Qualität von Verkehrsnachfragemodellen

Abstract

Verkehrsnachfragemodelle sind ein wichtiges und notwendiges Werkzeug der Verkehrsplanung. Sie sind eine wichtige Grundlage für politische Entscheidungen mit häufig langfristigen und kostenintensiven Konsequenzen. Aus diesem Grund müssen die Ergebnisse von Verkehrsnachfragemodellen einer gewissen Qualität genügen. Die vorliegende Arbeit befasst sich diesbezüglich mit folgenden Forschungsfragen: 1. Woher kommen die Abweichungen zwischen Verkehrsnachfragemodell und Realität und wie lassen sich diese Abweichungen bestimmen? 2. Wie wird die Qualität eines Verkehrsnachfragemodells definiert und welche Schritte sind für ein Qualitätsmanagement von Verkehrsnachfragemodellen notwendig? 3. Wie groß ist der Einfluss ausgewählter Unsicherheiten in einem Verkehrsnachfragemodell? Anhand einer Metastudie von Ex-post-Analysen wird gezeigt, aus welchen Gründen sich (in der Vergangenheit erstellte) Modellprognosen als ungenau erwiesen und in welchen Größenordnungen diese Ungenauigkeiten liegen. Die Metastudie unterscheidet Straßenbauprojekte, Mautstraßenprojekte, Schienenverkehrsprojekte, Luftverkehrsprojekte und nicht umgesetzte Projekte. Zudem wertet sie zeitliche und räumliche Aspekte aus. Eine exemplarische Auflistung von juristischen Streitfällen zeigt darüber hinaus, welche Auswirkungen ungenaue Modellprognosen haben können. Darauf aufbauend wird ein detaillierter Überblick über die Unsicherheiten, die im Rahmen der Verkehrsnachfragemodellierung auftreten, und die Methoden, die zur Abbildung der Unsicherheiten verwendet werden können, gegeben. Eine wichtige Voraussetzung dafür, dass Verkehrsnachfragemodelle im Rahmen der Entscheidungsfindung eingesetzt werden, ist das Vertrauen in die Modellergebnisse. Dieses Vertrauen lässt sich aufbauen, wenn die Modelle und ihre Ergebnisse qualitativ hochwertig, zuverlässig und transparent sind. In der vorliegenden Arbeit wird ein standardisierter Qualitätsmanagementprozess beschrieben, der in jedem Schritt der Modellerstellung Prüfungen vorsieht und somit für eine vergleichbare Qualität von Verkehrsnachfragemodellen unerlässlich ist. In diesem Zusammenhang ist auch die Modelldokumentation von großer Bedeutung: Wirkungszusammenhänge, Modellannahmen und Unsicherheiten müssen darin klar und verständlich beschrieben werden. Im Rahmen dieser Arbeit werden folgende Unsicherheitseinflüsse genauer untersucht: 1. Einfluss der verwendeten Modelltheorie (als Beispiel für einen Spezifikationsfehler): Mit den Modellannahmen zur Nachbildung von Entscheidungsprozessen der Verkehrsteilnehmenden werden in einem Nachfragemodell grundlegende Festlegungen über die Abbildung des Mobilitätsverhaltens der Menschen getroffen. Untersucht wird die Frage, ob dieses Mobilitätsverhalten besser mit Einzelwegen (aktivitätenbasierte Einzelwegmodelle der Typen Vier-Stufen-Algorithmus oder EVA) oder mit Wegeketten (aktivitätenbasierte Wegekettenmodelle des Typs VISEM) abgebildet werden kann. 2. Einfluss der inhaltlichen Segmentierung der Nachfrage (als Beispiel für einen Abstraktionsfehler): Die inhaltliche Segmentierung der Nachfrage bestimmt den Detaillierungsgrad, mit dem das Modell Entscheidungsprozesse nachbilden kann. Je nach verfügbarer Datengrundlage und geplanten Einsatzbereichen des Modells sind feinere oder gröbere Segmentierungen möglich. Es wird untersucht, welchen Einfluss die Personengruppensegmentierung und ein personengruppenübergreifender Randsummenausgleich haben. 3. Einfluss der Stichprobengröße (als Beispiel für einen Messfehler bei Mobilitätsverhaltensdaten): Aus den mit Wegetagebüchern erfassten Verhaltensdaten leiten sich die Verkehrserzeugungsparameter und die Verhaltensparameter für die Ziel- und Moduswahl ab. Die Genauigkeit wird von der Stichprobengröße sowie von der Qualität der Erhebung und Nachbearbeitung beeinflusst. Die vorgenommene Untersuchung fokussiert sich auf den Einfluss der Stichprobengröße. Für die Untersuchungen werden die Mobilitätsverhalten von virtuellen mikroskopischen Populationen als Realität angenommen. Diese Mobilitätsdatenbasen werden mit makroskopischen Verkehrsnachfragemodellen reproduziert und es wird der Grad der Annäherung mit selbstskalierenden Gütemaßen bestimmt. Insgesamt werden hierbei 55 Verkehrsnachfragemodelle verschiedenster Spezifikation in drei Netzmodellgrößen erstellt. Das Auswertungsdesign ist so gestaltet, dass zusätzlich zu den oben genannten Einflussgrößen auch der Einfluss der Aggregation von Modellergebnissen untersucht werden kann. Hinsichtlich der verwendeten Modelltheorie können für die Modellierung von Verkehrserzeugung und Zielwahl keine eindeutigen Vor- oder Nachteile von aktivitätenbasierten Einzelwegmodellen oder aktivitätenbasierten Wegekettenmodellen nachgewiesen werden. Bei der Untersuchung der inhaltlichen Segmentierung wird deutlich, dass ein personengruppenübergreifender Randsummenausgleich wichtig ist. Bezüglich des Stichprobenfehlers lässt sich ableiten, dass neben einer ausreichend großen Stichprobengröße die Gewichtung der Stichprobenelemente von großer Bedeutung ist. Allgemein wird die Erwartung bestätigt, dass Mobilitätsdatenbasen und Modelle besser übereinstimmen, je stärker die Ergebnisse aggregiert werden. Für die Praxis der Verkehrsnachfragemodellierung lassen sich somit folgende Schlussfolgerungen ableiten: 1. Modelle sind nur Abbilder der Realität und können diese nie vollkommen abbilden. Abweichungen von der Realität sind daher zu erwarten. Trotzdem sollte versucht werden, die Unsicherheiten, die auf die Modelle wirken, zu minimieren. Dies betrifft Fehler im Modellaufbau, bei den Eingangsdaten und beim Umgang mit dem Modell. 2. Der Aufbau von Verkehrsnachfragemodellen muss von einem standardisierten Qualitätsmanagementprozess begleitet werden. Dieser beginnt mit der Formulierung einer detaillierten Spezifikation vor dem eigentlichen Beginn der Modellierung, umfasst sämtliche Überprüfungen im Rahmen der Verifizierung, Eingangsdatenprüfung und Validierung, und endet mit einer Dokumentation, die unter anderem alle Annahmen, Unsicherheiten und Einsatzgrenzen des Modells klar aufführt. 3. Ungeachtet der Datengrundlage ist es aus Gründen der Abbildungsqualität von Verkehrserzeugung und Zielwahl unerheblich, ob aktivitätenbasierte Einzelwegmodelle oder aktivitätenbasierte Wegekettenmodelle verwendet werden. Ein personengruppenübergreifender Randsummenausgleich erweist sich hingegen als vorteilhaft.