Regionale Modelle bilden oft die Grundlage für Untersuchungen, die sich auf ausgewählte Teile des Modellgebiets beziehen. Je nach Größe der zu untersuchenden Teilräume werden entweder Teilnetze erzeugt und mit diesen losgelöst vom Ursprungsmodell weitergearbeitet oder das regionale Modell wird auf die Erfordernisse des Untersuchungsgegenstandes angepasst. Sollen über die Verlagerung von Verkehrsbelastungen hinaus auch zeitdynamische Aspekte des Verkehrs, also die Entwicklung und Verlagerung von Staus, in die Bewertung einbezogen werden, ist ein dynamisches Umlegungsverfahren erforderlich. Für die Ergänzung der erforderlichen Details in den Modellen können jedoch oft hohe Aufwände entstehen.
Die hybride Makro-Meso Simulation adressiert die Schwächen der genannten Vorgehensweisen, indem unterschiedlich detailliert modellierte Bereiche in einer Umlegung kombiniert werden können. Damit wird zum einen eine großräumige Betrachtung ermöglicht, auf der anderen Seite reduzieren sich der Modellierungsaufwand und die Laufzeit gegenüber einem rein mesoskopischen Ansatz drastisch. Damit vereinfacht die hybride Makro-Meso Simulation den Zugang zur Anwendung von SBA.
Grundsätzlich ähneln die Anwendungsfälle denen für die simulationsbasierte Umlegung ohne hybriden Ansatz, allerdings ist eine detaillierte Modellierung nur für den engeren Untersuchungsraum erforderlich. Beispiele derartiger Untersuchungen sind z.B.:
- Die Einführung spezieller Fahrstreifen, z.B. für Fahrzeuge mit einem höheren Besetzungsgrad oder autonome Fahrzeuge oder allgemein Umweltspuren
- Baustellen mit zeitweisen Einschränkungen für den Verkehr
Die hybride Makro-Meso-Simulation erlaubt nicht nur eine detaillierte Sicht auf Auswirkungen im Untersuchungsgebiet selbst, sondern auch Abschätzungen zur Änderung des Routenwahlverhaltens im weiteren Umfeld des Untersuchungsgebietes. Die hybride Makro-Meso-Simulation ist als Erweiterung der simulationsbasierten Umlegung (SBA) implementiert. Die Unterscheidung in Untersuchungsgebiet, also den Teil des Netzes, auf dem mesoskopisch simuliert werden soll, und weiteres Modellgebiet, erfolgt durch ein Streckenattribut.
Abbildung 146: Makro-Meso-Simulation
Der wesentliche Unterschied zwischen dem hybriden Ansatz und einer rein mesoskopischen Umlegung liegt in der Ermittlung der Fahrzeitfunktionen für den makroskopisch modellierten Teil. Während sich auf mesoskopisch simulierten Netzobjekten die Fahrzeiten entsprechend den Messungen während der Simulation ändern, sind die Fahrzeiten im makroskopischen Teil des Netzes konstant und hängen nur von der Belastung im Umlegungszeitraum ab.
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Abbildung 147: Fahrzeitfunktionen beispielhaft für jeweils ein Netzobjekt im mesoskopisch (links) und makroskopisch (rechts) simulierten Teil des Netzes
Die Fahrzeitfunktionen sind die Grundlage für die Ermittlung der Widerstände und damit auch für die Schritte Routensuche und Belastungsausgleich.
Die Ermittlung der Fahrzeitfunktion im makroskopisch modellierten Teil des Netzes ergibt sich aus den für eine statische Umlegung typischen Eingangsgrößen, d.h. für diesen Teil des Netzes müssen Kapazitäten, CR-Funktionen und Grundbelastung sinnvoll für den Umlegungszeitraum definiert werden.
Besonderheiten
In diesem Abschnitt werden einige Besonderheiten der hybriden Makro-Meso-Simulation aufgeführt.
Für den Makro-Bereich gilt das Folgende:
- Es gibt keine Konflikte an Knoten.
- Es gibt keinen Rückstau.
- Eine detaillierte Modellierung der Knotengeometrie und Steuerung ist nicht notwendig.
- Knotenwiderstände können durch CR-Funktionen abgebildet werden. Wird als Methode die Knotenwiderstandsberechnung ICA gewählt, so ist zu beachten, dass als Belastungen Stundenwerte eingehen, und dass Ergebnisse, bei denen die Belastung die von ICA berechnete Kapazität übersteigt, fehlerhaft sein können.
Der Weg eines Fahrzeugs kann ausschließlich im Makro- oder Meso-Bereich liegen oder zwischen beiden Bereichen wechseln. Für die Übergänge vom Makro- zum Meso-Bereich und auch vom Meso- zum Makro-Bereich werden intern Anbindungskanten erzeugt. Können Fahrzeuge aufgrund von Stau nicht in einen Meso-Bereich einfahren, entstehen vertikale Staus auf diesen internen Anbindungskanten, d.h. es entsteht kein Rückstau, der sich in den Makro-Bereich ausdehnt.
Im Folgenden wird ein Beispiel für einen Knoten vom Steuerungstyp Kreisverkehr am Übergang zwischen Makro- und Meso-Bereich dargestellt. Die grünen Strecken (Abbildung 148) gehören zum Meso-Bereich, die anderen beiden Strecken liegen im Makro-Bereich.
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Abbildung 148: Knoten vom Steuerungstyp Kreisverkehr im Übergang zwischen Makro- und Meso-Bereich
Auf der rechten Seite der Abbildung 148 ist der Knoten-Kanten-Graph (Simulationsgraph) dargestellt, d.h. hier gilt:
- Für Knoten am Übergang wird die Geometrie erzeugt, d.h. im Falle des Kreisverkehrs wird dieser entsprechend den Eingaben expandiert.
- Für die Strecken im Meso-Bereich werden wie üblich die Kanten des Simulationsgraphen (grün) erzeugt.
- Für Strecken im Makro-Bereich entstehen intern Makro-Meso- bzw. Meso-Makro-Anbindungskanten.
Daraus ergibt sich u.a. auch, dass Fahrzeuge, die aus dem Makro-Bereich über eine interne Makro-Meso-Anbindungskante fahren und dann über eine interne Meso-Makro-Anbindungskante wieder in den Makro-Bereich zurückkehren, mindestens eine Abbiegerkante des Simulationsgraphen befahren. Damit sind sie für andere Fahrzeuge, die z.B. innerhalb des Meso-Bereichs bleiben, sichtbar und haben Einfluss auf die Kapazität am Knoten.
Ein- und Ausgabeattribute
An Netzobjekten im Meso-Bereich werden alle Ergebnisattribute wie bei einer rein mesoskopischen Anwendung (SBA ohne hybride Simulation) erzeugt. Im Makro-Bereich werden Ausgabeattribute wie bei statischen Umlegungen (u.a. Belastungen, Fahrzeiten, Widerstände) erzeugt. Zusätzlich entstehen durch die Propagierung der Fahrzeuge durch das Netz zeitabhängige Netzbelastungen auch im Makro-Bereich.
Die Qualitätsdaten der Umlegung werden in der Liste Qualitätsdaten IV-Simulationsbasierte-Umlegung gespeichert und beziehen sich immer auf das gesamte Netz. Es gibt sechs Attribute, die ausschließlich aus der mesoskopischen Simulation erzeugt werden:
- Simulation Anzahl Fahrzeuge
- Simulation Anzahl verbliebene Fahrzeuge auf Anbindungen
- Simulation Anzahl verbliebene Fahrzeuge im Netz
- Simulation Fahrzeug-Kilometer IV
- Simulation Fahrzeug-Stunden t0
- Simulation Fahrzeug-Stunden tAkt
Es gibt ein weiteres Attribut, Simulation Anzahl verbliebene Fahrzeuge im Makro-Bereich, das die Anzahl der verbliebenen Fahrzeuge im Makro-Bereich ausweist, die noch mindestens einen Meso-Bereich durchfahren.
Nachgelagerte Auswertungen
Durch die hybride Makro-Meso Simulation ergeben sich keine Einschränkungen für nachgelagerte Auswertungen (z.B. dynamische Kenngrößen- oder Spinnenberechnung mit Zeitbedingung) oder die Anwendbarkeit dynamischer Verfahren (dynamisches Matrixschätzen, Teilnetz schneiden mit Nachfrageganglinie, Vissim-Export mit dynamischen Belastungen).
