Lehrstuhl für Verkehrsplanung und Verkehrsleittechnik

Forschung

An welchen Projekten arbeiten wir gerade? Hier ein Auszug unserer aktuellen und kürzlich abgeschlossenen Forschungsaufgaben.

Integration eines autonomen Ridesharing-Angebots in den ÖV im ländlichen Raum der Region Stuttgart

Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Verband Region Stuttgart

Projektpartner:
-

Laufzeit:
2020 - 2021

Ansprechpartner:
• Prof. Dr.-Ing. Markus Friedrich
• Dipl.-Ing. Emely Richter

In ländlichen Räumen mit geringer und wenig gebündelter Nachfrage ist es mit linien- und fahrplangebundenen ÖV-Angeboten schwer, ein qualitativ hochwertiges Angebot bereitzustellen. Der ÖV ist Bestandteil der Daseinsvorsorge, kann in diesen Räumen jedoch nicht mit dem Pkw konkurrieren, da hier - anders als in städtischen Gebieten - kaum Verlustzeiten durch Überlastungen auftreten. Die ÖV-Fahrzeuge sind nach einer Angebotsverbesserung häufig nicht ausgelastet und die Betriebskosten übersteigen die Erlöse deutlich. Eine mögliche Lösung besteht in bedarfsorientierten ÖV-Angeboten. Bedarfsorientiere Angebote werden in Deutschland als Rufbusse oder als Anrufsammeltaxis seit vielen Jahren eingesetzt. Sie können wirtschaftlicher als ein Linienbetrieb mit Standardbussen sein. Da die Zahl der Fahrgäste pro Fahrzeug und Fahrplanfahrt klein ist, weisen auch bedarfsorientierte ÖV-Angebote einen niedrigen Kostendeckungsgrad auf. Außerdem sind in ländlichen Räumen die Nachfragespitzen aufgrund des hohen Schulverkehranteils besonders ausgeprägt. Der regelmäßige Berufs- und Schulverkehr ist für bedarfsorientierte Angebote wenig geeignet.

Ziel der Untersuchung ist es, beispielhaft für den Schurwald, einem ländlich geprägten Teilraum der Region Stuttgart, die Wirkungen eines integrierten Ridesharingangebots abzuschätzen, das mit On-Demand-Shuttles vornehmlich als Zubringer für den Schienenpersonenverkehr dient. Um die Wirkungen auf die Verkehrsnachfrage und auf den betrieblichen Aufwand zu ermitteln, sollen mit dem Verkehrsnachfragemodell der Region Stuttgart Kenngrößen des Verkehrsangebots (Reisezeiten, Umsteigehäufigkeiten, Bedienungshäufigkeiten), der Verkehrsnachfrage (Personenkilometer je Modus) und des ÖV-Angebots (Fahrzeugzahl, Fahrzeugkilometer, Betriebskosten, Energieverbrauch, CO2-Emissionen) für verschiedene Zustände berechnet und verglichen werden.

Integrierte Planung im öffentlichen Verkehr – DFG Forschergruppe (FOR 2083)

Auftraggeber:
Deutsche Forschungsgemeinschaft

Projektpartner:
In der aktuellen zweiten Phase besteht die Forschungsgruppe aus den folgenden Teilprojekten:

  • TPF: Wirkungen eines ÖV-Angebots auf die Fahrgäste und die Betreiber - Projektleiter: Markus Friedrich, Universität Stuttgart
  • TPM: Optimierung von Dispositionsmaßnahmen bei Störungen aus Fahrgastsicht - Projektleiter: Matthias Müller-Hannemann, Universität Halle-Wittenberg
  • TPS: Algorithmen für mehrstufige Optimierungsprobleme: Integrierte Optimierung im öffentlichen Verkehr - Projektleiterin: Anita Schöbel, TU Kaiserslautern
  • TPV: Wirkungen von Störungen auf Fahrgäste und Betriebsablauf – Modellierung der Reaktion von Betreibern und Fahrgästen auf Störungen - Projektleiter: Peter Vortisch, Karlsruher Institut für Technologie
  • TPW: Algorithm Engineering für die integrierte multimodale Routenplanung - Projektleiterin: Dorothea Wagner, Karlsruher Institut für Technologie

Projektlaufzeit:
2016 - 2022

Ansprechpartner:
 •  Prof. Dr.-Ing. Markus Friedrich
 •  Alexander Migl, M. Sc.

 

Öffentliche Verkehrsmittel (ÖV) sind das effizienteste „Sharingsystem“, das uns in dicht besiedelten Räumen zur Verfügung steht. Mit wenigen Fahrzeugen und Fahrzeugkilometern kann eine große Menge an Personen befördert werden. Deshalb bleibt es auch in der Zukunft eine wichtige Aufgabe der Verkehrsplanung, das Angebot im öffentlichen Verkehr so zu planen, dass es möglichst gut ist und Alternativen zum privaten oder geteilten Pkw bietet.
Diese Aufgabe führt zur Fragestellung

"Wie entwirft man ein Angebot im öffentlichen Verkehr, das möglichst optimal ist?"

In der praktischen ÖV-Angebotsplanung ist ein rechnergestützter Entwurfsprozess Stand der Praxis. Dieser Entwurfsprozess bearbeitet die Stufen der Linienplanung, Fahrplanung und Umlaufplanung sequentiell und kombiniert die Erfahrung und die Kreativität der Planenden mit den Möglichkeiten eines Verkehrsplanungsprogramms. Ein Verkehrsplanungsprogramm unterstützt die Planenden durch die datentechnische Verwaltung der Angebotsdaten, durch die Visualisierung der Nachfragedaten und durch Methoden zur Ermittlung der Wirkungen eines Angebots auf die Fahrgäste (Methoden der Nachfragemodellierung) und auf die Betreiber (Methoden der Linienkostenrechnung). Für Teilaufgaben, insbesondere für die Umlaufbildung, werden dabei einfache oder komplexere Optimierungsverfahren eingesetzt. Mathematische Verfahren der Liniennetzoptimierung haben sich in der Praxis bisher jedoch noch nicht durchgesetzt, da die algorithmischen Lösungen den – nicht immer klar formulierten – planerischen Vorstellungen nur bedingt genügen. Mit dem Vergleich von planerischen und algorithmischen Lösungen wird versucht, die Schnittstelle zwischen diesen beiden Kategorien zu verbessern. Die Ergebnisse des bisherigen Vergleichs zeigen, dass algorithmische Lösungen durch die Integration planerischer Regeln verbessert werden können. Das Verbesserungspotenzial betrifft die Liniennetzplanung und die Taktfestlegung bei der Fahrplanung. Bei der automatisierten Liniennetzplanung kann zwischen Linienkonstruktionsverfahren und Linienauswahlverfahren unterschieden werden: Ein Linienkonstruktionsverfahren erstellt einen Linienpool, der planerische Aspekte berücksichtigen kann. Das Linienauswahlverfahren erstellt aus dem gegebenen Linienpool ein optimiertes Liniennetz.

In der DFG-Forschungsgruppe haben sich Vertreter der Mathematik, der Informatik und des Verkehrswesens mit dem Ziel zusammengefunden, Methoden der mathematischen Optimierung für die Zwecke der ÖV-Angebotsplanung so zu erweitern, dass die Anforderungen der Planungspraxis besser erfüllt werden können. Unsere Ziele sind:

  • eine verbesserte Abstimmung zwischen Linienplan, Fahrplan, Umlaufplan und Personaleinsatzplänen durch eine übergreifende Optimierung des Gesamtsystems anstatt der Optimierung der bisher nur einzeln betrachteten aufeinanderfolgenden Planungsstufen
  • eine höhere Kundenorientierung: Linien und Fahrpläne sollen für die Kunden so attraktiv wie möglich sein. Dazu arbeiten wir an der Routenplanung in multimodalen Netzen und an der Integration realistischer Nachfragemodelle in die Optimierungsverfahren
  • ein gutes Störungsmanagement sowie die Entwicklung robuster Lösungen durch eine bereits in den Planungsprozess integrierte Betrachtung typischer Störungen im späteren Betriebsablauf.

Aufbauend auf Ansätzen der diskreten Optimierung, des Algorithm Engineering und der Verkehrssimulation arbeiten wir an innovativen Verfahren, die den Entwurfsprozess in der Verkehrsplanung verbessern. Die erzielten Fortschritte werden im Rahmen verschiedener Demonstratoren u.a. an einem großen realen Fallbeispiel deutlich gemacht.

Link zum Projekt: https://for2083.mathematik.uni-kl.de/

Verfahren zur Ermittlung der maßgebenden Verkehrsnachfrage für die Planung und Bemessung von Straßen

Auftraggeber:
Bundesanstalt für Straßenwesen

Projektpartner:
 • 
KIT
 • 
PTV Transport Consult GmbH

Projektlaufzeit:
2016 - 2022

Ansprechpartner:
 •  Prof. Dr.-Ing. Markus Friedrich
 •  Magdalena Schilling M.Sc.

Bei der nachfrageorientierten Bemessung von Verkehrsanlagen soll eine Verkehrsanlage so dimensioniert werden, dass sie eine zu erwartende Verkehrsstärke, die sich aus einer gegebenen Verkehrsnachfrage ergibt, bewältigen kann. Da diese Verkehrsnachfrage im Zeitverlauf großen Schwankungen unterliegt, ergibt sich die Frage, welcher Wert als Grundlage für die Bemessung anzusetzen ist. Da man davon ausgehen kann, dass höhere Verkehrsstärken auf der gleichen Verkehrsanlage immer schlechtere Verkehrsqualitäten als niedrigere ergeben, ist eine naheliegende Wahl, die höchste zu erwartende Verkehrsstärke zu nehmen. Funktioniert die Verkehrsanlage unter dieser Höchstbelastung, funktioniert sie auch in allen anderen Situationen.

Allerdings ist die Bemessung von Verkehrsanlagen an der höchsten je vorkommenden Belastung in der Regel unwirtschaftlich. Es wird stattdessen in Kauf genommen, dass die Anlage für gewisse Zeiträume überlastet ist, wenn die aus den Zeitverlusten entstehenden Kosten geringer eingeschätzt werden als der Aufwand, die Verkehrsanlage auf die höhere Belastung zu dimensionieren.

Bei der Wahl einer Verkehrsstärke für die Bemessung, die kleiner ist als die höchste zu erwartende Verkehrsstärke, muss möglichst genau bestimmt werden, welcher Schaden dadurch für die Verkehrsteilnehmenden entsteht. Nur so kann die Abwägung zwischen Ausbauaufwand und Zeitverlusten korrekt durchgeführt werden. Dazu muss bekannt sein, wie oft Verkehrsstärken über der angenommenen Bemessungsverkehrsstärke auftreten und wie sich diese Überlastungen auswirken. Die Auswirkungen werden in der Regel davon abhängen, wie stark die Bemessungsverkehrsstärke überschritten wird. Typischerweise wird bei der Wahl einer repräsentativen Verkehrsstärke die Häufigkeit der Überschreitung berücksichtigt, nicht aber ihre Höhe und ihre Auswirkungen.

Eine weitere Unsicherheit bei der Bemessung entsteht dadurch, dass die methodisch als repräsentativ ausgewählte Verkehrsstärke nicht genau bestimmt werden kann, weil die notwendigen Messdaten fehlen und nicht mit vertretbarem Aufwand erhoben werden können. In diesem Fall muss die Bemessungsverkehrsstärke muss aus den verfügbaren Daten geschätzt werden. Mit Blick auf den praktischen Einsatz der Bemessung muss bei der Definition der Bemessungsverkehrsstärke also zwischen einer möglichst guten Kontrolle über die in Kauf genommene Überlastung der Verkehrsanlage und dem Aufwand, mit dem diese Bemessungsverkehrsstärke zuverlässig ermittelt werden kann, abgewogen werden.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, verschiedene Ansätze [= Bemessungskonzepte] zur Schätzung der Verkehrsnachfrage zur Ermittlung einer als maßgebend erachteten Verkehrsnachfrage für die Bemessung beim Neu-, Um- und Ausbau von Straßen vergleichend gegenüberzustellen und zu bewerten- Damit sollen die folgenden drei Fragestellungen beantwortet werden:

  • Welche Bemessungsverkehrsstärke ist am besten geeignet, um Aussagen über die Leistungsfähigkeit einer Verkehrsanlage zu machen?
  • Welche Daten liegen in der Praxis für die Ermittlung der Bemessungsverkehrsstärke im Analysezustand und im Planungszustand vor und mit welchen Methoden kann man daraus die Bemessungsverkehrsstärke ableiten?
  • Wie groß ist der Fehler bei der Bemessung, der bei Verwendung einer bestimmten Methode zur Ermittlung der Bemessungsverkehrsstärke auftreten kann?

Bedarfsplan Radwege in Baden-Württemberg

Auftraggeber / Zuwendungsgeber: Ministerium für Verkehr Baden-Württemberg

Projektpartner:
 • Institut für Straßen- und Verkehrswesen; Lehrstuhl für Verkehrsplanung und Verkehrsleittechnik (Universität Stuttgart)
 • PTV Transport Consult GmbH

Laufzeit: 2020 - 2021

Ansprechpartner:
 • Prof. Dr.-Ing. Markus Friedrich
 • Yannik Wohnsdorf, M. Sc.

Das Projekt soll Abschnitte des Straßennetzes in Baden-Württemberg identifizieren, die für die die Verbindung zentraler Orte notwendig sind und heute über keine geeignete keine Führung des Radverkehrs verfügen. Der Fokus liegt dabei auf Landstraßen in der Baulastträgerschaft des Bundes oder des Landes.

Die Vorgehensweise basiert auf der in den RIN beschriebenen Methode der funktionalen Gliederung von Verkehrswegenetzen. Ausgangspunkt der RIN-Methode sind sogenannte Luftliniennetze, die definieren, welche Verbindungen zwischen zentralen Orten bei der Netzgestaltung berücksichtigt werden müssen. Jeder relevanten Verbindung zwischen zentralen Orten wird eine geeignete Route im Verkehrswegenetz zugewiesen. Bei der Festlegung der Route werden nach Möglichkeit mehrere Verbindungen gebündelt und bereits vorhandene, für den Radverkehr geeignete, Verkehrswege genutzt.

Ziel des Projekts ist es, Aussagen zum Bedarf für außerörtliche Radwege entlang von Bundesfern- und Landesstraßen in Baden-Württemberg zu machen. Der Bedarf ergibt sich aus der Zielvorstellung, dass alle zentralen Orte (Oberzentren, Mittelzentren, Grundzentren) durch ein für den Radverkehr geeignetes Verkehrswegenetz verbunden werden. Als Ergebnis des Projekts entsteht ein Bedarfsplan, der eine Planungsgrundalge für das Radwegenetz im Land Baden-Württemberg bildet.

Erreichbarkeitssicherung im ländlichen Raum. Entwicklung und Erprobung eines Werkzeugs zur Bewertung der Wirkungen von Standortentwicklungen der sozialen Infrastruktur und Angebotsveränderungen

Auftraggeber / Zuwendungsgeber: Ministerium für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg

Projektpartner:
 • Institut für Straßen- und Verkehrswesen; Lehrstuhl für Verkehrsplanung und Verkehrsleittechnik (Universität Stuttgart)
 • PTV Transport Consult GmbH

Laufzeit: 2014 - 2022

Ansprechpartner:
 • Prof. Dr.-Ing. Markus Friedrich
 • Yannik Wohnsdorf, M. Sc.

Im Teil 1 des Projekts (2014 – 2016) wurde ein digitales Werkzeug für die Erreichbarkeitsanalyse entwickelt und im Landkreis Calw beispielhaft erprobt. Mit Hilfe dieses Werkzeugs kann die Erreichbarkeit von Standorten und Standortkategorien der Daseinsvorsorge kleinräumig abgebildet und bewertet werden. Das Modell ist in folgende vier Teilmodelle unterteilt:

  • Bevölkerungsmodell: Standorte der Einwohner
  • Standortmodell: Standorte der Einrichtungen der Daseinsvorsorge
  • Verkehrsangebotsmodell: Straßennetz (Pkw, Rad, Fuß) und ÖV-Angebot
  • Simulationsmodell: Methoden zur Berechnung der Erreichbarkeitskenngrößen

Im Teil 2 (2018 -2022) wird der beispielhaft entwickelte Ansatz in einem größeren Modellraum mit drei aneinander angrenzenden Landkreisen im ländlichen Raum praktisch erprobt. Die Projektdurchführung wurde europaweit ausgeschrieben und an die PTV Group vergeben. Der Lehrstuhl übernimmt im Projekt die wissenschaftliche Begleitung und die Qualitätssicherung.

Das übergeordnete Ziel des Projekts ist es, die verschiedenen Verwaltungsebenen im ländlichen Raum dabei zu unterstützen eine attraktive räumliche Struktur aufrechtzuerhalten. Durch das Erreichbarkeitsmodell sollen gezielt Versorgungslücken identifiziert und geschlossen werden. Das Modell soll auch durch Dritte so bedient werden können, dass eigene Auswertungen und somit Aussagen zu Erreichbarkeit für die eigene Planung möglich sind.

ICARUS - Integrated Climate forcing and Air pollution Reduction in Urban Systems.

Auftraggeber / Zuwendungsgeber:

Europäische Union (Horizon 2020)

Projektpartner:

  • Stadt Stuttgart
  • Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (Universität Stuttgart)
  • Institut für Straßen- und Verkehrswesen; Lehrstuhl für Verkehrsplanung und Verkehrsleittechnik (Universität Stuttgart)
  • Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (Universität Stuttgart)
  • Partner aus acht weiteren europäischen Städten

Laufzeit:

05/2016 – 04/2020

Ansprechpartner:

Offizielle Homepage des Projekts

Wesentliche Projekteigenschaften:

  • Ganzheitlicher Ansatz: alle für Entscheidungen bedeutsamen Informationen werden betrachtet
    • Simultane Bewertung von Luftreinhaltung und Klimaschutz unter Berücksichtigung von Kosten und Nutzenverlusten/-gewinnen
    • Simultane Untersuchung der relevanten Schadstoffe und Treibhausgase
    • Betrachten aller Emissionsquellen innerhalb und außerhalb der Städte

  • Bewertung von Maßnahmen anhand
    • effizienter Einhaltung von Grenzwerten
    • darüber hinaus auftretender Effekte auf das menschliche Wohlergehen (Gesundheit, Wohlbefinden)

Rolle des Lehrstuhls:

  • Allgemein: Berechnung verkehrlicher Wirkungen von Maßnahmen mittels makroskopischer Verkehrsnachfragemodellierung

  • Schwerpunkt: Modellierung von Visionen einer „grünen“ Stadt, in der automatisierte Fahrzeuge bisherige Verkehrsmittel ersetzen/ergänzen
    • Wie verändern sich Verkehrsbelastungen?
    • Welche Verkehrsmittel wählen die Einwohner der Region Stuttgart?
    • Können automatisierte Fahrzeuge die Verkehrsprobleme von heute lösen?

Das Hauptziel des Projekts ICARUS ist die Entwicklung von Strategien zur effizienten Reduzierung von sowohl Luftverschmutzung in Städten als auch hier verorteter Ursachen für den Klimawandel. Hierzu werden ganzheitliche Bewertungen von kurz- und mittelfristigen Maßnahmen durchgeführt und Visionen von zukünftigen „grünen“ Städten entwickelt.

Methoden zur Bewertung der Verbindungsqualität in Straßennetzen

Projekttitel: Methoden zur Bewertung der Verbindungsqualität in Straßennetzen

Auftraggeber: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)

Zuwendungsempfänger:

  • Universität Stuttgart, Institut für Straßen- und Verkehrswesen, Lehrstuhl für Verkehrsplanung und Verkehrsleittechnik
  • PTV AG
  • PTV Transport Consult GmbH

Laufzeit: Januar 2018 – März 2020

Ansprechpartner:

  • Prof. Dr.-Ing. Markus Friedrich
  • Jürgen Bawidamann, M. Sc.

Der Zeitaufwand für eine Ortsveränderung ist die zentrale Kenngröße zur Beschreibung der Angebotsqualität in einem Verkehrsnetz. Der Zeitaufwand ist Grundlage für Bewer­tungen auf unterschiedlichen planerischen Ebenen von der Bemessung einzelner Ver­kehrsanlagen, über Netzabschnitte bis hin zu ganzen Relationen und Netzen. Der Zeitaufwand ist außerdem Grundlage für Entscheidungsmodelle der Verkehrsnachfrage (Zielwahl, Moduswahl, Routenwahl), die maßgeblich von Zeiten beeinflusst werden. Für die Planung und Bewertung von Verkehrsanlagen und Verkehrsnetzen ist eine realitätsnahe Abschätzung der heutigen und zukünftigen Zeitaufwände ebenfalls von großer Bedeutung. Für aktuelle oder historische Zeitaufwände können gemessene Geschwindigkeits- und Fahrtzeitdaten verschiedener kommerzieller Anbieter herangezogen werden. Änderungen der Zeitaufwände aufgrund von Netz- oder Nachfrageänderungen in einer Prognose können nur mit Modellen abgeschätzt werden. Somit stehen, je nach Anwendungsfall und Region, unterschiedliche Datengrundlagen zur Verfügung. Damit Zeitdaten für die Planung und die Bewertung genutzt werden können, müssen die Zeitdaten aus unterschiedlichen Quellen vergleichbar sein. Falls das nicht gewährleistet ist, können identische oder vergleichbare Verkehrszustände in Abhängigkeit der Datenquelle unterschiedlich bewertet werden.

Aus dieser Forderung ergibt sich das Ziel des Forschungsvorhabens:

  • Es sollen verbindungsbezogene Reisezeiten im Straßenverkehr mit verschiedenen Methoden (modell- und empiriegestützt) und Datenquellen ermittelt und verglichen werden.
  • Aufbauend auf dem Vergleich der Methoden und Datenquellen soll ein Konzept entwickelt werden, mit dem die Zeitdaten einer Datenquelle beurteilt und ggf. korrigiert werden können.
  • Es soll eine allgemein zugängliche Datenbasis für verbindungsbezogene Reisezeiten zwischen zentralen Orten (Metropolregionen, Oberzentren, Mittelzentren) erstellt werden.
  • Es sollen Referenzkurven zur Bewertung der verbindungsbezogenen Angebots­qualität für die RIN erstellt werden.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, verbindungsbezogene Reisezeiten im Straßenverkehr für Pkw und Lkw mit verschiedenen Methoden (modell- und empiriegestützt) und aus verschieden Datenquellen zu ermitteln und zu vergleichen. Um für die Bewertung eine Vergleichbarkeit der Reisezeitdaten sicherzustellen, wird ein Konzept zur Beurteilung und ggf. Korrektur der Reisezeitdaten entwickelt. Mit Geschwindigkeits- bzw. Fahrtzeitdaten mindestens eines auszuwählenden kommerziellen Anbieters (HERE, TomTom, Inrix, Google) wird eine Datenbasis für verbindungsbezogene Reisezeiten zwischen zentralen Orten (Metropolregionen, Oberzentren, Mittelzentren) erstellt, die allgemein genutzt werden kann. Aufbauend auf dieser Datenbasis werden Referenzkurven zur Bewertung der verbindungsbezogenen Angebotsqualität für die RIN erstellt. Mit dieser Grundlage wird eine Einordnung von empirischen und modellbasierten Daten möglich sein.

Oben abgebildet ist der Fahrzeitindex zwischen den Metropolregionen Deutschlands, der aus Google Maps Directions-Daten abgeleitet wird. Grün kann für eine Relation mit hoher Zuverlässigkeit stehen, blau für eine mittlere und rot für eine Relation mit geringer Zuverlässigkeit.

In der Abbildung dargestellt ist der Fahrzeitindex. Dieser ergibt sich aus dem Quotienten der maximalen Fahrzeiten und der minimalen Fahrzeiten, die über mehrere Kalendertage und Tageszeiten abgefragt wurden.

CoEXist - ‘AV-Ready' transport models and road infrastructure for the coexistence of automated and conventional vehicles

Projekttitel / Project title

  • CoEXist – ‘AV-Ready' transport models and road infrastructure for the coexistence of automated and conventional vehicles

Auftraggeber / Contracting authority

  • Europäische Union (Horizon 2020)

Projektpartner / Project partners

  • Rupprecht Consult GmbH, Cologne, Germany
  • PTV Planung Transport Verkehr AG, Karlsruhe, Germany
  • Polis, European Cities and Regions Networking for Innovative Transport Solutions, Brussels, Belgium
  • FEHRL - Forum of European National Highway Research Laboratories, Brussels, Belgium
  • iD4CAR, Rennes, France
  • VEDECOM - Institute for Energy Transition (ITE), Versailles, France
  • Renault, Versailles, France
  • TASS International, Helmond, Netherlands
  • VTI - Swedish National Road and Transport Research Institute, Linköping, Sweden
  • University of Florence, Florence, Italy
  • University of Stuttgart, Department for Transportation Planning and Traffic Engineering of the Institute for Road and Transportation Science (VuV), Stuttgart, Germany
  • City of Gothenborg, Gothenburg, Sweden
  • City of Helmond, Helmond, Netherlands
  • City of Milton Keynes, Milton Keynes, United Kingdom

Laufzeit / Duration

  • 05/2017 – 04/2020

Website

Ansprechpartner / Contact

Overview

The mission of CoEXist is to systematically increase the capacity of road authorities and other urban mobility stakeholders to get ready for the transition towards a shared road network with increasing levels of connected and automated vehicles (CAVs), both in terms of vehicle penetration rates and levels of automation using the same road network as conventional vehicles (CVs). CoEXist will enable mobility stakeholders to get “Automation-ready” – which CoEXist defines as conducting transport and infrastructure planning for automated vehicles in the same comprehensive manner as for existing modes such as conventional vehicles, public transport, pedestrians and cyclists, while ensuring continued support for conventional vehicles on the same network.

Approach

Automation-ready transport and infrastructure planning in cities is a key precondition for fulfilling the promises of CAVs to reduce road space demand and improve traffic efficiency and safety. CoEXist will address three key steps in transport and infrastructure development:

  • Automation-ready transport modelling: Validated extension of existing microscopic and macroscopic transport models to include different types of CAVs (passenger car/ light-freight vehicle, automation levels).
  • Automation-ready road infrastructure: Tool to assess the impact of CAVs on safety, traffic efficiency and space demand and development of design guidance for hybrid (CAV-/CV-shared) infrastructure.
  • Automation-ready road authorities: Elaboration of eight use cases in four road authorities (Gothenburg, Helmond, Milton Keynes and Stuttgart), used to evaluate AV impacts on safety, traffic efficiency and road space requirements (with CoEXist tools) and making detailed hybrid infrastructure design recommendations.

Overall

CoEXist’s strategic aim is to bridge the gap between connected and automated vehicles (CAVs) technology and transportation and infrastructure planning by strengthening the capacities of urban road authorities and cities to plan for the integration of CAVs in the same network.

CoEXist will achieve its aim through the following project objectives:

  • To define requirements of stakeholders in the transition towards Automation-ready transport and infrastructure planning;
  • To develop and validate microscopic and macroscopic modelling tools (PTV Vissim and Visum) that enable the transition towards Automation-ready transport planning;
  • To develop a hybrid infrastructure impact assessment tool that enables the transition towards Automation-ready road infrastructure planning;
  • To demonstrate CoEXist tools in road authorities and cities;
  • To ensure take-up and exploitation of CoEXist results through dissemination.

Our main focus within the project

  • Developing tools (plugins, extensions) for macroscopic modelling software (PTV Visum) to be able to model CAV and incorporate their characteristics in macroscopic travel demand models.
  • Apply modelling tools to the Stuttgart Region travel demand model and examine the impacts of CAV with different capabilities and market penetrations within two use cases:
    • Impacts of CAV on travel time and mode choice on a network level:
      This use case focusses on the transition from 0% to 100% CAV. CAV are assumed to be highly automated and not yet able to perform driverless.
    • Impacts of driverless car- and ridesharing services:
      This use case focusses on new mobility services using driverless CAV. These services could be integrated into or compete with public transport.

Einflussgrößen auf die Qualität von makroskopischen Nachfragemodellen im Personenverkehr

Auftraggeber / Zuwendungsgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG

Projektpartner:

Laufzeit:

10/2015 – 09/2019

Ansprechpartner:

„Alle Modelle sind falsch. Die wesentliche Frage ist, wie falsch Modelle sein müssen, um nicht mehr nützlich zu sein.“
Diese Übersetzung einer Aussage von George E. P. Box beschreibt kurz und prägnant die übergeordnete Fragestellung des beantragten Forschungsprojektes:
Welche Qualität müssen Verkehrsnachfragemodelle haben, damit man sie für die Zwecke der Verkehrsplanung und Verkehrstechnik nutzbringend einsetzen kann?
Aus dieser übergeordneten Fragestellung ergeben sich die folgenden vier Forschungsfragen und das wissenschaftliche Programm des Projektes. Ziel des Forschungsprojektes ist es, diese Fragen für makroskopische Verkehrsnachfragemodelle des Personenverkehrs zu beantworten.

Wie kann man die Qualität eines Verkehrsnachfragemodells bestimmen?
Für die Messung der Qualität kommen unterschiedliche Kenngrößen (z.B. Verkehrsstärken und Reisezeitverteilungen), statistische Fehlermaße und Plausibilisierungstests zum Einsatz. Im Forschungsprojekt werden aus der Literatur und aus Modelldokumentationen mögliche Qualitätsmaße und Qualitätstests zusammengestellt, die dann mit vorhandenen Daten und Modellen getestet werden, so dass Aussagen zur Eignung als Qualitätsmaß möglich sind.

Mit welcher Methode lassen sich die Qualität von Verkehrsnachfragemodellen und
die Bedeutung einzelner Einflussgrößen für die Qualität ermitteln?
Um die Bedeutung der Einflussgrößen für die Qualität zu ermitteln, soll eine Methode entwickelt werden, die Mobilitätsdaten der Grundgesamtheit, d.h. Mobilitätsmuster von Einzelpersonen, als Referenzdaten verwendet. Diese Methode soll für mehrere kleine, virtuelle Beispielnetze und ein reales Untersuchungsgebiet angewendet werden. Als Referenzdaten werden entsprechend virtuelle Netz- und Mobilitätsdaten erzeugt bzw. vorhandene reale Daten aufbereitet.

Welche Größen beeinflussen die Qualität eines Verkehrsnachfragemodells?
Die Qualität eines Verkehrsnachfragemodells wird von folgenden Größen beeinflusst:
1. Genauigkeit der Strukturdaten
2. Genauigkeit der Verkehrsangebotsdaten
3. Genauigkeit der erfassten Verhaltensdaten
4. Räumliche Segmentierung
5. Segmentierung des Verkehrsangebots
6. Segmentierung der Nachfrage
7. Zeitliche Segmentierung
8. Modellannahmen zur Nachbildung der Entscheidungsprozesse der Verkehrsteilnehmer
9. Numerische Genauigkeit des Modells

Im Forschungsprojekt soll der Einfluss der Genauigkeit der Strukturdaten und der
Verhaltensdaten, der Segmentierung des Raumes und der Verkehrsnachfrage sowie der Modellannahmen zur Nachbildung der Entscheidungsprozesse der Verkehrsteilnehmer untersucht werden.
Um die Komplexität der Untersuchung zu begrenzen, wird angenommen dass die Daten des Verkehrsangebots korrekt sind, d.h. dass insbesondere die Reisezeiten zwischen den Aktivitätenorten (Verkehrszellen) der Realität entsprechen und bekannt sind. Damit wird der sehr spezielle und umfassende Aspekt der Fahrzeitmodellierung (Zusammenhang zwischen Verkehrsstärke und Fahrzeit im Kfz-Verkehr, Verspätungen im öffentlichen Verkehr) und der fahrzeitabhängigen Routenwahl ausgeklammert. Bedingt durch die Annahme bekannter Reisezeiten und Fahrtrouten, wird auch auf eine Untersuchung der Segmentierung des Verkehrsangebots und der zeitlichen Segmentierung verzichtet. Fragen der numerischen Genauigkeit eines Nachfragemodells betreffen in erster Linie die Konvergenz bei der Umlegung und bei der Rückkopplung zwischen Umlegung und Ziel- bzw. Verkehrsmittelwahl. Diese Konvergenzprobleme resultieren ebenfalls aus den verkehrsstärkeabhängigen Fahrzeiten und werden deshalb ausgeklammert.

Welche Empfehlungen ergeben sich aus den Erkenntnissen für die Erstellung und die Anwendung von Verkehrsnachfragemodellen?
Die Ergebnisse sollen so aufbereitet werden, dass in Abhängigkeit der geplanten Modellanwendung (z.B. Beurteilung einer geplanten Verkehrsinfrastrukturmaßname, Bemessung einer verkehrstechnischen Anlage) Mindestanforderungen an die Modellbildung, die Modelldatenversorgung, die Modellkalibrierung und Modellvalidierung formuliert werden.

Integrierte Planung im öffentlichen Verkehr - DFG Forschergruppe (FOR 2083)

Auftraggeber / Zuwendungsgeber:

DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft

Projektpartner

  • TP1: Algorithmen für mehrstufige Optimierungsprobleme am Beispiel der integrierten Optimierung von Liniennetz, Fahrplan und Umläufen
    Projektleiterin: Anita Schöbel, Georg-August-Universität Göttingen
  • TP2: Kopplung von mathematischer Optimierung und stochastischer Simulation für eine robuste integrierte Umlauf- und Dienstplanung im öffentlichen Verkehr
    Projektleiter: Uwe Clausen, Technische Universität Dortmund
  • TP3: Dekompositionsalgorithmen für mehrstufige Optimierungsprobleme
    Projektleiter: Marco Lübbecke, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
  • TP4: Algorithm Engineering für die integrierte multimodale Routenplanung
    Projektleiterin: Dorothea Wagner, Karlsruher Institut für Technologie
  • TP5: Wirkungen eines ÖV-Angebots auf die Fahrgäste und die Betreiber
    Projektleiter: Markus Friedrich, Universität Stuttgart
  • TP6: Wirkung von Störungen auf Fahrgäste und Betriebsablauf
    Projektleiter: Peter Vortisch, Karlsruher Institut für Technologie
  • TP7: Optimierung von Dispositionsmaßnahmen bei Störungen aus Fahrgastsicht
    Projektleiter: Matthias Müller-Hannemann, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Laufzeit

2015 - 2018

Ansprechpartner

In unserem Projekt wollen wir den Planungsprozess im ÖV integriert betrachten, um so das ÖV Angebot bezüglich seiner Kundenfreundlichkeit und seiner Kosten zu verbessern. Dabei soll auch die Robustheit gegen Störungen mit einbezogen werden. Unsere Ziele sind:

  • eine verbesserte Abstimmung zwischen Linienplan, Fahrplan, Umlaufplan und Personaleinsatzplänen durch eine übergreifende Optimierung des Gesamtsystems anstatt der Optimierung der bisher nur einzeln betrachteten aufeinanderfolgenden Planungsstufen
  • eine höhere Kundenorientierung: Linien und Fahrpläne sollen für die Kunden so attraktiv wie möglich sein. Dazu arbeiten wir an der Routenplanung in multimodalen Netzen und an der Integration realistischer Nachfragemodelle in die Optimierungsverfahren
  • ein gutes Störungsmanagement sowie die Entwicklung robuster Lösungen durch eine bereits in den Planungsprozess integrierte Betrachtung typischer Störungen im späteren Betriebsablauf.

Aufbauend auf Ansätzen der diskreten Optimierung, des Algorithm Engineering und der Verkehrssimulation arbeiten wir an innovativen Verfahren, die den Entwurfsprozess in der Verkehrsplanung verbessern. Die erzielten Fortschritte werden im Rahmen verschiedener Demonstratoren u.a. an einem großen realen Fallbeispiel deutlich gemacht.

Link zum Projekt

Anforderungen an städtische Verkehrsnachfragemodelle

Auftraggeber / Zuwendungsgeber:

Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) - Forschungsprogramm Stadtverkehr (FoPS)

Projektpartner:

Laufzeit:

07/2017 – 06/2019

Ansprechpartner:

Verkehrsnachfragemodelle sind ein wichtiges Werkzeug der Verkehrsplanung. Sie werden in Städten und Regionen eingesetzt, um vorhandene Zustände in einem Verkehrsnetz zu rekonstruieren (Analyse des Ist-Zustands) und um die Wirkungen zukünftiger Entwicklungen oder geplanter verkehrlicher Maßnahmen abzuschätzen. Auf diese Weise dienen Verkehrsnachfragemodelle der Vorbereitung verkehrsplanerischer, betriebsplanerischer, verkehrstechnischer und verkehrspolitischer Entscheidungen.

Ein Verkehrsnachfragemodell ist ein Modell, das als Eingangsgrößen das Verkehrsangebot, die Siedlungsstruktur und Verhaltensparamater in einem Untersuchungsgebiet nutzt und darauf aufbauend alle verkehrsrelevanten Entscheidungsprozesse der Menschen nachbildet, die zu Ortsveränderungen führen. Im Personenverkehr umfassen diese Entscheidungen die Aktivitätenwahl, die Zielwahl, die Verkehrsmittelwahl, die Abfahrtszeitwahl und die Routenwahl. Als primäres Ergebnis liefert ein Verkehrsnachfragemodell u.a. Matrizen der Angebotsqualität (Kenngrößenmatrizen), Verkehrsnachfragematrizen, Verkehrsstärken auf Netzelementen und Routen sowie Kenngrößen des Verkehrsaufwands (Personenkilometer, Fahrzeugkilometer, Personenstunden, Verlustzeiten). Diese primären Ergebnisse können als Input für weitere Modellrechnungen genutzt werden, die dann beispielsweise Lärm- und Schadstoffemissionen oder Erlöse aus Fahrkarten ermitteln.

Da die Modellergebnisse Grundlage für vielfältige Entscheidungen sind, erwarten die Modellnutzer der Modellergebnisse eine angemessene Qualität der Ergebnisse. Ausgehend von der Beobachtung, dass in der Praxis unterschiedliche Verkehrsnachfragemodelle zum Einsatz kommen, deren Ergebnisqualität für den Nutzer der Modellergebnisse meist nicht überprüfbar ist, verfolgt das Projekt folgende Ziele:

  • Entwicklung von Empfehlungen für die Erstellung und Anwendung von Verkehrsnachfragemodellen in Kommunen und Regionen,
  • Bereitstellung von Checklisten zur Erfassung der Anforderungen,
  • Erstellung einer Vorlage für eine Leistungsbeschreibung,
  • Auswahl geeigneter Qualitätsmaße, die bei der Modellerstellung nachgewiesen werden müssen,
  • Entwicklung von Vorgaben für die Dokumentation von Verkehrsnachfragemodellen.

AMEISE - Automatisierter Linienbus in Waiblingen/Ameisenbühl

Auftraggeber:

  • Ministerium für Verkehr Baden-Württemberg

Auftragnehmer:

  • Hochschule Esslingen
  • Universität Stuttgart
  • IMU Institut GmbH
  • Stadt Waiblingen
  • Omnibus-Verkehr Ruoff GmbH
  • Verband Deutscher Verkehrsunternehmen e. V.
  • VDV-Akademie (Verband Deutscher Verkehrsunter-nehmen-Akademie) e. V.
  • Softing Engineering & Solutions GmbH
  • Volkmann Straßen- und Verkehrstechnik GmbH
  • BridgingIT GmbH
  • Kommunikationsbüro Ulmer GmbH

Laufzeit:

  • 12/2020 – 12/2022

Webseite:

Ansprechpartner / Mitarbeitende:

  • Prof. Dr.-Ing. Markus Friedrich
  • Dr.-Ing. Matthias Schmaus
  • Dipl.-Ing. Emely Richter
  • Kea Seelhorst, M. Sc.

Mit dem Förderprojekt „AMEISE“ erprobt Waiblingen autonomes Fahren, um das Busverkehrsangebot zu erweitern und um einen Beitrag für die klimafreundliche Verkehrswende zu leisten. Zu diesem Zweck wird ein innovatives Projekt zur Untersuchung eines autonomen Linienbetriebs im urbanen Mischverkehr errichtet. Im Rahmen des Industrieforschungsprojekts soll die Integration von autonomen, emissionsfreien Kleinbussen (M2 Klasse) im ÖPNV sowie deren Auswirkung auf das Berufsbild des Busfahrers untersucht werden. Im Halbstundentakt werden zwei Fahrzeuge eine ca. 2,2 km lange Strecke befahren und ihre Passagiere an zwei Bushaltestellen aufnehmen und absetzen. Die Bestandteile der ersten Phase umfassen u. a. den notwendigen Ausbau der Infrastruktur, die Erforschung und Spezifizierung geeigneter Umfeld-Erfassungssysteme sowie deren Einbindung und die Einrichtung eines 5G-Mobilfunknetzes. In der zweiten Phase ist ein Busbetrieb mit der Autonomiestufe vier (L4 nach SAE J3016) geplant. Hier wird auf Grundlage der vorangegangenen Machbarkeitsstudie sowie des Umfelds der ersten Phase der Bus (in Teilen) zur automatisierten Beförderung von Personen befähigt und bis zum Projektende betrieben.

Der Lehrstuhl für Verkehrsplanung und Verkehrsleittechnik der Universität Stuttgart untersucht im Rahmen des Projektes mögliche Kosten- und Nachfrageeffekte des Einsatzes autonomer Fahrzeuge im ÖPNV. Dafür werden unterschiedliche Hochlaufszenarien betrachtet, in denen eine Ausweitung des Linienbetriebs aber auch der Einsatz in OnDemand-Systemen abgebildet wird. Auf Grundlage des im Reallabor stattfindenden Fahrbetriebs sollen dafür Erkenntnisse zur Leistungsfähigkeit und den auftretenden Kosten abgeleitet werden.

Am Ende des Projektes steht die Beurteilung wichtiger Zielgrößen zu der verkehrlichen Frage, unter welchen Bedingungen autonomes Fahren im ÖPNV einen Beitrag zur Verbesserung des Modal-Splits und damit auch der umweltfreundlichen Personenbeförderung leisten kann. Das Projekt „AMEISE“ unterscheidet sich von anderen Reallaboren, dass es in wichtigen Teilthemen tiefgehende Entwicklungen und Untersuchungen durchführt. Auch diese sind sehr wichtig, wenn man Entscheidungen zur Hochskalierung des autonomen Busverkehrs treffen will. Zu den Teilthemen gehören besonders die Datenkommunikation mit straßenseitiger Infrastruktur, die Kostenermittlung, zum Beispiel für einen gefahrenen Kilometer, die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. Auch die Akzeptanz im Schülerverkehr, bei mobilitätseingeschränkten Personen und der Busfahrerinnen und Busfahrer werden besonders untersucht.

Leitung eines Fachbeirats als beratendes Gremium im Rahmen der Erstellung eines landesweiten Verkehrsmodells für Baden-Württemberg

Auftraggeber:

  • Ministerium für Verkehr Baden-Württemberg

Auftragnehmer:

  • Universität Stuttgart, Lehrstuhl für Verkehrsplanung und Verkehrsleittechnik

Laufzeit:

  • 05/2020 – 06/2023

Ansprechpartner / Mitarbeitende:

  • Prof. Dr.-Ing. Markus Friedrich
  • Dr.-Ing. Matthias Schmaus

Verkehrsnachfragemodelle sind ein wichtiges Werkzeug der Verkehrsplanung. Sie werden eingesetzt, um vorhandene Zustände in einem Verkehrsnetz zu rekonstruieren und um die Wirkungen zukünftiger Entwicklungen oder geplanter verkehrlicher Maßnahmen abzuschätzen. Auf diese Weise dienen Verkehrsnachfragemodelle der Vorbereitung verkehrsplanerischer, betriebsplanerischer, verkehrstechnischer und verkehrspolitischer Entscheidungen.

Das Ministerium für Verkehr (VM) will ein Verkehrsnachfragemodell für das Land Baden-Württemberg erstellen. Dieses landesweite Verkehrsmodell für BW (kurz: LVM-BW) soll für eine räumlich-differenzierte Wirkungsermittlung von verkehrlichen Maßnahmen genutzt werden und die Legitimation für verkehrspolitische Entscheidungen zur Angebotsdimensionierung liefern.

Das VM beabsichtigt, die Erstellung des LVM-BW auszuschreiben. Gegenstand des Projekts ist die Erstellung einer Leistungsbeschreibung für die Ausschreibung des LVM-BW und die wissenschaftliche und organisatorische Begleitung der Modellerstellung.

Flüssiger Verkehr für Klimaschutz und Luftreinhaltung

Auftraggeber:

  • Umweltbundesamt

Auftragnehmer:

  • Universität Stuttgart
  • TU Graz
  • PTV Transport Consult GmbH

Laufzeit:

  • 11/2019 – 10/2022

Ansprechpartner / Mitarbeitende:

  • Prof. Dr.-Ing. Markus Friedrich
  • Dr.-Ing. Matthias Schmaus
  • Jürgen Bawidamann, M. Sc.

Ein Schwerpunkt einer nachhaltigen Verkehrsplanung und -politik besteht in der Umsetzung von Maßnahmen zur Reduktion verkehrsbedingter Emissionen. Dabei wird zwischen Zielen des Klimaschutzes und der Luftreinhaltung unterschieden. Um die Klimaschutzziele zu erreichen, sind im Verkehr die Emissionen des Treibhausgases CO2 zu reduzieren. Bei der Luftreinhaltung müssen aus Gründen des Gesundheitsschutzes Luftschadstoffe (u.a. NOx und Feinstaub) begrenzt werden. Eine Maßnahmenklasse, die zur Erreichung der Ziele immer wieder diskutiert und auch angewandt wird, reduziert verkehrsbedingte Emissionen durch die Verstetigung des Verkehrsflusses. Ziel des Forschungsprojekts ist es, verkehrsbedingte Emissionen zu quantifizieren, die durch eine Verstetigung des motorisierten Straßenverkehrs erreicht werden können.

Um die Luftschadstoffemissionen und den Energieverbrauch des Straßenverkehrs zu quantifizieren, wird in Deutschland in der Regel das Handbuch für Emissionsfaktoren (HBEFA 4.1) genutzt. Mit Blick auf die Darstellung von Verstetigungsmaßnahmen ist die im HBEFA vorgenommene Differenzierung nach Verkehrssituationen von Bedeutung, für die jeweils unterschiedliche Emissionsfaktoren vorliegen. Eine Verkehrssituation ist charakterisiert durch einen Gebietstyp, einen Straßentyp, das geltende Tempolimit und den Verkehrszustand. HBEFA 4.1 unterscheidet zwischen fünf Verkehrszuständen „Level of Service“ (flüssiger Verkehr, dichter Verkehr, gesättigter Verkehr, Stop & Go 1, Stop & Go 2), über deren Zuordnung sich auch Verstetigungsmaßnahmen abbilden lassen.

Im Rahmen des Projekts werden die Fahrleistungsanteile der Verkehrssituationen, die derzeit im HBEFA für Deutschland hinterlegt sind überprüft und aktualisiert. Weiterhin werden Maßnahmen, die zur Verstetigung des Verkehrs beitragen untersucht.

Das Forschungsprojekt hat zwei Zielrichtungen. Erstens sollen die im HBEFA hinterlegten Fahrleistungsanteile in den jeweiligen Verkehrssituationen aktualisiert werden. Als Grundlage für die Ableitung der Verkehrszustände werden Floating-Car-Daten (FCD) des Anbieters TomTom genutzt. Zweitens sollen Maßnahmen im Bereich der Verstetigung gesammelt und hinsichtlich ihrer Wirkung überprüft werden. Dabei kommen unterschiedliche methodische Ansätze zum Einsatz: Hochrechnungen einer veränderten Verteilung der Verkehrssituationen nach HBEFA, makroskopische Verkehrsnachfragemodelle und mikroskopische Verkehrsflusssimulation. Ein Schwerpunkt der Maßnahmenuntersuchung liegt auf damit verbundenen Rebound-Effekten, die dem Zielen der Luftreinhaltung und des Klimaschutzes entgegenwirken.

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