Modellierung Folien

• Methode 1: deskriptives Modell, stochastische Zusammenhänge

  • Aufzeichnung vergangener Zustände —> Bild einer Zeitreihe

  • mathematische Formalisierung und Extrapolation der Beobachtungen

  • wissenschaftliche Statistik notwendig —> DATEN

  • Problem: nicht klar, wie es weitergeht (linear, Schwankunen)

• Methode 2: Erklärung der wirkenden Systeme, Modellbildung, Analysemodell

  • erklärendes Modell + funktionale Zusammenhänge

  • Analyse der Einflussfaktoren und Wirkungszusammenhänge

  • Positiv: Begründete Annahmen zur Weiterentwicklung der Einflussfaktoren und Zusammenhänge

• man baut ein Modell und kalibriert es auf hier und jetzt

• dann füttert man es mit Daten aus 1980 und versucht, diesen Verkehr zu erklären

• individuelle Präferenzen und Möglichkeiten

• gesellschaftliche Rahmenbedingungen

• verfügbare Infrastruktur (Verkehrsangebot)

• Raumstruktur (Verteilung der Aktivitätenorte)

• Modell konzetriert sich auf einen Ausschnitt der Wirklichkeit

  • dieser wird detailliert und möglichst “erklärend” modelliert

• Was soll modelliert werden

• grundsätzlicher Konflikt zwischen Genauigkeitsanspruch und Praktikabilität

• Einflüsse aus der Modellumgebung

• werden als nicht rückgekoppelt betrachtet (Modell wirkt nicht auf diese zurück)

  
  

• Teil der Wirklichkeit, der zwar nicht im Modell selbst abgebildet wird, der jedoch auf das Modell wirkt

• Modell muss in der Lage sein, eine zurückliegende Entwicklung zu beschreiben und für die Gegenwart realitätsnahe Zustandsgrößen zu berechenen

• empirisch ermittelte Zustandsveränderungen im Zeitverlauf werden durch funktionale Zusammenhänge erklärt und in mathematische Funktionen abgebildet

• die künftige Verkehrsnachfrage

  • Anzahl Fahrten und Wege

• die künftige räuumliche und zeitliche Verteilung

  • Quellen/Ziele, Zeiten der Verkehrsteilnahme

• die Verkehrsmittelwahl

  • benutzte Verkehrsmittel

• Belastung der Infrastruktur

  • Verkehrsmengen auf Strecken, Linien und Knoten

vorhersagen

Verkehrsnachfrage von Raumeinheiten in zeitlicher und räumlicher Hinsicht prognostizieren und Belastungen schätzen

• Planungsraum

• erweiterter Untersuchungsraum

• Umland, das Wirkungen auf den Planungsraum hat

• darf lediglich als eine, unter den herrschenden Voraussetzungen geltende, begründete Vermutung angesehen werden

• wenn die Entwicklung der Einflussgrößen unsicher ist

• liefert Infos, wie stark die Ergebnisse variieren, wenn die Eingangsdaten in bestimmter Weise verändert werden

• Verkehrsplanung

• Umweltplanung

• Straßenerhaltung

• Neu- und Weiterentwicklung von Verkehrsnetzen mit baulichen Maßnahmen

• LSA-Steuerung

• Simulation des Verkehrsablaufes

• Input: Fahrverhalten der einzelnen Fz, detaillierte Entwurfsmerkmale der Verkehrsanlagen

• Output: Verkehrsablauf auf Strecken und an KP

• 1. Modellzweck

• 2. Zustandsgrößen, Vorgabegrößen, Wirkungsbeziehungen

• 3. Systemkonzept/Wortmodell

• 4. Wirkungsstruktur

• Input: Flächennutzung, Bevölkerungs-/Wirtschaftsstruktur, Verkehrsangebot, Moibiltätsverhalten

• Output: Verkehrsaufkommen, Verkehrsmittelwahl, Verkehrsmengen im Netz

• 1. Erzeugungsmodell

• 2. Verteilungsmodell

• 3. Aufteilungsmodell

• 4. Umlegungsmodell

  • Ergebnis: Streckenbelastungen

1-3 —> Verkehrsnachfragemodell; Ergebnis: Fahrtenmatrizen

• Wovon hängt die alltägliche Mobilität ab?

• Berücksichtigung der Raumstruktur als Strukturmerkmal

  • wird abgebildet durch Art und Maß der baulichen Nutzung, Verkehrsangebot, Bewohner, zentrale Einrichtungen

• Quell- und Zielverkehr wird an Einspeisungspunkten konzetriert in das Verkehrsnetz eingeleitet

• Verkehrsnachfrage: Folgeerscheinung der Aktivitäten von Personen, die sich in fahrtzweckbezogenen Wegeketten dokumentieren

• Bedingung: Summe Quellverkehr = Summe Zielverkehr

• verhaltenshomogene Personengruppen

• für Verkehrerzeugung auch Aggregate aus sich ähnlich verhaltenden Menschen gebildet, für die die Verkehrserzeugung berechnet wird

• Quell- und Zielverkehrsaufkommen je VHG ist abhängig von: Motorisierung, Kfz-Verfügbarkeit, Anzahl Einwohner, Erschließungsqualität

  
  

• 5 VHG: erwerbstätig, Pkw Besitz…

• 5 Wegezwecke

• Raum- und Bevölkerungsstrukturdaten

• Wirtschaftsstrukturdaten

• MID

• Netzdaten

—> Herausforderung: Datengewiinung, Qualität der Daten, Gewinnung von Prognosedaten

“Modell kann nicht besser als seine Eingangsdaten sein”

• wird berechnet als Summe der fahrtzweckbezogenen Fahrten aller VHG für alle Fahrtzwecke

• sinngemäß beim Zielverkehr

• Wo fahren die Leute hin?

• Wovon hängt die Zielwahl ab?: Entfernung, Attraktivität, Auswahl vor Ort

• Aufgabe: das im Erzeugungsmodell berechnete Aufkommen der VZ möglichen Zielen zuordnen

  • je Fahrtzweck und VHG separate Teilmatrix

  • ob Zielbinnenverkehr berücksichtig werden muss hängt von der Zellgröße und der Relevanz ab

• Ergebnis: n-Fahrtenmatrizen für n Fahrtzwecke, Fahrten Fij je Kategorie, noch keine Zuordnung zu Verkehrsmitteln bei Wahlfreien

• Entfernung

• Verkehrsmittelverfügbarkeit

• Ausbauzustand der Netze

• Kosten

• Zeitbugdet

—> Widerstand der Raumüberwindung

• Einhaltung der Bedingung, dass Summe über alle Fahrten aus der Zelle i = Quellverkehr i

  
  

• Einhaltung der Bedingung, dass Summe über alle Fahrten aus den Zellen i in die Zelle j = Zielverkehr j

• Einahltung der Quell- sowie der Zielkopplung

• Verkehrsmittelwahl

• werden die in den beiden ersten Teilmodellen ermittelten fahrtzweckspezifischen Fij-Werte auf die Verkehrssysteme verteilt

• traditionelle Modelle: auschließlich messbare Merkmale —> Verfügbarkeit, Kosten, Reisezeit

• neue Modelle: auch subjektive Situation —> Nutzen, Sauberkeit, Ausstattung etc.

• Ergebnis: Fahrtzweck- und Verkehrsmittelspezifische Matritzen

• discret choice

• Entscheidungsverhalten als Streben nach individueller Nutzenmaximierung

• spannweite Mobilitätsverhalten innerhalb einer VHG kann u.a. durch Wahrscheinlichkeitsverteilungen abbgebildet werden

• Wahlfreie nutzen dann bei gegebener Angebotssituation mit einer auf der gewählten Wahrscheinlichkeitsfunktion beruhenden Häufigkeit das eine oder das andere Verkehrsmittel

• Routenwahl

• drei Arbeitsschritte: 1. Verschlüsselung des Netzes, 2. Routenssuche, 3. Umlegung von Fahrten auf günstige Routen

• Strecken, KP, Bezirksanbindungen (Einspeisungspunkt), Scheinknoten (für Lageplan treue Abbildung des Netzes)

• für Routenwahl müssen Strecken Infos über den Widerstand erhalten —> Geschwindigkeit, Streckenlänge, Streckentyp, Kapazität, belastungsabhängige Geschwindigkeit (capacity restraint)

• makroskopisch: Knotten in “eigenes Netz” auflösen

  • jeder Fahrstreifen eigene Geschwindigkeit, Abbiegewiderstand

• mikroskopisch: mehr Zwischenpunkte, Parkplätze

• Auffinden sinnvoller alternativer Routen zw. Quelle und Ziel —> Baumverfahren

• Auswahl der günstigsten Route aus den verfügbaren Alternativen

• iterativ wird das Netz voller und die ROutenwahl passt sich immer wieder ans neue Netz an —> sukzessive Bestumlegung

• alle Fahrten auf die “beste” Route umgelegt

• Voraussetzung: Verkehrsteilnehmer kennen sich im Netz gut aus und können die aktuellen Verkehrsflusszustände einschätzen

• Fahrten umgekehrt proportional zum Widerstand der Routen aufgeteilt

• führt tendenziell zu stärkeren Belastungen im nachgeordneten Netz

• 1.Schritt: vorgegebenen Anteil der Fahrten Fij auf die ermittelten kürzesten Wege umlegen

• 2.Schritt: nach Änderungen der Widerstände aufgrund der bereits umgelegten Verkehrsbelastungen werden wiederum kürzeste Wege ermittelt und die Umlegung für weitere Teile der Restfahrten Fij wiederholt

• Anzahl Iterationsschritte richtet sich nach der Kapazität und Auslastung des Netzes

• je mehr Iterationen, desto stärker nähert sich das Ergebnis der Umlegung an einen Gleichgewichtszustand an, bei dem eine veränderte Routenwahl keine individuelle Zeitvorteile mehr bringt

• belastungsabhängige Veränderung des Widerstandes einer Strecke

• aus Bewertungsfunktion,die einen Belastungs-unabhängigen Grundwiderstand und einen belastungsabhängigen Widerstandanteil enthält

• bilden in Außerortnetzen den Zusammenhang zwischen der mittleren Pkw-Fahrtgeschwindigkeit und der Verkehrsmenge ab

• nicht vorhanden für angebaute innerörtliche Straßen

  • hier Kapazität und Qualität des Verkehrsbalaufes durch z.B. Knoten bestimmt

• Verfolgung und Beeinflussung der Routen einzelner Verkehrsteilnehmer

• realitätsnahe Abbildung des Verkehrsablaufes der einzelnen Fahrzeuge

• vornehmlich betrieblich orientierte Verkehrslenkungs- und Steuerungskonzepte

—> für Prognose von Verkehrszuständen und Maßnahmenwirkungen sind zusätzliche Verkehrsflussmodelle notwendig

• betrachtet Fahrzeugkollektive, für die die Wechselwirkungen zwischen Verkehrsstärke, Verkehrsdichte und Geschwindigkeit modelliert werden

• Erweiterung von Umlegungsmodellen

• ausgehend von den auf den Routen umgelegten Fahrten werden fahrzeugfeine Modellkomponenten aufgesetzt, um individuelle dynamische Routenführungssysteme modellieren zu können

• psycho-physisches Fahrzeugfolgemodell nach Wiedemann

  • bildet vielzahl messbarer und modellierbarer Einflussgrößen des Systems Fahrer-Fahrzeug-Straße ab

  • raumkontinuerlich: in Zeitschritten Reaktion der Verkehrsteilnehmer in Form von Beschleunigung und Verzögerung auf den Abstand und die Geschwindigkeit zum Vorausfahrenden abbilden

• Zellular-Automaten

  • Strecke in Wegelemente eingeteilt, in denen sich entweder kein oder ein Fahrzeug befindet —> raumdiskret

  • nur sprunghafte von einer Raum-Zeit-Zelle zur nächsten

• liefern nur Punkt-zu-Punkt Aussagen

• berücksichtigen keine nichtlinearen Entwicklungen im Zeitverlauf

• vernachlässigen viele rückgekoppelte Einflüsse auf die Verkehrsnachfrage und können Belastbarkeitsgrenzen von Systemen ggf. nicht erkennen

• sind nur gültig unter ceteris paribus Bedingungen

  • große Transformation

  • neue Mobilitätskonzepte