Modellierungen zur Pkw-Nutzung

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1 Modellierungen zur Pkw-Nutzung Gastvortrag im Rahmen des Kolloquiums zur nachhaltigen Mobilität Christine Weiß, INSTITUT FÜR VERKEHRSWESEN, FAKULTÄT FÜR BAUINGENIEUR-, GEO- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN KIT Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Agenda Das am KIT Motivation Modellentwicklung CUMILE Modellergebnisse CUMILE: Pkw-Nutzung im Fernverkehr und Implikationen auf Elektromobilität Modellvalidierung Ausblick

3 KIT Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft Zusammenschluss Landesuniversität mit Aufgaben in Lehre und Forschung Forschungseinrichtung (Helmholtz-Gemeinschaft) mit programmorientierter Vorsorgeforschung KIT-Zentren: Elementarteilchen- und Astroteilchenphysik Energie Information Systeme Technologien Klima und Umwelt Materialien Strukturen Funktionen Mensch und Technik Mobilitätssysteme Angestellte 9,3 86 Jährliches Budget in Mio. Euro 355 Professoren Studierende 25, Stand:

4 Das (IfV) KIT-Zentrum Mobilitätssysteme Mobilitätsforschung Erhebungen Empirische Daten Mobilitätsverhalten Verkehrsplanung Nachfragemodelle Verkehrsentwicklung Prognosen Verkehrstechnik Messungen Verkehrsflussmodelle Fahrerverhalten Lehre Bauingenieurwesen, Wirtschaftswissenschaften, Informatik

5 Das Deutsche Mobilitätspanel (MOP) Wegetagebücher von Personen über eine Woche Fahrleistungs- & Treibstoffverbraucherhebung von Pkw über 8 Wochen Die Befragung wird seit 1994 jährlich durchgeführt Jedes Jahr nehmen Haushalte teil Befragung der selben Haushalte in drei aufeinander folgenden Jahren

6 Agenda Das am KIT Motivation Modellentwicklung CUMILE Modellergebnisse CUMILE: Pkw-Nutzung im Fernverkehr und Implikationen auf Elektromobilität Modellvalidierung Ausblick

7 Motivation Maßnahmen für nachhaltige Mobilität

8 Motivation Was wissen wir wir über Pkw-Nutzung in Dtl.? Jede Person in Deutschland (ab 1 Jahren) legt rund 41 km pro Tag zurück Davon rund 3 km mit den Pkw 2,8% 2,7% 3,4% Fußwege 18,4% Fahrradwege MIV-Wege (Pkw als Fahrer, Mitfahrer, Krad) 72,7% ÖV-Wege (Bus, Straba, U- /S-Bahn, Zug) Sonstige (Schiff, Flugzeug usw.) Quelle: Deutsches Mobilitätspanel 77% alle HH in Deutschland haben mindestens ein Auto zur Verfügung Die Pkw-Jahresfahrleistung beträgt rund 13,5 km Vorhandene Datenquellen: MiD, KiD, MOP, SrV, FLE Quelle: Nils Gräber, KIT

9 Motivation Was wissen wir wir über Pkw-Nutzung in Dtl.? ABER: Für viele Fragestellungen sind die vorhandenen (Querschnitts-) Daten nicht ausreichend, z. B. Elektromobilität Wie verteilt sich die Jahresfahrleistung von privat genutzten Pkw in Deutschland auf die im Jahresverlauf getätigten Fahrten? Wie kann die Nutzung der deutschen Pkw-Flotte unter vertretbarem Aufwand und mit der Nutzung vorhandener Mobilitätsdaten über ein Jahr modelliert werden? Lassen sich mit diesem Modell Rückschlüsse ziehen auf Pkw-Nutzung im Fernverkehr und Implikationen auf Elektromobilität? Quelle: Nils Gräber, KIT

10 Agenda Das am KIT Motivation Modellentwicklung CUMILE Modellergebnisse CUMILE: Pkw-Nutzung im Fernverkehr und Implikationen auf Elektromobilität Modellvalidierung Ausblick

11 CUMILE Eingangsdaten der Modellierung Modellierung: MOP- Alltagsmobilität Wegetagebücher von Personen über eine Woche (22/3-214/15) MOP-Tankbuch Fahrleistungs- & Treibstoffverbraucherhebung von Pkw über 8 Wochen (22/3-214/15) INVERMO Fernverkehrserhebung (2-22) Validierung: MiD KiD Fahrleistungserhebung Wegetagebücher von Personen über einen Tag (28) Fahrtenaufzeichnungen von Pkw über einen Tag (21) Tankstandangaben von Pkw (214)

12 CUMILE Modellidee CUMILE: Car Usage Model Integrating Long Distance Events Ziel: Modellierung der Nutzungscharakteristika der Pkw im MOP- Tankbuch (N: 6.3 Pkw) über ein Jahr Modelliert werden Pkw-Fahrten Pkw-Eigenschaften und Sozio-Demografie der Halter bekannt aus MOP Km pro Tag 4 2 Modelltag

13 CUMILE Modellstruktur MOP- Alltagsmobilität INVERMO - Fernverkehr MOP- Tankbuch Pkw-Nutzung in der Woche der MOP-Alltagsmobilität (1) Pkw-Nutzung in einer typischen Woche (2) 4 Pkw-Nutzung an den restl. Tagen des Jahres (4) Pkw-Nutzung während der Tankbucherhebung (3) Km pro Tag 2 Modelltag

14 CUMILE Modellstruktur Schritt 1 MOP- Alltagsmobilität Pkw-Nutzung in der Woche der MOP-Alltagsmobilität (1)

15 CUMILE Schritt 1 Pkw-Wegeketten in der MOP-Woche Ziel: Vorhandene Infos: Heuristik: Ermittlung von Pkw-Wegeketten in der MOP-Woche Wegetagebücher von Pkw-Nutzern ABER: Nicht bekannt, welcher Pkw genutzt wurde Pkw-Jahresfahrleistung Ranking von Pkw-Nutzern anhand ihrer Fahrleistung in der MOP-Woche; Ranking von Pkw anhand ihrer Jahresfahrleistung Zuordnung von Personen und Pkw anhand des Rankings Überprüfung der Pkw-Fahrprofile hinsichtlich Plausibilität und ggf. Anpassung der Zuordnung Beispiel: Haushalt mit drei Pkw-Nutzern und zwei Pkw 24 Pkw-km/Wo. 65 Pkw-km/Wo. 5 Pkw-km/Wo. 8.5 km/jahr 15. km/jahr

16 CUMILE Schritt 1 Pkw-Wegeketten in der MOP-Woche Ziel: Vorhandene Infos: Heuristik: Ermittlung von Pkw-Wegeketten in der MOP-Woche Wegetagebücher von Pkw-Nutzern ABER: Nicht bekannt, welcher Pkw genutzt wurde Pkw-Jahresfahrleistung Ranking von Pkw-Nutzern anhand ihrer Fahrleistung in der MOP-Woche; Ranking von Pkw anhand ihrer Jahresfahrleistung Zuordnung von Personen und Pkw anhand des Rankings Überprüfung der Pkw-Fahrprofile hinsichtlich Plausibilität und ggf. Anpassung der Zuordnung Beispiel: Haushalt mit drei Pkw-Nutzern und zwei Pkw 24 Pkw-km/Wo. 15. km/jahr 12 Pkw-km/Wo. 5 Pkw-km/Wo. 8.5 km/jahr

17 CUMILE Schritt 1 Pkw-Wegeketten in der MOP-Woche Ziel: Vorhandene Infos: Heuristik: Ermittlung von Pkw-Wegeketten in der MOP-Woche Wegetagebücher von Pkw-Nutzern ABER: Nicht bekannt, welcher Pkw genutzt wurde Pkw-Jahresfahrleistung Ranking von Pkw-Nutzern anhand ihrer Fahrleistung in der MOP-Woche; Ranking von Pkw anhand ihrer Jahresfahrleistung Zuordnung von Personen und Pkw anhand des Rankings Überprüfung der Pkw-Fahrprofile hinsichtlich Plausibilität und ggf. Anpassung der Zuordnung Beispiel: Haushalt mit drei Pkw-Nutzern und zwei Pkw Mo: Mo: 6 6 km/tag 4 2 km/tag 4 2 Mo Di Mi Do Fr Sa So Mo Di Mi Do Fr Sa So

18 CUMILE Modellstruktur Schritt 2 Pkw-Nutzung in der Woche der MOP-Alltagsmobilität (1) Pkw-Nutzung in einer typischen Woche (2)

19 CUMILE Schritt 2 Pkw-Wegeketten in einer typischen Woche Ziel: Typische Woche Vorhandene Infos: Heuristik: Ermittlung von Pkw-Wegeketten in einer typischen Woche Panelteilnehmer geben an, ob sie Urlaub hatten, krank waren oder der Pkw in der Werkstatt war Tag mit typischer Mobilität, wenn keines dieser Ereignisse stattfand Pkw-Wegeketten in der MOP-Woche Information zum MOP-Tag Wenn ein Tag nicht typisch ist: Imputation von anderen typischen Wochentagen des selben Jahres Plausibilitätsprüfung und ggf. Anpassung Mo Di Mi Do Fr Sa So Krank Urlaub Werkstatt km/tag MOP-Woche Mo Di Mi Do Fr Sa So

20 CUMILE Schritt 2 Pkw-Wegeketten in einer typischen Woche Ziel: Typische Woche Vorhandene Infos: Heuristik: Ermittlung von Pkw-Wegeketten in einer typischen Woche Panelteilnehmer geben an, ob sie Urlaub hatten, krank waren oder der Pkw in der Werkstatt war Tag mit typischer Mobilität, wenn keines dieser Ereignisse stattfand Pkw-Wegeketten in der MOP-Woche Information zum MOP-Tag Wenn ein Tag nicht typisch ist: Imputation von anderen typischen Wochentagen des selben Jahres Plausibilitätsprüfung und ggf. Anpassung Mo Di Mi Do Fr Sa So Krank Urlaub Werkstatt km/tag Typische Woche Mo Di Mi Do Fr Sa So

21 CUMILE Modellstruktur Schritt 3 INVERMO - Fernverkehr MOP- Tankbuch Pkw-Nutzung in einer typischen Woche (2) Pkw-Nutzung während der Tankbucherhebung (3)

22 CUMILE Schritt 3 Pkw-Wegeketten im Tankbuchzeitraum Ziel: Vorhandene Infos: Heuristik: Ermittlung von Pkw-Wegeketten im Tankbuchzeitraum typische Woche Zurückgelegte Strecke zwischen zwei Tankvorgängen Pkw-Fernreisen Fall 1 (tat. km < typ. km): Pkw-Touren fallen weg Tankbuchzeitraum von 29.Mai (Di) - 6.Juni (Mi) Fahrleistung [km] km Mi Di Mo So Sa Fr Do Mi Di Summe der typischen Fahrleistungen 258 km tatsächlich zurückgelegte Strecke (berichtet)

23 CUMILE Schritt 3 Pkw-Wegeketten im Tankbuchzeitraum Ziel: Vorhandene Infos: Heuristik: Ermittlung von Pkw-Wegeketten im Tankbuchzeitraum typische Woche Zurückgelegte Strecke zwischen zwei Tankvorgängen Pkw-Fernreisen Fall 1 (tat. km < typ. km): Pkw-Touren fallen weg Tankbuchzeitraum von 29.Mai (Di) - 6.Juni (Mi) Fahrleistung [km] km 258 km Mi Di Mo So Sa Fr Do Mi Di Summe der angepassten Fahrleistungen tatsächlich zurückgelegte Strecke (berichtet)

24 CUMILE Schritt 3 Pkw-Wegeketten im Tankbuchzeitraum Ziel: Vorhandene Infos: Ermittlung von Pkw-Wegeketten im Tankbuchzeitraum typische Woche Zurückgelegte Strecke zwischen zwei Tankvorgängen Pkw-Fernreisen Heuristik: Fall 1 (tat. km < typ. km): Pkw-Touren fallen weg Fall 2 (tat. km > typ. km): Fernverkehrsereignis? Tankbuchzeitraum von 5.Mai (Sa) - 8.Mai (Di) 251 km Fahrleistung [km] kmfr Di Mo So Sa Summe der typischen Fahrleistungen tatsächlich zurückgelegte Strecke (berichtet)

25 CUMILE Schritt 3 Pkw-Wegeketten im Tankbuchzeitraum Ziel: Vorhandene Infos: Ermittlung von Pkw-Wegeketten im Tankbuchzeitraum typische Woche Zurückgelegte Strecke zwischen zwei Tankvorgängen Pkw-Fernreisen Heuristik: Fall 1 (tat. km < typ. km): Pkw-Touren fallen weg Fall 2 (tat. km > typ. km): Fernverkehrsereignis? Tankbuchzeitraum von 5.Mai (Sa) - 8.Mai (Di) INVERMO Pkw-Fernreise 1 Pkw-Fernreise 2 Pkw-Fernreise 3 2 Wochentag? Fahrleistung [km] Monat? Soziodemografie? 1 1 kmfr Di Mo So Sa Summe der typischen Fahrleistungen 251 km tatsächlich zurückgelegte Strecke (berichtet)

26 CUMILE Schritt 3 Pkw-Wegeketten im Tankbuchzeitraum Ziel: Vorhandene Infos: Ermittlung von Pkw-Wegeketten im Tankbuchzeitraum typische Woche Zurückgelegte Strecke zwischen zwei Tankvorgängen Pkw-Fernreisen Heuristik: Fall 1 (tat. km < typ. km): Pkw-Touren fallen weg Fall 2 (tat. km > typ. km): Fernverkehrsereignis? Tankbuchzeitraum von 5.Mai (Sa) - 8.Mai (Di) Fahrleistung [km] km Di Mo So Sa 251 km Summe der typischen Fahrleistungen tatsächlich zurückgelegte Strecke (berichtet)

27 CUMILE Modellstruktur Schritt 4 INVERMO - Fernverkehr Pkw-Nutzung in einer typischen Woche (2) 4 Pkw-Nutzung an den restl. Tagen des Jahres (4) Km pro Tag 2 Modelltag

28 CUMILE Schritt 4 Pkw-Wegeketten im übrigen Jahr Ziel: Verfügbare Infos: Heuristik: Ermittlung von Pkw-Wegeketten an den übrigen Tagen des Jahhres typische Woche Pkw-Jahresfahrleistung Pkw-Fernreisen Fall 1 (tat. km < typ. km): Pkw-Touren fallen weg Fall 2 (tat. km > typ. km): Fernreisen? Abbruchkriterium: die Fahrleistung der modellierten Wegeketten entspricht der Jahresfahrleistung 15. km Jahresfahrleistung [km] 12, 8, 4, km Restl. Tage MOP- Alltag Tankbuch typische/modellierte Fahrleistung Jahresfahrleistung (berechnet, berichtet)

29 CUMILE Schritt 4 Pkw-Wegeketten im übrigen Jahr Ziel: Verfügbare Infos: Heuristik: INVERMO Pkw-Fernreise 1 Pkw-Fernreise 2 Pkw-Fernreise 3 Ermittlung von Pkw-Wegeketten an den übrigen Tagen des Jahhres typische Woche Pkw-Jahresfahrleistung Pkw-Fernreisen Fall 1 (tat. km < typ. km): Pkw-Touren fallen weg Fall 2 (tat. km > typ. km): Fernreisen? Abbruchkriterium: die Fahrleistung der modellierten Wegeketten entspricht der Jahresfahrleistung Jahresfahrleistung [km] Monat? Wochentag? Soziodemografie? 12, 8, 4, km Restl. Tage Tankbuch typische/modellierte Fahrleistung MOP- Alltag 15. km Jahresfahrleistung (berechnet, berichtet)

30 CUMILE Schritt 4 Pkw-Wegeketten im übrigen Jahr Ziel: Verfügbare Infos: Heuristik: Ermittlung von Pkw-Wegeketten an den übrigen Tagen des Jahhres typische Woche Pkw-Jahresfahrleistung Pkw-Fernreisen Fall 1 (tat. km < typ. km): Pkw-Touren fallen weg Fall 2 (tat. km > typ. km): Fernreisen? Abbruchkriterium: die Fahrleistung der modellierten Wegeketten entspricht der Jahresfahrleistung Tagesfahrleistung [km] Jul 1. Aug 1. Sep 1. Okt 1. Nov 1. Dez 1. Jan 1. Feb 1. Mrz 1. Apr

31 CUMILE Schritt 4 Pkw-Wegeketten im übrigen Jahr Ziel: Verfügbare Infos: Heuristik: Ermittlung von Pkw-Wegeketten an den übrigen Tagen des Jahhres typische Woche Pkw-Jahresfahrleistung Pkw-Fernreisen Fall 1 (tat. km < typ. km): Pkw-Touren fallen weg Fall 2 (tat. km > typ. km): Fernreisen? Abbruchkriterium: die Fahrleistung der modellierten Wegeketten entspricht der Jahresfahrleistung 15. km 15. km Jahresfahrleistung [km] 12, 8, 4, Restl. Tage MOP- Alltag Tankbuch typische/modellierte Fahrleistung Jahresfahrleistung (berechnet, berichtet)

32 Agenda Das am KIT Motivation Modellentwicklung CUMILE Modellergebnisse CUMILE: Pkw-Nutzung im Fernverkehr und Implikationen auf Elektromobilität Modellvalidierung Ausblick

33 CUMILE Modellergebnisse Maximale Tagesfahrleistung 1 Anteil der Pkw-Flotte [%] Maximale Tagesfahrleistung [km] Betrachtungszeitraum: 1 Tag 93% der Pkw fahren an einem Tag nicht mehr als 1 km zurück

34 CUMILE Modellergebnisse Maximale Tagesfahrleistung 1 Anteil der Pkw-Flotte [%] Maximale Tagesfahrleistung [km] Betrachtungszeitraum: 1 Tag 1 Woche 93% der Pkw fahren an einem Tag nicht mehr als 1 km zurück 7% der Pkw fahren während einer Woche nie mehr als 1 km/ Tag

35 CUMILE Modellergebnisse Maximale Tagesfahrleistung 1 Anteil der Pkw-Flotte [%] Maximale Tagesfahrleistung [km] Betrachtungszeitraum: 1 Tag 1 Woche 1 Jahr 93% der Pkw fahren an einem Tag nicht mehr als 1 km zurück 7% der Pkw fahren während einer Woche nie mehr als 1 km/ Tag 12% der Pkw fahren während eines Jahres nie mehr als 1 km/ Tag

36 CUMILE Modellergebnisse Wie häufig kommen Pkw in den Fernverkehr? Gruppierung der Pkw-Flotte nach ihrer Fernverkehrsnutzung: Tage über 1 km 12% 13 Tage/Jahr und mehr über 1 km 59% 1-12 Tage / Jahr über 1 km 29% Wahrscheinlich sind nur Halter von Pkw mit keiner oder wenig Fernverkehrsnutzung bereit, ein rein batterieelektrisches Fahrzeug anzuschaffen

37 CUMILE Modellergebnisse Welche Pkw werden im Fernverkehr genutzt? Differenzierung der zuvor gruppierten Pkw nach Jahresfahrleistung Pkw-Alter Pkw [%] Pkw [%] Tage über 1 km 1-12 Tage / Jahr über 1 km 13 Tage/Jahr und mehr über 1 km Tage über 1 km 1-12 Tage / Jahr über 1 km 13 Tage/Jahr und mehr über 1 km Gruppen der Fernverkehrsnutzung Gruppen der Fernverkehrsnutzung unter 1. km km 2. km und mehr -3 Jahre 4-9 Jahre 1 Jahre und älter

38 CUMILE Modellergebnisse Und wer sind die Pkw-Halter? Differenzierung der Pkw nach der Soziodemografie ihrer Halter, z. B. Haushaltseinkommen (monatl.) Haushalts-Typ Pkw [%] Pkw [%] Tage über 1 km 1-12 Tage / Jahr über 1 km Gruppen der Fernverkehrsnutzung Bis über 3.5 nicht angegeben Tage/Jahr und mehr über 1 km Tage über 1 km 1-12 Tage / Jahr über 1 km Gruppen der Fernverkehrsnutzung Haushalt ohne Kinder, 3 und mehr Erwachsene Haushalt mit Kindern unter 18 Jahren Tage/Jahr und mehr über 1 km Kleinhaushalt ohne Berufstätige (1-2 Personen, Rentner) Kleinhaushalt mit Berufstätigen (1-2 Personen)

39 Agenda Das am KIT Motivation Modellentwicklung CUMILE Modellergebnisse CUMILE: Pkw-Nutzung im Fernverkehr und Implikationen auf Elektromobilität Modellvalidierung Ausblick

40 Modellvalidierung Vergleich mit Querschnittserhebungen Ergodizitäts-Hypothese: die Kennzahlen einer großen Stichprobe in einem kurzen Erhebungszeitraum korrespondieren mit einer kleinen, aber ähnlichen Stichprobe über einen längeren Erhebungszeitraum Datensätze: Gleiche Grundgesamtheit Gemeinsamkeiten identifizieren MiD 28 KiD 21 CUMILE Pkw Privat-Pkw, priv. genutzte Dienstwagen Privat-Pkw, gewerbliche Pkw Privat-Pkw, priv. genutzte Dienstwagen Wege Nicht alle Wege am Stichtag (unvollst. HH) alle Pkw-Wege am Stichtag alle Pkw-Wege im Jahr Inlandsprinzip (<1 km) alle Weglängen alle Weglängen Km-Reduktion um 5%

41 Modellvalidierung Nationale Querschnittserhebungen Merkmale MiD 28 KiD 21 CUMILE Tagesfahrleistung (mobile Tage) [km] Tagesfahrleistung (alle Tage) [km] Mean (StDev) Mean (StDev) Mean (StDev) 47 (46) 51 (89) 54 (94) 28 (54) 31 (76) 35 (79) Tage ohne Pkw-Nutzung [%] 4% 39% 35% Tage mit über 1 km [%] 6% 7% 7% Fahrtlänge, alle Wege [km] 18 (39) 17 (44) 15 (35) Fahrtlänge, Pendelwege [km] 19 (38) 19 (31) 18 (21) Jahresfahrleistung [km] (9.87) (7.896)

42 Agenda Das am KIT Motivation Modellentwicklung CUMILE Modellergebnisse CUMILE: Pkw-Nutzung im Fernverkehr und Implikationen auf Elektromobilität Modellvalidierung Ausblick

43 Ausblick Der CUMILE-Modellansatz ist ein hinreichend genaues und kostengünstiges Werkzeug, um Pkw-Nutzungscharakteristika über ein ganzes Jahr zu modellieren Der Großteil der Pkw in Deutschland wird zumindest ab und an im Fernverkehr eingesetzt Hybrid-Pkw anstatt rein batterieelektrische Fahrzeuge? Anwendungsfall: Substitutionspotenziale von Privat-Pkw durch Carsharing Aber: Stadtmobil-Tarife abhängig von Fahrzeugklasse, Fahrleistung (billiger ab 1. km), Buchungsdauer und Buchungszeit! Quelle:

44 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Fragen? INSTITUT FÜR VERKEHRSWESEN KIT Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft

45 Schritt 1: Pkw-Zuordnungsheuristik Pkw-Nutzer im HH 1 Person 2 Personen 3 Personen 4 Personen Pkw im HH 1 Pkw A B B B 2 Pkw E A C D 3 Pkw E F A C 4 Pkw E G F A A B C Jede Person nutzt einen Pkw; Nutzungsrang des Pkw entspricht Nutzungsrang der Person Alle Personen des HHs nutzen einen Pkw Die beiden Personen mit dem niedrigsten Nutzungsrang teilen sich den Pkw mit der niedrigsten Jahresfahrleistung D Personen mit der Nutzungsrang 2-4 teilen sich den Pkw mit der Rang 2 E F Person 1 nutzt alle Pkw Person 1 nutzt die Pkw mit dem höchsten & niedrigsten Nutzungsrang G Person 1 nutzt Pkws mit den Rängen1 &3; Person 2 nutzt Pkw mit den Rängen 2&