Influence of Intergreen Times on the Capacity of Signalized Intersections / Einfluss der Zwischenzeiten auf die Kapazität signalisierter Knotenpunkte
Final Report Abstract
Zwischenzeiten in der Lichtsignalsteuerung für den Straßenverkehr wurden bislang allgemein als Verlustzeiten angesehen. Das U.S.-amerikanische Highway Capacity Manual (2000) definiert jedoch eine effektive Freigabezeit, die den Einfluss von Anfahrzeitdifferenzen und Überfahrzeitgewinnen berücksichtigt. In Deutschland wurde die effektive Freigabezeit bisher nicht eingeführt. Noch nirgends wurde detailliert untersucht, wie sich die durch Zwischenzeiten entstehenden Verlustzeiten genau zusammensetzen und ob sie sich minimieren lassen, ohne die Sicherheit zu verringern. Aus der in diesem Projekt durchgeführten Forschung, die methodisch auf Literaturrecherchen, theoretischen Überlegungen und empirischen Untersuchungen aufbaute, konnten folgende Ergebnisse abgeleitet werden: A) Aus der hier durchgeführten detaillierten Analyse des Verkehrsflusses während des Phasenübergangs ist abzuleiten, dass die effektive Freigabezeit für einen einzelnen Fahrstreifen einer Knotenpunktzufahrt allgemein ein bis zwei Sekunden länger als die signalisierte Freigabezeit angenommen werden kann. Die effektive Kapazität von Knotenpunkten mit Lichtsignalanlage liegt demzufolge nach Musterrechnungen bei üblichen Knotenpunkten 5-10 % über der nach dem „Handbuch für die Bemessung von Straßenverkehrsanlagen (HBS, 2001)“ berechneten Kapazität. Der Einfluss der effektiven Freigabezeit zeigt sich nicht nur bei kurzen Freigabezeiten, wie bisher im HBS angenommen. Diese Sachverhalte wurden bereits in den zuständigen Gremien der deutschen Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen vorgestellt (FGSV-K3 „Neufassung HBS“ und FGSV-AA 3.3 „Verkehrsbeeinflussung innerorts“). In der Folge wurde in die aktuelle Entwurfsfassung des Kapitels „Knotenpunkte mit Lichtsignalanlagen“ der Neufassung des „Handbuch für die Bemessung von Straßenverkehrsanlagen (HBS)“, Stand Oktober 2010, erstmals ein Ansatz für die effektive Freigabezeit aufgenommen. B) Die vorliegende Untersuchung hat einerseits das hohe Niveau der Zwischenzeitberechnung in Deutschland im Vergleich zu anderen Ländern unterstrichen. Sie diente aber auch dem Aufzeigen von Mängeln in der Methode der Zwischenzeitberechnung, die nach den deutschen Richtlinien für Lichtsignalanlagen (RiLSA) angewendet wird. Besonders zu nennen ist hier das Fehlen eines substantiellen Sicherheitsmodells, das Parameterschwankungen und Risiken einbezieht. Zu nennen ist z. B. auch die Festsetzung eines fliegenden Starts als maßgebendem Fall, der in der beschriebenen Form in der Realität nahezu nicht auftritt, insbesondere nicht an gesättigten und nicht koordinierten Knotenpunktzufahrten. C) Es wurde ein detailliertes Modell zur Beurteilung der Zwischenzeiten im Hinblick auf die Kapazität entwickelt. Dieses bildet nicht nur Verkehrsbedingungen in Deutschland ab, sondern ist als allgemein gültiges Modell international anwendbar. D) Durch die gründliche Literaturrecherche, theoretische Überlegungen und die empirischen Untersuchungen gelang das Aufzeigen des Verbesserungspotenzials der Kapazität signalgeregelter Knotenpunkte ohne sicherheitsrelevante Eingriffe. Es wurden drei wesentliche Möglichkeiten festgestellt, um den Kapazitätseinfluss von Zwischenzeiten zu reduzieren: Vermeiden unnötig langer Zwischenzeiten. „Unnötig“ bezieht sich hierbei auf Verlängerungen der Zwischenzeit, die keine Verbesserung der Sicherheit erwarten lassen. Vermeiden von Konflikten, die eine geringe Bedeutung für den Verkehrsablauf am Knotenpunkt haben, jedoch deutliche Auswirkungen auf die Kapazität. Verbesserung der Vorhersehbarkeit der für die Zwischenzeitenberechnung erforderlichen Parameter (Reduktion der Varianz). E) Das Aufzeigen des Verbesserungspotenzials der Kapazität mit sicherheitsrelevanten Eingriffen diente der Überprüfung, ob weitere Forschung in diesem Bereich zweckmäßig ist. Es wurde festgestellt, dass Kapazitätsgewinne durch die Optimierung von Zwischenzeiten bereits mit der heute verfügbaren Technik und unter Beachtung der Verkehrssicherheitsaspekte durchaus über den einstelligen Prozentbereich hinausgehen können. Es erscheint sehr lohnenswert, dieses Potenzial auszuschöpfen, zumal der Aufwand hierfür in der Regel deutlich geringer sein wird, als eine Reihe anderer Maßnahmen, die bisher zur Effizienzsteigerung der Lichtsignalsteuerung eingesetzt werden. Für die Zukunft, wenn sich bereits heute andeutende Möglichkeiten zur Erfassung der aktuellen Verkehrslage im Knotenpunkt (auch durch V2V- und V2I-Kommunikation, d. h. zwischen Fahrzeugen und Infrastruktursystemen) in der Praxis sicher anwenden lassen, ergeben sich noch deutliche größere Potenziale aus einer dann dynamischen Optimierung der Zwischenzeiten. Bei allen anstehenden Untersuchungen und Maßnahmen wird zu beachten sein, dass das in Deutschland durch die Zwischenzeitberechnung bisher gewährleistete hohe Sicherheitsniveau nicht eingeschränkt wird. Andererseits unterstreichen die Forschungsergebnisse, dass ein stochastisches Modell für die Zwischenzeitenberechnung große Vorteile sowohl für die Kapazität als auch für die Sicherheit bringen wird. Ein solches Modell könnte einen Zusammenhang zwischen der Länge der Zwischenzeiten und der Wahrscheinlichkeit für Konflikte herstellen und damit ein angestrebtes Sicherheitsniveau berücksichtigen, wie es derzeit nicht definiert ist. Geplant ist ein Folgeprojekt, in dem die Wirkungen der Zwischenzeiten auf die Verkehrssicherheit im Vordergrund stehen. Durch die Zusammenführung der Ergebnisse aus dem vorliegenden und dem geplanten Projekt ist zu erwarten, dass wesentliche Erkenntnisse in das nationale Regelwerk einfließen werden.
Publications
- (2009) Influence of Intergreen Times on the Capacity of Signalised Intersections Dissertation, Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Bauingenieurwesen und Geodäsie
Wolfermann, A.
- (2010) Improving the Capacity of Signalized Intersections Based on the Assessment of Signal Change Intervals Transportation Research Board 89th Annual Meeting Compendium of Papers January 10-14, 2010, Washington, D.C.
Wolfermann, A.
- (2010) Opportunities and threats of empirical research on signal change intervals Presentation at the 12th World Conference on Transport Research, July 11-15, 2010 – Lisbon, Portugal
Wolfermann, A.
