DE10111261A1 - Verfahren zur stufenlosen Anpassung einer Verkehrsdichte bei einer mikroskopischen Verkehrssimulation für ein Verkehrswegenetz - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur stufenlosen Anpassung einer Verkehrsdichte bei einer mikroskopischen Verkehrssimulation für ein Verkehrswegenetz, wobei die mikroskopische Verkehrssimulation diskrete und kontinuierliche Größen verwendet. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist mindestens eine fixierte kontinuierliche Größe innerhalb eines Wertebereiches variierbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur stufenlosen Anpassung einer Verkehrsdichte bei einer mikroskopischen Verkehrssimulation gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei einer mikroskopischen Verkehrssimulation wird das Verhalten von Einzelfahrzeugen auf einem Verkehrswegenetz - also der Verkehrsablauf - durch ein geeignetes mathematisches Modell nachgebildet. Eine Übersicht über solche Modelle gibt beispielsweise Helbing, D.; "Verkehrsdynamik"; Berlin Heidelberg: Springer, 1997; oder Chowdhury, D., Santen, L., Schadschneider, A.; "Statistical Physics of Vehicular Traffic and Some Related Systems"; Physical Reports, Vol. 329, Seite 199ff, 2000. Bei einem derart modellierten Verkehrsablauf haben die betrachteten Fahrzeuge zu jedem Zeitpunkt eine durch das mathematische Modell definierte Position. Damit liegt auch die Verkehrsdichte - also die Anzahl der Fahrzeuge pro Streckenlänge - jederzeit fest. Dieses Verhalten erschwert die Anpassung der von der mikroskopischen Verkehrssimulation vorgegebenen Verkehrsdichte an eine abweichende, von anderer Quelle gelieferte Verkehrsdichte. Eine derartige Anpassung ist etwa nötig, wenn Messdaten - beispielsweise eine aus Messungen abgeleitete Verkehrsdichte - in die mikroskopische Verkehrssimulation eingekoppelt werden sollen. Denn hierbei werden naturgemäß beliebige Werte geliefert, die nicht sofort in eine dem mathematischen Modell der mikroskopischen Verkehrssimulation entsprechende Anordnung von Einzelfahrzeugen umgesetzt werden können. Bisher wurde dieses Problem gelöst durch das Einsetzen bzw. Herausnehmen einzelner Fahrzeuge in der mikroskopische Verkehrssimulation, um eine Anpassung an die gelieferte Verkehrsdichte zu erreichen. Dieser Eingriff in den Simulationsablauf führt jedoch zu plötzlichen und ungewollten lokalen Störungen im Verkehrsablauf, auch sind nur sprunghafte Änderungen der Verkehrsdichte der mikroskopischen Verkehrssimulation um jeweils ein Fahrzeug darstellbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Flexibilität beim Einsatz mikroskopischer Verkehrssimulationen weiter zu erhöhen, indem eine stufenlose Anpassung der Verkehrsdichte unter Minimierung der daraus resultierenden Störungen im Verkehrsablauf ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.

Der Hauptgedanke der Erfindung besteht darin, mindestens eine in der mikroskopischen Verkehrssimulation verwendete fixierte kontinuierliche Größe innerhalb eines kleinen Wertebereiches zu variieren und damit eine stufenlose Anpassung an einen vorgegebenen, von einer anderen Quelle gelieferten Wert zu ermöglichen. Eine solche kontinuierliche Größe, die für die Verkehrssimulation entsprechend bestimmt und fixiert wurde, ist etwa die Streckenlänge. Eine erfindungsgemäße Variation der Streckenlänge führt zu einer Änderung der durch die mikroskopische Verkehrssimulation bestimmten Verkehrsdichte, die - wie bereits ausgeführt - als die Anzahl der Fahrzeuge pro Streckenlänge definiert ist. Die Streckenlänge kann dabei stufenlos auf einen gewünschten, diskreten Wert eingestellt werden, womit in vorteilhafter Weise eine Anpassung der resultierenden Verkehrsdichte an einen beliebigen, vorgegebenen Wert ermöglicht wird. Die Änderung der Streckenlänge kann dabei auch in mehreren Schritten erfolgen und so die Anpassung der Verkehrsdichte in der mikroskopischen Verkehrssimulation unter Minimierung der daraus resultierenden Störungen im Verkehrsablauf gewährleisten.

Gleichzeitig resultiert die Variation der Streckenlänge in einer entsprechenden Änderung des jeweiligen Abstandes der auf der Strecke befindlichen Fahrzeuge. Denn die Anzahl und die relative Position der Fahrzeuge auf der Strecke werden durch die Variation der Streckenlänge ja nicht verändert. Ist die Streckenlänge nun erfindungsgemäß in einem oder mehreren Schritten von ihrer ursprünglichen Länge um mindestens einen typischen Bruttoabstand der auf ihr befindlichen Fahrzeuge verkürzt worden, kann die Streckenlänge unter Beibehaltung der Abstände der Fahrzeuge wieder auf den ursprünglichen Wert gesetzt und in den entstandenen freien Raum ein neues Fahrzeug eingesetzt werden. Dabei bezeichnet Bruttoabstand den Abstand zweier einzelner Fahrzeuge bei deren punktförmiger Betrachtung, mit anderen Worten also den Abstand zweier Fahrzeuge inklusive einer Fahrzeuglänge. Der typische Bruttoabstand wird dabei etwa durch einen örtlichen und/oder zeitlichen Mittelungsprozess bestimmt. Ein analoges Vorgehen ergibt sich bei der Verlängerung der Streckenlänge um mindestens den typischen Bruttoabstand der auf ihr befindlichen Fahrzeuge. In diesem Fall kann ein Fahrzeug von der Strecke entfernt werden und die Streckenlänge auf den ursprünglichen Wert zurück gesetzt werden. Durch dieses Vorgehen wird das Einsetzen bzw. Herausnehmen eines Fahrzeuges in der mikroskopischen Verkehrssimulation - beispielsweise um zu einem festgelegten Zeitpunkt ein bestimmtes Fahrzeug an einer definierten Position starten zu lassen - in vorteilhafter Weise unter Minimierung der daraus resultierenden, lokalen Störungen im Verkehrsablauf ermöglicht.

Weiterhin ermöglicht dieses Vorgehen betragsmäßig beliebige Änderungen der Verkehrsdichte in der mikroskopischen Verkehrssimulation durch eine Variation der Streckenlänge maximal um den typischen Bruttoabstand der auf ihr befindlichen Fahrzeuge. Denn nachdem die Streckenlänge um den typischen Bruttoabstand verkürzt bzw. verlängert wurde, wird ja erfindungsgemäß ein neues Fahrzeug eingesetzt bzw. aus der Simulation herausgenommen. Damit erfolgt die Variation der Streckenlänge - die ja nicht der Realität entspricht - nur in einem jeweils sehr kleinen Rahmen, wie er beispielsweise auch als typische Ungenauigkeit bei der Messung der Streckenlänge gegeben ist.

Eine andere Realisierungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt die Variation der Fahrzeuglänge dar. Denn verschiedene mikroskopische Modelle beschreiben - wie dem Fachmann bekannt ist - die Reaktion der Fahrzeuge auf den Nettoabstand zum voraus fahrenden Fahrzeug. Dabei bezeichnet Nettoabstand den tatsächlichen Abstand zweier einzelner Fahrzeuge, also den Abstand vom vorderen Stossfänger eines Fahrzeugs zum hinteren Stossfänger des voraus fahrenden Fahrzeugs. Aus einer Variation der Fahrzeuglänge resultiert nun eine Änderung dieses Nettoabstandes zwischen den Fahrzeugen. Auch die Fahrzeuglänge ist eine kontinuierliche Größe, die in der mikroskopischen Verkehrssimulation für die einzelnen Fahrzeuge fixiert wurde und somit auf einen beliebigen Wert eingestellt werden kann. Da in der Realität bei den einzelnen Fahrzeugen individuell unterschiedliche Fahrzeuglängen vorliegen, bei den bekannten mikroskopischen Verkehrssimulationen die Fahrzeuglängen aus rechentechnischen Gründen aber oft als eine einheitliche Konstante ausgeführt sind, bewegt man sich bei diesem Vorgehen wiederum im Rahmen der Modellgenauigkeit. Wurde in einem oder mehreren Schritten die Länge aller Fahrzeuge in Summe um mindestens den typischen Nettoabstand erhöht, so können die Fahrzeuglängen wieder bei gleichbleibendem Nettoabstand erniedrigt werden, wobei die Fahrzeugpositionen verändert werden und sich eine Lücke ergibt, in die ein neues Fahrzeug eingesetzt werden kann. Analog wird nach einer Verkürzung der Fahrzeuglängen um insgesamt den typischen Bruttoabstand ein Fahrzeug entfernt und unter Beibehaltung der Nettoabstände die Fahrzeuglänge wieder erhöht.

Natürlich können die eben beschriebenen Eigenschaften auch miteinander kombiniert werden. So können verschiedene fixierte kontinuierliche Größen in einer mikroskopischen Verkehrssimulationen gleichzeitig und/oder in unterschiedlichem Maß geändert werden. Auch ist es vorteilhaft, die fixierten kontinuierlichen Größen dann weniger oder gar nicht zu variieren, wenn die Verkehrsdichte bzw. die Fahrzeuganzahl niedrig ist. Denn bei niedriger Verkehrsdichte sind die Abstände zwischen den einzelnen Fahrzeugen groß und damit ist auch der Einfluss der beschriebenen Variation der fixierten kontinuierlichen Größen hoch. Da sich die einzelnen Fahrzeuge in der mikroskopischen Verkehrssimulation aber bei niedriger Dichte kaum beeinflussen, ist der Effekt eines direkten Eingriffs in den Simulationsablauf in diesem Fall gering. Somit kann hier auf das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise zugunsten eines direkten Einsetzens bzw. Herausnehmens von einzelnen Fahrzeugen verzichtet werden.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Erhöhung der Verkehrsdichte bei mikroskopischen Verkehrssimulationen durch Verkürzung der Streckenlänge und anschließendem Einsetzen eines Fahrzeuges

Fig. 2 eine Erhöhung der Verkehrsdichte bei mikroskopischen Verkehrssimulationen durch Vergrößerung der Fahrzeuglänge und anschließendem Einsetzen eines Fahrzeuges

Fig. 1 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Erhöhung der Verkehrsdichte auf einer Strecke bei einer mikroskopischen Verkehrssimulation. Dargestellt sind zu vier aufeinander folgenden Schritten 1, 2, 3 und 4 jeweils die Strecke mit den darauf befindlichen Fahrzeugen. Dabei ist bei einem Schritt 1 die Strecke mit der Streckenlänge 11 und vier darauf befindlichen Fahrzeugen zu erkennen. In einem Schritt 2 wird die Strecke um weniger als einen Bruttoabstand 12 verkürzt. In einem weiteren Schritt 3 wird die Strecke noch weiter auf genau einen Bruttoabstand 12 verkürzt. Im nächsten Schritt 4 wird ein weiteres Fahrzeug - hier schwarz markiert - eingesetzt und die Strecke wieder auf ihre ursprüngliche Länge 11 gesetzt.

Fig. 2 zeigt ebenfalls eine Erhöhung der Verkehrsdichte auf einer Strecke bei einer mikroskopischen Verkehrssimulation. Dargestellt sind wieder zu vier aufeinander folgenden Schritten 1, 2, 3 und 4 jeweils die Strecke mit den darauf befindlichen Fahrzeugen. Dabei ist bei einem Schritt 1 die Strecke mit der Streckenlänge 11 und vier darauf befindlichen Fahrzeugen mit der Fahrzeuglänge 13 zu erkennen. In einem Schritt 2 wird die Länge der vier Fahrzeuge vergrößert, deren Position aber beibehalten. In einem weiteren Schritt 3 wird die Fahrzeuglänge ebenfalls unter Beibehaltung der Position noch weiter vergrößert. In einem nächsten Schritt 4 wird die Länge der Fahrzeuge wieder auf die in Schritt 1 geltende Fahrzeuglänge 13 gesetzt, die Position der Fahrzeuge wird so angepasst dass der Nettoabstand 12 genau der gleiche wie in Schritt 3 ist, also konstant bleibt. In die entstehende Lücke - die dem Bruttoabstand 14 entspricht - wird ein zusätzliches, hier schwarz markiertes Fahrzeug eingesetzt.

Claims (5)

1. Verfahren zur stufenlosen Anpassung einer Verkehrsdichte bei einer mikroskopischen Verkehrssimulation für ein Verkehrswegenetz, wobei die mikroskopische Verkehrssimulation diskrete und kontinuierliche Größen verwendet, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine fixierte kontinuierliche Größe innerhalb eines Wertebereiches variierbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste variierbare Größe eine Streckenlänge ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite variierbare Größe eine Fahrzeuglänge ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation schrittweise durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Variation nur vorgenommen wird, wenn ein Fahrzeugabstand einen bestimmten Schwellwert unterschreitet.