Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Fahrmuster, Fahrverhalten, Überlastungen auf Autobahnen, Fahrzeitgewinne, Geschwindigkeit
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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Speed pattern, travel behaviour, congested freeways, travel time reduction, speed
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Aufgabe des Projektes ist die Ermittlung von Kenngrössen bzw. funktionalen Zusammenhängen, mit deren Hilfe die Effekte einer lokalen Engpassbeseitigung im Autobahnnetz bewertet werden können. Hierzu werden Modelle für folgende Sachverhalte benötigt:
· Wahrscheinlichkeit des Übergangs des Verkehrsflusses auf Autobahnen vom stabilen in den instabilen Zustand („Zusammenbruch“) in Abhängigkeit von der Verkehrsnachfrage sowie baulichen Merkmalen der Strecke.
· q-v-Relation für den stabilen und instabilen Bereich des Verkehrsflusses differenziert nach verschiedenen Strecken- bzw. Querschnittstypen.
· Zeitverluste bei den Verkehrsteilnehmern, die entstehen, wenn an einem Streckenquerschnitt (Engpass) anstelle des stabilen Zustands der instabile Zustand herrscht. Mit den genannten Kenngrössen und Zusammenhängen soll es insbesondere möglich sein, geplante Infrastrukturmassnahmen, die der Beseitigung von Engpässen dienen, im Hinblick auf ihre voraussichtlichen Auswirkungen auf die Reisezeiten der Verkehrsteilnehmer zu bewerten.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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The task of the project is the identification of parameters or functional contexts, to evaluate the local effects of the removal of a bottleneck in a freeway network. The following models are needed:
• Probability for the transition of traffic flow on highways from stable in the unstable conditions („collapse") as a function of traffic demand, and structural characteristics of the link
• q-v-relation for stable and unstable traffic flow, separated by link types and freeway profiles
• Loss of time for road user if the traffic flow in a congestion area is instable rather than stable.
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Projektbeschreibung
(Deutsch)
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Für grössere Massnahmen im Bereich der Strasseninfrastruktur (Neubau, Ausbau) sind sowohl eine Zweckmässigkeitsbeurteilung wie auch eine Umweltverträglichkeitsprüfung erforderlich. Anhand der Veränderung der Verkehrsbelastungen und der Verkehrsleistungen werden Veränderungen der Emissionen (Luftschadstoffe, Lärm) ermittelt. Eine wichtige Einflussgrösse ist in diesem Zusammenhang das Fahrverhalten der Personen- und Lastwagen, da bei gegebener Verkehrsbelastung die Emissionen in erheblichem Umfang von diesem Faktor bestimmt werden. Über das Fahrverhalten, welches durch Kennzahlen wie Fahrgeschwindigkeit, Beschleunigungen/Verzögerungen, Motordrehzahl und Gangwahl sowie Halte- und Stillstandzeiten beschrieben werden kann, liegen aber nur wenig aktuelle Grundlagen vor. Vereinfachend wird oft ein mittleres Fahrverhalten, allenfalls gestützt auf eine Annahme über die mittlere Geschwindigkeit, unterstellt. Der Zusammenhang zwischen wichtigen Schadstoffen (z.B. NOx) und der Fahrgeschwindigkeit ist nicht linear.
Beim Ausbau des Strassennetzes, vorab der Autobahnen, können die Verkehrsmenge und die Verkehrsleistung zunehmen. Wird das Fahrverhalten nicht in die Betrachtungen einbezogen, so wird mehr Verkehr fälschlicherweise mit mehr Schadstoffemissionen gleichgesetzt (direkte Proportionalität). Durch die Erhöhung der Kapazität findet jedoch unter Umständen trotz Verkehrszunahme insgesamt weniger stop-and-go Verkehr oder weniger Stau statt, was sich auf die Umweltbilanz positiv auswirkt.
Die Erhöhung der Kapazität einer Strecke führt unter bestimmten Voraussetzungen zu einer Erhöhung der dortigen Verkehrsmenge. Gleichwohl ist es möglich, dass trotz insgesamt höherer Verkehrsmenge bei den Benützern der Strecke eine Fahrzeitersparnis und damit ein volkswirtschaftlicher Nutzen entsteht. Ursächlich hierfür ist wiederum die Veränderung der Fahrmuster (insbesondere der gefahrenen Geschwindigkeiten) infolge des Streckenausbaus.
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Erwartete Erkenntnisse/ Nutzen, Nutzniesser
(Deutsch)
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Der Nutzen der Arbeit besteht darin, dass Dank differenzierter Kenntnisse über die Fahrverläufe auf Autobahnen und ihrer Einflussgrössen die Schadstoffemissionen und die Fahrzeitgewinne von Massnahmen im Bereich der Srasseninfrastrukturen zutreffender berechnet werden können. Im Zusammenhang mit ZMB und UVP wurde bisher „mehr Verkehr“ mit „mehr Schadstoffemissionen“ gleichgesetzt, da in den meisten Fällen ein direkter proportionaler Zusammenhang unterstellt wurde. In Zukunft wird einem besseren Verkehrsverlauf infolge eines Infrastrukturausbaus und damit geringeren Schadstoffemissionen und Fahrzeitersparnissen Rechnung getragen, selbst wenn durch die Anlage Neuverkehr erzeugt wird.
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Methoden
(Deutsch)
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Das Projekt beinhaltet folgende Arbeitsschritte:
Erstellung der Datengrundlagen
Beschaffung, Aufbereitung und Anreicherung von Daten über Verkehrsstärken und Fahrgeschwindigkeiten an geeigneten Zähl- bzw. Messstellen im schweizerischen Autobahnnetz.
Entwicklung des Modellsystems
Die modelltheoretischen Arbeiten lassen sich in mehrere Teilschritte zerlegen.
- Modellierung der Staueintrittswahrscheinlichkeit:
Bei der Modellierung der Staueintritts- bzw. Zusammenbruchswahrscheinlichkeit wird ein neuer multivariater Ansatz verfolgt.
- Schätzung von Geschwindigkeitsfunktionen:
Separat für den stabilen und den instabilen Bereich sind Geschwindigkeitsfunktionen zu schätzen, welche den Einfluss der Verkehrsstärke sowie weiterer Faktoren wie z.B. Zahl und Breite der Fahrstreifen auf die mittlere Fahrgeschwindigkeit beschreiben. Hierzu sind Ansätze (Regressionsmodelle) zu erarbeiten, die u.a. das Phänomen des „capacity drop“ bestätigen.
- Modellierung von Anzahl und Länge der instabilen Episoden:
Die staubedingten Zeitverluste hängen von der Anzahl und Länge der instabilen Episoden ab. Für die beiden genannten Variablen werden Poisson-Regressionsmodelle verwendet, die den Erwartungswert der wöchentlichen oder monatlichen Anzahl instabiler Episoden („Stauhäufigkeit“) und den Erwartungswert der Länge einer instabilen Episode (Zahl der direkt aufeinander folgenden 5-Minuten-Intervalle mit instabilem Zustand) in Abhängigkeit gewisser erklärender Variablen darstellen. Als erklärende Variable kommen hier insbesondere Merkmale der Verkehrsnachfrage an der Zählstelle wie z.B. Wochen-DTV-Wert und Ganglinientyp sowie weitere Merkmale wie z.B. jahreszeitliche Lage der Untersuchungswoche in Frage.
- Schätzung der Zeitverluste im instabilen Bereich:
Hier wird ein statistisches Modell entwickelt werden, welches auf dem Ergebnis des Stauhäufigkeitsmodells aufbaut. Aus diesem Modell liegt der Erwartungswert der Stauhäufigkeit und der Staudauer vor. Benötigt wird jetzt noch die Verteilung der Verkehrsstärke im instabilen Bereich. Hierzu wird ein Verteilungsmodell für die Verkehrsstärke (nur des instabilen Bereich) herangezogen, mit dessen Hilfe wiederum der Erwartungswert der Verkehrsstärke im instabilen Bereich in Abhängigkeit von gewissen Einflussfaktoren geschätzt werden kann.
- Implementierung des Modellsystems und Erstellung eines Planungstools:
Die Implementierung der einzelnen Teilmodelle erfolgt stufenweise. Dabei kommt vor allem der Auswahl der jeweils am besten geeigneten erklärenden Variablen große Bedeutung zu. Hier sind u.a. folgende Fragen zu beantworten:
· entsprechen die Ergebnisse den aus der Theorie abgeleiteten Erwartungen?
· sind die Vorzeichen der Koeffizienten plausibel?
· müssen Modelldefekte (z.B. Heteroskedastizität) berücksichtigt werden?
· können die Ergebnisse in eine verallgemeinerte Form umgesetzt werden oder variieren sie zu stark?
Können allgemeingültige Ergebnisse gewonnen werden, sind diese in einem weiteren Schritt für den Anwender zugänglich zu machen. Hierbei spielt marktgängige Statistik-Software (SAS, SPSS) eine wesentliche Rolle.
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Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)
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Keine
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Allgemeiner Stand der Forschung
(Deutsch)
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Über das Fahrverhalten, welches bei der Berechnung von Fahrzeiteinsparungen oder Schadstoffemissionen zu berücksichtigen ist, existieren wenige Grundlagen. In Deutschland wurden zwar einige interessante Untersuchungen veröffentlicht, oft aber nur zu Teilaspekten der hier vorgesehenen Studie.
Für Autobahnen wurden durch den VDTÜV im Rahmen des Abgas-Grossversuches (1986) umfangreiche Messungen zum Fahrverlauf durchgeführt.
Für das übrige Strassennetz hat Heusch/Boesefeld/TÜV-Rheinland 1993 eine Untersuchung des repräsentativen Fahrverhaltens von Pkw durchgeführt. Methodisch zeigt diese Studie ein generell mögliches Vorgehen zur Erfassung des Fahrverlaufs.
In der Schweiz hat sich das BUWAL 1993 den Untersuchungen des TÜV Rheinland angeschlossen mit der Studie „Clusteranalytische Ermittlung von repräsentativen Fahrkurven von Personenwagen in der Schweiz“ und der Studie „Auswertung der Messfahrten des Fahrverhaltens von Personenwagen“ (1992). Zu beachten ist hier allerdings, dass Ergebnisse aus Deutschland nicht ohne weiteres auf die Schweiz übertragen werden können. Unterschiede bestehen in den Geschwindigkeiten, wie auch in der Netzstruktur (z.B. Anschluss-Dichte). Unterschiede bestehen auch in der Fahrzeugzusammensetzung (PW, LW).
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Projektziele
(Deutsch)
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Das Fahrverhalten von Personenwagen auf Autobahnen wird repräsentativ erfasst, um daraus alle den Fahrverlauf bestimmenden Grössen zu ermitteln, die für die Bestimmung des Nutzens aus Fahrzeiteinsparungen sowie für die Schadstoffberechnung von Bedeutung sind. Mit den Erklärungsgrössen des Fahrverlaufs sowie Angaben zur Verkehrsmenge und zur Infrastruktur ist das Fahrverhalten auf einem Strassennetzabschnitt zu beschreiben.
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Projektziele
(Englisch)
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The travel behaviour of cars on freeways will be filed to identify the determination factors of the travel process, which are responsable for the benefit of travel time savings and the estimation of air pollution.
With the variables of the travel process and those of traffic amount and infrastructure the speed pattern on a network link will be described.
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Die Umsetzung der Forschungsergebnisse in die Praxis kann erfolgen, indem ein zu untersuchender Strassenteilstück in Abschnitte mit homogener Streckencharakteristik eingeteilt wird. Gestützt auf die jeweiligen strassenseitigen Charakteristika wie auch der Merkmale der Verkehrsnachfrage kann das massgebliche Fahrverhalten bestimmt werden.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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.
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Berichtsnummer
(Deutsch)
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1291
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Literatur
(Deutsch)
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Zusätzlich zu den im “Stand der Arbeiten“ erwähnten Studien sind keine weiteren Untersuchungen zur Thematik bekannt.
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