Modellerweiterungen des Cell Transmission Model (CTM) für städtische Hauptstraßennetze

Rohde, Jannis

Diese Arbeit möchte den praktischen Einsatz des CTM zur Simulation des Verkehrsflusses in Hauptstraßennetzen entscheidend erleichtern. Durch die Analyse der theoretischen Grundlagen und wissenschaftlicher Arbeiten werden Stärken und Einschränkungen des CTM identifiziert, sowie fünf offene Forschungsaspekte, zu denen diese Arbeit einen Beitrag leistet: Realistische Modellierung von Warteprozessen an Knotenpunkten, stochastische Verkehrsnachfrage, Modellierung von Lichtsignalanlagen mit verkehrsabhängiger Steuerung und ÖPNV-Priorisierung, praxisrelevante Bewertungsgrößen, Hinweise zur Kalibrierung und Validierung. Ein deutlicher Fortschritt bei der Modellierung des Verkehrsflusses im CTM wird durch die Entwicklung eines Algorithmus erzielt, der erstmals die Modellierung des Verkehrsflusses in Knotenpunkten mit einer beliebigen Anzahl von Zu- bzw. Ausfahrten und unter Beachtung von Vorfahrtregelungen ermöglicht. Zur Simulation von Lichtsignalanlagen mit verkehrsabhängiger Steuerung und ÖPNV-Priorisierung wird eine Modellerweiterung vorgestellt, die die Steuerungsparameter in Abhängigkeit von verkehrlichen Kenngrößen während der Simulation verändert sowie eine manuelle Versorgung unterschiedlicher Steuerungsstrukturen ermöglicht. Eine Methodik zur Bewegung masseloser Partikel erlaubt die Abbildung der An- und Abmeldung eines Busses an einer Lichtsignalanlage und die Abschätzung seiner Verlustzeit gegenüber seinem Fahrplan. Zur Kalibrierung und Validierung werden die Kenngrößen Verkehrsstärke, mittlere Reisezeit, Verlustzeit oder Rückstaulänge empfohlen und Berechnungsvorschriften angegeben. Als Anwendungsfall zur Evaluierung der Realitätstreue des Verkehrsflusses im erweiterten CTM dient ein Linksabbiegerstrom in Braunschweig. Die Kalibrierung des Modells erfolgt manuell und durch visuellen Vergleich der Summenlinien der simulierten und realen Flüsse. Zur Validierung werden die Ausprägungen der simulierten Reisezeit, mittleren Verlustzeit, mittleren Anzahl von Halten pro Fahrzeug und Rückstaulänge mit realen Werten verglichen. Die Ausprägungen liegen bemerkenswert dicht beieinander. Der Verkehrsfluss im erweiterten CTM wird als realistisch bewertet, jedoch unter der Einschränkung, dass nur Datensätze aus einem Erhebungszeitraum vorlagen und die guten Übereinstimmungen zwangsläufig aus der erfolgreichen Kalibrierung resultieren. Eine Kurzanleitung fasst die wichtigsten Arbeitsschritte für eine effektive Simulation mit dem erweiterten CTM zusammen.

This thesis wants to close the gap between the CTM’s scientific benefits and practitioners needs. The CTM’s strengths and restrictions are indicated by a thorough literature review. The focus is then put on five modelling aspects: realistic queues at intersections, stochastic traffic demand, traffic signal control and timing, evaluation parameters, calibration and validation. An algorithm is presented that models the traffic flow in any intersection subject to its number of legs and right of way rules. A framework is invented that incorporates traffic signal control logic into the CTM. Traffic flow, average travel time, delay and queue length are suggested as evaluation parameters for calibration and validation. Equations for calculation with the CTM are given. The CTM’s realism is proven in a real use case, i.e. an intersection in Braunschweig, Germany. The thesis closes with a brief instruction for scientist and practitioners on how to simulate effectively traffic flow in an urban road network with the enhanced CTM.

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Rohde, Jannis: Modellerweiterungen des Cell Transmission Model (CTM) für städtische Hauptstraßennetze. 2017.

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