Widerstandsfunktionen für Innerorts-Strassenabschnitte ausserhalb des Einflussbereiches von Knoten

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: SVI2005/001
• Projekttitel Englisch: Speed-flow relationship for arterials within built up areas outside the influence of junctions

Schlüsselwörter (Deutsch)

Widerstandsfunktionen, Innerortsstrecken, Agglomerationsverkehr

Schlüsselwörter (Englisch)

Volume Delay Functions, road within urban areas

Kurzbeschreibung (Deutsch)

In Verkehrsmodellen, insbesondere bei der Verkehrsumlegung, werden Widerstandsfunktionen benötigt. Für die speziellen Verhältnisse und die typischen Störeinflüsse auf Innerortsstrasse fehlen heute solche Funktionen. Dies ist insbesondere für die Modellierung des Agglomerationsverkehrs ein schwerwiegender Mangel. Um diesen zu beheben, werden im Rahmen des Forschungsprojektes geeignete Widerstandsfunktionen hergeleitet. Dazu werden in einem ersten Schritt umfangreiche empirische Erhebungen der Abhängigkeit zwischen der mittleren Reisegeschwindigkeit und dem Verkehrsaufkommen (Widerstandsfunktionen) für typische Strassen/Umfeld/Betriebs-Konstellationen in Innerortsbereichen durchgeführt. Anhand dieses Datenmaterials werden im zweiten Schritt für typische Innerortsstrecken ausserhalb des Einflussbereiches von Knoten Mikrosimulations-Modelle kalibriert und validiert, mit welchen dann unter Annahme verschiedener praxisrelevanter Störeinflüsse Simulationsläufe durchgeführt werden. Die Ergebnisse dienen schliesslich dazu, Widerstandsfunktionen für Innerortsstrecken herzuleiten und für den Einsatz in Verkehrsmodellen mathematisch zu definieren. Die Forschungsergebnisse werden direkt in die Praxis einfliessen und wesentliche Verbesserungen der Ergebnisse von Verkehrsmodell-Anwendungen in Innerortsbereichen ermöglichen.

Kurzbeschreibung (Englisch)

Transportation models use volume delay functions, especially for assigning traffic to the network. For major roads in urban areas, such volume delay functions are missing. This is a serious lack, particularly for the modelling of urban traffic. This research project will help to solve this problem. Extensive traffic surveys on the relationships between delays and volumes on typical urban roads will provide the data needed to set up micro simulation models for the simulation of typical constellations in urban areas. For the simulation runs typical patterns of effects disturbing traffic flows, such as pedestrian crossings, bus stops, etc. will be assumed. The results of the simulation runs will serve to deduce volume delay functions for typical urban road segments. Finally, mathematical functions appropriate for use in transport models will be defined. The research results can immediately be implemented in practical transport modelling and they will improve model results substantially.

Projektbeschreibung (Deutsch)

Widerstandsfunktionen sind eine wichtige Eingabegrösse für Verkehrsmodelle. Diese Funktionen beschreiben den Zusammenhang zwischen der Reisegeschwindigkeit und der Verkehrsbelastung. Die heute bekannten Funktionen gelten für Ausserortsstrecken und berücksichtigen die speziellen Verhältnisse auf Innerortsstrecken nicht oder zu wenig. Ihre Anwendung führt hier, insb. z.B. im Agglomerationsverkehr, zu fehlerhaften Modellergebnissen. Mit der Forschungsarbeit soll dieser Mangel behoben werden. Es werden Widerstandsfunktionen hergeleitet, welche die auf Innerortsstrecken auftretenden Störeinflüsse der Erschliessungsfunktionen (z.B. querende Fussgänger, Radfahrer, Parkiervorgänge, ÖV-Haltestellen usw.), welche die Durchleitfunktion überlagern, berücksichtigen.

In einem ersten Schritt werden die in Innerortsbereichen der Schweiz auftretenden Strasse/Umfeld/Betriebs-Konstellationen typisiert. Pro Strassen-Umfeld-Typ werden 2 – 3 Fallbeispiele ausgewählt, für welche dann mit empirischen Erhebungen die mittleren Reisegeschwindigkeiten bei verschiedenen Verkehrsvolumen und Ausmassen von Störeinflüssen erhoben werden. Als Erhebungsmethoden kommen zum Einsatz: Automatische Verkehrszählungen und Geschwindigkeitsmessungen an Querschnitten, videotechnische Verkehrsbeobachtungen sowie Fahrzyklus-Messungen mit Fahrzeugen, welche mit GPS-Empfängern und Erfassungsgeräten ausgerüstet werden.

Mit den erhobenen Daten werden für jedes Fallbeispiel Mikrosimulations-Modelle kalibriert und validiert. Dazu werden situationsbezogen realistische Schwankungsbereiche für die Verkehrsbelastungen und für die Störvariablen festgelegt und durch Kombinationen ca. 20 repräsentative Belastungsfälle gebildet, für welche dann die Verkehrsabläufe simuliert werden. Sowohl die Verkehrsbelastungen als auch die Störfallvariablen sind Zufallsvariablen. Aus den Ergebnissen mehrfacher Wiederholungen der Simulationsläufe lassen sich Mittelwerte und Standardabweichungen berechnen.

Die Ergebnisse der Simulationsläufe liefern einzelne Punkte auf den gesuchten Widerstandsfunktionen für die verschiedenen Strasse-Umfeld-Typen. Aufgrund der Kenntnis des generellen Verlaufs von Widerstandsfunktionen (die Reisezeit nimmt stetig zu mit zunehmender Verkehrsbelastung) werden die Widerstandsfunktionen durch Interpolation graphisch hergeleitet. Für die Verwendung in Verkehrsmodellen werden die Widerstandsfunktionen in einem letzten Schritt mathematisch definiert.

Die Widerstandsfunktionen können sofort und direkt in den Verkehrsmodellen verwendet werden. Praxisgerechte Hinweise und Empfehlungen werden zusätzlich die Umsetzung in die Praxis erleichtern und fördern.

Methoden (Deutsch)

Literaturrecherche, empirische Erhebungen, Mikrosimulation, Deduktion von mathematisch definierten Widerstandsfunktionen.

Spezielle Geräte und Installationen (Deutsch)

GPS-Empfänger und Erfassungsgeräte, Videokameras, Verkehrszähl- und Geschwindigkeitsmessgeräte

Stand der eigenen Forschung (Deutsch)

Vor dem Hintergrund des bereits 1934 von Greenshield entwickelten Fundamentaldiagrammes wurden vor allem im Ausland umfangreiche Studien, allerdings nur für Ausserortsstrecken, durchgeführt. Daraus sind beispielsweise die heute in Verkehrsmodellen oft angewandten Funktionen des US Bureau of Public Roads, die sog. BPR-Kurven, entstanden. Die kürzlich abgeschlossene Forschungsarbeit SVI 2001/541 "Verkehrsumlegungs-Modelle für stark belastete Strassennetze" hat gezeigt, dass die für Ausserortsstrecken entwickelten Widerstandsfunktionen für den Einsatz in Innerortsbereichen nicht geeignet sind resp. zu falschen Ergebnissen führen. (Für die Berücksichtigung der in Innerortsbereichen ebenfalls wichtigen verkehrsabhängigen Knotenwiderstände sind brauchbare Ansätze vorhanden und in einzelnen Verkehrsmodellen integriert.) In der Schweiz sind bisher keine originären Untersuchungen zu den Zusammenhängen zwischen Verkehrsbelastungen und Reisegeschwindigkeiten durchgeführt worden. In Deutschland haben Baier et al. (2002) die Qualität des Verkehrsablaufes auf Innerortsstrecken untersucht. Die dabei angewandte Untersuchungsmethodik hat sich bewährt und kann in angepasster Form für diese Forschungsarbeit übernommen werden.

Die Koordination mit der laufenden Forschungsarbeit SVI 2004/057 "Durchfahrwiderstand: Vorgabe und Massnahmen", welche in einem qualitativen Ansatz zwischen physischem und psychischen "Durchfahrwiderstand" unterscheidet und nicht die Herleitung von Widerstandsfunktionen zum Ziel hat, ist gewährleistet.

Projektziele (Deutsch)

Ziel der Forschungsarbeit ist die Herleitung der in der Praxis für die Modellierung des Agglomerationsverkehrs benötigten Widerstandsfunktionen (welche die Abhängigkeit der Reisegeschwindigkeit von der Verkehrsbelastung mathematisch beschreiben) für Hauptverkehrsstrassen-Abschnitte ausserhalb von Knoteneinflüssen in Innerortsbereichen. Die Widerstandsfunktionen werden mit Mikrosimulationen hergeleitet und anhand der Resultate empirischer Erhebungen kalibriert und validiert.

Projektziele (Englisch)

The goal of the research project is the derivation of practice-suited volume delay functions (dependence of travelling speeds on traffic volume) for sections of major urban roads outside areas influenced by junctions. The volume delay functions are deduced from the results of micro simulation runs. They will be calibrated and validated using empirical data.

Forschungsplan (Deutsch)

Es sind die folgenden Arbeitsschritte vorgesehen:

­ Literaturstudium

­ Abstimmung mit SVI 2001/057

­ Typisierung von Strasse/Umfeld-Konstellationen

­ Wahl von Fallbeispielen

­ Empirische Untersuchungen/Auswertungen

­ Ausscheiden der Knoteneinflussbereiche

­ Verkehrsfluss-Mikrosimulation

­ Herleitung der Widerstandsfunktionen

­ Hinweise für die Anwendung

­ Forschungsbericht

Der Zeitbedarf beträgt 22 Monate

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Die Forschungsergebnisse fliessen direkt in die Praxis der Verkehrsmodellierung in Agglomerationen ein. Sie werden die Zuverlässigkeit der Modellergebnisse deutlich verbessern

Berichtsnummer (Deutsch)

1339

Literatur (Deutsch)

Akçelik R. (1991) Travel Time Functions for Transport Planning Purposes: Davidson's Function, ist Time Dependent Form and an Alternative Travel Time Function. Australian Road Research, 21(3), 1991, pp 49 - 59

Baier M., Baier R., Kathmann T. und Schäfer K.H. (2002) Verkehrsqualität auf Hauptverkehrsstrasse (Streckenabschnitte) FE 77.436/1999 im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Schlussbericht, März 2002

Brannolte U., Baselau Chr. und Dong P. (2004) Zusammenhänge zwischen Verkehrsstärke und Verkehrsablauf auf neuen Querschnitten nach RAS-Q 96: Untersuchung des Verkehrsablaufs auf dem Strassentyp RQ 15,5. Forschung Strassenbau und Strassenverkehrstechnik, Heft 899, Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen, Bonn

Brilon W., Wiser F. (1997) Ermittlung von Q-V-Diagrammen für zweistreifige Strassen ausserhalb geschlossener Ortschaften, Schriftenreihe Forschung Strassenbau und Strassenverkehr des Bundesministers für Verkehr, Heft 747, Bonn

Brilon W., Regler M. und Geistefeldt J. (2005) Zufallscharakter der Kapazität von Autobahnen und praktische Konsequenzen – Teil 2, Strassenverkehrstechnik 49 (4), pp 195 - 201

Fitzpatrick K., Miaou S.-P., Brewer M., Carlson P. und Wooldridge M. (2005) Exploration of the relationships between operating speed and roadway features on tangent sections, Journal of Transportation Engineering, Vol. 131, No. 4, pp 261 - 269

Han L., Chin S.-M., Hwang H.-L. (2003) Estimating adverse weather impacts on major highway networks, paper presented at TRB 82^nd Annual Meeting

Handbuch für die Bemessung von Strassenverkehrsanlagen, HBS, Forschungsgesellschaft für Strassen- und Verkehrswesen, Ausgabe 2001

Highway Capacity Manual (2000), Transportation Research Board, Washington D.C

IBV, Ingenieurbüro für Verkehrsplanung W. Hüsler (2004) MIV und Tram im Stadtverkehr, Zusammenstellung der Argumente für und gegen die räumliche Trennung bzw. kontrollierte Koexistenz von MIV und Tram im Stadtverkehr, Tiefbauamt der Stadt Zürich, 29.9.04

Rudolf Keller & Partner (1993) Verkehrstechnische Dimensionierung, Forschungsauftrag VSS 15/87

Rudolf Keller & Partner (2002) Verfahren zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit, der Verkehrsqualität und der Belastbarkeit von Verkehrsanlagen, Forschungsauftrag VSS 1995/023

Yun S., White W., Lamb D. and Wu Y. (2005) Accounting for the impact of heavy truck traffic in volume/delay functions within transportation planning models, paper presented at TRB 84^th Annual Meeting