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Mikroskopische Modellierung und Simulation des Fußgängerverkehrs
(2010) Bitzer, Timo Florian; Ressel, Wolfram (Prof. Dr.-Ing.)
Das ungebremste Wachstum der verfügbaren Rechenleistung ermöglicht zunehmend die Simulation selbst komplexer Vorgänge mit einer großen Zahl von Randbedingungen und parallel ablaufender Prozesse. In den Verkehrswissenschaften rückt nach dem motorisierten Verkehr nun verstärkt auch die mikroskopische Simulation des Fußgängerverkehrs in den Blickpunkt des Interesses. Zentraler Gegenstand dieser Arbeit ist die Generierung von realitätsnahen Fußgängertrajektorien als Eingangsparameter für die Simulation der Netzauslastung von Drahtlosnetzen und mobilen Ad-hoc-Netzen mit Hilfe eines zu entwickelnden Frameworks zur mikroskopischen Fußgängerverkehrsimulation. Zu diesem Zweck wurden zunächst umfangreiche Untersuchungen und Literaturrecherchen zu den Wesensmerkmalen des Fußgängerverkehrs sowie den bislang vorliegenden Modellansätzen vorgenommen. Im Rahmen der Grundlagenarbeit zur Entwicklung eines geeigneten Fußgängerverkehrsmodells werden in Kapitel 2 zunächst die charakteristischen Merkmale des Fußgängerverkehrs, seine grundlegenden Eigenschaften sowie seine makroskopischen und mikroskopischen Merkmale eingehend untersucht. Anschließend werden bislang publizierte Modellansätze nach dem durch Zustand (kontinuierlich oder diskret), Dynamik (deterministisch oder stochastisch) und Charakter (abstrakt oder heuristisch) aufgespannten Raum klassifiziert und auf ihre Eignung für die vorliegende Aufgabenstellung hin bewertet. Kapitel 3 widmet sich den durch die Fußgängersimulation gestellten Anforderungen an die Umgebungsgeometrie und geht näher auf die gängigsten Datenformate ein, in denen geometrische Angaben zu Fußgängerverkehrsflächen zumeist vorliegen. Sodann wird das Relationen- und Topologiekonzept von Nexus vorgestellt, dessen Konventionen die Grundlagen zur Aufbereitung der Umgebungsgeometrie als Eingangsparameter für das Simulationsframework bilden. Im zentralen Kapitel 4 wird die Entwicklung des eigentlichen Simulationsframeworks eingehend beschrieben. Bei der Implementierung des Zellulären Automaten wird zunächst ein besonderes Augenmerk auf die Entwicklung der geometrischen und dynamischen Grundfelder gelegt, um anschließend auf die Implementierung unterschiedlicher Algorithmen zur Bewegungsdurchführung näher einzugehen. Die Auswirkungen der vorgenannten zentralen Aspekte auf Bewegung und Trajektorie des Agenten bilden den letzen Schwerpunkt des Kapitels. Im Zuge der Arbeit wurde mit dem Campus Vaihingen der Universität Stuttgart ein Referenzszenario ausgewählt, für welches eine besonders gute Datenlage hinsichtlich Umgebungsgeometrie und Fußgängerverkehrsaufkommen zu erwarten war. In Kapitel 5 werden die charakteristischen Eigenschaften sowie verfügbare Datenquellen näher erläutert. Zur Kalibrierung der mikroskopischen Eingangsparameter sowie zur Validierung der Simulationsergebnisse standen keine hinreichend detaillierten Verkehrsdaten zur Verfügung. In Kapitel 6 werden daher verfügbare Erhebungsmethoden zunächst klassifiziert, bevor das Layout der auf dem Campus durchgeführten Fußgängerverkehrserhebung dargelegt wird. Kapitel 7 befasst sich mit der Auswertung der empirisch erhobenen Daten sowie den Ergebnissen der Simulation von drei charakteristischen Zeiträumen eines Wochentags, bevor in Kapitel 8 ein Fazit der geleisteten Arbeit sowie ein Ausblick auf die weiteren Entwicklungen gegeben werden.