Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe V: Verkehrstechnik
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324
Die zur Bestimmung der Qualitätsstufe des Verkehrsablaufs an Knotenpunkten verwendete mittlere Wartezeit je Fahrzeug unterliegt verschiedenen Einflussfaktoren. Die im HBS (2015) enthaltenen Verfahren zur Berechnung der Wartezeit wurden im Rahmen dieses Forschungsprojektes überprüft. Für einzelne Aspekte wurden Verbesserungspotenziale identifiziert und Anpassungsansätze vorgeschlagen. Die empirische Basis des Projekts waren Videomessungen an 21 Knotenpunkten. Ergänzt wurden die Messungen durch Simulationsrechnungen, denen eine umfangreiche Kalibrierung des Simulationswerkzeugs voranging. An Knotenpunkten mit Lichtsignalanlage hat die Gegenüberstellung von gemessenen bzw. simulierten Wartezeiten mit den nach HBS (2015) berechneten Wartezeiten gezeigt, dass die Wartezeiten meist in einer ähnlichen Größenordnung liegen. Bei einzelnen Komponenten der Berechnungsverfahren wurden die nachfolgenden Verbesserungsmöglichkeiten identifiziert: Der Einfluss der Instationarität an Knotenpunkten mit Lichtsignalsteuerung sollte mit einem angepassten Instationaritätsfaktor abgebildet werden, um auch unsymmetrische Belastungsverläufe in der Bemessungsstunde korrekt zu berücksichtigen. Der Einfluss der Längsneigung auf die Sättigungsverkehrsstärke und der Einfluss bedingt verträglicher Fuß- und Radfahrerströme auf die Kapazitäten der abbiegenden Fahrzeugströme sollten vertieft untersucht werden, da bei den untersuchten Knotenpunkten Unstimmigkeiten festgestellt wurden. Die Wartezeitberechnung bei unsignalisierten Knotenpunkten sollte geringfügig modifiziert werden, um den Einfluss der Kapazität besser abzubilden. Außerdem sollten zur Verbesserung der Simulationspraxis Hinweise zur HBS-konformen mikroskopischen Simulation von Knotenpunkten erarbeitet und als Regelwerk zur Verfügung gestellt werden.
321
Vorhandene Systeme zum umweltsensitiven Verkehrsmanagement (UVM) in Braunschweig, Erfurt, Potsdam und Wittenberg sowie die Autobahn-Verkehrsbeeinflussungsanlage in der Steiermark wurden für Detailuntersuchungen ausgewählt. Die Untersuchungen zeigen, dass die UVM-Syste-me im Realbetrieb zuverlässig arbeiten, von Behörden, Wirtschaft und Bürgern akzeptiert und zur Minderung der Luftschadstoffbelastung beitragen sowie die umgesetzten Maßnahmen dem Verhältnismäßigkeitsgrundsatz entsprechen. Anhand von Realdaten aus den Untersuchungsgebieten konnten die Maßnahmenwirkungen im Hinblick auf Schwellenwerte und Verkehrsverlagerungen sowie Veränderungen von Verkehrsfluss, Fahrzeiten, Emissionen, Verkehrssicherheit und Immissionen systematisiert und bewertet werden. Weiterhin wurde eine Evaluierung von Vorhersagen und eine Bewertung von Befolgungsraten durchgeführt. Für Hotspots mit einem NO2-Jahresmittelwert nahe am Grenzwert liegen die ermittelten Minderungen bei weichen Maßnahmen, wie Verkehrsverflüssigung und Zuflussdosierung, im einstelligen Prozentbereich. Bezogen auf PM10 liegt die ermittelte Reduzierung im Bereich weniger Überschreitungstage. Höhere Minderungen sind durch Verschärfung der Schwellenwerte oder Einbeziehung härterer Maßnahmen, wie z. B. Verkehrseinschränkungen oder Fahrverbote, erreichbar. Für Hotspots mit einer deutlichen Überschreitung der Grenzwerte sind ohnehin nur härtere UVM-Maßnahmen zielführend. Durch den umweltsensitiven Ansatz können Schwellenwerte und Maßnahmenwirkungen optimiert auf die Zielvorgaben angepasst werden. Die Kosten- und Wirkungsanalysen zeigen, dass die umgesetzten UVM-Maßnahmen entweder ein gesamtwirtschaftlich positives Kosten-Nutzen-Verhältnis oder zumindest deutliche Vorteile zugunsten der gewählten temporären gegenüber einer dauerhaften Aktvierung haben. Für die Behörden wurden Empfehlungen zum Aufbau und Einsatz von UVM-Systemen und -Maßnahmen in Abhängigkeit der örtlichen und immissionsseitigen Randbedingungen gegeben.
314
Im Rahmen dieses Projektes wurden die mittleren Pkw-Fahrtgeschwindigkeiten und weitere verkehrstechnische Kenngrößen auf Netzabschnitten von Bundesautobahnen (BAB) unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen den Einzelelementen des Abschnittes untersucht. Auf Basis der ermittelten Eigenschaften wurde ein EDV-Programm mit Benutzeroberfläche und Datenhaltung in Microsoft Excel entwickelt, das die Bewertung der Verkehrs- und Angebotsqualität von Netzabschnitten auf Autobahnen ermöglicht. Das im HBS 2015 enthaltene Verfahren unterliegt einer wesentlichen Randbedingung, die die Anwendung des Verfahrens nur erlaubt, wenn keine Teilstrecke bzw. Teilknotenpunkt die Qualitätsstufe F ausweist. Diese Beschränkung wurde modelltechnisch durch eine Erweiterung des derzeitigen Verfahrens über die Grenze der ungesättigten Analyse hinaus behoben. Empirische Untersuchungen von zwei Untersuchungsstrecken (München und Karlsruhe), ergänzt durch mikroskopische Verkehrsflusssimulationen, lieferten die Datengrundlagen. Zunächst wurde die Anwendung des amerikanischen, auf dem Highway Capacity Manual (HCM) basierenden Programms FREEVAL für die Bewertung von deutschen Autobahnen überprüft. Dabei lieferte die Simulation mit FREEVAL ein plausibles Ergebnis für das Laborbeispiel in Karlsruhe. Wegen wesentlicher Unterschiede zwischen HCM- und HBS-Verfahren, hauptsächlich in Bezug auf die Definition von Kapazität, Zeitintervallen und q-V-Beziehungen sowie den entscheidenden Qualitätskriterien des Verkehrsablaufs, wird eine Anwendung des U.S. FREEVALs für deutsche Autobahnen aber nicht empfohlen. Dies hat zu der Entscheidung geführt, ein eigenes Modell zu entwickeln, das eng an das HBS-Verfahren angelehnt ist. Dazu wurde geprüft, welche makroskopischen Verkehrsmodelle für die Abbildung des Verkehrsflusses auf der deutschen Autobahn geeignet sind. Das Cell-Transmission-Modell (CTM) von DAGANZO wurde letztendlich als der geeignete Kandidat für die Modellimplementierung gewählt. Im Vergleich zum U.S. FREEVAL wurde in dem neuen Modellansatz die Diskretisierung so verfeinert, dass eine explizite Modellierung der Staupropagierung ohne zusätzliche Modellerweiterungen möglich wurde. Das Datenmodell des CTM ist insbesondere für die Modellierung von linearen Strecken wie z. B. Richtungsfahrbahnen geeignet. Für die Validierung des entwickelten Modells wurde die BAB A 99 in der Nähe von München an vier verschiedenen Tagen modelliert, an denen jeweils unterschiedliche Stausituationen vorlagen. Die Ergebnisse zeigen, dass das deutsche FREEVAL eine realistische Darstellung der Verkehrssituation ermöglicht. Bei gravierenden Überlastungen traten allerdings Abweichungen bei den Staugeschwindigkeiten auf, die in der Art des verwendeten Verkehrsflussmodells begründet sind. Das entwickelte Tool kann grundsätzlich als Alternative zu mikroskopischen Simulationstools zur Anwendung für Bemessungsaufgaben und zum Vergleich verschiedener Szenarien in Ergänzung zum HBS empfohlen werden. Es eignet sich nicht für die Abbildung von konkreten Stauereignissen zur Bestimmung der exakten räumlich-zeitlichen Ausprägung.
302
Durch den zunehmenden Sanierungsbedarf der Straßeninfrastruktur und die bevorstehende Einführung der neuen Technischen Regeln für Arbeitsstellen (ASR A5.2), welche einen größeren seitlichen Sicherheitsabstand zwischen Arbeitsbereich und Verkehrsbereich vorschreiben, werden zunehmend Fahrstreifenreduktionen erforderlich. Aufgabe war deshalb die Entwicklung einer Fahrstreifenreduktionsbeeinflussungsanlage (FBA), mit dem Ziel, die Kapazität der Engstellen bestmöglich auszunutzen. Die entwickelte FBA besteht im Wesentlichen aus den beiden Komponenten Fahrstreifenwechselbeeinflussung und Geschwindigkeitsbeeinflussung zur Zuflussdosierung, die auch unabhängig voneinander eingesetzt werden können. Das Steuerungsverfahren basiert auf einem Regelkreis, der im Gegensatz zu klassischen Schwellenwertverfahren die Signalisierung unter Berücksichtigung der Reaktionen der Verkehrsteilnehmer und vorgegebener Grenzen so lange anpasst, bis das gewünschte Ziel erreicht und beibehalten wird. Die Wirkung der Geschwindigkeitsbeeinflussung zur Zuflussdosierung konnte in der Mikrosimulation gezeigt werden. Voraussetzung ist, dass eine Geschwindigkeitsbegrenzung auf 40 km/h oder niedriger möglich ist, da bei einer Geschwindigkeitsbegrenzung auf minimal 60 km/h die erforderliche Drosselung des Zuflusses auf Werte unterhalb der Kapazität der Engstelle nicht erreicht werden kann. Die Signalisierung der Geschwindigkeitsbeeinflussung ist StVO- und RSA-konform möglich. Im Gegensatz dazu konnte die Wirkung der Fahrstreifenwechselsignalisierung in der Mikrosimulation nicht untersucht werden, da die Reaktion der Fahrer auf die Anzeigen als erforderliche Eingangsgröße für die Mikrosimulation nicht bekannt ist. Es wurden mehrere Anzeigenkonzepte entworfen und mit Experten und Verkehrsteilnehmern diskutiert. Es wird empfohlen, die FBA zu implementieren, um die Verständlichkeit, die Akzeptanz und die Befolgung der verschiedenen Anzeigenkonzepte durch die Verkehrsteilnehmer und somit die Wirksamkeit der FBA in der Realität zu untersuchen.
298
Ziel des Forschungsvorhabens war die Untersuchung des Einflusses einzelner Zustandsparameter auf das Unfallgeschehen unter Berücksichtigung von Verkehrs- und Infrastrukturmerkmalen. Durch die Zusammenführung von Informationen aus den beiden Netzanalysesystemen "Zustandserfassung und -bewertung" (ZEB) und der (Empfehlungen für die) "Sicherheitsanalyse von Straßennetzen" (ESN) sollten Verbesserungspotenziale für die Optimierung des Sicherheitsmanagement der Straßeninfrastruktur abgeleitet werden. Daten aus drei Analyseländern für Bundesautobahnen sowie Bundes- und Landesstraßen wurden datentechnisch durch neu geschaffene Aggregations- und Auswerteverfahren auf ein gemeinsames Netzmodell aufbereitet. In Pilotanalysen wurden deskriptive Auswertungen des Unfallgeschehens und der Zustandsparameter durchgeführt. Verschiedene Analysemethoden für die Quantifizierung eines Zustandseinflusses auf das Unfallgeschehen wurden vergleichend gegenübergestellt und zentrale Randbedingungen (z. B. Abschnittslängen, Verteilungskennwerte der Zustandsparameter) definiert. Anhand multikriterieller Analyseansätze wurden Zusammenhänge zwischen Zustandsgrößen (z. B. Griffigkeit, Quer- und Längsebenheit), Infrastrukturparametern (z. B. Fahrstreifenanzahl, Längs- und Querneigung oder Kurvigkeitsäquivalent), den Verkehrsmengen und dem Unfallgeschehen modellhaft beschrieben. Für die Griffigkeit lassen sich signifikante und verallgemeinerbare Zusammenhänge mit Fahr- und Längsverkehrsunfälle auf Bundes- und Landesstraßen ableiten. Bei den übrigen untersuchten Zustandsgrößen " z. B. Ebenheit in Längs und Querrichtung " ergaben sich keine einheitlichen Ergebnisse. Aus den Modellen wurde ein allgemeingültiges Verfahren entwickelt, welches vermeidbare Unfallkosten pro Jahr für Veränderungen in der Griffigkeit bei gegebenen Infrastrukturgrößen abschätzt. Das dargestellte DV-Verfahren ermöglicht den bidirektionalen Datenaustausch zwischen der ZEB und der ESN und die Berücksichtigung der zusammengeführten Informationen im Rahmen des Erhaltungsmanagements.
299
Zur Sicherung der Leistungsfähigkeit der Verkehrsinfrastruktur in Deutschland soll im Bereich der kollektiven Verkehrsbeeinflussung in Zukunft das Werkzeug des prozessorientierten Qualitätsmanagements genutzt werden. Diese Forschungsarbeit hatte die Erarbeitung eines vollständigen Prozess- und Qualitätsmodells und praxistauglicher Handlungsempfehlungen für die verschiedenen Lebenszyklusphasen von Streckenbeeinflussungsanlagen (SBA) zum Ziel. Zu diesem Zweck wurden diverse Grundlagen zur Gestaltung eines auf SBA bezogenen Qualitätsmanagementsystems herangezogen. Das erarbeitete Prozessmodell umfasst 34 bewertungsrelevante Prozesse in den Lebenszyklusphasen Planung, Bau und Betrieb, einschließlich des unterstützenden Prozesses Wartung und Instandsetzung. Zur Identifikation von Lücken in der Qualitätssicherung der Prozesse wurde eine Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (FMEA) durchgeführt. Anhand von Expertenwissen wurden Fehler und Fehlerursachen analysiert und die kritischsten Qualitätsprobleme zusammengestellt. Anhand der Ergebnisse des Prozessmodells wurde zur quantitativen Beschreibung der Auswirkungen möglicher Fehler ein Qualitätsmodell entwickelt. Auf Grundlage eines Bayes'schen Netzes wurden die Auswirkungen von Fehlern auf nachfolgende Prozesse im gesamten SBA-Lebenszyklus systematisch abgebildet. Das probabilistische Qualitätsmodell kann dabei außerdem als Diagnose-Werkzeug zur Untersuchung der Fehlerursachen von beobachteten Störungen einer SBA genutzt werden. Im Rahmen der Forschungsarbeit wurden anhand der Ergebnisse des Prozessmodells praxisorientierte, ressourcenschonende Handlungsempfehlungen abgeleitet und in einem Dokument für Planer und Betreiber von Streckenbeeinflussungsanlagen zusammengestellt. Zudem wurde eine Methode zur Abschätzung des Nutzens der Maßnahmen beschrieben, um die erforderlichen Investitionen zur Qualitätssicherung zu begründen. Zukünftige Forschungsarbeiten sollten sich im Zusammenhang mit der Adaption des Qualitätsmodells auf eine konkrete SBA insbesondere mit der Optimierung des Modells in Form von Anpassungen der Modelltopologie beschäftigen. Des Weiteren sollte untersucht werden, ob die in dieser Forschungsarbeit erarbeiteten Ergebnisse auf andere Typen von Verkehrsbeeinflussungsanlagen übertragbar sind.
288
Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung zum Feldversuch mit Lang-Lkw ist auch eine Untersuchung zu den Sicherheitsauswirkungen im Zusammenhang mit Überholvorgaengen gegen ueber Lang-Lkw durchgeführt worden. Wegen geringer Fallzahlen in der 1. Untersuchung zu Beginn wurde eine 2. Untersuchung gegen Ende des Feldversuchs durchgeführt. Wegen der geringen Anzahl an diesem Feldversuch teilnehmender Lang-Lkw, vor allem aber auch wegen des vorrangigen BAB-Einsatzes von Lang-Lkw und fehlender nennenswerter Streckenabschnitte auf Landstraßen, werden im Rahmen des FE-Vorhabens ausschließlich Messungen bzw. Beobachtungen durchgeführt, die vom Lang-Lkw selbst ausgehen. Mit ihnen wird das Annäherungs-, Ausscher-, Vorbeifahrt- und Einscherverhalten bei Überholvorgängen gegen über Lang-Lkw auf Landstraßen und Autobahnen erfasst. Auch aus den Analysen von über 543 UEberholungen gegen ueber Lang-Lkw (382) bzw. Vergleichs-Lkw (161) in der zweiten Untersuchungsphase lassen sich keine Indizien für ein erhöhtes Risiko beim Überholen von Lang-Lkw erkennen, auch wenn mittlerweile beide Lkw-Arten gleich schnell fahren. Die Verteilung der bei einem Teil dieses Kollektivs aus vollständigen Radar- und Videodaten ermittelten Sicherheitsabstände bei Überholungen von Lang-Lkw ist gegen ueber denen bei Vergleichs-Lkw bei allen relevanten Teilkollektiven günstiger. Auch höhere Beschleunigungen und kürzere Überholwege lassen vermuten, dass sich die Überholenden der Randbedingungen der längeren Lkw bewusst sind und darauf entsprechend reagieren. Da ein generelles Überholverbot für eigene Überholungen durch Lang-Lkw auf BAB zu mehr Doppel- und Mehrfach überholungen f ührt, bei der rechnerisch zu erwartenden Reduzierung von Lkw-Fahrten durch den Einsatz von Lang-Lkw sich die Anzahl der Ausschervorgänge aber nicht vergrössern würde, erscheinen die aufgrund von Mehrfach überholungen möglichen negativen Konsequenzen eines Überholverbots für Lang-Lkw auf Autobahnen grösser als die beabsichtigten Vorteile.
279
Ziel der Untersuchung war es, eine Methodik für die HBS-konforme Durchführung und Auswertung von Simulationsstudien zu erarbeiten. Dazu wurden HBS-konforme Standardelemente in den Simulationsprogrammen BABSIM, VISSIM, Aimsun, Paramics und SUMO modelliert und an den Bemessungswerten des HBS kalibriert. Die Ermittlung der Kapazität erfolgte anhand der Identifikation von Zusammenbrüchen des Verkehrsflusses, die durch Steigerung der Verkehrsstärke auf bis zu 120 % der Kapazität nach HBS in der Simulation erzeugt wurden. An Teilknotenpunkten wurden sechs Verhältnisse der Verkehrsstärke auf der Hauptfahrbahn zur Verkehrsstärke des ein- bzw. ausfahrenden Stroms untersucht. Als Kriterium für die Übereinstimmung der in der Simulation ermittelten Kapazität und q-v-Beziehung mit dem HBS wurde eine maximale Abweichung von 5 % festgelegt. Die Fehlergrenze konnte mit den Simulationsprogrammen BABSIM, VISSIM, Aimsun und Paramics in der Regel eingehalten werden, während sich in SUMO größere Abweichungen ergaben. Die Übertragbarkeit der Parametersätze auf nicht HBS-konforme Bemessungssituationen wurde anhand der Daten realer Untersuchungsobjekte überprüft. Im Ergebnis werden Empfehlungen und Standardparameterkombinationen für die HBS-konforme Simulation des Verkehrsablaufs auf Autobahnen bereitgestellt, die als Ausgangsparameter für die Simulation nicht HBS-konformer Untersuchungsobjekte herangezogen werden können.
284
In der Untersuchung wurde der Einfluss des Schwerverkehrs auf den Verkehrsablauf an planfreien Knotenpunkten analysiert. Als Grundlage dienten Daten von Dauerzählstellen für die Analyse auf makroskopischer Ebene, ergänzt durch Messungen an hochbelasteten Knotenpunkten für eine mikroskopische Analyse des Schwerverkehrs. Für die Untersuchung hoher Schwerverkehrsanteile wurden außerdem Verkehrsflusssimulationen an ausgewählten Knotenpunkten mit dem Programm BABSIM durchgeführt. Makroskopisch wurden die Daten von Dauerzählstellen und aus der Simulation mit den Verfahren des HBS (2015) verglichen und vor allem bezüglich der Umrechnung in Pkw-Einheiten ausgewertet. Dabei zeigte sich, dass die bestehenden Verfahren auch für hohe Schwerverkehrsanteile anwendbar sind, der Einfluss des Schwerverkehrs auf die Kapazität mit dem bislang angesetzten Pkw-Gleichwert von 2,0 aber bei Schwerverkehrsanteilen größer oder gleich 20 % eher überschätzt wird. Weiterhin wurden Regressionsanalysen durchgeführt, die dazu dienten, eine Funktion der für die Einfahrt maßgebenden Belastung des rechten Fahrstreifens zu identifizieren. Diese Funktion diente als Eingangsgröße für die Kalibrierung und Erweiterung eines analytischen Modells, mit dem die Veränderung der Fahrstreifenaufteilung im Bereich von Ein- und Ausfahrten nachgebildet werden kann. Als weiterer Ansatz wurden die Verfahren der stochastischen Kapazitätsanalyse für die Untersuchung von planfreien Knotenpunkten erweitert. Für die Anwendung des Verfahrens ist eine sehr umfangreiche Datengrundlage erforderlich, die nicht immer verfügbar ist. Im Rahmen der mikroskopische Analyse des Schwerverkehrs an planfreien Knotenpunkten wurden empirisch erhobene Einzelfahrzeugdaten hinsichtlich des Fahrstreifenwechselverhaltens der Schwerverkehrsfahrzeuge im Bereich der Knotenpunkte und der Zeitlückenverteilungen in verschiedenen Abständen von der Trenninselspitze analysiert. Mithilfe dieser Auswertungen wurden die um den Aspekt des Schwerverkehrs erweiterten analytischen Modelle kalibriert.
128
An die Lichtsignalsteuerung richten sich hohe Qualitätsanforderungen, da ihr für einen sicheren und flüssigen Verkehrsablauf im Straßennetz eine wichtige Rolle zukommt. Um eine hohe Qualität der Lichtsignalsteuerung auch im wachsenden Altbestand von Anlagen zu gewährleisten, liegt es nahe, eine regelmäßige, systematische Überprüfung vorzunehmen, um Mängel frühzeitig erkennen und beheben zu können. Ziel des Forschungsvorhabens war es, eine aufwandsoptimierte Verfahrensweise und die notwendigen Hilfsmittel für ein systematisches Qualitätsmanagement für Lichtsignalanlagen (LSA) zu entwickeln. Hierzu wurde zunächst die Lichtsignalsteuerung als Gegenstand des Qualitätsmanagements eingehend erörtert. Auf dieser Grundlage wurden Verfahrensweisen und EDV-gestützte Hilfsmittel entwickelt, mit denen die Güte des Verkehrsablaufs und die Verkehrssicherheit im Straßennetz und an einzelnen Knotenpunkten mit geringem Aufwand überprüft werden kann. Zur Qualitätsbewertung werden Unfalldaten, Prozessdaten und Betriebsdaten analysiert sowie der Verkehrsablauf vor Ort beobachtet. Der Aufbau einer Wissensbasis diente dazu, den Kenntnisstand zu Möglichkeiten der Qualitätsverbesserung an Lichtsignalanlagen für die Anwendung verfügbar zu machen. Hierin sind typische Qualitätsmaengel an Lichtsignalanlagen mit Möglichkeiten der Abhilfe verknüpft. Ferner sind Prüfbedingungen der Eignung und Umsetzbarkeit der Maßnahmen hinterlegt. Mit Hilfe dieses Expertensystems können Maßnahmen identifiziert und bewertet werden. Die Anwendung des Verfahrens an verschiedenen Knotenpunkten zeigt, dass der systematische und modulare Aufbau gut geeignet ist, aussagekräftige Informationen zur Qualität der Lichtsignalsteuerung zu erlangen und geeignete Maßnahmen zur Qualitätsverbesserung zu identifizieren. Das Verfahren kann mit geringem Aufwand durchgeführt werden und kann daher einen Beitrag für die verbreitete Anwendung des Qualitätsmanagements für Lichtsignalanlagen leisten.