Ueberprüfung der schweizerischen Ganglinien: Erweiterung der methodischen Ansätze

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: VSS2006/201

Schlüsselwörter (Deutsch)

Methodische Erweiterung der Gangliniennorm

Ermittlung verbesserter Kategorien

Genauere Abbildung der Wirklichkeit

Clusteranalyse

Anteil gestauter Verkehr

Schlüsselwörter (Englisch)

Methodical extension of the determination of time-dependent standardised demand profiles

Determination of improved categories

Precise reproduction of observed traffic flows

Cluster analysis

Proportion of congested traffic flow

Kurzbeschreibung (Deutsch)

In der bestehenden unabhängigen Form der Ganglinienarten nach Tages-, Wochen- und Jahresganglinie werden Ungenauigkeiten und Schwankungen propagiert. Planungsszenarien z. B. für eine Bemessung oder eine Kosten-Nutzen-Analyse können so nicht sicher beurteilt werden, da Unsicherheitsschwankungen bzw. Vertrauensintervalle gross werden.

Untersucht werden neue Ganglinienarten, die nicht von einer Unabhängigkeit der Tages-, Wochen und Jahresganglinien ausgehen, sondern diese miteinander verbinden, um Effekte von Korrelationen zu erfassen. Weiter soll geprüft werden, ob sich aufgrund der geänderten Verkehrsverhältnisse die momentan fünf Ganglinientypisierungen, die für die Wochentage Montag bis Freitag definiert wurden, ändern oder durch andere einfach zu bestimmende Beschreibungen ersetzen lassen.

Zusätzliche Elemente sind die Ermittlung separater Richtungsganglinien, die ihre Berechtigung besonders im Agglomerationsbereich und Strassen mit hohem Freizeitverkehranteil haben, und der Anteil stockenden Verkehrs.

Grundsätzliches Ziel dieser Ganglinienanalyse ist die Erfassung der Korrelationen in den Ganglinienarten bei gleichzeitiger Reduktion von Fehlern in der Klassifizierung.

Die Analysen werden im ersten Schritt an einer grossen Datenbasis vorgenommen, wobei auch auf umfangreiche deutsche Zähldaten zurückgegriffen wird. Detaillierte Auswertungen im zweiten Schritt werden sich auf Schweizer Daten mit zusätzlichen Variablensätzen beziehen.

Arbeitsschritte:

·          Grundlagen

·          Datenaufbearbeitung

·          Beschreibende Analyse

·          Clusteranalyse

·          Aufbereitung: Attribute

·          Analyse mit räumlichen Attributen

·          Analyse mit schweizerischer Datenbasis

·          Beurteilung und Empfehlungen

Kurzbeschreibung (Englisch)

Currently the time-dependent demand profiles are independently grouped into classes for hours of a day, days of a week and months of a year. This independence propagates errors when the single values are combined. I. e. that planning scenarios or cost-benefit analyses can not be assessed with high reliability, as confidence intervals are getting wide.

New classifications of the traffic patterns over time will be examined, respecting the correlations between the daily, weekly and yearly patterns. In addition to that it should be tested if the currently assumed five types of profiles (Monday to Friday) have changed and must be modified due to changed traffic conditions. These replacements must be easy to describe in terms of eternal variables, such as location, link type, trip length distribution etc.

Additional elements are patterns separated by direction and the proportion of congested traffic flow. The directional share has an influence especially when looking at agglomeration areas and roads with a large proportion of leisure traffic.

Generally speaking the goal of this project is the integration of correlations between the current classes of demand profiles and the reduction of errors within the classes.

The analyses will be conducted initially using a large data basis including a substantial number of German counting stations. In a second step the detailed analysis will base on Swiss data for which additional explanatory variables can be added.

The following steps are planned:

·          Fundamentals

·          Data preparation

·          Descriptive analysis

·          Cluster analysis

·          Preparation of explanatory attributes

·          Analysis with spatial attributes

·          Analysis based on Swiss data

Valuation and recommendation

Projektbeschreibung (Deutsch)

Ausführliche Beschreibung siehe Anhang; Kurzfassung siehe Zusammenfassung

Methoden (Deutsch)

Siehe Umsetzung oder Anhang.

Stand der eigenen Forschung (Deutsch)

Die Gangliniennorm findet ihre Anwendung in der quantitativen Verkehrsplanung. Über sie ist eine Bestimmung des Verkehrsstärkenverlaufs auf Basis von durchschnittlichen täglichen Verkehrsstärken (DTV) möglich. In der aktuellen Norm wird zeitlich zwischen Tagesganglinien (Stundenwerte über den Tag), Wochenganglinien (Anteile der einzelnen Tage am DTV) und Jahresganglinien (Verkehrsanteile der Monate) unterschieden. Die Gangliniennorm ist in der Praxis essentiell, da auf Basis von Kurzzeitzählungen Hochrechungen auf den DTV und auch Verkehrsverteilungen für nicht gemessene Zeiträume ermittelt werden können. Speziell bei Analysen von lokalen Infrastrukturprojekten mit motorisiertem Individualverkehr (mIV) stehen den Planungsbüros in der Regel keine alternativen Werkzeuge zur Ermittlung der Ganglinien zur Verfügung. Die Gangliniennorm wird in dreierlei Hinsicht angewendet:

•          Zur Ermittlung des DTV auf Basis von Kurzzeitmessungen

•          Zur Prognose von Verkehrstärken zu Zeiten, an denen keine Messungen

            vorgenommen wurden

•          Zur Zukunftsprognose bzw. Szenarienrechnung mit veränderten zukünftigen          

           Verkehrsmengen.

Über den durchschnittlichen täglichen Verkehr (DTV) lassen sich aus der VSS-Norm 640 016a die massgebenden Verkehrsstärken ermitteln, die für die Dimensionierung von Straßen benötigt werden. Mit bekanntem DTV lassen sich über die Gangliniennorm Verkehrsstärken für Monate oder Wochentage bis auf Stundenbasis ermitteln zu denen keine Zählwerte vorliegen. Diese Daten sind nötig für die Dimensionierung von Kreuzungen und Lichtsignalanlagen. Zudem hat sich gezeigt, dass sich die prozentuale zeitliche Verteilung des Verkehrs über die Tage, Wochen und Monate bei unterschiedlichen durchschnittlichen täglichen Verkehrsstärken nicht ändert, so dass ich die Ganglinien auch für zukünftige Szenarien anbieten.

Das Problem der Unabhängigkeit der Ganglinientypen wird in der Literatur häufig versucht zu umgehen, indem z. B. Unterklassen der Wochenganglinie gebildet werden, damit nur für sehr ähnliche Tage eine gemeinsame Tagesganglinie verwendet wird. Heidemann und Wimber (1982) oder Pinkofsky (2002) schlagen hier eine Gleichbehandlung der Tagesganglinien nur für die Tage Dienstag bis Donnerstag vor. Der Forschungsauftrag „Aktualisierung der Gangliniennorm SN 640 005“ (Berg und Troxler, 2000), der zur aktuellen Gangliniennorm SN 640 005a führte, hat laut Vorgabe hauptsächlich die Veränderung der der normierten Ganglinien aufgezeigt, ohne eine neue Kategorisierung wie z. B. in Heidemann und Wimber (1982) zu erforschen. Es wird jedoch auf die Problematik der bestehenden Typisierung hingewiesen. Beispielsweise lassen sich laut Berg und Troxler (2000) kaum noch Ganglinien finden, die nicht durch Pendlerverkehr beeinflusst sind, so dass in SN 640 005a nur noch fünf statt sechs Gesamtverkehrstypen unterschieden werden.

In der aktuellen Gangliniennorm werden Richtungsganglinien nicht ausgewiesen. Auf unterschiedliche Richtungsanteile wird nur bei den Dauerlinien (SN 640 016a, massgebender Verkehr, VSS 1999) hingewiesen.

Projektziele (Deutsch)

Die Aufarbeitung der bestehenden Gangliniendaten soll zu realitätsnahen Ganglinienformen mit kleinerer Varianz führen. Das Aufbrechen der angenommenen Unabhängigkeit der bestehenden Ganglinientypen wird zur Reduktion der Fehler führen, die sich durch die Multiplikation der bestehenden Tages-, Wochen- und Jahresganglinien aufmultiplizieren, wenn stündliche Verkehrsstärken gesucht sind. In Kosten-Nutzen-Ansätzen, aber auch der Bemessung werden diese genauen Verläufe benötigt. Eine verlässliche Gangliniennorm kann dabei den nötigen Aufwand manueller Zählungen bei Veränderungen von Infrastrukturelementen deutlich reduzieren. Eine Angabe des Anteils des stockenden Verkehrs ist für die Analyse auf Zeitkostenbasis notwendig.

Die Ergebnisse können zur notwendigen Überarbeitung der Gangliniennorm SN 640 005a herangezogen werden.

Projektziele (Englisch)

The revision of the current standardised time-dependent demand patterns will lead to a more realistic description of the underlying observed patterns with less variance. The assumption of correlation between the classes of traffic patterns will lead to a reduction of errors, which propagate when multiplying the classes (day, week, year) with each other to obtain hourly estimates of the traffic flow patterns. Cost-benefit analyses use the hourly volumes for the design process. A reliable standards of the traffic patterns over time will reduce the effort and costs of manual traffic counts, when a modification of an infrastructure element is planned. In addition to that the proportion of congested traffic flow is required for these analyses.

The results of this work can be use for a revision of the current Swiss Norm 640 005 (zime dependent demand profiles).

Forschungsplan (Deutsch)

Die Arbeiten werden in folgende Arbeitsschritte aufgeteilt:

1.      Problemanalyse, theoretische Grundlagen und Literaturrecherche  
Aufzeigen des aktuellen Status der Ganglinienanalyse und -beschreibung mit dem Schwerpunkt Schweiz. Ergänzend sollen die verwendeten Methodiken, beispielsweise die der Clusteranalyse, hinsichtlich Alternativen überprüft werden, um möglichst effektiv vorgehen zu können (Siehe zum Beispiel „vector support machines“)

2.      Aufbereitung der vorhandenen Datengrundlage      
Aufbereitung der Daten: Homogenisierung der Daten für gemeinsame Auswertung, d. h. Anpassung der Datenbank mit gleichen Einheiten und Aggregationsgrössen sowie einheitlichen Namen in den Tabellen; Entfernung von „ungültigen“ Datensätzen. Plausibilisierung der Zähldaten hinsichtlich möglicher Überlastungen (d. h. die Nachfrage ist grösser als die gemessene Verkehrsstärke).

3.      Beschreibende Analyse der vorhandenen Daten      
Auswertungen aller vergleichbaren Zählstellen ohne Berücksichtigung der räumlichen Gegebenheiten.

4.      Allgemeine Clusteranalyse    
Identifikation von Clustern (Typisierungen) auf Basis von allen verwendbaren Daten. Hier werden verschiedene Typen (z. B. Wochenganglinie auf Stundenbasis) auf deren Aussagefähigkeit überprüft. Die Erkenntnisse dieser bereiten Basis werden in den detaillierten Auswertungen mit Schweizer Daten übernommen.

5.      Aufbereitung potentieller erklärender Attribute        
Aufbereitung von räumlichen Attributen zur Typisierung der Ganglinien. Diese Informationen werden im nächsten Schritt auf ihren Erklärungsbeitrag getestet.

6.      Analyse mit räumlichen Attributen     
Berechung des zusätzlichen Erklärungsbeitrags räumlicher Attribute mit Abwägung des Erhebungsaufwandes in der Praxis.

7.      Detaillierte Analyse mit schweizerischer Datenbasis
Auswahl von Zählstellen und Voreinteilung nach aktueller SN 640 005a und praktikabler Typisierung bei möglichst geringer Varianz.

8.      Beurteilung und Empfehlungen         
Beurteilung der neuen Ganglinieneinteilung und Erklärungsbeitrag der zusätzlichen Attribute und Empfehlungen für die Praxis, einschliesslich der Grundlagen für einen späteren Normentwurf.

 

Die Inhalte der Arbeitsschritte sind oben erläutert worden. Die Abfolge und Dauer der Arbeitsschritte über die maximal 18 Monate Projektlaufzeit sind in nachfoglender Tabelle dargestellt. Falls gewisse Pufferzeiten für Datenerhebung nicht notwendig werden, wird sich die Laufzeit entsprechend verkürzen

 

	Projektmonat
	1		3		5		7		9		11		13		15		17
1
2
3
4
5
6
7
8
Begleitkommision		*						*					*				*

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Zur Identifizierung eventuell neuer Ganglinientypen sollen clusteranalytische Verfahren angewandt werden. Mit dieser Methodik lassen sich aus den gemessenen Ganglinien Klassen identifizieren, deren Mitglieder innerhalb einer Klasse eine grösstmögliche Ähnlichkeit haben, wobei die Klassen aber untereinander eine grösstmögliche Heterogenität kennzeichnet. Die Praktikabilität dieser Methodik wurde auf Tagesebene durch Heidemann und Wimber (1982) und Abay (1983) gezeigt.

Die Untersuchungen sollen in mehreren Analyseschritten durchgeführt werden. Ausgangspunkt wird eine grundsätzliche Analyse aller verfügbaren Zähldaten sein. Hierbei werden nur auf Ebene der Verkehrsstärken Typisierungsmethoden getestet; d. h. es werden zunächst keine Verkehrszusammensetzungen oder Netzfunktionen in der Analyse berücksichtigt. Diese Erkenntnisse geben in zweifacher Hinsicht Aufschlüsse: Zum einen kann für viele Bemessungen von Infrastrukturelementen die genaue Verkehrszusammensetzung nach Vorgabe der Kategorien der bestehenden Norm nicht genügend genau abgeschätzt werden. Zusätzlich sei auf die Problematik verwiesen, dass auch bei der Erstellung der SN 640 005a die Zählstellen nicht in jedem Fall eindeutig einem bestimmten Typ zugeordnet werden konnten (Reduktion auf fünf Ganglinienarten, siehe Berg und Troxler, 2000). Eine Ganglinienklassifikation mittels weniger beschreibender Elemente erleichtert dem planenden Ingenieur Abschätzungen bei unsicherer Datenlage. Der zweite Nutzen der allgemein gehaltenen Ganglinienklassifikation liegt in dem Erkenntnisgewinn, wie gut sich Ganglinien mit wenigen Zusatzinformationen beschreiben lassen. Diese Auswertungen sollen als Basis dienen, um die späteren detaillierteren Auswertungen mit den allgemeinen zu Vergleichen. Der Vergleich innerhalb eines Benchmarks ist ein wichtiger Prozess, um den Nutzen zusätzlicher erklärender Variablen der Verkehrszusammensetzung oder Netzfunktion zu bewerten.

Die detaillierten Auswertungen im zweiten Schritt werden sich voraussichtlich nur auf Schweizer Daten beziehen. Es wird so sichergestellt, dass das schweizerische Verkehrsverhalten korrekt abgebildet wird. Bei den Ganglinienverläufen kann evtl. nicht angenommen werden, dass der hiesige Verlauf mit dem von anderen Ländern deckungsgleich ist. Zusätzlich können für die Schweizer Zähldaten diese ausführlichen erklärenden Variablensätze zusammengestellt werden:

·          Verkehrszusammensetzungen nach bestehender Gangliniennorm

·          Verkehrszusammensetzung im Nationalen Verkehrsmodell (Wegezwecke; Fahrweiten)

·          geographische Lage

·          Netzfunktion und besondere Eigenschaften

·          Raumnutzung

·          lokale Netztopologie (Netzdichte, Knotendichte, potentielle Alternativrouten, etc.)

Es ist zu prüfen, ob sich die Ganglinienklassen durch diese zusätzlichen beschreibenden Variablen sinnvoll zusammenstellen lassen und sich die Varianz innerhalb der einzelnen Klassen signifikant reduzieren lässt.

Bestehende Schweizer Zähldaten mit stündlichen Verkehrsstärken können bei Bedarf durch Erkenntnisse von Zähldaten mit höher aufgelösten Verkehrsstärken nach der Methodik in Bernard und Axhausen (2005) verfeinert werden.

Berichtsnummer (Deutsch)

1276

Literatur (Deutsch)

Abay, G. (1983) Auswertungen von Strassenverkehrszählungen, Stab für Gesamtverkehrs­fragen/EVED, 5-A 63, Zürich.

Axhausen, K.W., Fröhlich, Ph., M. Tschopp and P. Keller (2005) Zeitkarten, Erreichbarkeiten und Verkehrspolitik, in K.W. Axhausen and L. Hurni (eds.) Zeitkarten Schweiz 1950 - 2000, Kapitel 1, IVT and IKA, ETH Zürich, Zürich.

Bernard und Axhausen (2005) A proposal for a new design load concept for highway infrastructures, Conference Paper 86^th Annual TRB Meeting, Washington D. C., January 2006.

Brilon, W. und H. Zurlinden (2003) Überlastungswahrscheinlichkeiten und Verkehrsleistung als Bemessungskriterium für Straßenverkerhsanlagen, Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik, 870, Bundesministerium für Verkehr, Bonn.

Bundesamt für Strassen (ASTRA) (2003) Automatische Strassenverkehrszählung 1997-2003, AVZ-CD, Sigmaplan, Bern.

Pinkofsky, L. (2002) Ganglinientypen; In: S. L. Laffont, G. Nierhoff und G. Schmidt. Verkehrsentwicklung auf Bundesstraßen 2000. Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, V99, S. 15-20, Bergisch Glattbach.

Heidemann, D. und P. Wimber (1982) Typisierung von Verkehrsstärkeganglinien durch clusteranalytische Verfahren, Straßenverkehrszählungen der Bundesanstalt für Straßenwesen, 26, Bergisch Glattbach.