SVI 2016/003 Bestimmung der Verkehrsnachfrage für überlastete Strassen im urbanen Raum. Präsentation anlässlich der SVI-Fachtagung Forschung 2018

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1 SVI 2016/003 Bestimmung der Verkehrsnachfrage für überlastete Strassen im urbanen Raum Präsentation anlässlich der SVI-Fachtagung Forschung 2018 September 2018

2 Wir begrüssen Sie! - Dr. Christian Heimgartner - Angelo Orlando - Alex Stahel - Prof. Dr. Monica Menendez - Qiao Ge - Mireia Roca-Riu - Lukas Ambühl - Igor Dakic - Oliver Kannenberg - Peter Mieth - Prof. Dr. Nikolas Geroliminis 2

3 Ausgangslage und Anlass Herausforderungen überlasteter Strassen Travel Time (s) Number of Vehicles Detector/Counting Points Count Traffic Counts from SA Simulations VISSIM (after first calibration) Sections TomTom Traffic Stats VISSIM (before calibration) Sections Quelle: Heimgartner and Menendez (2013) 3

4 Stau im Kontext zu Verkehrsfluss und Dichte Zusammenhänge zwischen Zu- und Abfluss und Stau Q 1 Q 1 Q 1 > Q 2 Q 2 Q 1 < Q 2 Q 2 Q 1 Q 1 Q 1 = Q 2 Q 2 Q 1 = Q 2 Q 2 4

5 Forschungsfragen! Wie können die Verkehrsströme angesichts des Zusammenhangs zwischen Fluss und Dichte bestimmt werden?! Welche Daten und Grundlagen sind hierzu erforderlich?! Was muss dazu wo erhoben werden?! Wie müssen diese Daten und Grundlagen analytisch verwertet werden? 5

6 Forschungsziel Bereitstellung einer Methodik, die folgendes Anforderungsprofil erfüllt: à Reproduzierbarkeit von real beobachteten Verkehrsströmen unter Überlast mittels analytischer Werkzeuge (Verkehrsflusssimulationsmodelle, Tools zur Leistungsfähigkeitsschätzung) à Robuste Prognostizierbarkeit der Auswirkungen von Projektvarianten (z. B. noch nicht realisierter Spurabbau) in Überlastsystemen mittels analytischer Werkzeuge 6

7 Vorgehen AP1: Auslegeordnung AP1.1: Stand der Technik und Wissenschaft AP1.2: Übersicht Bedürfnisse Praxis AP1.3: Fazit AP2: Analytische Herleitung einer Methode Intelligente Kalibration der Variable «Verkehrsnachfrage» AP3: Validierung der vorgeschlagenen Methode mit umfangreichen Datensatz Ansatz: a) wissenschaftsgetrieben b) anwendungsgetrieben AP4: Synthese und Bericht AP4.1: Synthese AP4.2: Bericht ü ü ü

8 Ansatz a) Exemplarische Problemstellung Gegeben: - Strassennetz mit nur wenig Routenwahlmöglichkeiten - VISSIM Simulation (kalibriert) - Verkehrsdaten für Abendspitzenstunde (in Überlast) Gesucht: - Bestimmung der latenten Nachfrage - Adäquate Simulation des Überlastzustands 8

9 Ansatz a) Exemplarische Problemstellung Gegeben: - Strassennetz mit nur wenig Routenwahlmöglichkeiten - VISSIM Simulation (kalibriert) - Verkehrsdaten für Abendspitzenstunde (in Überlast) Gesucht: - Bestimmung der latenten Nachfrage - Adäquate Simulation des Überlastzustands 50 km/h 300 Fz/h Keine Überlast 15 km/h 300 Fz/h Überlast 9

10 Ansatz a) Exemplarische Problemstellung Fluss [Fz/h] Q = 300 Fz/h latente Nachfrage -> Q =? 300 Fz/h Dichte [Fz/km] 10

11 Ansatz a) Exemplarische Problemstellung Gegeben: - Strassennetz mit nur wenig Routenwahlmöglichkeiten - VISSIM Simulation (kalibriert) - Verkehrsdaten für Abendspitzenstunde (in Überlast) Gesucht: - Bestimmung der latenten Nachfrage - Adäquate Simulation des Überlastzustands Mögliche Lösungen: - Vorherigen Zustand in die Simulation laden (aufwendig, vorhanden?) - Gewisse Anzahl Fz vorher in Simulation laden (Zufall, nicht übertragbar) - Intelligente Konstruktion der Nachfrage 11

12 Ansatz a) Perimeter: Verkehrssystem um Zürich HB 12

13 Ansatz a) Wie ist ein Strassenzug zusammenfassbar? Makroskopisches Fundamentaldiagramm Funktion zwischen mittlerer Verkehrsdichte und mittlerem Verkehrsfluss Homogenes Gebiet als Bedingung Einzelne Strasse Gesamtes Netz 13

14 Ansatz a) Übereinstimmung der empirischen Daten 14

15 Ansatz a) Vergleich empirische Daten und Simulation 15

16 Ansatz a) Initialisierung: VISUM -> VISSIM VISUM 17-18h -> VISSIM 16

17 Ansatz a) Vergleich Initialnachfrage und empirische Daten Empirisch 17-18h 17

18 Ansatz a) Skalierung der Initialnachfrage 1.3 x VISUM 17-18h -> VISSIM 18

19 Ansatz a) Validierung mit Daten aus Luzern x Initialnachfrage -> VISSIM 19

20 Synthese: Rezept Ansatz a) Datenbedarf: - Iniitialnachfrage (z. B. aus Makromodell) - Zähldaten - Geschwindigkeitsdaten (z. B. FCD, Belegungsdaten) Methodik 1. Auf Basis Initialnachfrage mittels Simulationsmodell MFD erzeugen 2. Auswertung realer Daten und Überlagerung mit erzeugtem MFD 3. Rückschluss auf latente Nachfrage 20

21 Ansatz b) Anwendungsgetriebener Ansatz Nutzung der Synergien zu einem realen Projekt am Escher-Wyss-Platz in Zürich Quelle: Stadt Zürich, Dienstabteilung Verkehr 21

22 Ansatz b) Analyse Zu- und Abflüsse Werktag Monat Kalenderwoche Wochentag DATUM Mittelwert von K404-D16-Calculated_V_FZ15 Mittelwert von K405-D20-Calculated_V_FZ15 Mittelwert von K405-D18-Calculated_V_FZ Werte 120 Mittelwert von K404-D16- Calculated_V_FZ Mittelwert von K405-D20- Calculated_V_FZ15 80 Mittelwert von K405-D18- Calculated_V_FZ Std Einbieger Wipkingerplatz in Röschibachstrasse in [Fz/15 ], VSTD 22

23 Ansatz b) Analyse zugehörige Grünzeiten Werktag Monat DATUM Mittelwert von K405_S7 Fz Mittelwert von K405_S3 Fz Mittelwert von K405_S6 Fz Rückgang Grünzeit und Verkehrsflüsse, Stauraummanagement Widerstandsfreier Abfluss, Stadtentleerung Werte Mittelwert von K405_S7 Fz Mittelwert von K405_S3 Fz Mittelwert von K405_S6 Fz Woche STD VSTD 26 Zugehörige Grünzeiten in [Fz/15 ],

24 Ansatz b) Analyse der Dichte resp. Geschwindigkeit Mittlere Geschwindigkeit Uhr, WT Quelle: TomTom

25 Ansatz b) Analyse der Dichte resp. Geschwindigkeit Mittlere Geschwindigkeit Uhr, WT Quelle: TomTom

26 Ansatz b) Analyse der Dichte resp. Geschwindigkeit Mittlere Geschwindigkeit Uhr, WT Quelle: TomTom

27 Synthese: Rezept Ansatz b) Datenbedarf: - Zu- und Abflüsse je Streckenabschnitt (Zählwerte, Grünzeiten) - Dichte oder Geschwindigkeit (FCD o. a.) Analyse der Situation ex-post: 1. Abschnittsweises Bilanzieren der Zu- und Abflüsse auf Basis Zählwerte und Grünzeiten à Einschätzung zum Auslastungsgrad resp. zur Verkehrsdichte 2. Verifizierung der Einschätzung aufgrund FCD resp. Geschwindigkeitsdaten Analyse der Situation ex-ante: 3. Abschnittsweises Bilanzieren der Zu- und Abflüsse auf Basis veränderter Zählwerte und Angebotsänderungen (Grünzeiten, Spuren) à Einschätzung zum Auslastungsgrad resp. zur Verkehrsdichte 27

28 Synthese: Rezept Ansatz b) 4. Schätzung der Veränderung von Rückstaulänge und Reisezeit a) falls weiterhin Überlast/überstaut: t» t heute b) bei Entlastung: t aufgrund statischer Berechnung mit Grünzeit oder gezählter frei zufliessender Verkehrsflüsse als Grundlage für Zufluss und Sättigung c) bei zusätzlicher Belastung: - Abschätzung der zusätzlichen Staulänge im Zulauf - daraus und in Kombination mit FCD Bestimmung der gesamten Staulänge - Bestimmung t aufgrund zusätzlicher Staulänge und v gemäss FCD - Alternativ: Simulation z. B. mit LISA+ ab Zeitpunkt vor Überlast 28

29 Schlussfolgerungen, Empfehlungen und Ausblick Schlussfolgerungen: à Erkenntnisse und methodische Grundlagen wurden gewonnen. à Praktische Fragestellungen sind damit grundsätzlich bearbeitbar. à Dank des MFD wird eine globale Sicht für Netzaspekte möglich. Empfehlungen: à Beim Umgang mit Daten zum Verkehrsfluss ist stets der Zusammenhang zwischen Verkehrsfluss und Dichte zu beachten. à Die Erhebung von Zähldaten (z. B. automatische Zählstellen) ist um Daten zur Dichte zu ergänzen. Ausblick: à Thematik ist hochkomplex und bedingte vereinfachte Annahmen in der Bearbeitung, was mit weiterhin offenen Fragen einhergeht. à Bei grösseren Netzen spielen Routenwahlaspekte und deren zeitliche Variabilität eine Rolle. 29