Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe V: Verkehrstechnik
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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.
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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.