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Methoden zur Erfassung von Verkehrsströmen und Fahrzeiten mit stationären fahrzeugwiedererkennenden Detektoren
(2013) Otterstätter, Thomas; Friedrich, Markus (Prof. Dr.-Ing.)
Informationen über die Verkehrslage und die Verkehrsnachfrage bilden eine wichtige Grundlage für eine optimale Planung und einen effizienten Betrieb der Verkehrsinfrastruktur. Zur Erfassung der Verkehrslage kommt heutzutage eine Vielzahl von Messtechniken zum Einsatz. Mit den Messtechniken können die lokale Verkehrsstärke und die lokale Geschwindigkeit an einem Ort, aber auch die Fahrzeit bzw. die mittlere Geschwindigkeit auf Netzabschnitten erfasst werden. Regelmäßige Daten über die Verkehrsnachfrage, die zusätzlich Informationen über die Quelle und das Ziel sowie die Route einer Ortsveränderung enthalten, sind jedoch bis heute nicht verfügbar. Verkehrsnachfragedaten werden fast ohne Ausnahme mit Verkehrs-nachfragemodellen berechnet, die basierend auf Daten der Siedlungsstruktur, des Verkehrsverhaltens und des Verkehrsangebots Ortsveränderungen von Personen und Fahrzeugen nachbilden. Einige der zur Erfassung von mittleren Geschwindigkeiten auf Netzabschnitten verwendeten Messtechniken erlauben weiterführende Auswertungen, die sich auch zur Beobachtung der Verkehrsnachfrage eignen. Die vorliegende Arbeit beschreibt Methoden zur Erzeugung einer großen Zahl von Weg-Zeit-Verläufen (Trajektorien) von Verkehrsteilnehmern im Offline-Betrieb. Die vorgestellten Methoden verwenden drei Arten von Datenquellen aus stationären Detektoren, die eine Wiedererkennung von Verkehrsteilnehmern ermöglichen und teilweise bereits für die Erfassung der Verkehrslage zum Einsatz kommen. Die drei behandelten Datenquellen basieren auf der Verwendung von Kennzeichen-erfassungssystemen, der Detektion von Bluetooth-Geräten und auf Mobilfunkdaten, die beim Betrieb eines Mobilfunknetzes erzeugt werden. Die Erzeugung von Trajektorien erfolgt für alle drei Datenquellen nach demselben dreistufigen Prinzip: 1. Wiedererkennung von Kfz-Kennzeichen, Bluetooth- oder Mobilfunkgeräten, die an mehreren Detektoren im Netz erfasst wurden und die aufgrund ihrer zeitlichen Abfolge auf eine zusammenhängende Fahrt schließen lassen. 2. Erzeugen von plausiblen Routen im Verkehrsnetz, die die Abfolgen der Detektoren reproduzieren. 3. Zuordnen von Routen zu identifizierten Fahrten und darauf basierend die Erzeugung von Trajektorien, die den räumlichen und zeitlichen Verlauf der Bewegung eines Verkehrsteilnehmers oder eines Fahrzeugs beschreiben. Im Rahmen der Ausführungen wird auf die Unterschiede, die bedingt durch die Erfassungsreichweite und sonstige Besonderheiten der Detektionstechnik entstehen, eingegangen. Die Anwendbarkeit der vorgestellten Methoden wird anhand zweier Praxisbeispiele für die Datenquellen Bluetooth und Mobilfunkdaten über einen Zeitraum von 83 bzw. 67 Tagen demonstriert. Die damit verbundenen Auswertungen zeigen, dass beide Datenquellen eine ausreichend große Stichprobe der Verkehrsteilnehmer erfassen, um Rückschlüsse auf die Verkehrslage und eine Beobachtung der Verkehrsnachfrage zu ermöglichen. Da alle Datenquellen nur eine Stichprobe des gesamten Verkehrsaufkommens liefern, wird in einem zweiten Teil der Arbeit ein dynamisches Hochrechnungsverfahren vorgestellt. Dieses ist in der Lage, für eine große Zahl von Trajektorien deren räumliche und zeitliche Ausbreitung in einem Verkehrsnetz zu berücksichtigen und die Verkehrsstärke, die diese repräsentieren, anhand zeitabhängiger Verkehrsstärken von Querschnittsdetektoren hochzurechnen. Die auf diese Weise hochgerechneten Trajektorien können zu Quelle-Ziel-Matrizen für beliebige Zeiträume aufsummiert werden. Im Allgemeinen ist es im Rahmen der Verkehrsplanung allerdings sinnvoller, auf einen durchschnittlichen Tag anstatt auf ein Einzelereignis zurückzugreifen. Zu diesem Zweck wird eine Clusterung durchgeführt, mit deren Hilfe ähnliche Tage identifiziert werden. Die Gruppen oder Cluster ähnlicher Tage werden dann zu typischen Verkehrstagen, wie bspw. einem Montag bis Donnerstag außerhalb der Schulferien, mit einer typischen Quelle-Ziel-Matrix zusammengefasst. Die erzielten Ergebnisse für die beiden Untersuchungsgebiete unterscheiden sich hinsichtlich der Qualität des Hochrechnungsergebnisses. Für den Bluetooth-Untersuchungsraum zeigt sich, dass die Methodik zwar anwendbar ist. Die Anzahl der zur Verfügung stehenden Detektoren reicht aber nicht aus, um die Verkehrsnachfrage in allen Bereichen des Untersuchungsgebiets ausreichend zu beobachten. Dennoch eignen sich die erzeugten Trajektorien zur Erfassung der Verkehrslage, zur Ableitung von Durchgangsverkehrsanteilen und als Grundlage für ein längerfristiges Qualitäts-monitoring. Die vorliegende Arbeit zeigt somit, dass sich Mobilfunkdaten für die Beobachtung der Verkehrsnachfrage eignen und die Erfassung von Bluetooth-Geräten oder Kfz-Kennzeichen weitaus mehr Anwendungsfälle bietet, als die reine Erhebung der Fahrzeit zwischen zwei Querschnitten.