Koordinierung von LSA

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1 Koordinierung von LSA Wirkung verschiedener Steuerungsverfahren auf die Verkehrsqualität Prof. Dr.-Ing. W. Brilon Dr.-Ing. T. Wietholt Ruhr-Universität Bochum AMONES Symposium 2009 Berlin

2 Koordinierung von LSA Wirkung verschiedener Steuerungsverfahren auf die Verkehrsqualität Vergleich verschiedener Steuerungsverfahren Wirkung von Motion in Münster AMONES Symposium 2009 Berlin

3 LSA-Koordinierungen in Städten Koordinierung von Lichtsignalanlagen (LSA) - Koordinierungsmethoden Bewertungsverfahren Qualität des Verkehrsablaufs im Vergleich der verschiedenen Steuerungsverfahren Festzeit verkehrsabhängig (regelbasiert) Festzeit verkehrsabhängig (regelbasiert) adaptiv

4 Entwicklungsstufen der Signalkoordinierung Entwicklungsstufe Steuerungsverfahren für Hauptverkehrsstraßen 1 Festzeitsteuerung ( Grüne Welle ) 2 3 Rahmenplan mit verkehrsabhängiger Modifikation - regelbasiert Verkehrsadaptive Steuerung - Modell-basiert

5 Entwicklungsstufen der Signalkoordinierung 1. Festzeit-Steuerung - Grüne Welle peiswert leicht verständlich unflexibel keine ÖPNV- Beschleunigung

6 Entwicklungsstufen der Signalkoordinierung 2. Verkehrsabhängigkeit (konventionell, d.h. regelbasiert) Rahmenprogramm mit Anpassung an Einzelfall Bus komplexe Logik Stand der Technik

7 Entwicklungsstufen der Signalkoordinierung 3. Verkehrsabhängigkeit adaptiv (d.h. Modell-basiert) Rahmenprogramm wird ständig neu berechnet mit Anpassung an Einzelfall Bus komplexe Logik modernste Lösung Hersteller-spezifisch; d.h. intransparent

8 Entwicklungsstufen der Signalkoordinierung Entwicklungsstufe Steuerungsverfahren für Hauptverkehrsstraßen 1 Festzeitsteuerung ( Grüne Welle ) 2 2a 3 Rahmenplan mit verkehrsabhängiger Modifikation - regelbasiert Voll-verkehrsabhängig Verkehrsadaptive Steuerung - Modell-basiert 4 Netzweite Steuerung

9 Vergleichende Untersuchung Entwicklungsstufe Steuerungsverfahren für Hauptverkehrsstraßen 1 Festzeitsteuerung ( Grüne Welle ) 2 2a 3 Rahmenplan mit verkehrsabhängiger Modifikation - regelbasiert Voll-verkehrsabhängig Verkehrsadaptive Steuerung - Modell-basiert 4 Netzweite Steuerung

10 Vergleichende Untersuchung Brilon, W., Wietholt, T., Wu, N.: Kriterien für die Einsatzbereiche von Grünen Wellen und verkehrsabhängigen Steuerungen. Berichte der BASt, Reihe Verkehrstechnik, Heft V 162, 2008 Wietholt, T.: Einsatzbereiche Grüner Wellen und verkehrsabhängiger Steuerungen. Schriftenreihe des Lehrstuhls für Verkehrswesen, Ruhr-Uni Bochum, Nr. 33, 2009 Brilon, W., Wietholt, T.: Festzeitgesteuerte und verkehrsabhängige Koordinierungen. Straßenverkehrstechnik, Nr. 9, S , 2008

11 Untersuchungskonzept Auswahl von 10 realen Strecken in verschiedenen Städten Bochum Buxtehude Düsseldorf Herne Münster Frechen (bei Köln) je 8 bis 13 LSA

12 Untersuchungskonzept Auswahl von 10 realen Strecken 3 Festzeit 5 verkehrsabhängig mit Rahmenplan 2 verkehrsabhängig mit Rahmenplan + ÖPNV-Priorisierung

13 Untersuchungskonzept Messungen auf 5 Strecken (BO, D, MS) Optimierung der Festzeitsteuerung (alle Strecken) Simulation (alle Strecken) Festzeit optimiert verkehrsabhängig

14 Messungen 14

15 Untersuchungskonzept Messungen auf 5 Strecken (BO, D, MS) - floating car (GPS; je 10 Fz; ~ 3200 km) - ÖPNV- Betriebsleitsystem - Auswertung - Reisezeiten (Kennzeichenerfassung) - Zählungen Kalibrierung des Simulationsmodells (VISSIM)

16 Messungen 8 7 Richtung Nord Richtung Süd Reisezeiten [min] Festzeitsteuerung , ,5 18 Uhrzeit [h] 8,00 Reisezeit [min] 7,00 6,00 5,00 4,00 Reisezeiten Nord Reisezeiten Süd Verkehrsabhängige Steuerung 3,00 2, , ,5 17 Uhrzeit [h]

17 Beurteilung der Qualität von LSA-Koordinierungen Koordinierungsmaß nach Schnabel / HBS Maßstab nach Brilon, Schnabel 2003 Performance-Index

18 Beurteilung der Verkehrsqualität QSV HBS 2001 Brilon, Schnabel Prozentsatz der Durchfahrten ohne Halt Mittlere Reisegeschwindigkeit bei v zul 50 km/h 60 km/h 70 km/h A 95 % B 85 % C 75 % D 65 % E 50 % F < 50 % < 15 < 15 < 15

19 PI Bewertung Routen der Messungen Beurteilung der Verkehrsqualität Performance Index (PI) = Qualitäts-Index = G (W + i,z Q i,z g i g z ) G H (H i z i z Q W i,z i,z i z ) mit: PI = Performance-Index G W = Gewicht der Wartezeiten W i, z = Summe der Wartezeiten pro Stunde für Fahrzeuge der Art z auf dem Knotenpunktarm i g i = Gewicht der Strecke i g z = Gewicht für Fahrzeuge der Art z G H = Gewicht der Halte H i, z = Summe der Anzahl von Halten pro Stunde für Fahrzeuge der Art z auf dem Knotenpunktarm i Q i, z = Verkehrsstärke der Fahrzeuge der Art z auf dem Knotenpunktarm i g g

20 + = i z i z i z i z H i z i z i z i z W g g Q H G g g Q W G PI ) ( ) (,,,, = Summe aller Halte und Wartezeiten (gewichteter Mittelwert) Bewertung der Messungen Routen Beurteilung der Verkehrsqualität Performance Index (PI) = Qualitäts-Index = i z z z i R g Q PI PI ) (, = Performance Index pro Fahrzeug-Einheit

21 Simulationen Mit mikroskopischer Simulation VISSIM vorhandene Festzeitsteuerung (ggf. Rahmenplan) optimierte Festzeitsteuerung (AMPEL-K)

22 Simulationen Festzeitsteuerung: Vergleich vorhanden / optimiert 40% 20% 0% -20% -40% Verlustzeiten (Hauptrichtung) Anzahl der Halte (Hauptrichtung) PI schlecht Schlechter Besser -60% -80% gut

23 Simulationen vorhandene Festzeitsteuerung (ggf. Rahmenplan) optimierte Festzeitsteuerung verkehrsabhängige Steuerung - mit vorhandener Steuerungslogik - wenn nicht vorhanden: Steuerungslogik entwickelt

24 Vergleich Festzeitsteuerung verkehrsabhängig PI der verkehrsabhängigen Steuerung [-] Rschlecht 2 = 0,8702 y = 0,9745x + 0,1169 gut Verlustzeiten der verkehrsabhängigen Steuerung [s] y = 0,9028x + 11,743 schlecht R 2 = 0,8356 gut PI der Festzeitsteuerung [-] Verlustzeiten der Festzeitsteuerung [s] vorhandene Verkehrsabhängigkeit oder vom Team entwickelte Logik optimierte Festzeitsteuerung

25 Vergleich Festzeitsteuerung verkehrsabhängig Performance Index [-] 140 FZ 120 VA schlecht gut Performance Index [-] 160 FZ 140 VA schlecht gut Verkehrsbelastung [%] Verkehrsbelastung [%] Performance Index [-] 100 FZ VA schlecht gut Performance Index [-] 120 FZ 100 VA schlecht gut Verkehrsbelastung [%] Verkehrsbelastung [%]

26 Vergleich Festzeitsteuerung verkehrsabhängig Verkehrsbelastung [%] Verkehrsbelastung FZ VA schlecht PI [-] Simulationszeit [min] 0 gut

27 Einsatzkriterien für konventionelle Verkehrsabhängigkeit

28 Nutzen Festzeitsteuerung verkehrsabhängig Jährlicher Nutzen der VA-Steuerung Strecke Pkw Lkw Bus Straßenbahn Gesamt [ /a] [ /a] [ /a] [ /a] [ /a]

29 Zwischen-Fazit Festzeitsteuerung verkehrsabhängig Wichtige Basis: Optimierte Festzeitsteuerung Vorteile der Verkehrsabhängigkeit sind begrenzt Vorteile ergeben sich bei sehr starker Auslastung und bei der Stauauflösung Einfache Regeln (Einsatzkriterien) gibt es nicht. Außer: ÖPNV-Priorisierung Außer: stark und unregelmäßig streuend Sorgfältige, lokal angepasste Planung ist unerlässlich. Auch verkehrsabhängige Steuerungen brauchen Pflege.

30 Adaptive Signalsteuerung? Details der Modelle und Optimierungsmethodik nicht öffentlich zugänglich (Black box) Ständige Erfassung der Verkehrsstärken q und der Verkehrsqualität W im Netz Darstellung des Zusammenhangs zwischen q und W durch ein Modell Dauernde Optimierung der Steuerung im laufenden Betrieb Schaltung der optimierten Steuerung meistens zusätzliche lokale verkehrsabhängige Elemente

31 Adaptive Signalsteuerung - Marken Scoot (GB) Scats (AUS). RT-Tracs Opac ProDyn Utopia (USA) (USA) (F) (NL) Motion (D, Siemens) Balance (D, Gevas)

32 Adaptive Steuerung Münster Modellachse Albersloher Weg Verkehrstechnische Evaluierung der Moderisierung der LSA-Steuerung

33 Routen Albersloher Weg vorher Nachher I + II

34 Modellprojekt der Signalkoordinierung Münster - Albersloher Weg

35 Modellprojekt der Signalkoordinierung Münster - Albersloher Weg

36 Verkehrsbelastung - Übersicht

37 Modellprojekt der Signalkoordinierung Münster - Albersloher Weg Entwicklungsstufe Steuerungsverfahren Messung Datum 0 Grundzustand der Steuerung verkehrsabhängige und Festzeitsteuerung VORHER März Konventionell Verkehrsabhängig mit neuer Optimierung NACHHER-I Juni Verkehrsadaptive Steuerung nach dem Verfahren MOTION NACHHER-II Juni 2008

38 Modellprojekt der Signalkoordinierung Münster - Albersloher Weg Literatur: Literatur: Brilon, W., Wietholt, T., Pott, A., Zelke, U. : Adaptive koordinierte Signalsteuerungen in Münster Straßenverkehrstechnik, Nr. 9, S , 2009 Brilon, W., Wietholt, T.: Evaluierung (Erfolgskontrolle und Bewertung) der Grünen Wellen im Zuge der Modellachse Albersloher Weg in Münster mittels Reisezeitmessung, Januar

39 Messergebnisse Verkehrsbelastung - Vergleich Zählungen an einem Querschnitt Verkehrsstärken der NACHHER Messungen [Kfz/h] NACHHER-1 NACHHER Messungen der Plattendetektoren Verkehrsstärken der VORHER Messungen [Kfz/h]

40 MessergebnisseVerkehrsbelastung - Vergleich 1800 Zählungen vom fahrenden Fahrzeug Verkehrsstärken der NACHHER Messungen [Kfz/h] NACHHER-1 NACHHER Verkehrsstärken der VORHER Messungen [Kfz/h]

41 MessergebnisseVerkehrsbelastung - Vergleich Statement: Die Verkehrsstärken sind eher gestiegen. Wenn der Verkehrsablauf sich verbessert hat, so wurde das nicht durch geringere Verkehrsstärken verursacht. Verkehrsstärken der NACHHER Messungen [Kfz/h] 1800 NACHHER NACHHER Verkehrsstärken der VORHER Messungen [Kfz/h] Verkehrsstärken der NACHHER Messungen [Kfz/h] 1800 NACHHER NACHHER Verkehrsstärken der VORHER Messungen [Kfz/h]

42 Messungen Albersloher Weg Messumfang für jede Periode: 2 Tage je 7:00-9:00 Uhr und 16:00-18:00 Uhr Ermittlung der Wartezeiten und Halte mit 10 Fahrzeugen (verschiedene Pkw) Verkehrsstärken ÖPNV-Linien Wartezeiten der Fußgänger/Radfahrer

43 Routen Hansaring Messungen Albersloher Weg Hansaring Heumannsweg Albersloh Albersloh

44 Routen Messungen Albersloher Weg Hansaring B51 B51 Gremmendorf

45 Messergebnisse Bewertung Routen der Messungen Wartezeiten in den Knotenpunkt-Zufahrten VORHER NACHHER-I Wartezeiten NACHHER-I-Messung [s] % Wartezeiten VORHER-Messung [s]

46 Messergebnisse Bewertung Routen der Messungen Wartezeiten in den Knotenpunkt-Zufahrten VORHER NACHHER-II (adaptiv) Wartezeiten NACHHER-II-Messung [s] % Wartezeiten VORHER-Messung [s]

47 Messergebnisse Bewertung Routen der Messungen Reisezeiten in der koordinierten Hauptrichtung % -24% -17% -18% Reisezeiten [min] VORHER NACHHER-I NACHHER-II 7:00-9:00 16:00-18:00 7:00-9:00 16:00-18:00 Fahrtrichtung Süd Fahrtrichtung Nord Messung

48 Messergebnisse Bewertung Routen der Messungen Standardabweichung der Reisezeiten in der koordinierten Hauptrichtung Standardabweichung [min] 2,5 2 1,5 1 0,5 VORHER NACHHER-I NACHHER-II 0 7:00-9:00 16:00-18:00 7:00-9:00 16:00-18:00 Fahrtichtung Süd Fahrtichtung Nord Messung

49 Messergebnisse Bewertung Routen der Messungen Standardabweichung der Reisezeiten in der koordinierten Hauptrichtung Reisezeit [min] VORHER NACHHER-I NACHHER-II 16 16, ,5 18 Uhrzeit [h]

50 Anzahl der Halte in der koordinierten Hauptrichtung Anzahl der Halte [-] % -23% -25% -21% VORHER NACHHER-I NACHHER-II 7:00-9:00 16:00-18:00 7:00-9:00 16:00-18:00 Fahrtichtung Süd Fahrtichtung Nord Messung

51 Prozent Halte in der koordinierten Hauptrichtung C D Grafik: Stadt Münster C D

52 Messergebnisse Bewertung Routen der Messungen ÖPNV-Bus-Daten % -29% -25% -25% 16 Fahrzeiten [min] VORHER NACHHER-I NACHHER-II 7:00-9:00 16:00-18:00 7:00-9:00 16:00-18:00 Fahrtichtung Süd Fahrtichtung Nord Messung

53 Messergebnisse Wartezeiten der Fußgänger 90 Wartezeiten in den NACHHER Messungen [s] Wartezeiten in der VORHER Messung [s] NACHHER-1 NACHHER-2

54 Messergebnisse Wartezeiten der Radfahrer 90 Wartezeiten in den NACHHER Messungen [s] Wartezeiten in der VORHER Messung [s] NACHHER-1 NACHHER-2

55 Messergebnisse Performance Index 7:00 9:00 Uhr Fahrzeugart VORHER NACHHER-I NACHHER-II [-] [-] Diff - % [-] Diff - % Pkw ÖPNV Fußgänger Radfahrer Summe Tabelle 4.12: Performance Index im Zeitraum 7:00-9:00 Uhr 16:00 18:00 Uhr Fahrzeugart VORHER NACHHER-I NACHHER-II [-] [-] Diff - % [-] Diff - % Pkw ÖPNV Fußgänger Radfahrer Summe Tabelle 4.13: Performance Index im Zeitraum 16:00-18:00 Uhr

56 Messergebnisse Performance Index ohne umgebauten Straßenabschnitt 7:00 9:00 Uhr 16:00 18:00 Uhr Fahrzeugart VORHER NACHHER-I NACHHER-II [-] [-] % [-] % Pkw ÖPNV Fußgänger Radfahrer Summe Tabelle 4.14: Performance Index im Zeitraum 7:00-9:00 Uhr ohne Einflus Baustellenbereiches Fahrzeugart VORHER NACHHER-I NACHHER-II [-] [-] % [-] % Pkw ÖPNV Fußgänger Radfahrer Summe Tabelle 4.15: Performance Index im Zeitraum 16:00-18:00 Uhr ohne Einflu

57 Messergebnisse Fazit / Kommentar : Die Qualität des Verkehrsablaufs auf dem Albersloher Weg hat sich durch die erneuerte LSA-Steuerung deutlich verbessert: Kfz-Verkehr ÖPNV. Weniger Halte dienen auch zur Verringerung der Emissionen. Fußgänger und Radler (quer zum Albersloher Weg) erfahren keine Vorteile durch die neue LSA Steuerung als Folge der Sicherheitsmaßnahmen Probleme beim Umschalten Vorgaben aus der Praxis zur Einschränkung des absoluten Optimums

58 Zusammenfassung: Grundlage einer guten LSA-Koordinierung ist ein optimaler Festzeitenplan. Verkehrsabhängigkeiten (regelbasiert) in der Koordinierung müssen sehr sorgfältig geplant werden. Man sollte immer den Nachweis des Nutzens gegenüber einer Festzeitsteuerung verlangen. Eine regelmäßige Pflege der Programme ist erforderlich. Neue Technologien (adaptiv; modellbasiert) können bei guter Planung einen hohen Nutzen bewirken. In der Praxis sind nur Systeme zu verkaufen, die Ähnlichkeit mit der klassischen Grünen Welle haben.

59 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Zeit für Fragen?