten (in welcher Parkstandreihe) noch verfügbar sind, und Belegungspläne, die darstellen, wann Lkw in den Parkstandreihen die Rastanlage verlassen werden. Der vorliegende Bericht beschreibt die theoretischen Grundlagen und das Steuerungsverfahren.
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.
In der Untersuchung wurde der Einfluss des Schwerverkehrs auf den Verkehrsablauf an planfreien Knotenpunkten analysiert. Als Grundlage dienten Daten von Dauerzählstellen für die Analyse auf makroskopischer Ebene, ergänzt durch Messungen an hochbelasteten Knotenpunkten für eine mikroskopische Analyse des Schwerverkehrs. Für die Untersuchung hoher Schwerverkehrsanteile wurden außerdem Verkehrsflusssimulationen an ausgewählten Knotenpunkten mit dem Programm BABSIM durchgeführt. Makroskopisch wurden die Daten von Dauerzählstellen und aus der Simulation mit den Verfahren des HBS (2015) verglichen und vor allem bezüglich der Umrechnung in Pkw-Einheiten ausgewertet. Dabei zeigte sich, dass die bestehenden Verfahren auch für hohe Schwerverkehrsanteile anwendbar sind, der Einfluss des Schwerverkehrs auf die Kapazität mit dem bislang angesetzten Pkw-Gleichwert von 2,0 aber bei Schwerverkehrsanteilen größer oder gleich 20 % eher überschätzt wird. Weiterhin wurden Regressionsanalysen durchgeführt, die dazu dienten, eine Funktion der für die Einfahrt maßgebenden Belastung des rechten Fahrstreifens zu identifizieren. Diese Funktion diente als Eingangsgröße für die Kalibrierung und Erweiterung eines analytischen Modells, mit dem die Veränderung der Fahrstreifenaufteilung im Bereich von Ein- und Ausfahrten nachgebildet werden kann. Als weiterer Ansatz wurden die Verfahren der stochastischen Kapazitätsanalyse für die Untersuchung von planfreien Knotenpunkten erweitert. Für die Anwendung des Verfahrens ist eine sehr umfangreiche Datengrundlage erforderlich, die nicht immer verfügbar ist. Im Rahmen der mikroskopische Analyse des Schwerverkehrs an planfreien Knotenpunkten wurden empirisch erhobene Einzelfahrzeugdaten hinsichtlich des Fahrstreifenwechselverhaltens der Schwerverkehrsfahrzeuge im Bereich der Knotenpunkte und der Zeitlückenverteilungen in verschiedenen Abständen von der Trenninselspitze analysiert. Mithilfe dieser Auswertungen wurden die um den Aspekt des Schwerverkehrs erweiterten analytischen Modelle kalibriert.
Als Ergebnis des Forschungsvorhabens wurde ein Simulationsverfahren für die Ermittlung von Streckenkapazitäten auf Bundesautobahnen (BAB) bei winterlichen Straßenzuständen erarbeitet. Der Berechnungsansatz wurde auf eine robuste Verfahrensweise ausgelegt, um die Auswirkungen von Ungenauigkeiten und Fehlern der Eingangsgrößen zu minimieren. Das Verfahren orientiert sich an den technischen Rahmenbedingungen wie z.B. die Eigenschaften der derzeit verfügbaren Daten der Wetterprognose und der Umfelddatenerfassung. Zugleich werden die Anforderungen an die Nutzung der Prognoseergebnisse berücksichtigt. Ausgehend von einer Grundkapazität der Streckenabschnitte in Anlehnung an das Handbuch für die Bemessung von Straßenverkehrsanlagen (HBS) wurden Abschlagsfaktoren für die jeweils vorherrschende Witterungssituation ermittelt. Diese Witterungseigenschaften wurden zuvor anhand charakteristischer Eingangsgrößen zusammengefasst und als Wetterklassen definiert. Das nachgeschaltete Prognoseverfahren ist als zweistufiger Ansatz mit einer Planungsprognose für die vorausschauende Disposition sowie einer Kurzfristdarstellung für die operative Durchführung der Verkehrsmanagements, des Straßenbetriebsdienstes und des Arbeitsstellenmanagements aufgebaut. Es basiert auf einem Warteschlangenmodell. Die Ergebnisse zeigen mögliche Stauereignisse auf und können als Entscheidungshilfe verwendet werden. Beide Komponenten setzen auf den gleichen grundsätzlichen Vorgehensweisen für die Prognose auf. Es bleibt offensichtlich, dass die Güte der Wetterprognose für die korrekte Auswahl der Wetterklasse entscheidend ist. Die Zuverlässigkeit der nachfolgend aufgesetzten Prognose des Verkehrsablaufs korreliert daher unmittelbar mit der Qualität der Eingangsgröße Wetterprognose. Aus diesem Grund ist der Bereitstellung hochwertiger und kleinräumiger Wetterprognosen für den Straßenbetriebsdienst die erforderliche Aufmerksamkeit zu widmen. Die im Forschungsvorhaben entwickelte modelltechnische Abbildung der witterungsbedingten Kapazitätseinschränkung und ihrer Auswirkungen auf den Verkehrsablauf durch zwei Risikostufen in Form einer "Warnung" und eines "Alarms" hat sich in der Evaluierung bewährt. Dabei ist die betriebsnahe Interpretation der Prognoseergebnisse möglich. Das Verfahren mit den Vorhersagen des Verkehrszustands Eingangsgrößen beweist, dass sie als Auslösekriterien für Maßnahmen des Verkehrsmanagements genutzt werden können.
Steigende Transportleistungen im Straßenverkehr stehen derzeit stagnierenden Investitionen in die Straßeninfrastruktur gegenüber. Aus der dadurch erhöhten Verkehrsdichte auf Bundesautobahnen folgt zwangsläufig, dass es zunehmend schwerer wird, die für Unterhaltungs- und Instandsetzungsarbeiten erforderlichen Fahrstreifensperrungen vorzunehmen, ohne dabei massive Störungen im Verkehrsablauf hervorzurufen. Daher war das Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens, neue Empfehlungen zur Planung und Organisation von Arbeitsstellen kürzerer Dauer im Hinblick auf eine möglichst weitgehende Stauvermeidung zu geben. Inhalt des ersten Teils ist die Erarbeitung praxisverwertbarer und standardisierter Maßnahmen zur Stauvermeidung für den Regelbetrieb in Autobahnmeistereien. Neben der Auswertung bereits vorhandener Forschungsergebnisse erfolgt auch ein Abgleich mit den internationalen Regelwerken zur Sicherung von Arbeitsstellen. Mit Hilfe von Feldversuchen werden die betrieblichen und verkehrlichen Auswirkungen solcher Maßnahmen erfasst und Hinweise für ihren Einsatz im Alltagsbetrieb gesammelt. In einem zweiten Teil werden die erhobenen Verkehrsdaten aus den Feldversuchen für die Berechnung der Reisezeitverluste an Arbeitsstellen kürzerer Dauer genutzt. Über ein mikroskopisches Simulationsmodell erfolgt eine Erweiterung der Datenbasis, ohne die negativen Konsequenzen von zusätzlichen Feldversuchen in Kauf nehmen zu müssen. Anschließend dient ein makroskopisches Simulationsmodell zur Ermittlung der auftretenden Zeitverluste im Vergleich der Fälle mit und ohne Einsatz von Maßnahmen zur Staureduktion. Der dritte und letzte Teil der Untersuchung führt die Ergebnisse zusammen und nimmt, auf der Grundlage einer Systematik zur objektiven Bewertung von Maßnahmen zur Staureduktion, eine Analyse und Beurteilung vor. Sie ist die Basis der am Schluss gegebenen organisatorischen Detail- und übergeordneten Strategieempfehlungen.
Hauptverkehrsstraßen sind in der Regel Bestandteil überörtlicher Straßennetze, bilden aber gleichzeitig auch wichtige städtebauliche und stadtverkehrliche Achsen und befinden sich somit in einem Spannungsfeld zwischen den Funktionen aus dem Verbindungsbedarf von Orten und Ortsteilen und der Erschließungsfunktion aus dem städtebaulichen Zusammenhang mit angrenzenden baulichen und sonstigen Umfeldnutzungen. Für die Netzkapazität sind in erster Linie die Knotenpunkte gleichrangiger Hauptverkehrsstraßen maßgebend, da hier Straßen mit gleicher Verbindungsbedeutung und entsprechend hohen Verkehrsstärken zusammentreffen. Die Qualität des Verkehrsablaufs auf den Streckenabschnitten zwischen diesen Knotenpunkten ist dagegen in starkem Maße durch die im Straßenraum jeweils festzustellenden Nutzungsbilder geprägt. Die Verkehrs- und die Verbindungsqualität innerörtlicher Hauptverkehrsstraßenzüge und damit auch -netze sind somit nicht nur von den Knotenpunkten, deren Abständen sowie dem Ausbau und der lichtsignaltechnischen Steuerung (besonders bedeutsam ist in diesem Zusammenhang deren Koordinierungsqualität), sondern auch von den dazwischen liegenden Streckenabschnitten und deren Erschließungsfunktion abhängig. Zielsetzungen dieses Forschungsvorhabens sind zum einen die Erarbeitung differenzierter Qualitätsstufenkonzepte für den Kraftfahrzeug- und den Stadt-/Straßenbahnverkehr zur Bewertung des Verkehrsablaufs auf Streckenabschnitten von Hauptverkehrsstraßen mit straßenbündigen Bahnkörpern (Teil 1) und zum anderen die Ermittlung eines Verfahrens zur Bestimmung der Verkehrs- und Verbindungsqualitäten in städtischen Hauptverkehrsstraßenzügen unter Berücksichtigung der Verkehrsqualitäten der Einzelanlagen und eventueller Netzeffekte (Teil 2). Im hier vorliegenden Teil 1 wird das bereits in vorhergehenden Forschungsvorhaben entwickelte Verfahren zur Bewertung der Kraftfahrzeugverkehrsqualität in Streckenabschnitten auf Abschnitte mit straßenbündigen Bahnkörpern erweitert. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Bewertung des Stadt-/Straßenbahnverkehrsablaufs auf Mischverkehrsstrecken entwickelt. Die Verfahren erlauben unterschiedliche Entwurfsvarianten sowie verkehrsorganisatorische Maßnahmen in Streckenabschnitten im Zuge der Neu- bzw. Umgestaltung von Hauptverkehrsstraßen hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Verkehrsqualität zu bewerten. Die Ergebnisse dienen als Grundlage zur Fortschreibung des HBS, die für das Jahr 2009 vorgesehen ist. Gleichzeitig stellen sie einen erforderlichen Input für die Bearbeitung des Teils 2 dar, da erst mit dieser Ergänzung alle relevanten Fahrbahnquerschnitte städtischer Hauptverkehrsstraßen abgedeckt sind, die eine entsprechend umfassende übergreifende Betrachtung des Verkehrsablaufs erlaubt. Der Originalbericht enthält als Anhänge die Geschwindigkeitsprofile der empirisch untersuchten Straßen (Anhang. 1), die Überprüfung des Bestimmungsverfahrens der Einflussbereiche von Knotenpunkten (Anhang 2), Bewertungs- und Simulationsergebnisse (Anhang 3 und 4) sowie zusätzliche Diagramme zur Ermittlung der Qualität des Kraftfahrzeug- und des Stadt- /Straßenbahnverkehrsablaufs (Anhang 5). Auf die Wiedergabe dieser Anhänge wurde in der vorliegenden Veröffentlichung verzichtet. Sie liegen bei der Bundesanstalt für Straßenwesen vor und sind dort einsehbar. Verweise auf die Anhänge im Berichtstext wurden zur Information des Lesers beibehalten.
Hauptverkehrsstraßen sind in der Regel Bestandteil überörtlicher Straßennetze, bilden aber gleichzeitig auch wichtige städtebauliche und stadtverkehrliche Achsen, und befinden sich somit in einem Spannungsfeld zwischen den Funktionen aus dem Verbindungsbedarf von Orten und Ortsteilen und der Erschließungsfunktion aus dem städtebaulichen Zusammenhang mit angrenzenden baulichen und sonstigen Umfeldnutzungen. Für die Netzkapazität sind in erster Linie die Knotenpunkte gleichrangiger Hauptverkehrsstraßen maßgebend, da hier Straßen mit gleicher Verbindungsbedeutung und entsprechend hohen Verkehrsstärken zusammentreffen. Die Qualität des Verkehrsablaufs auf den Streckenabschnitten zwischen diesen Knotenpunkten ist dagegen in starkem Maße durch die im Straßenraum jeweils festzustellenden Nutzungsbilder geprägt. Die Verkehrs und Verbindungsqualität in städtischen Hauptverkehrsstraßenzügen und damit auch netzen sind somit nicht nur von den Knotenpunkten, deren Abständen sowie dem Ausbau und der lichtsignaltechnischen Steuerung (besonders bedeutsam ist in diesem Zusammenhang deren Koordinierungsqualität), sondern auch von den dazwischen liegenden Streckenabschnitten und deren Erschließungsfunktion abhängig. Zielsetzungen dieses Forschungsvorhabens sind - zum einen die Erarbeitung differenzierter Qualitätsstufenkonzepte für den Kraftfahrzeug und den Stadt /Straßenbahnverkehr zur Bewertung des Verkehrsablaufs auf Hauptverkehrsstraßen mit straßenbündigen Bahnkörpern (Teil 1) und - zum anderen die Ermittlung von Verfahren zur Bestimmung der Verkehrs und Verbindungsqualitäten in städtischen Hauptverkehrsstraßenzügen unter Berücksichtigung des Verkehrsablaufs auf/an den Einzelanlagen und eventueller Netzeffekte (Teil 2). Die im hier vorliegenden Teil 2 entwickelten Verfahren zur übergreifenden Bewertung der Verkehrs und Verbindungsqualitäten von Straßenzügen gelten für alle Hauptverkehrsstraßen der Kategorie C III der RAS N(1988) beziehungsweise der Kategorie HS III der RIN (2008). Des Weiteren wurden angepasste Stufen der verbindungsbezogenen Angebotsqualität abgeleitet, die eine praxisgerechte Beurteilung der Erreichbarkeitsqualität in innerörtlichen Straßennetzen ermöglichen. Die Ergebnisse dienen als Grundlage zur Fortschreibung des HBS, die für das Jahr 2009 vorgesehen ist. Darüber hinaus sollen sie dazu dienen, Diskussionen zur Netzgestaltung zu objektivieren.