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Stuttgarter unikurier Nr. 84/85 April 2000
Ganzheitliche Modellierungsaufgabe:
Verkehrsprognosen - Rückkopplungen garantiert
 

Die mathematische Modellierung der Verkehrsnachfrage steht vor der reizvollen Aufgabe, nicht nur den aktuellen Verkehrszustand aus gegebenen und geschätzten Daten zu ermitteln, sondern diesen Zustand auch für einen ausgewählten Zielhorizont zu prognostizieren. Anders als beim Wetter, wo keine Rückkopplung zwischen Wetterbericht und Verlauf des Wetters zu erwarten ist, gilt im Verkehr, daß die Prognose das Verhalten der Verkehrsteilnehmer verändert und damit unmittelbar Rückwirkungen auf die Prognose selbst hat.

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Ein geschlossenes Modell für das Gesamtsystem Verkehr ist aufgrund der hohen Komplexität - insbesondere wenn alle wesentlichen Verkehrsträger betrachtet werden - nicht zu erwarten. In Abhängigkeit vom Systemanfang sowie von der räumlichen und zeitlichen Auflösung kann man sich für Kurzzeitprognosen bis zu einer Stunde mit Zeitreihenanalyse und Adaption abgelegter standardisierter zeitlicher Verläufe einen ersten Weg durch das Dickicht der vielfältigen gegenseitigen Abhängigkeiten und Unwägbarkeiten schlagen. Dieser Ansatz kann in einer Verfeinerung unter Einschluß von Budget- und Zeitrestriktionen und einer modelltechnischen Abbildung des Übergangs von der Mikroebene der Einzelaktivitäten auf die Makroebene räumlich und zeitlich zusammengefaßter Aktivitäten ausgebaut werden, um die Rückkopplungen durch die Verbreitung von Verkehrsinformationen in Form von Befolgungsgradmaßnahmen für verkehrssteuernde Eingriffe realitätsnäher zu berücksichtigen. Bisher liefern vor allem in die Straßen eingelassene Induktionsschleifen die Daten über Verkehrsstärke und mittlere Geschwindigkeit. Diese Erfassungsmethode hat jedoch ihre Tücken. Zum einen sind die Schleifen anfällig gegen Zerstörung der Fahrbahndecke durch schwere Fahrzeuge wie Lastkraftwagen und Busse. Zum anderen ist es wegen des beachtlichen Verlegungsaufwands nicht möglich, in genügender Auflösung für eine zeitliche und räumliche Prognose die Schleifen zu installieren. Die künftige Verkehrstechnik setzt daher auf zusätzliche Erfassungstechniken, bei denen Fahrzeugprobanden über Mobilfunk Geschwindigkeit und Verkehrsbelastung übermitteln oder in denen mit satellitengestützter Fernerkennung der Verkehrsablauf ermittelt wird. Mit Verkehrsablaufsimulation können zudem modellgestützte Erfassungslücken geschlossen und auf der Basis des aktuellen Verkehrszustands die zukünftige Verkehrslage prognostiziert werden. Da diese Prognose auch von zukünftigen Meßwerten an den Rändern des modellierten Verkehrsnetzes abhängt und unvorhersagbare Störungen Auswirkungen auf den gesamten Verkehrsfluß haben können, ist eine solche Prognose nur als eine Kurzzeitprognose bis zu einer Stunde sinnvoll. In einer ersten Auswertung von Messungen im Stadtnetz von München ist die Bewertung des Kurzzeitprognoseansatzes aus Zeitreihenanalyse und Verwendung von standardisierten Tagesganglinien gelungen. Dabei zeigte sich, daß eine lineare Regression aus fünf zurückliegenden Meßwerten (Fünf-Minuten-Intervalle) und eine Klassifizierung in Standardtagesganglinien (Werktage ohne Samstage, Samstage, Sonn- und Feiertage) zusammengefügt über Gewichtsfaktoren aus Prognosezeitschritt und Prognosehorizont die besten Ergebnisse für eine Kurzzeitprognose liefert. Diese Prognose verzichtet auf eine explizite Rückkopplung und ist auf einen Verkehrsträger beschränkt. Für Verkehrssteuerungsaufgaben an kritischen, überlastungsgefährdeten Abschnitten, an Zufahrten zu Stadien, Messen und großen Konzertveranstaltungen oder in Tunnelabschnitten werden diese Ansätze künftig bei der Verkehrssteuerung über Ampeln und Hinweisschilder verwendet. Die Lichtsignalanlagen steuern dabei in der Regel ganze Gebiete und berücksichtigen die zu erwartenden kritischen Verkehrssituationen in einer Flächensteuerung. In der Verkehrsplanung gehen die Zeithorizonte jedoch weit über die der Kurzzeitprognose hinaus. Hier müssen - will man sich nicht nur auf eine reine Trendextrapolation beschränken - neue Wege versucht werden. Der jüngst gegründete Forschungsverbund zum Schwerpunkt Verkehr an der Uni Stuttgart hat sich dieser Aufgabe verschrieben und wird eine Reihe von Ansätzen verfolgen. Dabei geht es vor allem um drei Bereiche: (I) Vereinheitlichung von ökonomisch basierter und verkehrswissenschaftlich basierter Nachfragemodellierung, (II) simultane Modellierung der Verkehrsverteilung, Verkehrsmittelaufteilung und Verkehrsumlegung, (III) Modellierung der Verkehrserzeugung und Beschreibung der zeitlichen und räumlichen Veränderung durch Quantifizierung der Lagegunst insbesondere von Wohn- und Produktionsstandorten. Verkehrsplanungsmodelle und Verkehrsablaufmodellierung sind zwei Seiten derselben Medaille. Es spornt die Verkehrswissenschaftler schon seit langem an, eine Integration der kurz- und langzeitigen Verkehrsmodellierung zu versuchen. Wie eine solche Integration aussehen könnte, ist im Schema skizziert: Eingabegrößen sind Verkehrsnetze, Flächennutzung für den Verkehrsplanungsteil sowie Optimierungsstrategie und geometrische Entwurfskriterien für den den Verkehrsablauf betreffenden Teil. Das Verkehrsplanungsmodell liefert die Verkehrsbelastungen auf den Netzkanten des jeweiligen Verkehrsträgernetzes. Das Verkehrsablaufmodell benutzt diese Belastungen, um unter Anwendung der Optimierungsstrategie für vorgegebene Entwurfskriterien Reisezeiten einschließlich Störungen und belastungsabhängiger Verzögerungen zu ermitteln. Damit aus der Verkehrssimulation und den über die Belastungen aus den Verkehrsplanungsmodellen berechneten Reisezeiten keine Differenzen entstehen, bedarf es gegebenenfalls mehrerer Iterationen bis zum Erreichen eines stabilen Gleichgewichts. Am Ende steht für verschiedene Zeithorizonte eine Prognose der Verkehrsqualität, der Umweltbelastung und der gesamtgesellschaftlichen Kosten für einen Verkehrskorridor oder eine komplette Untersuchungsregion.

Reinhart D. Kühne

 


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Pressestelle der Universität Stuttgart

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