02 Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften

Ziel dieses Vorhabens ist es, für die Region Hochrhein-Bodensee eine fundierte Daten- und Informationsbasis sowie ein Analyseinstrumentarium zu erarbeiten, das rationale und effiziente Entscheidungen über die Verringerung der Luftschadstoffbelastung, den Ausbau der Energieversorgung und über Maßnahmen zur Energieeinsparung in diesem Gebiet ermöglicht.

Worum geht es? Maßgebliche Voraussetzung für die Auswahl bzw. Entwicklung von Verkehrsbeeinflussungsstrategien zur signifikanten Steigerung der Verkehrssicherheit, der Verkehrsqualität und der Energieeffizienz ist die Verfügbarkeit von zuverlässigen und aussagekräftigen Informationen zur aktuellen Verkehrslage. Die in dieser Arbeit vorgestellten Verfahren zur kurzfristigen Reisezeit- bzw. Reisegeschwindigkeitsprognose sowie zur Berechnung von zu erwartenden Staulängen sollen mit neuartiger Gewinnung von Verkehrsinformationen hierzu beitragen. Ziel dieser dynamischen Verfahren ist es, für die gerade in einen definierten Autobahnabschnitt von einigen Kilometern Länge einfahrenden Fahrzeuge entsprechende Verkehrsinformationen zu prognostizieren. Als ganzheitliche Verfahren sind diese generell für alle Verkehrszustände anwendbar, der Fokus liegt jedoch auf dem gestörten Verkehrszustand. Wie wurde verfahren? Die entwickelten Verfahren sind der Gruppe der rückgekoppelten, kurzfristigen Prognoseverfahren zuzuordnen, die auf aktuellen Eingangsdaten sowie Zeitreihen basieren. Als Eingangsdaten kommen dabei sowohl gemittelte lokale als auch streckenbezogene Verkehrsdaten zum Einsatz. Die exemplarisch in den angeführten Beispielen eingesetzten Verkehrsdaten sind über eine Minute aggregiert und beruhen auf induktiver Messtechnik. Hierdurch wird eine Fehlerfortpflanzung verfahrensbedingt nahezu ausgeschlossen. Generell sind aber auch andere Eingangsdaten, z.B. modellierte Verkehrsdaten, möglich. Der Prognosehorizont ist dynamisch und entspricht der erwarteten Reisezeit für die jeweils in den Autobahnabschnitt einfahrenden Fahrzeuge. Eine Grundlage der vorgestellten Verfahren bildet der Indikator „charakteristische Zeitlücke tch“, der in der Arbeit definiert wird. Dieser entspricht der Bruttozeitlücke tbrutto, die sich während einer kapazitätsüberschreitenden Stauung am Störfallquerschnitt einstellt. Es kann gezeigt werden, dass die charakteristische Zeitlücke tch während eines Störfalls sehr stabil und charakteristisch für den gesamten im definierten Autobahnabschnitt vorherrschenden Verkehrsablauf ist. Sie sollte idealerweise am Störfallquerschnitt selbst bzw. stromabwärts kurz dahinter (bis zu ca. 2 km) lokal erhoben werden. Eine Erhebung im Rückstaubereich stromaufwärts vor dem Störfallquerschnitt ist ebenfalls möglich. Unter Vernachlässigung von Überholvorgängen fließen die dem Autobahnabschnitt zufließenden Fahrzeuge in gleicher Reihenfolge auch wieder ab. Aus dem Produkt der charakteristischen Zeitlücke tch und der Anzahl der in diesem gestörten Abschnitt befindlichen Fahrzeuge ergibt sich dann die prognostizierte Reisezeit für das gerade in den Autobahnabschnitt einfahrende Fahrzeug. Dieses in der Arbeit entwickelte Verfahren, das sogenannte Basisverfahren für den gestörten Verkehrsablauf mit Stauung, wird exemplarisch mit einem Prognoseverfahren für den nicht gestörten Verkehrsablauf gekoppelt. Hierdurch ergibt sich ein ganzheitliches Verfahren. Zur Abgrenzung der Arbeitsbereiche der beiden Verfahren werden Indikatoren mit dazugehörigen Schwellwerten definiert, die auf empirischen Untersuchungen und verkehrlichen Betrachtungen basieren. Das ebenfalls entwickelte Staulängenberechnungsverfahren führt zu einem Verkehrsmodell, bei dem die charakteristische Zeitlücke tch mit einer vereinfachten Form des Fundamentaldiagramms, einer Dreiecksfunktion, verknüpft wird. Unter der Annahme, dass sich in einem gestörten Autobahnabschnitt nur Teilabschnitte mit freiem und/oder gestörtem Verkehrsfluss einstellen, befinden sich die dazugehörigen lokalen und streckenbezogenen Arbeitspunkte immer auf den kurzen Schenkeln der Dreiecksfunktion. Wird zusätzlich angenommen, dass der Verkehrsfluss in den Teilabschnitten stationär und homogen ist, ergibt sich beim Übergang von Teilabschnitten mit freiem zu gestörtem Verkehrsfluss ein horizontaler Sprung zwischen den Schenkeln. Über die physikalischen Zusammenhänge im „Anzahl Fahrzeuge–Weg-Diagramm“ sowie im Fundamentaldiagramm ergibt sich die prognostizierte Gesamtstaulänge für den definierten Autobahnabschnitt. Für bestimmte Störfallsituationen kann darüber hinaus zusätzlich die Ortslage des Störfalls im Betrachtungsabschnitt (Störfallanfang bzw. –ende) bestimmt werden. Was wurde erreicht? Zur praktischen Überprüfung der theoretischen Überlegungen zu den Prognoseverfahren wurden gemessene Verkehrsabläufe von ausgesuchten Störfallsituationen auf der Autobahn herangezogen. Dabei zeigt sich, dass die Verfahren robust sind und zumeist gute Prognoseergebnisse liefern. Im Falle der Reisezeit- bzw. Reisegeschwindigkeitsprognose kann unter den gegebenen Randbedingungen teilweise ein Prognosegewinn von mehreren Minuten erreicht werden. Die entwickelten Verfahren liefern somit Grundlagen für eine verbesserte, aktuelle Verkehrslageinformation auf Autobahnen. Darauf aufbauend ist die Entwicklung von Verkehrsbeeinflussungsstrategien möglich, die hinsichtlich Verkehrssicherheit, Verkehrsqualität und Energieeffizienz optimiert sind.

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