Ein Modell zur mikroskopischen Simulation interaktionsbasierter Verkehrsdynamik

Abstract

Straßenraumentwürfe nach dem Mischungsprinzip, das die strikte Trennung der Verkehrsarten gezielt aufweicht, haben in der urbanen Verkehrsplanung in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Unabhängig davon, ob die lokale Ausprägung als Begegnungszone, deregulierter Abschnitt oder Shared Space bezeichnet wird, verfolgen Entwürfe nach diesem Prinzip eine gemeinsame Motivation: Verkehrsteilnehmer sollen Konflikte situationsabhängig und durch spontane Verständigung lösen, wodurch eine größere gegenseitige Rücksichtnahme und eine Steigerung der Aufenthaltsqualität, insbesondere für den nicht-motorisierten Verkehr, erzielt werden sollen.

Im Gegensatz zu konventionellen Entwurfsmustern sind entsprechende Verkehrsflussmodelle, die es dem Verkehrsplaner ermöglichen, einen Entwurf bereits im Vorfeld anhand einer Simulation bewerten zu können, für derartige Mischverkehrsflächen noch wenig verbreitet. Ein zu diesem Zweck geeignetes Simulationsmodell sollte Ergebnisse liefern, die sowohl hinsichtlich Kriterien wie der Leistungsfähigkeit eines Knotenpunkts als auch der spezifischen Zielstellungen, insbesondere der gesteigerten Verkehrssicherheit und Aufenthaltsqualität, ausgewertet werden können.

Vor diesem Hintergrund wird in dieser Arbeit auf Basis des Soziale-Kräfte-Modells (SKM) ein mikroskopisches Verkehrsflussmodell zur Abbildung des Verhaltens von Fußgängern, Radfahrern und Pkw bei gemeinsamer Nutzung von Mischverkehrsflächen entwickelt. Aufbauend auf beobachteten Verhaltensweisen von drei Knotenpunkten in Braunschweig und Hamburg erfolgt die Modellbildung in drei wesentlichen Schritten.

Zunächst wird die Generierung von realistischen Trajektorien aus zusammengesetzten Klothoidenabschnitten modelliert. Um die Bewegung entlang einer vorgeplanten Trajektorie abbilden zu können, wird das SKM entsprechend modifiziert. Diese trajektorienorientierte Bewegung ermöglicht die Modellierung einer subjektiven Konfliktdetektion. Zu diesem Zweck wird zunächst eine Bewegungsprädiktion durch Trajektorienextrapolation mittels Lagrange-Kurven entwickelt, die anschließend für die Konfliktdetektion verwendet wird. Um das Verhalten der Verkehrsteilnehmer im Konfliktfall abzubilden, wird das SKM um verschiedene Reaktionsmechanismen erweitert. Diese Mechanismen bewirken, entweder durch neu formulierte Kräfte oder durch Umplanen der Wunschtrajektorie, situationsabhängige Ausweichbewegungen und Geschwindigkeitsänderungen.

Das entwickelte Modell wird verifiziert, indem beobachtete Situationen in der Simulation nachgebildet werden und die Simulationsergebnisse qualitativ mit den Beobachtungen verglichen werden. Dabei werden zuerst einzelne Situationen zur Demonstration der Reaktionsmechanismen betrachtet. Im Anschluss wird das Zusammenspiel der Mechanismen durch Simulation der Verkehrsnachfrage eines 60-minütigen Zeitraums untersucht. Es wird gezeigt, dass das Modell in der Lage ist, sowohl einzelne Reaktionsmechanismen als auch die Verkehrsdynamik über einen längeren Betrachtungszeitraum plausibel wiederzugeben.

Abschließend erfolgt die Entwicklung eines weitergehenden Ansatzes für die stochastische Modellierung einzelner Modellgrößen. Dieser Ansatz eignet sich zur Verwendung in verschiedenen Verkehrsflussmodellen und wird anhand der stochastischen Modellierung von Wahrnehmungsparametern in drei künstlichen Fallstudien demonstriert.