In einer aktuellen Untersuchung des Instituts für Verkehrsplanung und Straßenverkehr der TU Dresden für die Unfallforschung der Versicherer (UDV) wurde nachgewiesen, dass die weit verbreitete Praxis der Städte, Lichtsignalanlagen nachts abzuschalten, aus Sicherheitsgründen nicht vertretbar ist. Rechtliche Grundlagen und technische Richtlinien Die Allgemeine Verwaltungsvorschrift zur Straßenverkehrs– Ordnung (VwV-StVO) fordert, dass Lichtsignalanlagen in der Regel auch nachts in Betrieb zu halten sind. Für diesen Zeitraum wird ein besonderes Signalprogramm empfohlen, das alle Verkehrsteilnehmer nur kurz warten lässt. Ein Abschalten der Ampeln darf nur in begründeten Ausnahmen erfolgen. Die technische Richtlinie für Lichtsignalanlagen RiLSA der FGSV (Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen) weist ausdrücklich darauf hin, dass Unfalluntersuchungen gezeigt haben, dass durch das Abschalten von Lichtsignalanlagen eine deutlich erhöhte Unfallwahrscheinlichkeit besteht. Darüber hinaus wird bemerkt, dass die durch Nachtabschaltung entstehenden volkswirtschaftlichen Verluste deutlich höher liegen können als die bewertbaren Einsparungen und eventuelle Nutzen im Hinblick auf Lärmentwicklung, Schadstoffentwicklung und Fahrzeiten.

Lichtsignalanlagen (LSA / Ampeln) werden an Knotenpunkten aller Art eingesetzt, wenn dies aus Gründen des Verkehrsablaufs oder der Verkehrssicherheit erforderlich ist. Bisherige wissenschaftliche Untersuchungen zur Verkehrssicherheit bei nächtlichem Abschalten von Lichtsignalanlagen sind älteren Datums und beschäftigen sich mit Anlagen im ehemaligen Westdeutschland. Nach der Wiedervereinigung waren in Großstädten der ehemaligen DDR sehr viele Anlagen nachts ausgeschaltet, teilweise aufgrund mangelnder Flexibilität der technischen Ausstattung, teilweise auch begründet mit dem geringen Verkehrsaufkommen. In einer aktuellen Untersuchung des Instituts für Verkehrsplanung und Straßenverkehr der TU Dresden [1] für die Unfallforschung der Versicherer (UDV) wurde nachgewiesen, dass die weit verbreitete Praxis der Städte, Lichtsignalanlagen nachts abzuschalten, aus Sicherheitsgründen nicht vertretbar ist.

Die vorliegende Dissertationsschrift widmet sich zwei Zielen: Mittels Induktionsschleifen-Detektoren einerseits die Verkehrsregelung an Knotenpunkten durch die Minimierung von Fahrzeughalten zu verbessern, und andererseits eine Veränderung der Verkehrsqualität durch die Schätzung von Kfz-Wartezeiten automatisiert zu erheben. Im ersten Teil wird ein modellbasiertes Steuerverfahren entwickelt, das Grünzeiten verkehrsabhängig und lokal anpasst. Es kann sehr gut in eine übergeordnete Steuerung zur Koordinierung in Verkehrsnetzen eingebunden werden und überlässt dieser die Optimierung von Phasenfolgen, Umlauf- und Versatzzeiten. Um auch bei hohen Auslastungen Kapazitäten bestmöglich zu nutzen, priorisiert es zunächst die Leerung von Warteschlangen. Anschließend erfolgt die Anpassung der Grünzeiten zwischen einer minimalen und maximalen Dauer so, dass Fahrzeughalte minimiert werden. Dafür werden Detektoren in ausreichender Entfernung im Zufluss einer Kreuzung verwendet, um Fahrzeugankünfte an der Haltelinie für die aktuelle und die nächste Phase zu prognostizieren. Bei der sich anschließenden Bilanzierung potenzieller Fahrzeughalte und der Wahl des günstigsten Umschaltzeitpunktes kann auf zusätzliche Modellannahmen verzichtet werden. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass bei einer Minimierung der Fahrzeughalte gleichzeitig eine Reduktion von Wartezeiten möglich ist. Im zweiten Teil werden Kfz-Wartezeiten auf Basis der meist bereits vorhandenen Induktionsschleifen-Detektoren im Zufluss und im Abfluss einer Kreuzung geschätzt. Dafür werden die Zeitpunkte der Fahrzeugüberfahrten an einem Zufluss- und einem Abflussquerschnitt getrennt gemessen werden. Aus ihnen wird jeweils ein mittlerer Überfahrzeitpunkt ermittelt und nach Berücksichtigung der freien Fahrzeit eine mittlere Wartezeit geschätzt. Messintervalle an beiden Querschnitten, die um die mittlere freie Fahrzeit versetzt sind, sowie eine unbedingte Warteschlangenleerung am Ende einer Messung sollen sicherstellen, dass potenziell dieselben Fahrzeuge erfasst werden. Auf eine Fahrzeugwiedererkennung und damit auf eine Ausrüstung mit zusätzlicher Technik kann dadurch verzichtet werden. Damit sich das Verfahren für den Praxiseinsatz eignet, muss es möglichst robust gegenüber zufälligen Detektorfehlern sein. Dafür wird ein Fehlermodell entwickelt und mögliche Abweichungen gegenüber einer korrekten Messung untersucht. Aufgrund der unabhängigen Berechnung von mittleren Überfahrzeiten aus der getrennten Messung im Zufluss und im Abfluss zeigt sich, dass zufällige Fehler nicht zu systematischen Abweichungen in der Wartezeitschätzung führen.

Die Mobilität von Personen und Gütern, insbesondere in Städten, ist der Motor einer Volkswirtschaft. Dieser Motor kommt jedoch ins Stottern, wenn Staubildung im Stadtstraßennetzwerk einsetzt. Eine unvermeidbare Ursache von Staubildung stellen Verkehrsstörfälle dar, die schlimmstenfalls zu Gridlocks führen können. In der Folge werden hohe Kosten für Verkehr, Wirtschaft und Umwelt verursacht. Mit welchen Gegenmaßnahmen kann die Staubildung im Netzwerk effektiv bewältigt werden? Wie können entsprechende Gegenmaßnahmen realistisch noch vor einem praktischen Einsatz bewertet werden? Ausgehend von diesen Fragestellungen, widmet sich diese Dissertation der Entwicklung eines ereignisorientierten Routenwahlmodells für den Stadtstraßenverkehr und eines selbstorganisierten Störfallmanagements als Gegenmaßnahme zur Reduzierung negativer Auswirkungen der Staubildung. Zur Modellierung des Routenwahlverhaltens in ereignisreichen Stadtstraßennetzen wird das ereignisorientierte Routenwahlmodell entwickelt. Der Ausgangspunkt des Modells ist die diskrete Wahltheorie. Entscheidungsprozesse einzelner Autofahrer werden vor und während der Fahrt direkt simuliert. Der Entscheidungsprozess ist dabei maßgeblich von Beobachtungen lokaler Verkehrsbedingungen geprägt. Somit wird nachgebildet, dass Autofahrer flexibel auf unvorhergesehene Ereignisse durch Routenwechsel reagieren können. Auf diese Weise ist eine realistische Simulation des Routenwahlverhaltens von Autofahrern in der Stadt möglich. Das ereignisorientierte Routenwahlmodell ist zudem generisch formuliert. Es lässt sich zur Bewertung von Gegenmaßnahmen für störfallbedingte Staubildung einsetzen und bedient darüber hinaus ein breites Anwendungsspektrum. Der zweite Beitrag dieser Dissertation ist ein selbstorganisiertes Konzept für ein Störfallmanagement in Stadtstraßennetzen als Gegenmaßnahme zur Staubildung. Es vereint zwei lokal wirkende Prinzipien, deren Ausgangspunkte die Lichtsignalanlagen im Stadtnetzwerk sind. Mit verlängerten Rotzeiten werden Fahrzeuge an einer Kreuzung an der Einfahrt in einen Straßenabschnitt gehindert, wenn ein vorgesehener Rückstaubereich ausgeschöpft ist, da andernfalls Blockaden auf den Kreuzungen entstehen. Gleichzeitig werden noch freie Richtungen an der Kreuzung durch verlängerte Grünzeiten attraktiver gestaltet, um Autofahrer zum Umfahren der Staubildung zu motivieren. Die Anwendung der lokalen Wirkungsprinzipien stellt sich vollständig selbstorganisiert, d.h. ohne Vorgabe eines Planers, mit dem Ausmaß der Staubildung im Netzwerk ein. Simulationsstudien in zwei unterschiedlich komplexen Netzwerken haben die Machbarkeit des selbstorganisierten Störfallmanagements nachgewiesen. Gegenüber einem gewöhnlichen Netzwerk konnte für alle untersuchten Störfälle die Akkumulation zusätzlicher Fahrzeuge im Netzwerk während des Störfalls signifikant reduziert werden. / The mobility of people and goods, especially in urban areas, is of significant importance for national economies. However, recurrent congestion in urban road networks, caused by increased traffic demand, considerably restrains mobility on a daily basis. Another significant source of congestion are traffic incidents which even might lead to gridlock situations. Congestion raises high costs for traffic, economy and environment. Which countermeasures should be applied for an effective management of urban congestion? How can appropriate countermeasures be realistically evaluated? Based on these questions, this thesis is devoted to the development of an event-oriented route choice model for urban road traffic and a self-organized incident management strategy as an effective countermeasure for urban congestion. The first contribution of this thesis is an event-oriented route choice model for urban road networks. It is based on discrete choice theory and models decision-making processes of individual motorists before and during their journey. A key aspect of the proposed model is the motorist's ability to observe local traffic conditions. These observations are then included in the decision process. In this way, it can be modeled that motorists respond to unforeseen events by route revisions. This allows a realistic simulation of the route choice behavior of motorists in naturally eventful urban road networks. Furthermore, the event-oriented route choice model is flexibly formulated. It can be used for the evaluation of countermeasures for incident-related congestion and, moreover, allows a wide range of applications. The second contribution of this thesis is a self-organized concept of an incident management strategy in urban road networks as a countermeasure for urban congestion. It combines two locally acting principles on the basis of traffic lights in an urban road network. The inflow of vehicles into a road segment is regulated with restricted or skipped green times as soon as an allocated queuing capacity is depleted. Otherwise, blockages would result on the intersection. At the same time, yet free alternative directions are served with regular or even extended green times and, thus, might become more attractive to the driver than the original congested direction. The application of these local principles is realized in a completely self-organized manner, thereby scaling directly with the extent of congestion in the urban road network. Simulation studies in two networks with different complexity have proven the feasibility of the self-organized incident management. Compared to an ordinary network, the extents of additional vehicles due to investigated incidents were significantly reduced.

In der vorliegenden Arbeit wurden Verfahren entwickelt und getestet, um Prioritätsstufen für öffentliche Verkehrsmittel zur fahrtkonkreten Beeinflussung von Lichtsignalanlagen zu ermitteln und darüber hinaus Anschlüsse im öffentlichen Personennahverkehr zu sichern. Die Testergebnisse zeigen, dass die Ziele, eine höhere Pünktlichkeit und eine höhere Anschlusssicherheit, sehr gut erreicht werden.

Die vorliegende Dissertationsschrift widmet sich zwei Zielen: Mittels Induktionsschleifen-Detektoren einerseits die Verkehrsregelung an Knotenpunkten durch die Minimierung von Fahrzeughalten zu verbessern, und andererseits eine Veränderung der Verkehrsqualität durch die Schätzung von Kfz-Wartezeiten automatisiert zu erheben. Im ersten Teil wird ein modellbasiertes Steuerverfahren entwickelt, das Grünzeiten verkehrsabhängig und lokal anpasst. Es kann sehr gut in eine übergeordnete Steuerung zur Koordinierung in Verkehrsnetzen eingebunden werden und überlässt dieser die Optimierung von Phasenfolgen, Umlauf- und Versatzzeiten. Um auch bei hohen Auslastungen Kapazitäten bestmöglich zu nutzen, priorisiert es zunächst die Leerung von Warteschlangen. Anschließend erfolgt die Anpassung der Grünzeiten zwischen einer minimalen und maximalen Dauer so, dass Fahrzeughalte minimiert werden. Dafür werden Detektoren in ausreichender Entfernung im Zufluss einer Kreuzung verwendet, um Fahrzeugankünfte an der Haltelinie für die aktuelle und die nächste Phase zu prognostizieren. Bei der sich anschließenden Bilanzierung potenzieller Fahrzeughalte und der Wahl des günstigsten Umschaltzeitpunktes kann auf zusätzliche Modellannahmen verzichtet werden. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass bei einer Minimierung der Fahrzeughalte gleichzeitig eine Reduktion von Wartezeiten möglich ist. Im zweiten Teil werden Kfz-Wartezeiten auf Basis der meist bereits vorhandenen Induktionsschleifen-Detektoren im Zufluss und im Abfluss einer Kreuzung geschätzt. Dafür werden die Zeitpunkte der Fahrzeugüberfahrten an einem Zufluss- und einem Abflussquerschnitt getrennt gemessen werden. Aus ihnen wird jeweils ein mittlerer Überfahrzeitpunkt ermittelt und nach Berücksichtigung der freien Fahrzeit eine mittlere Wartezeit geschätzt. Messintervalle an beiden Querschnitten, die um die mittlere freie Fahrzeit versetzt sind, sowie eine unbedingte Warteschlangenleerung am Ende einer Messung sollen sicherstellen, dass potenziell dieselben Fahrzeuge erfasst werden. Auf eine Fahrzeugwiedererkennung und damit auf eine Ausrüstung mit zusätzlicher Technik kann dadurch verzichtet werden. Damit sich das Verfahren für den Praxiseinsatz eignet, muss es möglichst robust gegenüber zufälligen Detektorfehlern sein. Dafür wird ein Fehlermodell entwickelt und mögliche Abweichungen gegenüber einer korrekten Messung untersucht. Aufgrund der unabhängigen Berechnung von mittleren Überfahrzeiten aus der getrennten Messung im Zufluss und im Abfluss zeigt sich, dass zufällige Fehler nicht zu systematischen Abweichungen in der Wartezeitschätzung führen.

In der vorliegenden Arbeit wurden Verfahren entwickelt und getestet, um Prioritätsstufen für öffentliche Verkehrsmittel zur fahrtkonkreten Beeinflussung von Lichtsignalanlagen zu ermitteln und darüber hinaus Anschlüsse im öffentlichen Personennahverkehr zu sichern. Die Testergebnisse zeigen, dass die Ziele, eine höhere Pünktlichkeit und eine höhere Anschlusssicherheit, sehr gut erreicht werden.

Der vierte Band der Schriftenreihe Verkehrstelematik stellt die intermodalen Forschungsthemen und ihre praktischen Anwendungen der Professur für Verkehrsleitsysteme und -prozessautomatisierung an der Fakultät Verkehrswissenschaften „Friedrich List“ der Technischen Universität Dresden mit ausgewählten Veröffentlichungen des Jahres 2013 vor. Die Schwerpunkte der Forschungsarbeit liegen einerseits im Bereich der energieoptimalen Steuerung im Schienenverkehr und zugehörigen Fahrerassistenzsystemen, andererseits auf dem Verkehrsmanagement des Straßenverkehrs. Die energieoptimale Steuerung im Schienenverkehr wird mittels Fahrerassistenzsystemen nicht nur im Eisenbahnverkehr, beispielsweise auf den Zügen des Harz-Elbe-Express, sondern auch auf Straßenbahn- und U-Bahn-Fahrzeugen umgesetzt. Darüber hinaus werden die Methoden und Verfahren der energieoptimalen Steuerung im Rahmen von Ansätzen für ein modularisiertes Verkehrsmanagement bei Eisenbahnen verwendet. Das Verkehrsmanagementsystem der Stadt Dresden VAMOS bildet die Basis für den zweiten Forschungsschwerpunkt. Hierbei werden im vorliegenden Band einerseits Möglichkeiten untersucht, den Straßenverkehr mikroskopisch zu simulieren und dabei die Verkehrszustandsdaten des VAMOS einfließen zu lassen. Andererseits wird der Frage nachgegangen, in wie weit man anhand der im System vorhandenen Floating-Car-Daten Straßensperrungen sicher identifizieren kann. Zu beiden Forschungsschwerpunkten sind fünf weitere Artikel im Rahmen der vom Lehrstuhl organisierten internationalen Konferenz „3rd Models and Technologies for Intelligent Transportation Systems (3. MT-ITS)“ entstanden. Diese Beiträge sind im Konferenzband als dritter Band der vorliegenden Schriftenreihe Verkehrstelematik bereits erschienen.

In AP 1.4 wurde ein Verfahren zur Schaltzeitprognose verkehrsabhängiger Lichtsignalanlagen entwickelt, welches auf eine Vielzahl weiterer Lichtsignalanlagen anwendbar ist. Weiterhin wurden (AP.1.4.5) im Bereich der spurgenauen Ortung, die auf Basis von GPS ermittelten Positionen durch Fusion mit anderen Sensordaten, wie der axialen Beschleunigungen und den Drehraten um die Fahrzeughochachse sowie der Einbeziehung einer digitalen Karte (Digital Enhanced Map), diese hinsichtlich einer Spurdetektion weiterhin verbessert. Im Bereich der Datenübertragung (LSA-Fzg.) konnte die erste Teilstrecke von der Verkehrsmanagementzentrale zum Serviceprovider im Labor untersucht werden. In AP 2.1 wurde eine auf der optimalen Steuerung basierte Methode zum Energiemanagement von seriellen Hybriden entwickelt. Die optimale Ansteuerung von Motor-Start-Stopp, Gangwahl und Momentenaufteilung wird modellprädiktiv unter Beachtung des Kraftstoffverbrauchs und der Schademissionen berechnet. Nach Anpassung auf praktische Randbedingungen, lässt sich diese Methode in zukünftigen Hybridfahrzeugen als optimales Energiemanagement nutzen. Die in AP 3.1 entwickelte Softwareumgebung zur gekoppelten Fahrzeug und Verkehrssimulation wurde an Beispielszenarien getestet. Für ein Modell der Versuchsstrecke wurde umfangreiche Analysen des Ampelassistenzfunktion in komplexen Verkehrsszenarien durchgeführt. Für eine Variation verschiedener Parameter, wie Wirkreichweite, Verkehrsstärke, usw. konnten Aussagen über das Potential getroffen werden. In Zusammenarbeit mit AP 3.3 wurde ein Ampelassistenzsystem und die Ansteuerung des Active-Force-Feedback Pedals im Demonstrator implementiert. In AP 3.3 wurde ein Konzept zur Darstellung von LSA-Daten im Fahrzeug erarbeitet. Dieses wurde in einem Versuchsträger umgesetzt. Dazu wurde der Versuchsträger hardwareseitig ertüchtigt, und für die Untersuchung verschiedener Varianten der Darstellung eingesetzt.

In AP 1.4 wurde ein Verfahren zur Schaltzeitprognose verkehrsabhängiger Lichtsignalanlagen entwickelt, welches auf eine Vielzahl weiterer Lichtsignalanlagen anwendbar ist. Weiterhin wurden (AP.1.4.5) im Bereich der spurgenauen Ortung, die auf Basis von GPS ermittelten Positionen durch Fusion mit anderen Sensordaten, wie der axialen Beschleunigungen und den Drehraten um die Fahrzeughochachse sowie der Einbeziehung einer digitalen Karte (Digital Enhanced Map), diese hinsichtlich einer Spurdetektion weiterhin verbessert. Im Bereich der Datenübertragung (LSA-Fzg.) konnte die erste Teilstrecke von der Verkehrsmanagementzentrale zum Serviceprovider im Labor untersucht werden. In AP 2.1 wurde eine auf der optimalen Steuerung basierte Methode zum Energiemanagement von seriellen Hybriden entwickelt. Die optimale Ansteuerung von Motor-Start-Stopp, Gangwahl und Momentenaufteilung wird modellprädiktiv unter Beachtung des Kraftstoffverbrauchs und der Schademissionen berechnet. Nach Anpassung auf praktische Randbedingungen, lässt sich diese Methode in zukünftigen Hybridfahrzeugen als optimales Energiemanagement nutzen. Die in AP 3.1 entwickelte Softwareumgebung zur gekoppelten Fahrzeug und Verkehrssimulation wurde an Beispielszenarien getestet. Für ein Modell der Versuchsstrecke wurde umfangreiche Analysen des Ampelassistenzfunktion in komplexen Verkehrsszenarien durchgeführt. Für eine Variation verschiedener Parameter, wie Wirkreichweite, Verkehrsstärke, usw. konnten Aussagen über das Potential getroffen werden. In Zusammenarbeit mit AP 3.3 wurde ein Ampelassistenzsystem und die Ansteuerung des Active-Force-Feedback Pedals im Demonstrator implementiert. In AP 3.3 wurde ein Konzept zur Darstellung von LSA-Daten im Fahrzeug erarbeitet. Dieses wurde in einem Versuchsträger umgesetzt. Dazu wurde der Versuchsträger hardwareseitig ertüchtigt, und für die Untersuchung verschiedener Varianten der Darstellung eingesetzt.:I. Versionsübersicht 4 II. Kurze Darstellung 5 1. Aufgabenstellung 5 2. Voraussetzungen 6 3. Planung und Ablauf des Vorhabens 7 4. Wissenschaftlicher und technischer Stand 8 5. Bekannte Konstruktionen, Verfahren und Schutzrechte 9 6. verwendete Fachliteratur und Informations- und Dokumentationsdienste 9 7. Zusammenarbeit mit anderen Stellen 10 III. Eingehende Darstellung 11 1. Arbeitsinhalte und erzielte Ergebnisse 11 AP 1.4: Datenmanagement 11 AP 2.1: Range-Extender-Betriebsstrategien 40 AP 3.1: Fahrstrategie 63 AP 3.3: Mensch-Maschine-Interface 73 2. Nutzen der Ergebnisse 81 3. Fortschritt bei anderen Stellen 82 4. Veröffentlichungen und studentische Arbeiten 83 Vorträge 83 Publikationen 83 Studentische Arbeiten 84 IV. Literaturverzeichnis 86