Verkehrsflusssimulation

Im Rahmen der Vorlesung Mathematical Modelling and Simulation
haben Jan Dietrich und Alexander Grötz ein Projekt bearbeitet, wo
sie Verkehr mit Hilfe der Software VISSIM simulieren. Die Idee
kam ihnen durch ein Praktikum Firma ptvgroup an der
Verkehrsmodellierung, das Jan Dietrich kürzlich dort absovliert
hat.


Im Gespräch geht es um verschiedene Formen der Modellierung von
Verkehrsflüssen und um konkrete Umsetzung des Modells in VISSIM.
Der ersten Teil des Podcasts ist dabei der theorietischen
Ausgestaltung von Verkehrsmodellen gewidmet.


Im Wesentlichen unterschiedet man zwischen zwei Gruppen von
Verkehrsmodellen. Während die so genannten Verkehrsflussmodelle,
die die zeitliche Veränderung des Verkehrsaufkommens untersuchen,
werden Verkehrsnachfragemodelle dazu verwendet, um Aussagen über
das Verkehrsaufkommen in einem Jahr oder die Aufteilung dieser
Nachfrage auf die verschiedenen Transportmittel zu treffen.
Weiter werden diese beiden Gruppen nochmals in drei Kategorien
uterteilt; genauer in


Makroskopische Modelle,

Mesoskopische Modelle und

Mikroskopische Modelle.



Eine letzte Unterscheidungsmöglichkeit zwischen einzelnen
(Verkehrs-)Modellen ist der Zufall: Wenn jede Modellvariable in
dem Sinn "vorhersehbar", dass die quantitative Ausprägung der
einzelnen Variablen für alle betrachteten Zeiten exakt
berechenbar sind und über deren Ausprägung keine Unsicherheit
herrscht, sprich man von deterministischen Modellen. Oft ist es
jedoch so, dass man bestimmte Ereignisse oder auch Handlungen der
einzelnen Verkehrsteilnehmer nicht exakt vorhersehen kann.
Dadurch erhält man aber gewisse Unsicherheiten bei der Berechnung
zukünftiger Zustände, weil man die genaue Ausprägung der
zufälligen Größen erst ex post kennt. Man wird im Allgemeinen
also nie den exakten Zustand eines Modells mit solchen zufälligen
Einflussgrößen bestimmen können. Solche Modelle, die
Zufallsvariablen beinhalten, nennt man stochastisch.


Im zweiten Teil des Podcasts, geht es um die praktische Umsetzung
von Verkehrsmodellen mit Hilfe der Software PTV VISSIM. In VISSIM
werden zahlreiche Aspekte des Straßenverkehrs sehr realitätsnah
und graphisch ansprechend abgebildet. Neben der reinen Simulation
der Bewegung von Fahrzeugen wird dabei auch auf viele Details,
die das Verhalten der Fahrzeuge in der Realität beeinßussen,
Rücksicht genommen. Unter anderem werden verschiedene
Fahrzeugklassen und deren unterschiedliches Verhalten beim
Bremsvorgang berücksichtigt, aber auch Dinge wie
Vorfahrtsregelungen und Spurwechsel können modelliert werden. Mit
der Erweiterung PTV Viswalk kann sogar auf das Verhalten
einzelner Fußgänger Rücksicht genommen werden. Die Modellierung
der Bewegung der einzelnen Verkehrsteilnehmer in PTV Vissim
basiert dabei grundlegend auf dem Fahrzeugfolgemodell von Rainer
Wiedemann, einem s.g. mikroskopischen, stochastischen
Verkehrsfolgemodell, in welches auch psychologische Aspekte der
Verkehrsmodellierung mit einfließen.


Um auch den Zuhörern des Podcasts, einen ersten Eindruck von
VISSIM vermitteln zu können, hat Jan sich bereit erklärt, die
grundlgenden Funktionen von VISSIM in einem kurzen
Einführungsvideo vorzustellen. Weitere Modellierungsmöglichkeiten
mit VISSIM findet man z.B in der zum Podcas gehörenden
Ausarbeitung, die neben der Einführung in VISSIM auch einen
Überblick über das Verkhsmodellierung im Allgemeinen gibt.


Wie man im Einführungsvideo gut sehen kann, muss man für eine
möglichst realitätsnahe Modellierung des Straßenverkehrs einige
Parameter einstellen. Sinnvolle Kenngrößen für in die Simulation
eingehenden Daten (wie z.B. das Verkehrsaufkommen in den
einzelnen Fahrbahnen, Beschleunigung und Bremsstärke für einzelne
Fahrzeugklassen, die Schaltung der Ampeln, etc.) müssen vor der
Eingabe in Vissim zuerst aber noch ermittelt werden. Oft, wie
beispielsweise beim erwarteten Verkehrsaufkommen, erfordert dies
wiederum eigene Modelle. Einen guten Überblick über das Thema
Verkehrsplanung, insbesondere im Zusammenhang mit dem Thema der
Verkehrsnachfrage, bietet beispielsweise das Paper von Firedrich.


Literatur und weiterführende Informationen

U. Clausen, C. Geiger: Verkehrs- und Transportlogistik
VDI-Buch, 2013. ISBN 978-3-540-34299-1

M. Treiber, A. Kesting: Verkehrsdynamik Springer, 2010. ISBN
978-3-642-32459-8

Friedrich, Markus. \"Wie viele? Wohin? Womit? Was können uns
Verkehrsnachfragemodelle wirklich sagen.Tagungsbericht Heureka 11
(2011).

Fellendorf, Martin. VISSIM: Ein Instrument zur Beurteilung
verkehrsabhängiger Steuerungen. In: Tagungsband zum Kolloquium
"Verkehrsabhängige Steuerung am Knotenpunkt",
Forschungsgesellschaft für Strassen- und Verkehrswesen, Köln,
(1994)

Wiedemann, Rainer. Simulation des Verkehrsflusses.
Schriftenreihe des Instituts für Verkehrswesen, Heft 8,
Universität (TH) Karlsruhe (seit 2009 KIT - Karlsruher Institut
für Technologie), (1974)

PTV Youtube-Kanal



Podcasts

P. Vortisch, G. Thäter: Verkehrsmodellierung I, Gespräch im
Modellansatz Podcast, Folge 93, Fakultät für Mathematik,
Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2016.

U. Leyn, G. Thäter: Verkehrswesen, Gespräch im Modellansatz
Podcast, Folge 88, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut
für Technologie (KIT), 2016.

K. Nökel, G. Thäter: ÖPNV, Gespräch im Modellansatz Podcast,
Folge 91, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für
Technologie (KIT), 2016.

T. Kretz, G. Thäter: Fußgängermodelle, Gespräch im
Modellansatz Podcast, Folge 90, Fakultät für Mathematik,
Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2016.

S. Göttlich, G. Thäter: Verkehrsoptimierung, Gespräch im
Modellansatz Podcast, Folge 209, Fakultät für Mathematik,
Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2019.