Kalibrierung und Validierung von Verkehrssimulationsmodellen zur Untersuchung von Verkehrsassistenzsystemen

Detering, Stefan

Eine Verkehrsoptimierung auf deutschen Autobahnen erfolgt bislang vorwiegend infrastrukturseitig. Neue Ansätze zur Verkehrsoptimierung auf Fahrzeugebene sind sogenannte Verkehrsassistenzsysteme (VAS), die die Längsdynamik einzelner Fahrzeuge regeln, um insgesamt den Verkehrsfluss zu optimieren. In der vorliegenden Arbeit wird basierend auf einem generischen Systemmodell eine systematische Herleitung der Anforderungen zur Untersuchung der Auswirkung dieser Systeme auf den Verkehrsablauf vorgenommen. Dabei wird belegt, dass die Untersuchung eines VAS die gleichzeitige Berücksichtigung der mikroskopischen und makroskopischen Ebene in Verkehrssimulationsmodellen während der Kalibrierung und Validierung bedingt. Da bisherige Anwendungen von Simulationsmodellen diese Anforderung nicht berücksichtigen, wird ein neuer Zwei-Ebenen-Ansatz zur Kalibrierung und Validierung aufgezeigt. Dieser erfordert für einen gegebenen Streckenabschnitt die gleichzeitige empirische und simulative Erhebung mikroskopischer und makroskopischer Kenngrößen. In der Arbeit wird ein Messkonzept zur Ermittlung der notwendigen Kenngrößen ausgearbeitet. Zur Datenerhebung aus Fahrzeugsicht wurde ein Versuchsfahrzeug ausgerüstet. Die vorliegende Arbeit zeigt die Ergebnisse der Kalibrierung auf mikroskopischer Ebene des Fahrzeugfolgemodells nach Gipps auf. Aufgrund des Umfangs der betrachteten Folgefahrten wird ein neuer Ansatz der mikroskopischen Validierung von Modellen des Fahrzeugfolgeverhaltens vorgestellt. Obwohl das ermittelte Messkonzept nicht vollständig realisiert wurde, konnten auch die Methoden der makroskopischen Validierung exemplarisch umgesetzt werden. Die sich an diese Arbeit anschließende notwendige vollständige Umsetzung des aufgezeigten Messkonzepts und die Durchführung der vorgestellten Methoden zur Kalibrierung und Validierung werden es erlauben, die quantitativen Simulationsergebnisse mit einem höheren Grad an Vertrauen zu beurteilen.

Up to now traffic optimzation on German highways is realized by systems based on the traffic infrastructure. Promising new attempts for traffic optimization at vehicle level are so-called traffic assistance systems (TAS) which regulate the longitudinal dynamics of single vehicles to optimize traffic flow. In the present work, a systematic derivation of the requirements to the investigation of these systems' effects on traffic flow is carried out, based on a generic system model. It is proved that the investigation of a TAS requires the concurrent consideration of both, the microscopic and macroscopic level during the calibration and validation of traffic simulation models. It is shown that present attempts of calibration and validation do not fulfil these requirements. Hence, as a solution a new two-level approach for calibration and validation is introduced. This requires the concurrent empiric and simulative acquisition of microscopic and macroscopic measurement data in such a manner that they share both, the same time and geographical reference. A plausible concept for data acquisition is proposed in this work. For data acquisition an experimental vehicle was set up. The present work presents the results of the calibration at microscopic level of the Gipps car-following model. On account of the amount of considered situations in which one vehicle is following another vehicle, a new approach for validation of car-following models on microscopic level is introduced. Although the proposed data acquisition concept was not realized entirely, the methods for validation on the macroscopic level could also be realized exemplarily. The necessary entire realization of the proposed data acquisition concept and proposed methods of calibration and validation will allow for an examination of the effects of TAS in traffic simulation models and a more sound evaluation of the quantitative results of the investigations.

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Detering, Stefan: Kalibrierung und Validierung von Verkehrssimulationsmodellen zur Untersuchung von Verkehrsassistenzsystemen. 2011.

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