Koordinierung von LSA

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 11.11. 2009

Koordinierung von LSA Wirkung verschiedener Steuerungsverfahren auf die Verkehrsqualität Vergleich verschiedener Steuerungsverfahren Wirkung von Motion in Münster AMONES Symposium 2009 Berlin 11.11. 2009

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

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

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

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

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

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

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

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. 537 543, 2008

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

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

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

Messungen 14

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)

Messungen 8 7 Richtung Nord Richtung Süd Reisezeiten [min] 6 5 4 Festzeitsteuerung 3 2 16 16,5 17 17,5 18 Uhrzeit [h] 8,00 Reisezeit [min] 7,00 6,00 5,00 4,00 Reisezeiten Nord Reisezeiten Süd Verkehrsabhängige Steuerung 3,00 2,00 15 15,5 16 16,5 17 Uhrzeit [h]

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

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 % 40 50 60 B 85 % 30 35 40 C 75 % 25 25 30 D 65 % 20 20 25 E 50 % 15 15 15 F < 50 % < 15 < 15 < 15

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

+ = 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

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

Simulationen Festzeitsteuerung: Vergleich vorhanden / optimiert 40% 20% 0% -20% -40% Verlustzeiten (Hauptrichtung) Anzahl der Halte (Hauptrichtung) PI schlecht 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Schlechter Besser -60% -80% gut

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

Vergleich Festzeitsteuerung verkehrsabhängig PI der verkehrsabhängigen Steuerung [-] 160 140 120 100 80 60 40 20 Rschlecht 2 = 0,8702 y = 0,9745x + 0,1169 gut 20 40 60 80 100 120 140 160 Verlustzeiten der verkehrsabhängigen Steuerung [s] 500 400 300 200 100 0 y = 0,9028x + 11,743 schlecht R 2 = 0,8356 gut 0 100 200 300 400 500 PI der Festzeitsteuerung [-] Verlustzeiten der Festzeitsteuerung [s] vorhandene Verkehrsabhängigkeit oder vom Team entwickelte Logik optimierte Festzeitsteuerung

Vergleich Festzeitsteuerung verkehrsabhängig Performance Index [-] 140 FZ 120 VA 100 80 60 40 20 0 schlecht gut 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Performance Index [-] 160 FZ 140 VA 120 100 80 60 40 20 0 schlecht gut 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Verkehrsbelastung [%] Verkehrsbelastung [%] Performance Index [-] 100 FZ VA 80 60 40 20 0 schlecht gut 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Performance Index [-] 120 FZ 100 VA 80 60 40 20 0 schlecht gut 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 Verkehrsbelastung [%] Verkehrsbelastung [%]

Vergleich Festzeitsteuerung verkehrsabhängig Verkehrsbelastung [%] 160 140 120 100 80 60 40 20 Verkehrsbelastung FZ VA schlecht 80 70 60 50 PI [-] 40 30 20 10 0 0-15 15-30 30-45 45-60 60-75 75-90 90-105 105-120 Simulationszeit [min] 0 gut

Einsatzkriterien für konventionelle Verkehrsabhängigkeit

Nutzen Festzeitsteuerung verkehrsabhängig Jährlicher Nutzen der VA-Steuerung Strecke Pkw Lkw Bus Straßenbahn Gesamt [ /a] [ /a] [ /a] [ /a] [ /a] 1-19.917 5.509 47.396 32.988 2 115.315 21.967 22.107 159.389 3 49.609 3.670-1.093 52.186 4 227.731 16.848 244.579 5-223.574-25.054-248.628 6-5.445-610 796 1.407-3.852 7 78.717 8.821 6.806 2.774 97.118 8 52.670 3.897-21.416 35.151 9 261.081 60.285 3.713 144.293 469.372 10-130.306-19.663-149.969

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.

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

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

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

Routen Albersloher Weg vorher Nachher I + II

Modellprojekt der Signalkoordinierung Münster - Albersloher Weg

Modellprojekt der Signalkoordinierung Münster - Albersloher Weg

Verkehrsbelastung - Übersicht

Modellprojekt der Signalkoordinierung Münster - Albersloher Weg Entwicklungsstufe Steuerungsverfahren Messung Datum 0 Grundzustand der Steuerung verkehrsabhängige und Festzeitsteuerung VORHER März 2006 1 Konventionell Verkehrsabhängig mit neuer Optimierung NACHHER-I Juni 2008 2 Verkehrsadaptive Steuerung nach dem Verfahren MOTION NACHHER-II Juni 2008

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. 565-573, 2009 Brilon, W., Wietholt, T.: Evaluierung (Erfolgskontrolle und Bewertung) der Grünen Wellen im Zuge der Modellachse Albersloher Weg in Münster mittels Reisezeitmessung, Januar 2009 http://www.muenster.de/stadt/stadtplanung/pdf/albersloher-weg_lsa_bericht2009-01.pdf

Messergebnisse Verkehrsbelastung - Vergleich Zählungen an einem Querschnitt Verkehrsstärken der NACHHER Messungen [Kfz/h] 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 NACHHER-1 NACHHER-2 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Messungen der Plattendetektoren Verkehrsstärken der VORHER Messungen [Kfz/h]

MessergebnisseVerkehrsbelastung - Vergleich 1800 Zählungen vom fahrenden Fahrzeug Verkehrsstärken der NACHHER Messungen [Kfz/h] 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 NACHHER-1 NACHHER-2 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Verkehrsstärken der VORHER Messungen [Kfz/h]

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-1 1600 NACHHER-2 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Verkehrsstärken der VORHER Messungen [Kfz/h] Verkehrsstärken der NACHHER Messungen [Kfz/h] 1800 NACHHER-1 1600 NACHHER-2 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Verkehrsstärken der VORHER Messungen [Kfz/h]

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

Routen Hansaring Messungen Albersloher Weg Hansaring Heumannsweg Albersloh Albersloh

Routen Messungen Albersloher Weg Hansaring B51 B51 Gremmendorf

Messergebnisse Bewertung Routen der Messungen Wartezeiten in den Knotenpunkt-Zufahrten VORHER NACHHER-I Wartezeiten NACHHER-I-Messung [s] 80 70 60 50 40 30 20 10 0-18% 0 20 40 60 80 Wartezeiten VORHER-Messung [s]

Messergebnisse Bewertung Routen der Messungen Wartezeiten in den Knotenpunkt-Zufahrten VORHER NACHHER-II (adaptiv) Wartezeiten NACHHER-II-Messung [s] 80 70 60 50 40 30 20 10 0-41% 0 20 40 60 80 Wartezeiten VORHER-Messung [s]

Messergebnisse Bewertung Routen der Messungen Reisezeiten in der koordinierten Hauptrichtung 14 12-14% -24% -17% -18% Reisezeiten [min] 10 8 6 4 2 0 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

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

Messergebnisse Bewertung Routen der Messungen Standardabweichung der Reisezeiten in der koordinierten Hauptrichtung 18 16 14 Reisezeit [min] 12 10 8 6 4 2 0 VORHER NACHHER-I NACHHER-II 16 16,5 17 17,5 18 Uhrzeit [h]

Anzahl der Halte in der koordinierten Hauptrichtung Anzahl der Halte [-] 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0-44% -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

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

Messergebnisse Bewertung Routen der Messungen ÖPNV-Bus-Daten 20 18-25% -29% -25% -25% 16 Fahrzeiten [min] 14 12 10 8 6 4 2 0 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

Messergebnisse Wartezeiten der Fußgänger 90 Wartezeiten in den NACHHER Messungen [s] 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Wartezeiten in der VORHER Messung [s] NACHHER-1 NACHHER-2

Messergebnisse Wartezeiten der Radfahrer 90 Wartezeiten in den NACHHER Messungen [s] 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Wartezeiten in der VORHER Messung [s] NACHHER-1 NACHHER-2

Messergebnisse Performance Index 7:00 9:00 Uhr Fahrzeugart VORHER NACHHER-I NACHHER-II [-] [-] Diff - % [-] Diff - % Pkw 31 27-13 20-35 ÖPNV 47 31-34 28-40 Fußgänger 21 33 57 32 52 Radfahrer 22 31 41 31 41 Summe 32 28-13 20-38 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 34 26-24 22-35 ÖPNV 49 23-53 28-43 Fußgänger 27 35 30 37 37 Radfahrer 25 33 32 33 32 Summe 35 26-26 22-37 Tabelle 4.13: Performance Index im Zeitraum 16:00-18:00 Uhr

Messergebnisse Performance Index ohne umgebauten Straßenabschnitt 7:00 9:00 Uhr 16:00 18:00 Uhr Fahrzeugart VORHER NACHHER-I NACHHER-II [-] [-] % [-] % Pkw 27 30 11 20-26 ÖPNV 49 33-33 32-35 Fußgänger 20 32 60 31 55 Radfahrer 22 30 36 31 41 Summe 29 30 3 21-28 Tabelle 4.14: Performance Index im Zeitraum 7:00-9:00 Uhr ohne Einflus Baustellenbereiches Fahrzeugart VORHER NACHHER-I NACHHER-II [-] [-] % [-] % Pkw 30 28-7 21-30 ÖPNV 48 22-54 28-42 Fußgänger 27 34 26 37 37 Radfahrer 25 32 28 33 32 Summe 31 27-13 22-29 Tabelle 4.15: Performance Index im Zeitraum 16:00-18:00 Uhr ohne Einflu

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

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.

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