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Wechselwirkungen zwischen Streckenabschnitten und Knotenpunkten in Überlastungssituationen

Überlastungen, beispielweise in einzelnen Knotenpunkten oder an Steigungstrecken, können im engmaschigen Autobahnnetz in angrenzende Strecken und Knotenpunkte zurückstauen. Den Rückstau durch Überlastungen eines Elementes in andere Elemente berücksichtigen Regelwerke bislang nicht. Im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) wurde deshalb – in Anlehnung an das in den USA seit einigen Jahren eingesetzte Instrument FREEVAL – ein auf die deutschen Verhältnisse angepasstes Verfahren entwickelt. Mit dem nun prototypisch vorliegenden Instrument könnten künftig beispielsweise Ausbaumaßnahmen entlang von Autobahnen sachgerechter und einfacher geplant werden als mit den aktuellen Handrechenverfahren.

Das Bild zeigt eine Luftaufnahme eines Verflechtungsbereiches einer autobahnähnlichen Straße. Einseitiger Verflechtungsbereich: kurze Länge (LS), Basislänge (LB) und weite Länge (LL) (Bild: Orthofoto aus der Datenbank des Liegenschaftsamts Karlsruhe)

Aufgabenstellung

Die im Handbuch für die Bemessung von Straßenverkehrsanlagen (HBS) angegebenen Verfahren zur Überprüfung und Bewertung der Leistungsfähigkeit von Strecken und Knotenpunkten können bislang bei Überlastungen nicht angewendet werden. Die mittleren Pkw-Fahrtgeschwindigkeiten waren für den Fall der Überlastung mit den Verfahren des HBS nicht ermittelbar. Stattdessen kommen regelmäßig aufwendige mikroskopische Simulationsmodelle zum Einsatz. Das neue Instrument sollte diese Lücke schließen und in der Lage sein, die Wechselwirkungen zwischen den Einzelanlagen zu berücksichtigen. Im Auftrag der BASt entwickelten die technische Universität München, das Karlsruher Institut für Technologie und die Ingenieurgesellschaft Stolz, Verkehrsplanung und Beratung, ein makroskopisches Modell zur Bewertung von Netzabschnitten als Folge von Strecken und Knotenpunkten. Anschließend sollten das Modell an realen Daten überprüft sowie konkrete Vorschläge für eine praktische Anwendung erarbeitet werden.

Untersuchungsmethode

Zunächst wurde die Anwendung des amerikanischen, auf dem Highway Capacity Manual (HCM) basierenden, Programms FREEVAL für die Bewertung von deutschen Autobahnen überprüft. Dazu mussten Messdaten von geeigneten Autobahnbereichen erhoben werden. Bei deren Auswahl wurde in erster Linie Wert auf Abweichungen vom Entwurfsregelwerk gelegt. Die Anschlussstellen sollten weniger als 2.000 Meter voneinander entfernt sein, oder es sollte wenig-stens ein Element des Abschnittes im betrachteten Zeitraum übersättigt sein. Bei der Auswahl der beiden Netzabschnitte im Raum Karlsruhe und im Raum München wurde neben der Topologie auch ein entsprechend hohes Verkehrsaufkommen berücksichtigt. Die erhobenen empirischen Daten wurden hinsichtlich ihrer Verkehrsqualität bewertet und zum Teil auch in der mikroskopischen Simulation modelliert. Im Ergebnis fiel wegen wesentlicher Unterschiede zwischen HCM- und HBS-Verfahren die Entscheidung, ein eigenes Modell – das sogenannte deutsche FREEVAL – zu entwickeln, das eng an das HBS-Verfahren angelehnt ist. Dieses Modell soll sowohl eine HBS-konforme Bewertung der Verkehrsqualität von einzelnen Strecken und Knotenpunkten als auch eine um die Überlastungen erweiterte Bewertung der Angebotsqualität von längeren Netzabschnitten ermöglichen. Eine Validierung des entwickelten Modells erfolgte an der A 99 in der Nähe von München. Zur Abbildung einer praxisnahen Verkehrslage wurden dafür mehrere Tage gewählt, an denen jeweils unterschiedliche Stausituationen vorlagen.

Ergebnisse

Die Verkehrslage ohne Überlastung oder mit einem geringen Auslastungsgrad wurde vom deutschen FREEVAL gut abgebildet.

Bei gravierenden Überlastungen wurden jedoch in manchen Segmenten Abweichungen von den realen Staugeschwindigkeitswerten beobachtet. Insofern kann FREEVAL Stauereignisse zwar grundsätzlich abbilden, diese aber wegen der vereinfachten Nachbildung des Verkehrsflusses innerhalb der Überlastung nur näherungsweise bestimmen. Somit eignet sich das Modell in seiner aktuellen prototypischen Umsetzung nicht für die Abbildung von konkreten Stauereignissen zur Bestimmung der exakten räumlich-zeitlichen Ausprägung. Es erweist sich jedoch als geeignetes Werkzeug für die Planung von Neu- oder Ausbaumaßnahmen an Autobahnen.

Folgerungen

Der mit FREEVAL verfolgte Ansatz bietet vor allem in der Verkehrsplanung ein großes Potenzial für weitere Anwendungsbereiche. Er schließt eine Lücke zwischen den in Einzelfällen an ihre Grenzen stoßenden Bemessungsverfahren des HBS und den mit deutlich höherem Aufwand zu kalibrierenden Mikrosimulationsverfahren. Das Programm soll den Straßenbauverwaltungen als Open-
Source-Software bereitgestellt werden.

Forschung kompakt als Download: 07/2019

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    Bundesanstalt für Straßenwesen
    Brüderstraße 53
    51427 Bergisch Gladbach
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    Fax: 02204 43-2550
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