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Forschungsstelle
ASTRA SBT
Projektnummer
VSS2007/302
Projekttitel
Rampenbewirtschaftung: Anforderungen an Regelungsverfahren, Teil des Forschungsbündels "Verkehrsregelungssysteme"

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Schlüsselwörter
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Kurzbeschreibung
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Projektbeschreibung
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Methoden
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Spezielle Geräte und Installationen
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Allgemeiner Stand der Forschung
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Projektziele
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Forschungsplan
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Umsetzung und Anwendungen
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Berichtsnummer
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Literatur
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Erfasste Texte


KategorieText
Schlüsselwörter
(Deutsch)
Rampenbewirtschaftung, Regelungsverfahren, Verkehrsbeeinflussungsanlage, Autobahnanschluss, Verkehrssteuerung
Schlüsselwörter
(Englisch)
ramp metering, control procedures, highway access, traffic management
Kurzbeschreibung
(Deutsch)

In der Norm SN 640 807 "Rampenbewirtschaftung, Grundlagen" werden die allgemeinen Voraussetzungen für den Einsatz und Betrieb von Rampenbewirtschaftungen definiert und aufgezeigt. Zum Zeitpunkt der Normerarbeitung waren in der Schweiz lediglich zwei Rampenbewirtschaftungen in Betrieb und vielschichtige Erfahrungen mit Rampenbewirtschaftungen fehlten. In der Zwischenzeit wurden im In- und Ausland weitere Rampenbewirtschaftungen eingerichtet unter anderem im Kanton Zürich als Sofortmassnahmen zur Eröffnung der dritten Röhre beim Tunnel Baregg bei den Anschlüssen Urdorf-Nord, Dietikon, Weiningen, Zürich-Affoltern und Zürich-Seebach entlang der A1/A20.

Auch in Zukunft wird der Verkehr auf dem HLS-Netz überproportional zunehmen und Störungen im Verkehrsablauf werden sich auf die Anschlussbereiche und Verzweigungen konzentrieren. Das Bundesamt für Strassen (ASTRA) bearbeitet zurzeit Verkehrsmanagementpläne (VMP) für Teile des HLS-Netzes. Als Element des integrierten Verkehrsmanagements bekommen die Rampenbewirtschaftungen im Zusammenhang mit den VMP eine zusätzliche Bedeutung.

Der Einsatz der Rampenbewirtschaftung zum Optimieren des Verkehrsablaufes im Bereich von Anschlüssen und Verzweigungen wird künftig auch in der Schweiz deutlich zunehmen. Für eine Planung, Projektierung und Realisierung der Rampenbewirtschaftung nach möglichst einheitlichen Grundsätzen fehlen in der Schweiz die notwendigen Vorgaben. Mit dem Forschungsprojekt 2007/302 sollen die entsprechenden Grundlagen in Ergänzung zur Norm SN 640 807 erarbeitet werden.

Kurzbeschreibung
(Englisch)

With the norm SN 640 807 „ramp metering, fundamentals“, the common prerequisites for the application and operation of ramp metering systems are defined and presented. At the time when the norm was defined there were in Switzerland only two ramp metering systems in operation and profound experience with ramp metering was missing.

The traffic on the highways will increase over proportional also in the future and disturbances in the traffic flow will be concentrated on access and junction areas. The federal roads office (FEDRO) is currently working on the traffic management concepts for some parts of the highway infrastructure. As an element of the integrated traffic management ramp metering in connection with the traffic management concepts is becoming additional relevance.

To optimize the traffic flow in access and junction areas, the application of ramp metering will increase considerably also in Switzerland. For the planning, engineering and realization of ramp metering systems based on principles as standardized as possible, the necessary guidelines are missing in Switzerland. With the research project 2007/302 the appropriate fundamentals shall be developed as an addition to the norm SN 640 807.

Projektbeschreibung
(Deutsch)

Das Ziel der Forschungsarbeit liegt darin, ein Regelungsverfahren für Rampenbewirtschaftungen zu erarbeiten, das orts- und situationsunabhängig eingesetzt und mit entsprechenden Parametern auf die Anforderungen der Hauptfahrbahn und des untergeordneten Netzes angepasst werden kann.

Zum Ausarbeiten der Anforderungen an das Regelungsverfahren müssen die Auswirkungen der einzelnen Anlageelemente auf den Verkehrsablauf ermittelt und die verkehrstechnischen Kenngrössen quantitativ erfasst werden. Zudem muss die Wechselwirkung zwischen den Anlageelementen und der verkehrstechnischen Grössen im Verkehrsablauf bekannt sein.

Anlageelemente

Die Anlageelemente stellen den Rahmen für den Einsatz einer Rampenbewirtschaftung dar. Sie definieren unter anderem die Anforderungen, Randbedingungen und Einsatzgrenzen der Steuerung. Dazu müssen in der Forschungsarbeit unter anderem folgende Fragen beantwortet werden:

  • Welche Wechselwirkung besteht zwischen der Lage des Anschlusses und dem Engpasses? Welcher Querschnitt muss im Regelungsverfahren berücksichtigt werden (Verkehrsablauf im Bereich des Anschlusses oder beim Engpass)?
  • Welche Auswirkung spielt die Lage des Anschlusses im Bezug auf ein Verzweigungsbauwerk oder Tunnel? Welche Unterschiede bestehen für das Regelungsverfahren (Pulkauflösung /Stauverlagerung) und wie verändert sich die Zielereichung?
  • Wie wirkt sich die Verteilung (Kreisel oder LSA) der zufahrenden Fahrzeuge auf den Verkehrsablauf auf der Rampe aus (Stauaufbau und -abbau, Fahrverhalten auf der Rampe, Abstände zwischen den Fahrzeugen) und welche Konsequenzen ergeben sich daraus auf das Regelungsverfahren (Umlaufzeit, Stauraumüberwachung)?

Kenngrössen des Verkehrsablaufes

Die Bewegung der Fahrzeuge lassen sich grundsätzlich in ihrer räumlichen Veränderung zu einem bestimmten Zeitpunkt (momentane Erfassung), ihrer zeitlichen Veränderung an einem bestimmten Querschnitt (lokale Erfassung) oder an deren Kombination beschreiben. Dementsprechend dienen zur Beschreibung des Verkehrsablaufes die folgenden Kenngrössen:

  • Zeit- und Weggrössen: Zeit (t), Zeitabstand (Dt), Weg (s), Wegabstand (Ds)
  • Geschwindigkeitsgrössen: Geschwindigkeit Einzelfahrzeug, gemittelte Geschwindigkeiten
  • Verkehrsgrössen: Verkehrsstärke q, Verkehrsdichte k, Verkehrszusammensetzung

Wechselwirkung Verkehrsablauf

Die wichtigsten für das Regelungsverfahren notwendigen verkehrstechnischen Grössen sind die Verkehrsstärke und das Geschwindigkeitsniveau auf der Hauptfahrbahn sowie die Verkehrsstärke auf der Zufahrtsrampe. Dabei stehen in der Forschungsarbeit folgende Untersuchungen im Vordergrund:

  • Welche Abhängigkeit besteht zwischen der Anzahl Fahrstreifen auf der Hauptfahrbahn und dem Nutzen der Rampenbewirtschaftung; welches sind die massgebenden Kenngrössen auf der Hauptfahrbahn in Abhängigkeit der Anzahl Fahrstreifen?
  • Wo müssen die Verkehrsdaten auf der Stammlinie erfasst werden und welche Angaben sind vom Verkehrsablauf auf der Rampe notwendig (An- und / oder Abmeldung der Fahrzeuge, Stauerfassung)?
  • Welche Auswirkungen hat eine Verkehrsbeeinflussungsanlage auf die Kenngrössen des Verkehrsablaufs und wie müssen diese im Regelungsverfahren berücksichtigt werden? Ist die durch eine Verkehrsbeeinflussungsanlage beeinflusste Geschwindigkeit ein zuverlässiger Indikator?

Regelungsverfahren

Das Kernelement des Regelungsverfahrens ist der Steueralgorithmus. Der geeignete Algorithmus wird auf den Grundlagen der Erfahrungen im In- und Ausland unter Berücksichtigung der Anlageelemente und der verkehrstechnischen Kenngrössen evaluiert und auf schweizerischen Verhältnisse angepasst.

Zudem werden die Ausgestaltung (Steuerungsebenen, Schnittstellen) und die notwendige Infrastruktur (Datenerfassung, Anlegeelemente HLS und HVS festgelegt.
Methoden
(Deutsch)

Für die Gliederung des Forschungsauftrags Rampenbewirtschaftung: Anforderungen an Regelungsverfahren werden folgende Phasen gebildet:

Phase 1: Grundtypen Rampenbewirtschaftung Grundlagen / Analyse bestehende Anlagen

Phase 2: Anforderungen an Regelungsverfahren theoretische Überlegungen,

Phase 3: Pilotprojekt Umsetzen der theoretischen Grundlagen

Projektabschluss Ausarbeiten Leitfaden inkl. Anleitung
Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)

Pilotprojekt „Rampenbewirtschaftung Anschluss Dietikon“

Die im vorliegenden Forschungsprojekt zu erarbeitenden Anforderungen an das Regelungsverfahren können in der Praxis ein einem Pilotprojekt eingesetzt und überprüft werden.
Allgemeiner Stand der Forschung
(Deutsch)

Eine erste Auswertung der Untersuchungsberichte im Ausland zeigt, dass positive Ergebnisse mit Steuerungen erreicht wurden, deren Strategien auf der Kapazität beziehungsweise der optimalen Belegung stromaufwärts der Rampe basieren. Durch das Berücksichtigen der aktuellen Verkehrssituation war es in allem Fällen möglich, auf Verkehrsstörungen im Bereich des geregelten Anschlusses schneller zu reagieren. In fast allen Fällen wurden eine Steigerung der durchschnittlichen Geschwindigkeit und damit ein Rückgang der Reisezeiten festgestellt. Zurückzuführen war dies auf den Abbau der Schockwellen, die vor Inbetriebnahme der Rampenbewirtschaftung häufig durch zufahrende Pulks in Spitzenzeiten ausgelöst wurden.

Generell hat sich der ALINEA-Algorithmus als robuster und hinsichtlich der Parametereinstellungen am besten auf die verschiedenen örtlichen Situationen einstellbarer Algorithmus erwiesen. Als Alternative zum ALINEA-Algorithmus wird der Ansatz ANCONA propagiert. Damit können grössere Verkehrsmengen auf der Stammlinie bei weniger langen Wartezeiten auf der Zufahrt verarbeitet werden.

In der Schweiz wurde mit einer Wirkungsanalyse Erfahrungen mit den im Rahmen der Sofortmassnahmen Verkehrslenkung N1/N20 Nordumfahrung Zürich bei den Anschlüssen Urdorf-Nord, Dietikon, Weiningen, Zürich-Affoltern und Zürich-Seebach im Jahr 2004 realisierten Rampenbewirtschaftungen gesammelt. Zudem wurden im Rahmen des Forschungsprojekt VSS 2003/302 „Auswirkungen und Massnahmen im HVS-Netz bei
Projektziele
(Deutsch)

Mit dem Forschungsprojekt sind die Anforderungen an die Regelungsverfahren für Rampenbewirtschaftungen zu definieren und die Einsatzmöglichkeiten und Grenzen aufzuzeigen.

Die in Betrieb stehenden Rampenbewirtschaftungen sind im Hinblick auf die Regelungsverfahren und Regelungskomponenten zu analysieren und die wichtigsten Erkenntnisse abzuleiten.

Auf der Basis der Analyse sind die steuerungstechnischen und betrieblichen Anforderungen und Einsatzkriterien von Rampenbewirtschaftungen zu definieren. Dabei wird das geeigneten Regelungsverfahren ausgearbeitet und die Einbettung in ein integriertes Verkehrsmanagement aufgezeigt.

Das Ziel der Forschungsarbeit sind Vorgaben zum Einsatz und zur Planung, Projektierung und Realisierung von Rampenbewirtschaftungen auszuarbeiten und um ein möglichst einheitliches Erscheinungsbild dieser Art der Verkehrssteuerung erzielen zu können.

Projektziele
(Englisch)

The research project has to define the requirements for the control procedures for ramp metering and has to determine and present the possible applications and constraints.

The ramp metering systems that are in operation have to be analyzed regarding the control procedures and the most important findings have to be determined.

Based on the analysis the requirements for ramp metering regarding the control mechanism and the operations have to be defined. In doing so, the appropriate guidelines will be developed and the integration into the traffic management will be pointed out.

The goal of the research project is to develop guidelines for the planning, engineering and realization of ramp metering systems and therefore to get a common appearance for this kind of traffic control.
Forschungsplan
(Deutsch)

Phase 1 (Ausarbeiten der Grundlagen)

- Literaturstudium / theoretische Grundlagen

- Bestandesaufnahme / Analyse

- Berücksichtigen übergeordnete Anforderungen:
- Integration in Steuerungsablauf
- Koordination mit übergeordneten Steckenbeeinflussungsanlagen

è Grundtypen Rampenbewirtschaftung (Meilenstein 1)

Phase 2 (Anforderungen an Regelungsverfahren definieren)

- Ausgestaltung Systemarchitektur / Gesamtsystem

- Steuerung / Algorithmus

- Infrastruktur / Datenerfassung

è Anforderungen an Regelungsverfahren (Meilenstein 2)

Phase 3 (Pilotprojekt)

- Überprüfen der erarbeiteten Anforderungen an das Regelungsverfahren in einem Pilotprojekt

- theoretische Erkenntnisse in eine Steuerung implementieren und Wirkung, Zielereichung und Parametrierbarkeit verifizieren

è Einsetzen des Steuerungsverfahren in einem Pilot (Meilenstein 3)

Abschluss:

- Projektabschluss, Ausarbeiten Leitfaden inkl. Anleitung
Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
Die Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt dienen als Basis für die Ergänzung der bestehenden Norm SN 640 807 „Rampenbewirtschaftung, Grundlagen“. Mit dem Leitfaden wird für die zuständigen Behörden sowie die Planer und Verkehrsingenieure ein Instrument für die Planung und Umsetzung von Rampenbewirtschaftungen nach einheitlichen Vorgaben geschaffen. Die Vereinheitlichung der Steuerungsstrategie und der Einbezug der übergeordneten Anforderungen sowie diejenigen der nachgeordneten Strassennetze führen zu einer Verbesserung des Verkehrsablaufes im Gesamtsystem. Davon können sowohl die Verkehrsteilnehmenden auf dem HLS-Netz als auch auf dem HVS-Netz profitieren.
Berichtsnummer
(Deutsch)
1544
Berichtsnummer
(Englisch)
1544
Literatur
(Deutsch)

Zuflussdosierung und Zufallcharakter der Strassenkapazität auf Schnellstrassen
Strassenverkehrstechnik, Heft 3, 2006
B. Kerner, Sindelfingen

- N1/N20 Nordumfahrung Zürich, Abschnitt Limmattal – Gubrist
Sofortmassnahmen Verkehrslenkung, Wirkungskontrolle
Baudirektion Kanton Zürich, Tiefbauamt, Planung und Steuerung
Ingenieur- und Planungsbüro Bühlmann, Zollikon, August 2005

- Norm SN 640 807 Verkehrsbeeinflussung auf Autobahnen und Autostrassen
Rampenbewirtschaftung, Grundlagen
VSS-Expertenkommission 3.06, Februar 2005

- Verkehrsqualität und Leistungsfähigkeit auf Autobahnen
Bundesamt für Strassen, FA 2000/337
Jenni + Gottardi AG, Kilchberg
SNZ Ingenieure und Planer AG, Zürich, Oktober 2004

- Neuere Entwicklungen der Zuflussregelung in Deutschland
St. Trupat, M. Tepper
Strassenverkehrstechnik, Heft 8, 2004