Verkehrsfluss digital optimieren

Das System DVFO verwendet zahlreiche Datenquellen für die Berechnungsmodelle Verkehr, Emissionen und Verkehrssicherheit.

Basis des DVFO-Systems sind laufend erfasste Verkehrsdaten der städtischen Verkehrsmessstellen, fahrdynamische Daten der Referenzflotte sowie sog. Floating-Car-Daten (FCD). Als weitere Verkehrsdaten werden die Daten von Lichtsignalanlagen, aber auch Ereignisse, wie z.B. Baustellen und Verkehrsstörungen, verwendet. Die Daten werden qualitätsgesichert und dann auf dem digitalen Straßennetz verortet. Dazu werden die Softwaresysteme VTmanager und VTanalyzer des Projektpartners GEVAS software verwendet.

Die unterschiedlichen Datenquellen versorgen die verschiedenen Berechnungsmodelle und ermöglichen eine aktuelle Informationsbasis in Bezug auf Emissionen, Immissionen und Sicherheit in Stuttgart.

Das Online-Verkehrsmodell ermittelt auf dem digitalen Straßennetz der Stadt Stuttgart die aktuelle Verkehrslage. Hierfür werden die städtischen Detektordaten, dynamische Daten der Lichtsignalanlagen, FCD (‚Floating-Car-Data‘), Flottendaten sowie Verkehrsereignisse (z.B. Baustellen) verwendet. Das Online-Verkehrsmodell liefert den Operatoren der IVLZ einen aktuellen Überblick über den Verkehrsfluss, Staus und Verkehrsstörungen. Realisiert wird dies mit der Software DRIVERS des Projektpartners GEVAS software.

Das Sicherheitsmodell nutzt die fahrdynamischen Daten aus der Fahrzeugflotte und weitere Daten, um regelmäßige sicherheitskritische Zustände auf Streckenabschnitten des Verkehrsnetzes abzuleiten.

Dafür werden aus den anonymen Fahrzeugdaten Beschleunigungen sowie Geschwindigkeiten ausgewertet. Vollbremsungen, überaus starkes Beschleunigen oder unruhiger Verkehr im Verkehrsfluss sollen erkannt werden, um auf Gefahrenstellen hinzuweisen. Die Ursachen könnten Hindernisse auf der Fahrbahn, Rückstau an einer Ampelanlage, aber auch unübersichtliche Kreuzungen sein. Zudem könnte das System auf Zusammenhänge zwischen Witterung (z.B. Gefahrenbremsungen an dieser Stelle treten immer bei Regen auf) oder einer zeitlichen Komponente (z.B. Stau immer zwischen 7:00 Uhr und 8:00 Uhr) hinweisen. Hierdurch sollen auftretende Gefahrenstellen schnell und zielsicher identifiziert und aufgelöst werden.

Im Emissionsmodell wird es möglich sein, die Schadstoffe der real in Stuttgart fahrenden Fahrzeuge zu modellieren und darüber hinaus Prognosen zu erstellen. Mit Hilfe des Modells werden die netzweiten Emissionen des Kfz-Verkehrs berechnet. Dazu werden in einem ersten Schritt aus den Daten des Online-Verkehrsmodells, den Echt-Daten der Referenzflotte (z.B. Beschleunigungen), den Daten der Zulassungsstatistik sowie den spezifischen Fahrzeugkennwerten aktuelle Emissionswerte berechnet und auf die digitale Karte verortet.

Für die Berechnung der Immissionen werden die Ergebnisse aus der Emissionsberechnung an das  Amt für Umweltschutz (Öffnet in einem neuen Tab)übergegeben. Im städtischen Immissionsmodell werden die Immissionen berechnet und für die weiteren Analysen und Planungen zurück an das System DVFO geliefert.

Sämtliche Datenquellen und die Ergebnisdaten aus dem Sicherheits-, Emissions- und Immissionsmodell werden mit dem digitalen Straßennetz der Landeshauptstadt Stuttgart verknüpft und der IVLZ für die Visualisierung und Analyse bereitgestellt. Zudem werden wiederkehrende Problemstellen (Hotspots) in Bezug auf Emissionen, Immissionen und Sicherheit ermittelt. Diese Hotspots werden näher charakterisiert, indem mittels eines Korrelationsmodells die Daten auf Muster und Zusammenhänge geprüft werden (z.B. Immissionshotspot tritt meist werktags zwischen 07:00 und 09:00 auf, häufig in Zusammenhang mit starken Beschleunigungen).

Das Online-Tool wird auf Basis der Software Dynamic Traffic Monitor (DTM) des Projektpartners Trafficon umgesetzt. Hierüber bekommen die städtischen Anwender durch Visualisierungen (sog. Heatmaps) bzw. Darstellung der Hotspots und ihrer Charakteristika einen raschen Überblick zur aktuellen Lage in Bezug auf Verkehr, Emissionen /Immissionen und Verkehrssicherheit in der Stadt.

Auf dieser Grundlage erfolgen neben der Planung von Strategien auch die operativen Entscheidungen, welche Maßnahmen bzw. Strategien über die in der IVLZ vorhandenen verkehrstechnischen Einrichtungen angewendet werden.

Das Planungs-Tool umfasst das Analyse-Tool, das Strategieentwicklungs-Tool und die Verkehrsflusssimulation.

Analyse-Tool
Im Analysebereich der Software Dynamic Traffic Monitor (DTM) des Projektpartners Trafficon können über die historische Datenbasis Korrelationsanalysen und weitere flexible statistische Analysen zur Ermittlung von Mustern und Zusammenhängen durchgeführt werden. Diese dienen als Grundlage für die Entwicklung der verkehrlichen Strategien/Maßnahmen.

Strategieentwicklungs-Tool
Die Emissions-, Immissions- und Sicherheitshotspots sowie die Ergebnisse der Datenanalysen aus dem Analyse-Tool sind Grundlagen für die Entwicklung von Verkehrsmanagement-Strategien. Die Planungen erfolgen im Strategieentwicklungs-Tool TRAFF-X.plan. Dieses Tool  wird vom Projektpartner PRISMA solutions realisiert.

Im Strategieentwicklungs-Tool werden von den Verkehrsexperten der IVLZ für verkehrliche und umweltrelevante Situationen Strategien entwickelt, welche detailliert die einzelnen Maßnahmen und Auslösefaktoren beinhalten. Für die betrachteten Situationen werden damit den OperatorInnen der IVLZ Verkehrsmanagement-Strategien an die Hand gegeben, um bei Eintritt der Situation eine geeignete Strategie mit konkreten Maßnahmen (z.B. Routenempfehlungen, geänderte Schaltungen der Lichtsignalanlagen) aktivieren zu können.

Verkehrsflusssimulation
Mit der mikroskopischen Verkehrsflusssimulation sollen die im Strategieentwicklungs-Tool entwickelten Strategien auf Ihre Wirkung geprüft werden. Es wird damit ermöglicht, die komplexen Zusammenhänge und die zu erwartenden Wirkungen einer Strategie in Bezug auf Verkehrsfluss, Verkehrssicherheit und Emissionsbelastung zu ermitteln und mögliche Optimierungspotenziale in der Strategie oder den Auslösekriterien zu erkennen. Zudem können Messdaten einzelner Fahrzeuge der Referenzflotte herangezogen und mit den Emissionsergebnissen der Simulation, aber auch dem Emissionsmodell abgeglichen werden. Beide Modelle können damit validiert werden.

Das mikroskopische Simulationsmodell wurde vom Projektpartner SSP Consult für die wesentliche Bereiche Stuttgarts aufgebaut.