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Übergreifende verkehrstechnische Bewertung von Autobahnstrecken und -knotenpunkten

BASt-Bericht V 314

Martin Hartmann, Peter Vortisch, Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Verkehrswesen
Michael Vieten, IGS Ingenieurgesellschaft Stolz mbH Neuss
Ypatia Chatzipanagiotidou, Andrea Haug, Matthias Spangler, TU München, Lehrstuhl für Verkehrstechnik
99 Seiten
Erscheinungsjahr: 2019
Preis: 18,50 €

Bestellung eines gedruckten Exemplars beim Carl Schünemann Verlag GmbH

Dieser Bericht steht auch kostenfrei im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.

Im Rahmen dieses Projektes wurden die mittleren Pkw-Fahrtgeschwindigkeiten und weitere verkehrstechnische Kenngrößen auf Netzabschnitten von Bundesautobahnen (BAB) unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen den Einzelelementen des Abschnittes untersucht. Auf Basis der ermittelten Eigenschaften wurde ein EDV-Programm mit Benutzeroberfläche und Datenhaltung in Microsoft Excel entwickelt, das die Bewertung der Verkehrs- und Angebotsqualität von Netzabschnitten auf Autobahnen ermöglicht. Das im HBS 2015 enthaltene Verfahren unterliegt einer wesentlichen Randbedingung, die die Anwendung des Verfahrens nur erlaubt, wenn keine Teilstrecke beziehungsweise Teilknotenpunkt die Qualitätsstufe F ausweist. Diese Beschränkung wurde modelltechnisch durch eine Erweiterung des derzeitigen Verfahrens über die Grenze der ungesättigten Analyse hinaus behoben.

Empirische Untersuchungen von zwei Untersuchungsstrecken (München und Karlsruhe), ergänzt durch mikroskopische Verkehrsflusssimulationen, lieferten die Datengrundlagen. Zunächst wurde die Anwendung des amerikanischen, auf dem Highway Capacity Manual (HCM) basierenden Programms FREEVAL für die Bewertung von deutschen Autobahnen überprüft. Dabei lieferte die Simulation mit FREEVAL ein plausibles Ergebnis für das Laborbeispiel in Karlsruhe. Wegen wesentlicher Unterschiede zwischen HCM- und HBS-Verfahren, hauptsächlich in Bezug auf die Definition von Kapazität, Zeitintervallen und q-V-Beziehungen sowie den entscheidenden Qualitätskriterien des Verkehrsablaufs, wird eine Anwendung des U.S. FREEVALs für deutsche Autobahnen aber nicht empfohlen. Dies hat zu der Entscheidung geführt, ein eigenes Modell zu entwickeln, das eng an das HBS-Verfahren angelehnt ist. Dazu wurde geprüft, welche makroskopischen Verkehrsmodelle für die Abbildung des Verkehrsflusses auf der deutschen Autobahn geeignet sind. Das Cell-Transmission-Modell (CTM) von DAGANZO wurde letztendlich als der geeignete Kandidat für die Modellimplementierung gewählt. Im Vergleich zum U.S. FREEVAL wurde in dem neuen Modellansatz die Diskretisierung so verfeinert, dass eine explizite Modellierung der Staupropagierung ohne zusätzliche Modellerweiterungen möglich wurde. Das Datenmodell des CTM ist insbesondere für die Modellierung von linearen Strecken wie Richtungsfahrbahnen geeignet. Für die Validierung des entwickelten Modells wurde die BAB A 99 in der Nähe von München an vier verschiedenen Tagen modelliert, an denen jeweils unterschiedliche Stausituationen vorlagen. Die Ergebnisse zeigen, dass das deutsche FREEVAL eine realistische Darstellung der Verkehrssituation ermöglicht. Bei gravierenden Überlastungen traten allerdings Abweichungen bei den Staugeschwindigkeiten auf, die in der Art des verwendeten Verkehrsflussmodells begründet sind.

Das entwickelte Tool kann grundsätzlich als Alternative zu mikroskopischen Simulationstools zur Anwendung für Bemessungsaufgaben und zum Vergleich verschiedener Szenarien in Ergänzung zum HBS empfohlen werden. Es eignet sich nicht für die Abbildung von konkreten Stauereignissen zur Bestimmung der exakten räumlich-zeitlichen Ausprägung.

Comprehensive level of service assessment of motorway sections and junctions

Within this project, the mean travel speeds and further traffic charecteristics of freeway facilities are investigated while taking into account the interactions between the successive components of the facility. Based on the outcomes of the research, a novel methodology implemented in a computer program was developed in Microsoft Excel that facilitates the assessment of oversaturated freeway facilities. The methodology of german HBS 2015 may only be applied if none of the segments and junctions shows level of service F. The new approach overcomes this limitation by enhanced models that also apply to oversaturated states.

Emprical analyses for two test routes (Munich and Karlsruhe) with additional microscopic simulation models provided the data basis. First, an application of the U.S. HCM-based program FREEVAL was tested for the evaluation of german freeways. The simulation with FREEVAL showed plausible results for the test route in Karlsruhe. Because of basic discrepancies between the methodologies of HCM and HBS, mainly in the definitions of capacity, time intervals, q-V-relations and the key quality criteria, the application of the U.S. FREEVAL for german freeways is not recommended. This lead to the decision to develop a model which is closely connected to the HBS-methodology. Therefore, macroscopic traffic flow models were compared towards german standards. The Cell Transmission Modell (CTM) from DAGANZO was chosen as a candidate for the model implementation. In comparison to the U.S. FREEVAL, the discretization in the german model was refined. The finer structure leads to a more explicit modeling of the congestion propagation without additional model extensions. The data model of CTM is generally very suitable for modeling road sections such as stretches of freeway facilities. Federal freeway BAB A 99 near Munich was modelled with data sets of four days with different congestion patterns. The results show that the german version of FREEVAL allows for a realistic reproduction of the traffic situation. In case of severe overloads, discrepancies in congestion speeds occur, which originate in the type of traffic flow model used.

The new tool can be recommended as an alternative to microscopic simulation for design tasks and for comparing different scenarios in addition to using HBS. It is not suitable for reproducing congestion events with exact spatio-temporal specifications.

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    Fax: 02204 43-2550
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