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Kopplung von Routenplanung und Verkehrssimulation zur Optimierung des Verkehrsflusses

Kopplung von Routenplanung und Verkehrssimulation zur Optimierung des Verkehrsflusses

Team:  Dipl.-Ing. N. Rinke
Jahr:  2010
Datum:  01-01-10
Ist abgeschlossen:  ja

Durch den prognostizierten Zuwachs am motorisierten Verkehr werden neue Anforderungen an die Steuerung und Regelung des Verkehrsflusses gestellt. Laut dem Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) steigt die Verkehrsleistung bis zum Jahre 2025 um 17,9 %. Um diesen enormen Zuwachs zu bewältigen, müssen sowohl die Fahrzeugtechnologie als auch die Systeme der Verkehrsmanagementzentralen weiterentwickelt werden, so dass jedem Verkehrsteilnehmer eine adäquate Reise ermöglicht wird. Eine Möglichkeit stellt die Verkehrssimulation für die Prognose der zu erwartenden Reisezeiten dar. Ausgehend von einer kompletten Sicht über das Einzugsgebiet einer Verkehrsmanagementzentrale, sollen die Position und das Ziel jedes Verkehrsteilnehmers bekannt sein. Die Aufgabe besteht nun darin, jedem Verkehrsteilnehmer eine Route zu seinem Ziel zuzuweisen, welche optimal in Bezug auf die Reisezeit und den Einfluss auf andere Verkehrsteilnehmer ist. Diese Forschungsarbeit gliedert sich in drei Hauptpunkte:

  • Routensuche. Durch die Abstraktion der Straßenkarte in gerichtete Graphen ist es möglich, von jedem Knoten in einem Netz sowohl Haupt- als auch Alternativrouten zu bestimmen. Jedem Verkehrsteilnehmer kann somit eine Route zugewiesen werden, die er während der Verkehrssimulation entlang fährt.
  • Verkehrssimulation. Durch eine Beschreibung von Beschleunigungs-, Brems- und Abbiegeverhalten eines Verkehrsteilnehmers in Abhängigkeit seiner Route und seiner Umgebung können komplexe Verkehrssituationen simuliert werden. Unterschieden werden sie in mikroskopische, mesoskopische und makroskopische Modellierung. Mikroskopische Simulationsmodelle bilden das Verhalten jedes Teilnehmers ab, wohingegen die makroskopischen Modelle versuchen, den Verkehrsfluss eines Kollektivs zu beschreiben. Mesoskopische Modelle koppeln die beiden zuvor genannten Modelle miteinander und ermöglichen somit eine Verfeinerung an Stellen mit komplexen Verkehrsabläufen (mehrarmige Knotenpunkte) oder eine Vergröberung an Stellen mit simplen Verkehrsabläufen (z.B. einen Autobahnabschnitt ohne Knotenpunkt).
  • Optimierung. Wenn jedem Verkehrsteilnehmer eine Route durch das Gebiet zugewiesen worden ist, ermöglicht die Simulation des Verkehrsablaufes eine Prognose über die zu erwartenden Reisezeiten. Ziel der Optimierung ist eine Zuteilung der Routen, welche die geringste Reisezeit aller Verkehrsteilnehmer ermöglicht. Mittels heuristischen Suchverfahren, wie den genetischen Algorithmen, soll eine optimale Zuordnung erfolgen. Dabei wird zunächst jedem Verkehrsteilnehmer eine Route zugewiesen und der gesamte Verkehrsablauf simuliert. Die Ergebnisse dieser Simulation fließen anschließend in den Optimierungsalgorithmus zurück und verursachen eine Verbesserung der Zuordnung. Dies wird solange wiederholt, bis keine Verbesserung mehr zu finden ist.