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Einfluss von Instationarität auf die Wartezeit an Knotenpunkten mit und ohne Lichtsignalanlage

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Inhalt

Für die Bewertung der Verkehrsqualität an plangleichen Knotenpunkten legt das Handbuch für die Bemessung von Straßenverkehrsanlagen (HBS) die mittlere Wartezeit von Fahrzeugen zugrunde. Sie berechnet sich auf Basis der Kapazität und der Verkehrsstärke in einer Analyseperiode, die meist der Spitzenstunde entspricht. Gerade in diesem Zeitraum schwankt die Verkehrsstärke in kurzen Zeitintervallen häufig in ihrer Höhe. Außerdem kann in einzelnen Intervallen die Verkehrsnachfrage durchaus die Kapazität erreichen oder sogar überschreiten. Die Verfahren zur Berechnung der Wartezeit berücksichtigen diese Schwankungen, also die Instationarität, der Verkehrsstärke nur teilweise. Für Knotenpunkte mit Lichtsignalanlage enthält die Methodik zur Berechnung der mittleren Wartezeit den Instationaritätsfaktor. Dieser ergibt sich aus der höchstbelasteten Viertelstunde innerhalb der Analyseperiode und geht von einem parabelförmigen Verlauf der Verkehrsstärkeganglinie innerhalb dieser Zeit aus. Im Rahmen der Arbeit wird anhand von Messdaten das Vorkommen unterschiedlicher Formen instationärer Verkehrsstärkeverläufe analysiert. Davon ausgehend wird eine Reihe von Zuflussprofiltypen entworfen, die zur Modellierung instationärer Zuflüsse innerhalb mikroskopischer Verkehrsflusssimulationen dienen. Mittels der Simulationsmodelle wird der Einfluss von Instationarität auf die Wartezeit an Knotenpunkten untersucht. Die Ergebnisse für lichtsignalgeregelte Knotenpunkte zeigen, dass in den meisten Fällen ein instationärer Fahrzeugzufluss zu einer höheren mittleren Wartezeit führt als eine gleichbleibende Belastung über den untersuchten Zeitraum hinweg. Die Wartezeiten fallen für die Simulationsergebnisse im Durchschnitt geringer aus als bei der Berechnung mit dem Verfahren des HBS (2015). Zur genaueren Berücksichtigung der Instationarität in diesem Verfahren wird ein neuer Instationaritätsfaktor auf Basis der Simulationsergebnisse entwickelt und mithilfe empirischer Daten validiert. Dieser Faktor enthält neben dem Verhältnis der Verkehrsstärke der höchstbelasteten Viertelstunde zu jener der gesamten Stunde auch die Verteilung der Belastung auf die beiden Stundenhälften sowie den Auslastungsgrad des Betrachtungszeitraums. Wird im Verfahren zur Berechnung der mittleren Wartezeiten nach dem HBS statt des bestehenden der neu entwickelte Instationaritätsfaktor verwendet, so stimmen diese besser mit den Ergebnissen aus der Simulation überein. Für vorfahrtgeregelte Knotenpunkte kann kein eindeutiger Einfluss von Instationarität der Verkehrsstärke erfasst werden, der für die Bewertung der Verkehrsqualität von Bedeutung ist.; The German Highway Capacity Manual (HBS) uses average delay to assess the level of service for at-grade intersections. The vehicle delay is mainly derived from capacity and traffic volume during an analysis period, which usually corresponds to the peak hour. During this period, traffic flow often shows variations and traffic demand may reach or even exceed capacity. The HBS delay computation methods do not consider these variations in traffic flow equally. For signalized intersections the HBS procedure employs the "nonstationarity factor". It is calculated from the ratio of the peak 15-minutes flow rate and the peak hour flow rate assuming a parabolic arrival flow profile. In the dissertation, empirical data is used to show that traffic volume during the peak hour can be distributed in very different forms. Based on these data, a set of abstract flow patterns is derived to represent non-stationary traffic flow within simulation models. Microscopic traffic flow simulations are performed to determine the delay caused by the different flow patterns. For signalized intersections, delay is higher for non-stationary than for stationary flow in most cases. Further, the delay resulting from the simulation analysis is smaller on average as compared to the HBS method. Therefore, a correction factor is developed replacing the existing non-stationarity factor to better reflect the volume distribution within the design hour and is validated with empirical data. Beside the ratio of the peak 15-minutes flow rate and the peak hour flow rate, the new factor includes the volume-to-capacity ratio and the position of the highest half-hour volume (first or second half of the hour). Compared to the existing non-stationarity-factor within the HBS calculation method for signalized intersections, this new factor leads to average delays fitting the simulation results better. Regarding yield-controlled intersections, no clear impact of non-stationary traffic flow on the resulting level of service is revealed.

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