Rückstaulängenschätzung an Lichtsignalanlagen mit Floating-Car-Daten

Kurzfassung

Verkehr und Mobilität sind ein wichtiger Teil unseres täglichen Lebens. Zugleich leiden Menschen und Umwelt jedoch an den negativen Folgen wie Luftverschmutzung und Lärm sowie an regelmäßigen Störungen im Verkehrsablauf. Speziell im Straßenverkehr sind die Probleme häufig kaum zu übersehen. Gerade deshalb kommt dem Verkehrsmanagement als integraler Bestandteil der Verkehrsplanung und -steuerung eine wachsende Bedeutung zu. Ziel ist es, durch intelligente Ansätze die negativen Auswirkungen moderner Mobilität möglichst zu vermeiden oder wenigstens auf ein Minimum zu reduzieren. Allerdings gibt es kein effizientes Verkehrsmanagement ohne eine verlässliche Verkehrsdatenerfassung, wobei gerade das innerstädtische Verkehrsmonitoring bedingt durch finanzielle und technologische Beschränkungen derzeit häufig grundlegende Defizite aufweist. Engmaschige Verkehrsnetze mit einer komplexen Verkehrsdynamik erschweren bzw. verhindern hier eine kontinuierliche, flächendeckende Verkehrslageerfassung mittels herkömmlicher, lokaler Detektion. Neuere Ansätze hingegen wie die inzwischen fest etablierte Floating-Car-Technologie (FCD) leiden meist an niedrigen Abdeckungsgraden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde daher eine neue FCD-basierte Methode entwickelt, die mit dem Ziel der Qualitätssteigerung insbesondere flexible Möglichkeiten der Datenfusion bereitstellt. In der aktuellen Version ergibt sich dadurch ein kosteneffizientes Verfahren zur Schätzung von Rückstaulängen an lichtsignalgeregelten Netzknoten. Kernidee ist es, beobachtete GPS-Positionen einzelner Fahrzeuge mit geeigneten, modellbasierten Profilen der lokalen Verkehrsdichte zu vergleichen. Dies erlaubt die Schätzung einer gewissen, virtuellen Verkehrsnachfrage, die mit Hilfe eines einfachen Verkehrsflussmodells konsistent in die jeweils gesuchte Verkehrskenngröße umgerechnet werden kann. Die vorliegende Dissertation beschreibt detailliert die Theorie des neuen Verfahrens. Darüber hinaus werden im Zuge umfangreicher Analysen mit simulierten und realen Verkehrsdaten systematisch die Potentiale des neuen Ansatzes bewertet. Insgesamt zeigt sich, dass sowohl in der Simulation als auch unter realen Bedingungen bereits bei sehr niedrigen FCD-Abdeckungsgraden vielversprechende Ergebnisse erzielt werden können. Die Schlussfolgerungen am Ende der vorliegenden Arbeit ergeben ferner, dass die grundsätzlichen Ideen des neuen Verfahrens über die Schätzung von Rückstaulängen an Lichtsignalanlagen hinaus prinzipiell auch auf nicht-signalisierte Knoten und die Ermittlung anderer, verkehrlicher Kenngrößen wie Verkehrsstärken oder Emissionen übertragbar sind. Die Spannweite möglicher Anwendungen reicht von der Lichtsignalsteuerung über Verkehrsumlegungen bis hin zum Qualitätsmanagement im Verkehr. Aufgrund einer sehr allgemeinen Datenfusionsschnittstelle ist das neue Verfahren außerdem in der Lage, nahezu beliebige (auch zukünftige) Arten von Verkehrsdaten und Detektionsmethoden zu integrieren. Insbesondere müssen existierende Erfassungssysteme nicht zwangsläufig ersetzt werden, sondern können den neuen Ansatz sogar gewinnbringend erweitern.