Geschwindigkeitsvorgabe an Lichtsignalanlagen

Technische Aspekte und volkswirtschaftlicher Nutzen

Dissertation - vorgelegt von Andreas Richter

Kurzfassung

Der Verkehrsfluss in innerstädtischen Straßennetzwerken ist von vielen Haltevorgängen geprägt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein neuartiges System zu entwickeln, um diesen Verkehrsfluss zu verbessern und so Kraftstoff einzusparen. Dabei soll das System mit den bereits gängigen verkehrsadaptiven Verfahren zusammenwirken können und darf deshalb nicht in die Steuerung der Lichtsignalanlagen eingreifen.

Erreicht wird dieses Ziel durch eine Geschwindigkeitsvorgabe (GeVor) in den Zufahrten zu den Lichtsignalanlagen, die auf der Grundidee der Signaltrichter basiert. Dabei kann durch Vorgabe einer verringerten Geschwindigkeit ein Fahrzeug die Lichtsignalanlage erst bei Grün erreichen, statt bei Rot anhalten zu müssen. Die folgende Abbildung veranschaulicht diese Grundidee.

Auf solche Weise kann ein bedeutender Teil des Kraftstoffverbrauchs eingespart werden, der für eine Beschleunigung aus dem Stillstand notwendig wäre.

Bei diesem Vorgehen ist es von erheblichem Vorteil, eventuell auftretende Rückstaus berücksichtigen zu können. Dies gelingt durch eine Verkehrserfassung sowie die Fortschreibung der Verkehrslage mit einem internen GeVor-Flussmodell. Beides zusammen ermöglicht eine wirkungsvolle Prognose der Staulängen. Der Verkehrsfluss wird weiter durch ein zusätzliches Lookthrough-Verfahren verbessert, bei dem das Signalprogramm der übernächsten Lichtsignalanlage mit in die Berechnung der Geschwindigkeiten einbezogen wird.

Bei der Entwicklung dieses GeVor-Systems zeigte sich eine weitere Problematik bei der Umwandlung der Daten von Verkehrszählungen an Kreuzungen in die entsprechenden Verkehrsstärken zwischen den Ein- und Ausstiegspunkten eines betrachteten Straßennetzwerkes. Die Umwandlung derartiger Knoten- in Netzströme wurde mit zwei Methoden realisiert: als Lineares Programm (LP) und durch Simulation.

Mit dem GeVor-System kann erheblich Kraftstoff eingespart werden. Für einzelne Fahrzeuge sind das über 35%, im Mittel einer Zufahrt über 15%. Der Nutzen durch das GeVor-System ist im Wesentlichen abhängig von der Länge der Zufahrt, der Verkehrsstärke, den Signalprogrammen und deren Koordinierung sowie der Ausstattungsquote der Fahrzeuge mit dem System. Dabei wirken sich lange Zufahrten, hohe Verkehrsstärken, schlecht koordinierte Signalprogramme und große Ausstattungsquoten positiv auf den volkswirtschaftlichen Nutzen durch das GeVor-System aus.

Der volkswirtschaftliche Gesamtnutzen durch Anwendung des GeVor-Systems in einer Zufahrt zu einer Lichtsignalanlage setzt sich aus den Nutzen durch eine Senkung der Betriebskosten, einer Verbesserung im Unfallgeschehen sowie einer Reduzierung der Klimabelastung zusammen. Im Rahmen einer volkswirtschaftlichen Analyse konnte für den Gesamtnutzen mehrerer realer Hamburger Zufahrten mit zwei Fahrstreifen Werte von teilweise über 25 000 € pro Jahr und Zufahrt ermittelt werden.