Vernetzung von HLS- und HVS-Steuerungen

• Research unit: FEDRO RBT
• Project number: SVI2007/018

Key words (German)

Verkehrstelematik, Verkehrssteuerung, Hochleistungsstrasse (HLS), Hauptverkehrsstrasse (HVS)

Key words (English)

traffic management, traffic control, high capacity road, arterial road

Short description (German)

Die Hochleistungsstrassen (HLS) im Bereich der Schweizer Städte sind stark ausgelastet bzw. überlastet. Auch weisen sie einen hohen Anteil an regionalem und lokalem Ziel- und Quellverkehr auf und stehen daher in enger Wechselwirkung mit den lokalen Hauptverkehrsstrassen (HVS) und städtischen Einfallachsen, welche ihrerseits in Spitzenzeiten an die Kapazitätsgrenze gelangen.

Wirksame Massnahmen im Verkehrsmanagement zur Aufrechterhaltung des Verkehrsflusses auf der HLS an der Schnittstelle zur HVS sind vor allem die Zuflussdosierung der Einfahrten und die Abflussmaximierung über die Ausfahrten mit dem Ziel Rückstaus auf die durchgehende HLS-Fahrbahn zu vermeiden.

Um den Verkehrsfluss auf der HVS und insbesondere den ÖV aufrechtzuerhalten, sind ebenfalls Steuerungsmassnahmen erforderlich. Verkehrsdosierungen (Pförtnerung) an den Einfallachsen und Autobahnausfahrten sind hier die erprobten Massnahmen. In manchen Fällen führt dies aber zu Rückstaus bis auf die durchgehende Fahrbahn der HLS.

Die Anforderungen und die Verkehrsmanagementmassnahmen zur Aufrechterhaltung des Verkehrsflusses auf der HLS und der HVS stehen somit klar im Konflikt zueinander.

Daraus ergibt sich Forschungsbedarf in folgenden Punkten:

· Organisatorische und planerische Ansätze, die eine Festlegung und Bewertung der Steuerung an den Schnittstellen HLS/HVS auf einfache Weise ermöglichen. Dazu gehört auch ein Regelwerk für die betriebliche Umsetzung.

· Bauliche Lösungen und Festlegungen betreffend einer optimalen Knotenpunktform an den Schnittstellen.

· Aufzeigen von konzeptionellen Lösungsansätzen für die technische Schnittstelle zwischen den beteiligten Strasseneigentümern und für den koordinierten Betrieb der Verkehrs-steuerungssysteme sowie den Austausch von Verkehrsdaten.

Das Forschungsprojekt ist Teil des Forschungsbündels „Intermodale Verkehrsbeeinflussung“. Die Koordination mit den darin enthaltenen weiteren Forschungsprojekten wird gewährleistet

Short description (English)

High capacity roads around swiss cities are frequently overloaded. A considerable part of its traffic is regional or local traffic. That is why there is a strong interaction between high capacity roads and the local road network. This local network gets its capacity limits during peak hours as well. Ramp metering is a common measure aiming at limiting traffic flow between highways and local network in order to maintain a minimal level of service on these roads. On the other hand this kind of dosage can lead to congestion on the high capacity road or in the local network. So the goals of traffic management are not congruent depending on the road operator.

This leads to the following aspects of research:

• procedure how oppositional goals of different road authorities can be coordinated, guidelines for the implementation
• requirements and solutions concerning constructional implementation and design of junctions which serve as interface between high capacity road und local network
• requirements and solutions concerning technical interfaces (IT, communication, exchange of traffic data between road operators)

Project description (German)

Die Hochleistungsstrassen (HLS) im Bereich der Schweizer Städte und Wirtschaftszentren sind stark ausgelastet und in Spitzenzeiten zum Teil überlastet. Auch weisen sie durchwegs einen hohen Anteil an regionalem und lokalem Ziel- und Quellverkehr auf und stehen daher in enger Wechselwirkung mit den städtischen, den regionalen und lokalen Hauptverkehrsstrassen (HVS) und städtischen Einfallachsen. Um den Verkehrszusammenbruch im ganzen Verkehrsnetz eines Ballungsraumes zu vermeiden, besteht das grosse Interesse, den Verkehrsfluss auf der Nationalstrasse stets aufrechtzuerhalten und Stausituationen mit grösseren Zeitverlusten zu verhindern oder möglichst lange hinauszuzögern. Verkehrsüberlastungen auf den HLS und der daraus resultierende Ausweich- oder Umleitungsverkehr erhöhen den Verkehrsdruck auf die HVS, es kommt auch dort zur Überlastung. Wirksame Massnahmen im Verkehrsmanagement zur Aufrechterhaltung des Verkehrsflusses auf der HLS sind nebst der Verkehrsleitung und Verkehrslenkung auf den Autobahnen vor allem die Zuflussdosierung der Einfahrten und die Abflussmaximierung über die Ausfahrten mit dem Ziel Rückstaus auf die durchgehende HLS-Fahrbahn zu vermeiden.

Das HVS-Netz in diesen Ballungsräumen ist in Spitzenzeiten ebenfalls gesättigt und teilweise überlastet. Dabei stellt sich eine analoge Zielsetzung wie auf den Nationalstrassen. Die Aufrecherhaltung des Verkehrsflusses auch in Spitzenzeiten oder im Ereignisfall ist insbesondere im Hinblick auf die Aufrechterhaltung des strassengebundenen öffentlichen Verkehrs bzw. die Bevorzugung des öffentlichen Verkehrs von entscheidender Bedeutung. Während Spitzenzeiten wie auch im Falle von Störungen im Verkehrsablauf sind die Einhaltung der Fahrpläne und die Gewährung der Anschlüsse bei den öffentlichen Bahn- und Busbetrieben sicherzustellen. Konkrete Massnahmen zur Aufrechterhaltung des Verkehrsflusses auf dem sekundären Strassennetz bzw. zur Aufrechterhaltung des öffentlichen Verkehrs ist die Pförtnerung des von der Nationalstrasse abfliessenden Verkehrs am Anschlussknoten oder die Abflussmaximierung vom sekundären Netz auf die Nationalstrasse. In manchen Fällen führt dies aber zu Rückstaus bis auf die durchgehende Fahrbahn der HLS.

Die Anforderungen und die Verkehrsmanagementmassnahmen zur Aufrechterhaltung des Verkehrsflusses auf der HLS und der HVS stehen somit klar im Konflikt zueinander.

Insbesondere kommt dies bei der Steuerung der eigentlichen Schnittstelle zwischen der HVS und der HLS, dem Sekundärknoten oder Anschlussknoten (Erster Knoten nach der Autobahnausfahrt, Knoten der die Autobahnein-/ausfahrt mit der HVS verknüpft) zum Tragen. Vor allem während der werktäglichen Spitzenstunden oder im Ereignisfall (z.B. Unfälle) auf der HLS treten an den Schnittstellen regelmässig Probleme auf.

Dieser Sekundärknoten ist für Zu- und Abflussdosierung auf den HLS sowie für den Verkehrsfluss mit ÖV-Priorisierung und den Langsamverkehr auf der HVS von grosser Bedeutung. Doch die Koordination von HLS und HVS ist im Bereich der Nationalstrassen heute nach der Einführung des NFA per anfangs 2008 noch anspruchsvoller geworden. Der Bund trägt neu die Verantwortung für Planung, Bau und Betrieb der Nationalstrassen. Bestandteil des Nationalstrassenperimeters ist auch der Sekundärknoten. Die durchgehende HVS ist im Eigentum des Kantons oder der Stadt. Der Betrieb des Sekundärknotens in Form einer LSA ist in die Steuerung der HVS (Verkehrsrechner, Koordination, ÖV-Bevorzugung) integriert.

Die Betriebsformen des Sekundärknotens sind unterschiedlich. Steuerungsmassnahmen sind praktisch nur bei lichtsignalgeregelten Knoten möglich. Bei Kreiseln und ungeregelten Knoten ist eine Verkehrsbeeinflussung nötig bzw. muss mit Regelungsmassnahmen ergänzt werden.

Eine verstärkte Koordinierung der beiden Netze HLS und HVS ist somit zwingend und dringend erforderlich. Das vorliegende Forschungsvorhaben soll hier Lösungs- bzw. Verbesserungsvorschläge aufzeigen. Es sind auf der organisatorischen Ebene Regeln sowie auf der betrieblichen und technischen Ebene Massnahmen vorzuschlagen, wie mit diesem Interessenskonflikt vor- und umzugehen ist.

Die Verkehrsmanagementpläne (VMP), die das ASTRA im Rahmen des Projektes Verkehrsmanagement Schweiz (VM-CH) für die Nationalstrassen erarbeitet, sind vor allem auf die Ausnahmesituationen ausgerichtet und sehen überwiegend grossräumige und abgestimmte Massnahmen für Lenken und Informieren und die Stauvermeidung (z.B. bei Unfällen) auf den Nationalstrassen vor. Die Steuerung der Sekundärknoten spielt dabei (mangels praktikabler Regeln und Lösungen) bisher eine untergeordnete Rolle. Die Bearbeitung von Verkehrsmanagementplänen auf dem gemäss Nationalstrassenverordnung definierten HVS-Netz in der Pflicht der Kantone ist in den meisten Kantonen noch ausstehend.

In Abgrenzung zu den Verkehrsmanagementplänen fokussiert das vorliegende Forschungsvorhaben auf die Verkehrssteuerung im Regelfall (tägliche Spitzenstunden). Für diesen Regelfall sind Strategien für proaktive und wirksame Steuerungsmassnahmen zur harmonischen Koordinierung der Netze und Stauvermeidung notwendig und auch möglich, im Ausnahmefall dagegen geht es meist „nur noch“ um Schadensbegrenzung.

Daher sind Regeln erforderlich, mit denen die Organisation, die Strategie, die Planung und der Betrieb einer koordinierten Steuerung von HLS und HVS unter den oben skizzierten Voraussetzungen entwickelt bzw. umgesetzt werden kann. Die Ziele sind: eine netzübergreifende Harmonisierung des Verkehrsflusses, die Aufrechterhaltung des Verkehrsflusses (d.h. proaktive Stauvermeidung auf den HLS und Aufrechterhaltung ÖV-Priorisierung auf den HVS) sowie die gezielte Linderung der Auswirkung im Falle einer Verkehrsüberlastung oder einer störfallbedingten HLS-Umleitung über das HVS.

Die Forschungsarbeit soll konkrete Lösungsvorschläge, Hinweise und Empfehlungen in organisatorischer, betrieblicher als auch technischer Hinsicht für Strassenbetreiber sowie beauftragte Planer und Systemlieferanten liefern.

Methods (German)

Die Erarbeitung der Resultate erfolgt im Rahmen von theoretischen Untersuchungen ergänzt durch Experteninterviews. Im einzelnen pro Arbeitsschritt:

• Phase 1: Vorbereitung und Typisierung: Desk research, Interview mit Tiefbauämtern und ASTRA
• Phase 2: Anforderungen und Kriterien: Desk research, Interview mit Strassenbetreiber
• Phase 3: Hypothese und Fallbeispiele: Desk research, Mikrosimulation in Fallbeispielen
• Phase 4: Synthese, Forschungsbericht und Abschluss: Zusammenfassung der Resultate

Special tools and infrastructure (German)

Keine

Overview of research activities (German)

Abgeschlossene Forschungsarbeiten

· SVI 2001/538 Verkehrsdosierungsanlagen, Strategien und Dimensionierungsansätze

Beschreibt die Anwendung und Ausgestaltung von Dosierungsanlagen allgemein und nicht spezifisch unter dem Gesichtspunkt Schnittstelle HLS/HVS. Liefert Hinweise für die Frage der baulichen Ausgestaltung von Knoten an der Schnittstelle HLS/HVS.

· VSS 2003/302 Auswirkungen und Massnahmen im HVS-Netz bei Rampenbewirtschaftung

Beschreibt eine Methode für die Beurteilung der Anwendbarkeit der verschiedenen Bewirtschaftungsstrategien und Massnahmen für verschiedene Netztypologien. In- und ausländische Erfahrungen wurden ausgewertet. Liefert für das vorliegende Projekt Hinweise betreffend einem Steuerungsinstrument, der Rampenbewirtschaftung.

Forschungsbündel „Intermodale Verkehrsbeeinflussung“

Die vorliegende Forschungsarbeit ist Teil des Forschungsbündels „Intermodale Verkehrs-beeinflussung“ mit ingesamt 17 Teilprojekten, welche in die folgenden 3 Themen-schwerpunkte unterteilt werden können: Verkehrsqualitätsstufen, VSM-Massnahmen und Vernetzung HLS-HVS. Letzterer beinhaltet auch das vorliegende Projekt.

Das Forschungsbündel ist Bestandteil des allgemeinen SVI Forschungsprogramms 2007 – 2011 bzw. des Mehrjahresprogramms 2008 – 2012 des ASTRA für die Projekte unter Führung des VSS, dessen für diese Arbeit relevanter Teil nachfolgend aufgeführt ist.

Geplante und laufende Forschungsarbeiten

Die folgenden Arbeiten sind Teil des VSS-Forschungs-Mehrjahresprogrammes 2008-2012. (Fett ausgezeichnet sind diejenigen Projekte, welche gleichzeitig Bestandteil des oben erwähnten Forschungsbündels sind).

Sie behandeln diverse Teilaspekte technischer und organisatorischer Natur bei Lichtsignalanlagen und Dosierstellen, wobei die koordinierte und vernetzte Steuerung der Schnittstelle HLV/HVS nicht im Vordergrund steht. Sie liefern jedoch Beiträge zu den erhofften Aussagen insbesondere in den Phasen 2 und 3 (vgl. unten „Forschungsplan“).

· VSS EK 3.03 Optimierung der Erhaltung und Modernisierung von Lichtsignalanlagen. Das Forschungsprojekt soll objektive Entscheidungskriterien entwickeln, ob die Modernisierung einer LSA technisch erforderlich und wirtschaftlich vertretbar ist.

· VSS EK 3.03 Sicherheits- und Verkehrsprobleme an teilgesteuerten Knoten. Untersuchung und Empfehlung im Hinblick auf Sicherheit an teilgesteuerten Knotenpunkten.

· VSS EK 3.03 IT-Support für Planung und Betrieb von Lichtsignalanlagen. Analyse der Angebote und Möglichkeiten sowie Anforderungen an den IT-Support bei LSA.

· VSS EK 3.03 Koordination von Lichtsignalanlagen, Einsatz und Grenzen. Die sich widersprechenden Anforderungen von Koordination und ÖV-Priorisierung sollen untersucht und Lösungsvorschläge erarbeitet werden.

· VSS EK 3.03 Verkehrstechnische Bewertung und Qualitätssicherung des LSA-Betriebes. Diese Arbeit soll Möglichkeiten aufzeigen, wie eine Einteilung der LSA in Qualitätsstufen erfolgen kann.

· VSS EK 3.06 Rampenbewirtschaftung, Richtlinien für den Einsatz. Kriterien für die Beurteilung der Wirksamkeit einer Rampenbewirtschaftung und zur Abschätzung der Einsatzgrenzen.

· VSS EK 3.07 Koordination der Verkehrssysteme Rampenbewirtschaftung und Verkehrsbeeinflussungsmassnahmen HVS. Diese Arbeit soll Grundlagen für die Koordinierung an den Anschlussknoten und organisatorisch und konzeptionelle Empfehlungen für den Einsatz liefern.

· VSS EK 3.07 Vorraussetzung und Zweckmässigkeit von Ausfahrtsdosierungen von HLS-Netzen. Diese Arbeit soll Möglichkeiten und Grenzen einer Ausfahrtsdosierung aufzeigen

· VSS EK 3.07 Dynamische Signalisation auf HVS. Es sollen die verschiedenen Möglichkeiten einer dynamischen Signalisation auf dem HVS untersucht werden.

VSS EK 3.07 Steuerungstechnische Umsetzung zur Priorisierung von ausgewählten Verkehrsströmen und Verkehrsmodi in HVS-Netzen

Project aims (German)

Mit der Forschungsarbeit soll ein Vergleich der Wirkungsweise bzw. Charakteristik der wichtigsten Steuerungsinstrumente des Strassenverkehrs in und zwischen den Teilnetzen vorliegen. Auf Basis einer umfassenden beschreibenden Analyse der Charakteristik und der Wirkungsweise der Instrumente beschreibt die Arbeit die Defizite und Synergien für eine harmonische Kombination der Massnahmen und gibt Empfehlungen für den optimalen Einsatz und die Behebung der Defizite durch technische, bauliche und organisatorische Massnahmen. Dabei sollen der verkehrstechnische Ansatz (im Sinne der Koordination von Rampenbewirtschaftung und LSA-Steuerung des Anschlussknotens) beleuchtet werden wie auch der planerisch organisatorische Ansatz im Sinne einer Optimierung der Gesamtleistungsfähigkeit.

Project aims (English)

This research aims at providing an analysis of mode of action and characteristics of the main traffic control tools at the intersection of high capacity and local road network. Basing on a comprehensive description of mode of action and characteristics of the available tools, this study is supposed to describe the existent deficiencies and possible synergies by combining measures. Recommendations are given concerning the optimal implementation of measures and the correction of the defects through technical, constructional and organizational measures. The following approaches are used: a technical approach in terms of a coordination of ramp metering and intersection control and an organisational approach in terms of maximizing the over-all capacitiy.

Research agenda (German)

Für die Bearbeitung des Forschungsprojektes wird das folgende Vorgehen gewählt (die angegebenen Zeiträume überlappen sich, totale Bearbeitungsdauer: 18 Monate):

Phase 1: Vorbereitung und Typisierung (2 Monate)

Kurze Literaturrecherche

Kontakte / Rücksprachen zu Kantonalen Tiefbauämtern und zum ASTRA

Systematik für Typisierung und Charakterisierung der Funktion, Knotenform und Verkehrsbeeinflussungsmassnahmen (Steuerung) auf HLS und HVS

Aufzeigen des Handlungsbedarfs und Handlungsspielraums

Formulierung der Resultate in Zwischenbericht

Vorbereitung und Durchführung einer 1. Begleitkommissionssitzung.

Phase 2: Anforderungen und Kriterien (3 Monate)

Erfassung der Bedürfnisse und Anforderungen aus betrieblicher und organisatorischer Sicht: Interview/Befragung verschiedener Strassenbetreiber (ASTRA, mindestens 2 Kantone und 2 Städte)

Formulierung der Anforderungen organisatorisch, planerisch, betrieblich, technisch

Festhalten der gemeinsamen Interessen und der Zielkonflikte zwischen HVS und HLS bzw. aus Sicht Städte, Kantone, Bund

Formulierung von Kriterien für die Harmonisierung der Schnittstelle HLS-HVS

Aufzeigen des Handlungsspielraums und der Rahmenbedingungen

Phase 3: Hypothese und Fallbeispiele (5 Monate)

Erstellung von Hypothesen bezüglich:

· Entwicklung des planerisch organisatorischen Ansatzes zur Steuerung von HLS und HVS

· Formulierung eines Regelwerks für den operativen Betrieb

Systematische Abhandlung aller sinnvollen Fälle

Evaluation von Fallbeispielen, Vorschläge zuhanden Begleitkommission

Festhalten der Zwischenresultate (inkl. Phase 2) in einem Zwischenbericht

Vorbereitung und Durchführung der 2. BegleitkommissionssitzungÜberprüfung der Hypothese mittels Mikrosimulation anhand von konkreten Fallbeispielen

Phase 4: Synthese, Forschungsbericht und Abschluss (3 Monate)

Synthese

Empfehlungen für die praktische Anwendung

Entwurf Schlussbericht (aufbauend auf den Zwischenberichten)

Vorbereitung und Durchführung 3. Sitzung der Begleitkommission

Endfassung Schlussbericht

Projektabschluss

Transfer and application (German)

Die Forschungsarbeit soll Hinweise und Empfehlungen für Strassenbetreiber sowie beauftragte Planer und Systemlieferanten liefern. Die Kommunikation der Erkenntnisse erfolgt einerseits über einen Artikel in einer Fachzeitschrift andererseits wird auch angestrebt, diese anlässlich einer Tagung oder in Form eines Workshops den betroffenen Fachleuten von Bund, Kantonen, Städten etc. näher zu bringen

Berichtsnummer (German)

1403

Berichtsnummer (English)

1403

Literature (German)

Schweizer Normen

• SN 640832 –SN 640842 Schweizer Normung betreffend Lichtsignalanlagen. Inkl Grüner Welle und ÖV-Bevorzugung
• SN 640 800 –SN 640 807 Schweizer Normen betreffend Verkehrsbeeinflussung auf Autobahnen und Autostrassen. Sie enthalten Vorgaben für Fahrstreifenlichtsignalsysteme, Wechselwegweiser, Rampenbewirtschaftung, Standstreifenbewirtschaftung, etc.

ASTRA-Richtlinien

• ASTRA-Richtline Standstreifenumnutzung. Diese Richtlinie gibt konkrete Hinweise für den Einsatz einer Standstreifenumnutzung
• ASTRA-Richtline Verkehrsmanagement Schweiz. Diese Richtlinie beschreibt das System für das Verkehrsmanagement, ihre Einsatzbereiche und beschreibt Standardbetriebszustände.

Forschungsberichte

• SVI 2001/538 Verkehrsdosierungsanlagen, Strategien und Dimensionierungsansätze
• VSS 2003/302 Auswirkungen und Massnahmen im HVS-Netz bei Rampenbewirtschaftung

Abgeschlossenen Projekte

• Rampenbewirtschaftung am Zürcher Nordring: Fachartikel in „strasse und verkehr“, Heft 12 / 2005, S30-35 (Dez 2005), Autoren: Bischofberger, Schilter, Bachofner, Laube, SchnürigerOptimierung Limmattaler Kreuz
• Optimierung Nordring, Anschluss Affoltern, Anschluss Seebach: Ingenieur- und Planungsbüro Bühlmann, Zollikofen, im Auftrag der Baudirektion Kt. Zürich (2006)