Optimierung und netzwerkweite Analyse von Lichsignalanlagensteuerungen

Dieses gemeinsame Projekt von BTU und TU Berlin soll wechselwirkend das theoretische und praktische Verständnis des innerstädtischen, lichtsignalanlagenbeinflussten Verkehrs verbessern.

Die meisten Autofahrer sind an einer möglichst schnellen Route zu ihrem Ziel, sei es auf dem Weg zur Arbeit oder nach Hause, interessiert. Grüne Wellen für alle sind aber nicht möglich, so dass Wartezeiten an Ampeln entstehen. Will man diese minimieren und ändert die Ampelschaltung, so ändert man auch die Fahrzeiten der Verkehrsteilnehmer. Möglicherweise suchen sich diese nun neue Wege zu ihrem Ziel und durch die neue Verkehrsbelastung werden eigentlich gerade optimierte Strecken wieder schlechter.

Daher wird an der BTU ein zyklisch-zeitexpandiertes Optimierungsmodell für Lichtsignalanlagen entwickelt, das Koordination, Freigabezeiten und Verkehrsumlegung gleichzeitig optimiert. Damit wird der beschriebene Effekt von vornherein nicht nur vermieden, sondern sogar für besonders effiziente Ampelschaltungen ausgenutzt. Das zyklisch-zeitexpandierte Netzwerkmodell bildet nicht nur die räumlichen Gegebenheiten ab, denn eine zeitliche Komponente erlaubt zusätzlich die Modellierung von Ampeln und zeitlich versetzten Verkehrsströmen. Insbesondere ist das Modell dadurch nicht auf Hilfskonstruktionen wie Fahrzeitfunktionen und ähnlichem angewiesen, sondern kann Pulks von Fahrzeugen und Wartezeiten an Kreuzungen auf sehr natürlichem Wege abbilden.

Versatzzeiten und Freigabezeiten können in diesem Modell über ganzzahlige Variablen und lineare Gleichungen beschrieben werden. Um Wartezeiten zu minimieren, liegt die Hauptaufgabe dann vor allem im Lösen des entstandenen ganzzahligen linearen Optimierungsproblems. Da sich bereits für kleinere Netzwerke wie der Cottbuser Innenstadt Probleme mit mehreren hunderttausend Variablen ergeben, die sich meist nicht mehr exakt lösen lassen, entwickeln wir angepasste Branch&Bound-Verfahren, effektive untere Schranken und neue Schnittebenenansätze.

Die daraus resultierenden Algorithmen zum Design von effizienten Festzeitsteuerungen in innerstädtischen Verkehrsnetzen sollen für verschiedene Verkehrsszenarien einsetzbar und für hohe Verkehrsaufkommen nutzbar sein. Weiterhin werden die Robustheit der Verfahren und die Sensitivität der Lösungen bzgl. der Änderungen im Verkehrsbild untersucht als auch die Effizienz der Algorithmen verbessert. Unsere Partner an der TU Berlin vergleichen die optimierten Festzeitsteuerungen mit einem vor kurzem entwickelten, adaptiven Verfahren der Lichtsignalanlagensteuerung. Dabei werden nicht nur die gängigen Kennziffern betrachtet, sondern auch der Einfluss der Steuerungsverfahren auf die Verkehrsnachfrage untersucht. Da nicht klar ist, wie Verkehr auf eine Lichtsignalanlagensteuerung reagiert, die sich dem aktuellen Verkehrsbild anpasst, wird die Simulationsmethodik verbessert, um derartige Situationen simulationsgestützt abbilden zu können. Als Simulationssoftware kommt die mikroskopische, dynamische Multi-Agenten Simulation MATSim zum Einsatz.

Kooperationen

Dieses Projekt wird gemeinsam mit dem Fachbereich Verkehrssystemplanung und Verkehrstelematik des Instituts für Land- und Seeverkehr der TU Berlin durchgeführt und von der DFG gefördert.

Kontakt

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