Pottmeier, Andreas:

Realistic cellular automation model for synchronized two-lane traffic : simulation, validation, and applications

(2007), IV, 155 S. : zahlr. graph. Darst.
Dissertation / Fach: Physik
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2007
Abstract:
Ziel der aktuellen Verkehrsforschung ist es, den Straßenverkehr durch Verkehrsmodelle realitätsnah zu beschreiben. Da kein bisheriges Modell alle empirisch beobachteten Phänomene exakt nachbilden kann, ist dessen Entwicklung ein aktueller Forschungsschwerpunkt. Daher präsentiert die vorliegende Arbeit ein realitätsnahes Zellularautomaten-Modell für den mehrspurigen Straßenverkehr und validiert dieses anhand empirischer Einzelfahrzeug-Daten. Im Unterschied zu den bisherigen Modellansätzen wird ein begrenztes Bremsvermögen für die Fahrzeuge eingeführt. Darüber hinaus wird die Geschwindigkeit auf Basis der Umgebung des Fahrers bestimmt und die Fahrer in optimistische und pessimistische eingeteilt. Die ersteren können den Sicherheitsabstand unterschreiten, wenn die Umgebung dies zulässt, die letzteren halten dagegen einen sicheren Abstand ein. Im Ergebnis bildet das Modell die mikroskopischen und makroskopischen Eigenschaften des synchronisierten Verkehrs überzeugend nach. Die Antizipation der Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs ist dabei für die Reproduktion des synchronisierten Verkehrs wesentlich. Die Arbeit besteht aus drei Teilen. Der erste Teil verifiziert das Einspur-Modell von Lee et al anhand von empirischen Daten, welcher das Basismodell für die weiteren Entwicklungen bildet und dessen grundlegende Eigenschaften zusammengefasst werden. Es folgen neue Ergebnisse aus dem Vergleich zu den empirischen Daten, welche die gute Übereinstimmung mit der Realität bestätigen. Die Analyse des synchronisierten Verkehrs offenbart eine wesentliche Eigenschaft: die Dichteabhängigkeit der Lebensdauer. Da im ursprünglichen Modellansatz Unfälle auftreten können, muss dieses für die Modellierung von Mehrspur-Verkehr auf größere Unfallfreiheit zugeschnitten werden. Das angepasste Modell wird im nächsten Teil um einen realitätsnahen Spurwechselalgorithmus erweitert. Es wird ein wirklichkeitsnahes Modell formuliert, dass die empirischen Daten eines zweispurigen Abschnitts besser reproduziert als das bisherige Einspur-Modell. Der Modellansatz bildet die für den Zweispur-Verkehr spezifischen Charakteristiken nach, insbesondere die dichteabhängige Spurwechselrate. Darüber hinaus sind nebeneinander liegende Fahrspuren bei großen Geschwindigkeitsunterschieden nicht gekoppelt, was eine direkte Konsequenz des beschränkten Bremsvermögens ist. Im letzten Teil dieser Arbeit wird das Zweispur-Modell auf offene Systeme mit Engpässen wie Zufahrten und Geschwindigkeitsbegrenzungen angewendet. Die in der Realität beobachteten komplexen Strukturen des synchronisierten Verkehrs werden hier sehr detailliert nachgebildet, so dass das vorgestellte Modell die bisherigen Ansätze an Realitätsnähe übertrifft. Aufgrund der Zuverlässigkeit des Modells wird in der weitergehenden Forschung der Ansatz auf das gesamte Autobahnnetz des Landes Nordrhein-Westfalen angewendet.

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