Von Fahrzeugen des Öffentlichen Verkehrs sind deren Positionen bekannt, wenn sie informationstechnisch in ein Betriebsleitsystem eingebunden sind. Über die auf dem Streckenband zwischen Meldepunkten zurückgelegte Wegstecke und die jeweils dafür benötigte Zeit kann auf die mittlere Geschwindigkeit geschlossen werden. Aus dieser wiederum kann eine Verkehrslageaussage abgeleitet werden. In wie weit diese für den Gesamtverkehrsstrom gültig, belastbar und richtlinienkonform ist, welche Randbedingungen für eine Auswertung einzuhalten sind, welche Verfahren sich zur Aufbereitung anbieten und welche Nutzungsszenarien unterstützt werden, wird aufgezeigt.

Le modèle standard de la physique des particules a été développé dans les années 1970. Malgré de grands succès expérimentaux, il présente des problèmes qui ne peuvent être résolus qu'avec des extensions du modèle. La supersymétrie est un candidat particulièrement intéressant, qui postule simplement une symétrie supplémentaire entre bosons et fermions. En plus d'apporter des réponses dans le domaine de la physique des particules, la supersymétrie trouve des applications intéressantes en cosmologie. Elle contient des candidats possibles à la matière noire, qui représente 25\% de la densité d'énergie de l'Univers et dont la nature est inconnue. Un autre problème cosmologique intéressant est celui des problèmes du lithium dans le cadre de la nucléosynthèse primordiale décrivant la production des éléments légers dans les premières secondes de l'Univers après le Big Bang. Les abondances de lithium prévues par la théorie sont incompatibles avec les observations. J'étudie ici un scénario où une particule supersymétrique, le gravitino, est un candidat à la matière noire et la production de cette particule par désintégration d'autres particules supersymétriques permet de résoudre les problèmes du lithium.

In der vorliegenden Arbeit wird die ökonomische Funktionsweise der so genannten City-Maut dargestellt, über praktische Erfahrungen mit City-Mautsystemen berichtet und schließlich am Beispiel Hamburg überprüft, ob diese auf andere Städte übertragbar sind. Grundsätzlich erzeugt Straßenverkehr externe Kosten, die unter Infrastruktur, Umwelt- und Staukosten (Opportunitätskosten) zusammengefasst werden können. Ebenso ist auch die Erhebung eines Preises für die Straßenbenutzung grundsätzlich möglich. Die City-Maut lässt sich als Pigou’sche Internalisierungssteuer definieren, mit der die Nachfrage nach Verkehrsleistung auf das ökonomische Optimum gesenkt werden kann. Hierbei entsteht ein Wohlfahrtsgewinn. Da der externe Effekt „Stau“ jedoch von den Fahrern sowohl verursacht als auch erlitten wird, fällt der Wohlfahrtsgewinn in Form von Mauteinnahmen vor allem beim Staat an, der diese Einnahmen dann über ein geeignetes Transferpaket an die Zahler zurückgeben muss, um bei ihnen Akzeptanz für die Maßnahme zu erzeugen. Eine Ausnahme bildet der „Verkehrsinfarkt“ (Hypercongestion), bei dem durch Mauterhebung die Fahrtkosten aufgrund von gewonnenen Zeitvorteilen gesenkt werden. Festzuhalten ist, dass der Pigou-Ansatz ein rein theoretisches Konstrukt ist, mit dem sich in der Realität jedoch ein Referenzpunkt erklären lässt. Bei der praktischen Umsetzung von City-Mautsystemen sind verschiedene Gebührenregime denkbar. Nach der Bestimmung des Erhebungsortes sollte zur Erhöhung der allokativen Effizienz eine passende Preisdifferenzierung vorgenommen werden. Ausnahmen sind zu vermeiden. Die Ermittlung der konkreten Mauthöhe wird in dieser Arbeit mithilfe eines beispielhaften, einfachen mathematischen Ansatzes beschrieben. In technischer Hinsicht kann heute die Zahlung mithilfe einer automatischen Fahrzeuge- bzw. Kennzeichenerfassung (z. B. durch Mikrowellen- oder Kamerasysteme) erfolgen. Durch Verkehrsmodelle können verkehrliche Reaktionen auf Preisveränderungen durch eine Maut und das Erreichen neuer Nash-Gleichgewichte im Straßennetz abgebildet werden. Raumstrukturelle Wirkungen lassen sich z. B. mit dem Launhardt’schen Trichter erklären. Die Forschung ist sich über die Siedlungswirkung von City-Mautsystemen uneinig. Cost-Benefit-Analysen und Umverteilungspakete sind wichtige Elemente bei der Einführung einer City-Maut. Ist die volkswirtschaftliche Rendite des Gesamtpakets aus Zeitersparnissen und Transferleistungen positiv, muss die Maßnahme darüber hinaus noch politisch durchgesetzt werden. Das Machtkalkül des rationalen Politikers hängt dabei ausschließlich davon ab, ob die Durchführung der Maßnahme ausreichend akzeptiert wird, so dass er im Amt bleibt. Verschiedene Faktoren, wie Effektivität und Effizienz der Maut, individuelle Ansprüche, Gerechtigkeitsempfinden usw. sind hierbei zu beachten. In London wurde die „Congestion Charge“ nach langer Diskussion schließlich im Jahr 2003 als Mittel zur Bekämpfung der erheblichen Verkehrsprobleme im Zentrum der Stadt eingeführt. Eine Cost-Benefit-Analyse der Wirkungen ergab einen Rückgang des Verkehrs in der bemauteten Zone um 20%. Die Betriebskosten des Mautsystems betragen etwa die Hälfte der Einnahmen, was von Kritikern bemängelt wird. Während die Akzeptanz der Maut im Handel nicht eindeutig zugunsten der Maut ausfällt, ist sie bei der Bevölkerung insgesamt im Zeitablauf gestiegen. In Stockholm wurde der „Trängselskatt“ Anfang 2006 in einem Großversuch getestet und Mitte 2007 dauerhaft eingeführt. Wie in London gab es auch hier erhebliche Verkehrsprobleme im Stadtzentrum, welche mit einer Ringmaut gelöst werden sollten. Nach Einführung der Maut ging der Verkehr im Zentrum um 22% zurück. Die Akzeptanz der Bevölkerung Stockholms steigerte sich seit der Einführung von mehrheitlicher Ablehnung auf mehrheitliche Zustimmung. Bewohner von Randgebieten sowie die Wirtschaft lehnen die Maut jedoch ab. Mautsysteme können nicht einfach auf andere Städte übertragen werden, es gibt jedoch übertragbare Erfolgsfaktoren. Neben verschiedenen Ausgestaltungsmerkmalen, wie Zweckbindung der Einnahmen und Aufklärung der Bevölkerung, gehört hierzu vor allem eine prekäre Ausgangssituation mit spürbaren Verkehrsbelastungen in klar definierten Bereichen. In Hamburg wird seit Anfang der 90er Jahre die politische Diskussion über eine Nahverkehrsabgabe geführt. Die theoretischen und empirischen Erkenntnisse aus London und Stockholm wurden in dieser Arbeit auf ein Hamburger Modell übertragen und mit Verkehrsdaten, bereitgestellt durch die Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt, in Verbindung gebracht. Die Probleme der Stadt erscheinen im Vergleich zu den anderen Städten als gering. Eine Analyse der Pendlerbewegungen zeigt, dass die größte Belastung auf den Ring- und Einfallstraßen, nicht jedoch im Zentrum anfällt. Abschließend werden in dieser Arbeit Ausgestaltungsansätze für ein Hamburger City-Mautmodell gezeichnet. Eine Prüfung der rechtlichen Situation zeigt, dass das Grundgesetz bereits einen Eintrag über die Erhebung von Straßenbenutzungsgebühren beinhaltet. Für Hamburg müsste eine Gesetzesgrundlage konkretisiert werden. Im Folgenden werden mehrere mögliche Erhebungsbereiche dargestellt. Hierbei zeigt sich, dass der größte Internalisierungseffekt im Gebiet zwischen Ring 3 und Ring 2 zu erzielen wäre. Eine räumliche Differenzierung scheint geboten, da die Belastungen nicht gleichmäßig in der Fläche auftreten. In Bezug auf Technik und weitere Preisdifferenzierungen werden keine Besonderheiten für Hamburg festgestellt, die die Übertragbarkeit der theoretischen Erkenntnisse verhindern würden. Ohne umfangreiche individuelle Datenerhebung kann daher keine endgültige Aussage darüber getroffen werden kann, ob eine City-Maut in Hamburg sinnvoll wäre oder nicht.

In der vorliegenden Arbeit wird die ökonomische Funktionsweise der so genannten City-Maut dargestellt, über praktische Erfahrungen mit City-Mautsystemen berichtet und schließlich am Beispiel Hamburg überprüft, ob diese auf andere Städte übertragbar sind. Grundsätzlich erzeugt Straßenverkehr externe Kosten, die unter Infrastruktur, Umwelt- und Staukosten (Opportunitätskosten) zusammengefasst werden können. Ebenso ist auch die Erhebung eines Preises für die Straßenbenutzung grundsätzlich möglich. Die City-Maut lässt sich als Pigou’sche Internalisierungssteuer definieren, mit der die Nachfrage nach Verkehrsleistung auf das ökonomische Optimum gesenkt werden kann. Hierbei entsteht ein Wohlfahrtsgewinn. Da der externe Effekt „Stau“ jedoch von den Fahrern sowohl verursacht als auch erlitten wird, fällt der Wohlfahrtsgewinn in Form von Mauteinnahmen vor allem beim Staat an, der diese Einnahmen dann über ein geeignetes Transferpaket an die Zahler zurückgeben muss, um bei ihnen Akzeptanz für die Maßnahme zu erzeugen. Eine Ausnahme bildet der „Verkehrsinfarkt“ (Hypercongestion), bei dem durch Mauterhebung die Fahrtkosten aufgrund von gewonnenen Zeitvorteilen gesenkt werden. Festzuhalten ist, dass der Pigou-Ansatz ein rein theoretisches Konstrukt ist, mit dem sich in der Realität jedoch ein Referenzpunkt erklären lässt. Bei der praktischen Umsetzung von City-Mautsystemen sind verschiedene Gebührenregime denkbar. Nach der Bestimmung des Erhebungsortes sollte zur Erhöhung der allokativen Effizienz eine passende Preisdifferenzierung vorgenommen werden. Ausnahmen sind zu vermeiden. Die Ermittlung der konkreten Mauthöhe wird in dieser Arbeit mithilfe eines beispielhaften, einfachen mathematischen Ansatzes beschrieben. In technischer Hinsicht kann heute die Zahlung mithilfe einer automatischen Fahrzeuge- bzw. Kennzeichenerfassung (z. B. durch Mikrowellen- oder Kamerasysteme) erfolgen. Durch Verkehrsmodelle können verkehrliche Reaktionen auf Preisveränderungen durch eine Maut und das Erreichen neuer Nash-Gleichgewichte im Straßennetz abgebildet werden. Raumstrukturelle Wirkungen lassen sich z. B. mit dem Launhardt’schen Trichter erklären. Die Forschung ist sich über die Siedlungswirkung von City-Mautsystemen uneinig. Cost-Benefit-Analysen und Umverteilungspakete sind wichtige Elemente bei der Einführung einer City-Maut. Ist die volkswirtschaftliche Rendite des Gesamtpakets aus Zeitersparnissen und Transferleistungen positiv, muss die Maßnahme darüber hinaus noch politisch durchgesetzt werden. Das Machtkalkül des rationalen Politikers hängt dabei ausschließlich davon ab, ob die Durchführung der Maßnahme ausreichend akzeptiert wird, so dass er im Amt bleibt. Verschiedene Faktoren, wie Effektivität und Effizienz der Maut, individuelle Ansprüche, Gerechtigkeitsempfinden usw. sind hierbei zu beachten. In London wurde die „Congestion Charge“ nach langer Diskussion schließlich im Jahr 2003 als Mittel zur Bekämpfung der erheblichen Verkehrsprobleme im Zentrum der Stadt eingeführt. Eine Cost-Benefit-Analyse der Wirkungen ergab einen Rückgang des Verkehrs in der bemauteten Zone um 20%. Die Betriebskosten des Mautsystems betragen etwa die Hälfte der Einnahmen, was von Kritikern bemängelt wird. Während die Akzeptanz der Maut im Handel nicht eindeutig zugunsten der Maut ausfällt, ist sie bei der Bevölkerung insgesamt im Zeitablauf gestiegen. In Stockholm wurde der „Trängselskatt“ Anfang 2006 in einem Großversuch getestet und Mitte 2007 dauerhaft eingeführt. Wie in London gab es auch hier erhebliche Verkehrsprobleme im Stadtzentrum, welche mit einer Ringmaut gelöst werden sollten. Nach Einführung der Maut ging der Verkehr im Zentrum um 22% zurück. Die Akzeptanz der Bevölkerung Stockholms steigerte sich seit der Einführung von mehrheitlicher Ablehnung auf mehrheitliche Zustimmung. Bewohner von Randgebieten sowie die Wirtschaft lehnen die Maut jedoch ab. Mautsysteme können nicht einfach auf andere Städte übertragen werden, es gibt jedoch übertragbare Erfolgsfaktoren. Neben verschiedenen Ausgestaltungsmerkmalen, wie Zweckbindung der Einnahmen und Aufklärung der Bevölkerung, gehört hierzu vor allem eine prekäre Ausgangssituation mit spürbaren Verkehrsbelastungen in klar definierten Bereichen. In Hamburg wird seit Anfang der 90er Jahre die politische Diskussion über eine Nahverkehrsabgabe geführt. Die theoretischen und empirischen Erkenntnisse aus London und Stockholm wurden in dieser Arbeit auf ein Hamburger Modell übertragen und mit Verkehrsdaten, bereitgestellt durch die Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt, in Verbindung gebracht. Die Probleme der Stadt erscheinen im Vergleich zu den anderen Städten als gering. Eine Analyse der Pendlerbewegungen zeigt, dass die größte Belastung auf den Ring- und Einfallstraßen, nicht jedoch im Zentrum anfällt. Abschließend werden in dieser Arbeit Ausgestaltungsansätze für ein Hamburger City-Mautmodell gezeichnet. Eine Prüfung der rechtlichen Situation zeigt, dass das Grundgesetz bereits einen Eintrag über die Erhebung von Straßenbenutzungsgebühren beinhaltet. Für Hamburg müsste eine Gesetzesgrundlage konkretisiert werden. Im Folgenden werden mehrere mögliche Erhebungsbereiche dargestellt. Hierbei zeigt sich, dass der größte Internalisierungseffekt im Gebiet zwischen Ring 3 und Ring 2 zu erzielen wäre. Eine räumliche Differenzierung scheint geboten, da die Belastungen nicht gleichmäßig in der Fläche auftreten. In Bezug auf Technik und weitere Preisdifferenzierungen werden keine Besonderheiten für Hamburg festgestellt, die die Übertragbarkeit der theoretischen Erkenntnisse verhindern würden. Ohne umfangreiche individuelle Datenerhebung kann daher keine endgültige Aussage darüber getroffen werden kann, ob eine City-Maut in Hamburg sinnvoll wäre oder nicht.:Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 2 Einführung einer City-Maut 2.1 Ausgangsproblematik 2.1.1 Externe Effekte des Straßenverkehrs 2.1.2 Charakterisierung des Gutes \"Straßen\" 2.1.3 Formulierung eines Zielsystems 2.2 Die City-Maut in der ökonomischen Theorie 2.2.1 City-Maut als Pigou\''sche Internalisierungssteuer 2.2.2 Wohlfahrtsanalyse der Pigou-Maut 2.2.3 Kritik am Pigou-Ansatz und Bedeutung für die Praxis 2.2.4 Alternativen zur City-Maut 2.3 Umsetzung eines City-Mautsystems in die Praxis 2.3.1 Festlegung eines Gebührenregimes 2.3.2 Technische Umsetzung einer Citymaut 2.3.3 City-Mautsimulationen 2.3.4 Raumstrukturelle Auswirkungen 2.3.5 Cost-Benefit-Analyse 2.3.6 Akzeptanz und politische Durchsetzung 2.4 Ergebnisse und Übertragbarkeit der theoretischen Betrachtung 3 Analyse ausgewählter Systeme in Europa 3.1 London 3.1.1 Problemstellung 3.1.2 Die Diskussion über eine Londoner City-Maut 3.1.3 Umsetzung der Congestion Charge 3.1.4 Wirkungen 3.1.5 Fazit und Ausblick 3.2 Stockholm 3.2.1 Problemstellung 3.2.2 Die Diskussion über eine Stockholmer City-Maut 3.2.3 Umsetzung der Trängselskatt 3.2.4 Wirkungen 3.2.5 Fazit und Ausblick 3.3 Übertragbarkeit der empirischen Betrachtung 4 Übertragbarkeit der Ergebnisse auf Hamburg 4.1 Problemidentifizierung und Zielsystem 4.1.1 Problemkatalog 4.1.2 Zielformulierung 4.2 Grundlagen für ein City-Mautmodell für Hamburg 4.2.1 Fakten über den Verkehr in Hamburg 4.2.2 Ausgestaltungsansätze 4.3 Bewertung des Modells 5 Schlussfolgerungen Quellenverzeichnis

Die Dissertationsschrift widmet sich einer systemtheoretischen Untersuchung zur verkehrsabhängigen Steuerung von Lichtsignalanlagen in Straßennetzwerken. Aus einem mathematischen Modell für den Verkehrsablauf auf Knotenzufahrten wird ein Verfahren abgeleitet, mit dem sich Umschaltzeitpunkte und Phasenwechsel flexibel an das tatsächliche Verkehrsgeschehen anpassen lassen. Der Ansatzpunkt ist, die einzelnen Knotenpunkte des Netzwerks lokal zu optimieren. Eine "Grüne Welle" soll sich von selbst einstellen, und zwar genau dann, wenn dadurch lokal Wartezeiten eingespart werden. Indem die lokale Optimierung in ein lokales Stabilisierungsverfahren eingebettet wird, können Instabilitäten aufgrund netzwerkweiter Rückkopplungen ausgeschlossen werden. Das vorgestellte Verfahren setzt sich aus drei Teilen zusammen: (i) einem lokalen Prognoseverfahren zur Bewertung von Schaltzuständen und Phasenübergängen bezüglich zukünftig entstehender Wartezeiten, (ii) einem lokalen Optimierungsverfahren, das jeder Phase einen dynamischen Prioritätsindex zuweist und die Phase mit höchster Priorität zur Bedienung auswählt und (iii) einem lokalen Stabilisierungsverfahren, das zum Einhalten einer mittleren und einer maximalen Bedienperiode korrigierend in die lokale Optimierung eingreift. Indem die Knotenpunkte ausschließlich über die Verkehrsströme gekoppelt sind, ergeben sich die Umschaltzeitpunkte unmittelbar aus den Ankunftszeitpunkten der Fahrzeuge selbst. Die Phasenwechsel stellen sich somit von selbst bedarfsgerecht ein. Simulationsergebnisse machen deutlich, dass sich aufgrund der höheren Flexibilität sowohl die Wartezeiten als auch der Kraftstoffverbrauch senken lassen.

Von Fahrzeugen des Öffentlichen Verkehrs sind deren Positionen bekannt, wenn sie informationstechnisch in ein Betriebsleitsystem eingebunden sind. Über die auf dem Streckenband zwischen Meldepunkten zurückgelegte Wegstecke und die jeweils dafür benötigte Zeit kann auf die mittlere Geschwindigkeit geschlossen werden. Aus dieser wiederum kann eine Verkehrslageaussage abgeleitet werden. In wie weit diese für den Gesamtverkehrsstrom gültig, belastbar und richtlinienkonform ist, welche Randbedingungen für eine Auswertung einzuhalten sind, welche Verfahren sich zur Aufbereitung anbieten und welche Nutzungsszenarien unterstützt werden, wird aufgezeigt.

Die Dissertationsschrift widmet sich einer systemtheoretischen Untersuchung zur verkehrsabhängigen Steuerung von Lichtsignalanlagen in Straßennetzwerken. Aus einem mathematischen Modell für den Verkehrsablauf auf Knotenzufahrten wird ein Verfahren abgeleitet, mit dem sich Umschaltzeitpunkte und Phasenwechsel flexibel an das tatsächliche Verkehrsgeschehen anpassen lassen. Der Ansatzpunkt ist, die einzelnen Knotenpunkte des Netzwerks lokal zu optimieren. Eine "Grüne Welle" soll sich von selbst einstellen, und zwar genau dann, wenn dadurch lokal Wartezeiten eingespart werden. Indem die lokale Optimierung in ein lokales Stabilisierungsverfahren eingebettet wird, können Instabilitäten aufgrund netzwerkweiter Rückkopplungen ausgeschlossen werden. Das vorgestellte Verfahren setzt sich aus drei Teilen zusammen: (i) einem lokalen Prognoseverfahren zur Bewertung von Schaltzuständen und Phasenübergängen bezüglich zukünftig entstehender Wartezeiten, (ii) einem lokalen Optimierungsverfahren, das jeder Phase einen dynamischen Prioritätsindex zuweist und die Phase mit höchster Priorität zur Bedienung auswählt und (iii) einem lokalen Stabilisierungsverfahren, das zum Einhalten einer mittleren und einer maximalen Bedienperiode korrigierend in die lokale Optimierung eingreift. Indem die Knotenpunkte ausschließlich über die Verkehrsströme gekoppelt sind, ergeben sich die Umschaltzeitpunkte unmittelbar aus den Ankunftszeitpunkten der Fahrzeuge selbst. Die Phasenwechsel stellen sich somit von selbst bedarfsgerecht ein. Simulationsergebnisse machen deutlich, dass sich aufgrund der höheren Flexibilität sowohl die Wartezeiten als auch der Kraftstoffverbrauch senken lassen.

3 mal im Jahr erscheinende Zeitschrift über aktuelle Themen der TU Chemnitz

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