Sicherheitsbausteine/Verkehrliche Erschließung der Veranstaltung/Werkzeuge und Methoden

Rechenverfahren

Erläuterungstext/Motivation für Rechenverfahren

Simulation

Erläuterungstext/Motivation für Simulation

1 Mikroskopische Verkehrssimulation Die mikroskopischen Modelle bilden einzelne Fahrer/Fahrzeug oder Fußgänger-Einheiten mit ihrer jeweils individuellen Charakteristik ab.

1.1 Fahrzeuge IV und ÖV

In mikroskopischen Simulationsmodellen bilden die einzelnen Fahrzeuge, aus denen sich ein Verkehrsstrom zusammensetzt, das kleinste Element des Systems. In der Simulation werden sowohl die individuellen Eigenschaften verschiedenen Fahrzeuge und Fahrer als auch die Interaktionen der Fahrzeuge untereinander nachgebildet. Die Modelle setzten sich aus einzelnen Teilmodellen zusammen. Dazu gehört grundsätzlich ein Netzmodell, in dem sämtliche für die Simulation relevanten Daten der Infrastruktur im Untersuchungsgebiet hinterlegt sind wie die Anzahl der Fahrstreifen, Knotenpunkte mit ihren geometrischen und topologischen Eigenschaften oder Lichtsignalanlagen mit den dazugehörigen Regelalgorithmen. Dazu kommen verschiedene Verhaltensmodelle (z. B.: Fahrzeugfolgemodell, Fahrstreifenwechselmodell oder Routenwahlmodell), in denen Rechenalgorithmen zur Nachbildung des Fahrverhaltens zusammengefasst sind .

Wichtigste Anwendungsfälle der mikroskopischen Fahrzeugsimulation sind im Veranstaltungsbereich der Zu- und Abfluss zu Veranstaltungen. Aufgrund des hohen Modellierungsaufwandes und der hohen Rechnerleistungen ist die mögliche Größe des Untersuchungsgebietes allerdings begrenzt.

Die Verkehrsmengen können in verschiedenen Optionen in das Modell eingespeist werden. Sollten die Werte aus einem makroskopischen Modell stammen so bietet es sich an sie in Matrixform zu importieren (vgl. Sicherheitsbaustein makroskopische Verkehrsmodellierung). Sollten die Werte aus einer Verkehrszählung stammen und durch eine Handumlegung (vgl. Sicherheitsbaustein Handrechenverfahren) hochgerechnet worden sein können sie auch als Abbiegeanteile (Aufteilung des in einer Zufahrt ankommenden Verkehrs auf die möglichen Abbiegerichtungen) in das Modell übernommen werden.

Bei der Auswertung der Ergebnisse muss darauf geachtet werden, dass mehrere Simulationsläufe durchgeführt werden müssen, um eine statistische Sicherheit für die Interpretation der Ergebnisse zu erlangen .

Die in den Simulationstools integrierten Auswerteoptionen ermöglichen zumeist die Ermittlung und statistische Aufbereitung praktisch aller denkbaren verkehrlichen Kenngrößen. Zu diesen zählen: Verkehrsstärke, Dichte bzw. Belegungsgrad, Geschwindigkeit (z.B. mittlere), Reisezeit, Zeitlückenverteilung, Verlustzeiten usw. Die Einordnung der Ergebnisse kann auf Basis des HBS erfolgen. So kann z. B. die Qualität des Verkehrsablaufs (Level of Service) an einer Straßenverkehrsanlage ermittelt werden.

Ein wesentlicher Vorteil einer durch eine Mikrosimulation gestützten Untersuchung ist zudem die Visualisierung der Verkehre. Durch die Präsentation eines Simulationsvideos können auch fachfremden Personen und einer breiten Masse von Interessierten die Verkehrszusammenhänge verständlich und anschaulich dargestellt werden.

1.2 Fußgänger

Ähnlich den mikroskopischen Modellen für Fahrzeuge betrachten mikroskopische Modelle für Fußgänger das zu simulierende Objekt (den Fußgänger) als Individuum. Sie haben das Ziel Interaktionen zwischen den Fußgängern und deren Fluss innerhalb vorgegebener Geometrien zu beschreiben. Dabei sollen lokale Phänomene wie Stau vor Engstellen, Stauwellen oder Bahnenbildung im Gegenstrom möglichst realistisch nachgebildet werden. Abgesehen von Stauwellen, welche auch im Straßenverkehr existieren zeigt sich an dieser Stelle der bedeutenste Unterschied zwischen Fahrzeugen und Fußgängern. Fahrzeuge stellen sich im Stau hintereinander, Fußgänger eher in einer traubenform auf. Die Bahnenbildung im Gegenstrom bei Fahrzeugen ist durch Fahrstreifen in der Regel klar vorgegeben. Bei den Fußgängern entsteht sie dadurch, dass Menschen dazu tendieren anderen zu folgen, welche in dieselbe Richtung laufen. Dies vermeidet Kollisionen und führt zur Bahnenbildung.

Wichtigstes Unterscheidungskriterium mikroskopischer Fußgängersimulationsmodelle ist, ob es sich um ein kontinuierliches oder diskretes Modell handelt. Raumkontinuität beschreibt dir Fähigkeit eines Modells, Einheiten auf einer definierten Fläche frei und kontinuierlich zu bewegen. Sie werden nicht anhand eines vorgegebenen Rasters bewegt, sondern können ihre Position in Abhängigkeit der Wunschrichtung und Geschwindigkeit frei wählen.

Raumdiskrete Modelle hingegen richten die simulierten Einheiten an einem fest definierten Gitternetz aus. Jede Zelle des Gitternetzes hat eine bestimmte Eigenschaft und ist somit eine begehbare Fläche, ein Hindernis oder eine belegte Zelle. Die Bewegung eines Elements wird durch die fortlaufende Blockierung hintereinander liegender Zellen dargestellt. Solche Modelle werden als zellulare Automaten bezeichnet.

Zum Aufbau eines Mikrosimulationsmodells für Fußgänger gehört vergleichbar mit der mikroskopischen Fahrzeugsimulation ein Netzmodell bzw. in diesem Fall eher ein Flächenmodell, welches die Geometrie der zu untersuchenden Infrastruktur wiedergibt. Hierzu gehören „normale“ Bewegungsflächen, Hindernisse (Wände, Säulen, städtebauliches Mobiliar und auch Rampen oder Treppen.

Im Umfeld von Großveranstaltungen gibt es für die Fußgängersimulation folgende Anwendungsfälle: 

Zufluss zum Veranstaltungsgelände,

Bewegungen auf dem Veranstaltungsgelände,

Evakuierung der Veranstaltung und

Abfluss vom Veranstaltungsgelände.

Die in der Simulation anzusetzenden Verkehrsmengen können je nach Anwendungsfall aus unterschiedlichen Quellen stammen wie z. B:  Makroskopisches Verkehrsmodell (Kantenbelastung, Matrix oder Umsteigezahlen zwischen verschiedenen Verkehrsmodi) (vgl. Sicherheitsbaustein makroskopische Verkehrsmodellierung)  Fußgängerzählung  Handumlegung (vgl. Sicherheitsbaustein Handrechenverfahren)  Eintrittskarten, Erfahrungswerte früherer Veranstaltungen usw. Analog der Fahrzeugsimulation sollten auch für die Fußgängersimulation mehrere Simulationsläufe zur Erlangung statistischer Sicherheit durchgeführt werden .

Die Auswertung der Modelle ist stark abhängig von der Art der Anwendung. Bei der Auswertung von Evakuierungsmodellen ist großteils allein die Evakuierungszeit maßgebend. Bei der Bewertung von Zu- und Abfluss bzw. Bewegungen auf dem Gelände handelt es sich tendenziell eher um Komfortanalysen. Es soll gewährleistet sein, dass grundsätzlich genügend Gehfläche für alle Besucher vorhanden ist. Sobald dies nicht der Fall ist kann die Untersuchung auch sicherheitsrelevante Bedeutung bekommen, sofern festgestellt wird, dass etwa an Engstellen hohe Dichten auftreten können.

Damit ist das wichtigste Auswertekriterium Dichte [Pers./m2] bereits genannt. Anhand der gemessenen Dichte lassen sich Bewertungen nach dem Level of Service Konzept (LOS) vornehmen. U. a. gibt hierzu Grenzwerte vor. Andere Auswertungen wie Reisezeiten, Geschwindigkeiten oder Verlustzeiten sind zumeist ebenfalls möglich.

Durch den Einsatz eines Simulationsvideos sind auch die Ergebnisse einer Fußgängersimulation einem breiten, auch fachfremden Publikum, anschaulich darzustellen. Somit ist eine deutlich höhere Akzeptanz der Ergebnisse zu erzielen.

1.3 Intermodal

Weniger weit verbreitet ist bisher die Simulation von Fahrzeugen (MIV, Busse und Schienenfahrzeuge) und Fußgänger in einem Modell. Mit dieser Option ist es möglich die Interaktion zwischen Fahrzeugen und Fußgängern in einem Modell abzubilden. Folgende Anwendungsfälle lassen sich hiermit z. B. realitätsgetreu nachbilden:  Geregeltes und ungeregeltes Queren von Fußgängern (auch abseits von Furten oder Zebrastreifen) über Straßen (inkl. „Rotgeher“).  Ankunft und Abfahrt von Bussen oder Schienenfahrzeugen mit Nachbildung des Ein- und Aussteigevorgangs oder Verspätungslagen des öffentlichen Verkehrs.  Shuttle-Bus Konzepte

Die Option alle Verkehrsmodi in einem Modell untersuchen zu können hilft insbesondere bei der Bewertung der Zu- und Abfließenden Verkehrsströme einer Großveranstaltung. Es kann eine ganzheitliche Betrachtung vorgenommen und damit eine höhere Planungssicherheit erreicht werden.

2 Übergang zur Makrosimulation Ähnlich zur Handlungsempfehlung zur Ermittlung der Verkehrsnachfrage hat die PTV eine Empfehlung zur Handhabung des Übergangs zwischen Makro- und Mikrosimulation, bzw. zur möglichen Rückkopplung zwischen beiden Modellen erarbeitet.