EINSATZ VON PTV VALIDATE IN VERKEHRS-...
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FACHBEITRAG
UNTERSUCHUNGEN UND -PROGNOSEN
EINSATZ VON PTV VALIDATE IN VERKEHRS-
FACHBEITRAG
Dokumentinformationen Einsatz von PTV Validate
Seite 2/11 PTV AG Aug/18
Dokumentinformationen
Kurztitel Einsatz von PTV Validate
Auftraggeber:
Auftragnehmer:
Auftrags-Nr.:
Bearbeiter: Lars Peter
Version: 2018
Autor:
Erstellungsdatum: 2018
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Einsatz von PTV Validate Inhalt
PTV AG Aug/18 Seite 3/11
Inhalt
1 Problemstellung .................................................................................................... 5
2 Übliches Vorgehen bei einer Verkehrsprognose ................................................ 6
3 Alternative: Einsatz von PTV Validate ................................................................. 7
4 Vorteile von PTV Validate: Standardisierung und modularer Aufbau ............... 9
5 Bearbeitungsmöglichkeiten................................................................................ 10
Einsatz von PTV Validate Problemstellung
PTV AG Aug/18 Seite 5/11
1 Problemstellung
Die verkehrlichen Wirkungen einer geplanten Ortsumgehung, die Sinnhaftigkeit einer
neuen Autobahnanschlussstelle oder der Ausbau einer Bundestraße – bei vielen
Fragestellungen der Verkehrsplanung geht es darum, die Wirkung einer Maßnahme vor
ihrer Realisierung zu ermitteln. In der Regel muss dabei nicht nur die gegenwärtige
Situation analysiert, sondern es müssen auch zukünftige Auswirkungen prognostiziert
werden.
Für solche Verkehrsuntersuchungen und Prognosen werden häufig rein empirische
Methoden, wie die Fortschreibung von Zählwerten, verwendet. Die daraus resultierenden
Modelle können aber nur sehr eingeschränkt oder sogar fehlerhaft auf geänderte
Rahmenbedingungen reagieren. Soziodemographische Entwicklungen etwa, die zu einer
geänderten Verkehrsnachfrage führen, oder größere Kapazitätsänderungen durch
Verkehrsinfrastrukturmaßnahmen können kaum berücksichtigt werden. Daher ist ein
kalibriertes und prognosefähiges Verkehrsmodell für die Ermittlung verlässlicher
Ergebnisse erforderlich.
Der Aufbau individueller Verkehrsmodelle für den einmaligen Einsatz in lokalen oder
regionalen Untersuchungen ist allerdings meist zu kosten- und zeitaufwendig. Um den
Aufwand des Modellaufbaus zu reduzieren und gleichzeitig methodisch unsaubere
Kompromisslösungen zu vermeiden, bietet es sich an, Teilmodelle aus einem bereits
vorhandenen, vorkalibrierten überregionalen Modell einzusetzen und diese für die lokale
Untersuchung anzupassen. Ein solches prognosefähiges Modell ist PTV Validate, das
seit etwa 14 Jahren bei der PTV AG kontinuierlich aktualisiert und weiterentwickelt wird
und bereits für eine Vielzahl unterschiedlicher Fragestellungen eingesetzt wurde.
Übliches Vorgehen bei einer Verkehrsprognose Einsatz von PTV Validate
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Abb. 1: Verkehrsmodell PTV Validate Deutschland (mit Detailausschnitt Baden-Württemberg)
Das Verkehrsmodell PTV Validate bildet ganz Deutschland ab (siehe Abb. 1). Es besteht
aus 20.680 Bezirken und etwa 5,9 Mio. Strecken und basiert auf Navigationsnetzen von
HERE. Auf dem attribuierten und routingfähigen Netzmodell von Validate werden
kalibrierte Nachfragematrizen verwendet, um mit Hilfe der Verkehrsplanungssoftware
PTV VISUM Lkw- und Pkw-Belastungen für das gesamte deutsche Hauptstraßennetz zu
berechnen, wobei der Lkw-Verkehr in 4 Gewichtsklassen unterteilt ist. Mit der
Weiterentwicklung Validate.Dynamic können auch Belastungszahlen in Intervallen von 1
Stunde für die verschiedenen Wochentage ermittelt werden. Aus PTV Validate kann für
jedes gewünschte Untersuchungsgebiet ein Teilmodell ausgeschnitten werden.
2 Übliches Vorgehen bei einer Verkehrsprognose
Zum Aufbau eines Modells für eine Verkehrsuntersuchung einschließlich Prognose sind
umfangreiche Arbeitsschritte erforderlich:
1. Optimierte Festlegung der Grenzen des zu modellierenden Raumes, um einerseits
großräumige Verkehrsverlagerungen abzubilden, andererseits aber den Aufwand
zu minimieren.
2. Aufbau des Netzmodells für das Untersuchungsgebiet inkl. Typisierung der
Streckeneigenschaften und ggf. auch detaillierter Abbiegewiderstände an Knoten.
3. Festlegung von räumlichen Differenzierungen (in Verkehrsbezirken) mittels
soziodemografischer Daten und anderer verkehrsrelevanter Informationen.
Einsatz von PTV Validate Alternative: Einsatz von PTV Validate
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4. Bestimmung der Verkehrsnachfrage für den Modellraum für die zu betrachtenden
Fahrzeugtypen (z.B. Pkw, Lkw): Zur verlässlichen Abbildung von Ursache-
Wirkungs-Zusammenhängen sind aus Zählungen und Befragungen gewonnene
Nachfrageinformationen nur begrenzt geeignet, daher ist eine
Nachfragemodellierung erforderlich.
5. Abbildung des Quell-, Ziel- und Durchgangsverkehrs:
Je kleiner das Untersuchungsgebiet, desto größer ist der Anteil des Verkehrs, der
die Grenzen des Untersuchungsgebiets quert und nur schwer mit einer
Modellierung im Untersuchungsraum abgebildet werden kann.
6. Kalibrierung des Verkehrsmodells für den Analysefall:
Das Modell muss den Analysefall hinreichend gut reproduzieren (gemessen z.B. an
der Übereinstimmung mit Verkehrszählungen) ohne an Prognosefähigkeit zu
verlieren.
7. Berechnung der Prognosematrizen (unter Berücksichtigung überregionaler
Entwicklungen) mithilfe des Nachfragemodells.
8. Einbau der Prognosemaßnahmen und aller weiteren relevanten Netzänderungen,
die wahrscheinlich im Prognosezeitraum realisiert werden.
9. Wirkungsanalyse, Ableitung von Handlungsempfehlungen und Prognosezahlen zur
Bemessung und Dimensionierung der Infrastrukturmaßnahme.
Dieser Aufwand garantiert bei gewissenhafter Bearbeitung zwar die bestmöglichen
Ergebnisse, ist aber im Rahmen von lokalen Verkehrsuntersuchungen häufig weder
finanzierbar noch zeitlich realisierbar. Daher werden in der Praxis Prognosen meist direkt
aus Zählungen und Befragungen oder aus stark vereinfachten Verkehrsmodellierungen
abgeleitet, was jedoch mit großen Ungenauigkeiten der Prognoseergebnisse verbunden
ist. Diese Ungenauigkeiten sind angesichts der hohen Investitionsmittel für
Infrastrukturvorhaben jedoch nicht akzeptabel.
Eine Alternative wäre der Einsatz eines bestehenden regionalen Verkehrsmodells. In
einigen Regionen und Bundesländern liegen solche Modelle vor. Da diese aber häufig
über viele Jahre nur pauschal fortgeschrieben werden, ist die Aktualität des
Analysemodells und der Prognoseabbildung kritisch zu hinterfragen. Das
deutschlandweit verfügbare Verkehrsmodell PTV Validate bietet hier eine Lösung.
3 Alternative: Einsatz von PTV Validate
Für den Fall einer fehlenden oder veralteten Modellgrundlage bietet es sich an, die
Prognose auf Grundlage des vorkalibrierten überregionalen Verkehrsmodells PTV
Validate durchzuführen. Der Einsatz eines aus Validate ausgeschnittenen Teilmodells
reduziert den Aufwand für den Verkehrsplaner im Modellaufbau erheblich, da lediglich
Verfeinerungen und Nachkalibrierungen erforderlich sind. Neben einer deutlichen
Reduzierung des Gesamtaufwands wird damit auch die Bearbeitungszeit für die
Wirkungsanalyse von Verkehrsplanungen stark verkürzt.
Alternative: Einsatz von PTV Validate Einsatz von PTV Validate
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Das Vorgehen wäre dabei wie folgt:
1. Festlegung der Grenzen des Untersuchungsraumes, also des Ausschnittes aus PTV
Validate. Dieser sollte großräumige Verkehrsverlagerungen abbilden können, daher
wird empfohlen den Untersuchungsraum so groß zu wählen, dass in allen Richtungen
Straßen der nächsthöheren Kategorie mit einbezogen werden (siehe Abb. 2).
2. Verfeinerung des Modells im unmittelbaren Umfeld der zu untersuchenden
Maßnahme, insbesondere Verfeinerung der Verkehrsbezirke. Die PTV AG bietet auch
an, Netzverfeinerungen in diesem Bereich aus dem Datenbestand der
Kartenhersteller mitzuliefern (Validate-Modul Detailnetzerweiterung, vgl. Abb. 3 und 4
sowie Kapitel 4).
Abb. 2: Validate Teilmodell für die Planung einer Umgehungsstraße in einer Beispielgemeinde
Abb. 3 (rechts oben): Ausschnitt aus Validate für den Kernuntersuchungsraum der Beispielgemeinde
Abb. 4 (rechts unten): Ausschnitt aus Validate mit Detailnetzerweiterung (inkl. Hintergründe) für den Kernuntersuchungsraum
3. Kalibrierung des Verkehrsmodells für den Analysefall: Das Modell muss den
Analysefall hinreichend gut reproduzieren (gemessen z.B. an der Übereinstimmung
mit Verkehrszählungen) ohne an Prognosefähigkeit zu verlieren.
4. Berechnung der Prognosematrizen (unter Berücksichtigung überregionaler
Entwicklungen) mithilfe des Nachfragemodells.
5. Einbau der Prognosemaßnahmen (siehe Abb. 5) und aller relevanten
Netzänderungen, die wahrscheinlich im Prognosezeitraum realisiert werden.
Einsatz von PTV Validate Vorteile von PTV Validate: Standardisierung und modularer Aufbau
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6. Wirkungsanalyse, Ableitung von Handlungsempfehlungen und Prognosezahlen zur
Bemessung und Dimensionierung der Infrastrukturmaßnahme.
Der Verkehrsplaner wird also von einem Großteil der vorbereitenden Arbeiten
entlastet und kann sich auf seine Kernaufgaben konzentrieren.
Abb. 5: Detailausschnitt des Untersuchungsraumes mit Prognosestrecke und Umlegungsergebnis
4 Vorteile von PTV Validate: Standardisierung und
modularer Aufbau
PTV Validate zeichnet sich durch seine standardisierte Methodik aus:
Das Validate Netzmodell basiert auf permanent aktualisierten Kartendaten weltweit
tätiger Hersteller (z.B. Navteq). Es ist transparent und nachvollziehbar attribuiert
(Streckenkapazität, Geschwindigkeiten oder capacity restraint Funktionen) und bietet
eine landesweit einheitliche Modellqualität.
Durch die deutschlandweite Abdeckung können in Teilmodellen alle relevanten Quell-,
Ziel- und Durchgangsverkehre abgebildet werden – auch für Verkehre von und ins
benachbarte Ausland.
Bei der Erstellung der Verkehrsbezirke von Validate wurden Kreis- und
Gemeindegrenzen berücksichtigt, was die Übertragbarkeit externer Daten begünstigt.
Durch die Standardisierung sind auf Validate basierende Modellergebnisse räumlich und
zeitlich gut miteinander vergleichbar im Gegensatz zu einfachen empirischen
Verkehrsuntersuchungen, die auf den jeweiligen Einzelfall hochgerechnet sind und sich
hinsichtlich ihrer Detaillierung und Qualität meist stark unterscheiden.
Prognosestrecke
Beispielgemeinde
Bearbeitungsmöglichkeiten Einsatz von PTV Validate
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Zudem kann die Verkehrsnachfrage von Validate mit Hilfe von verfügbaren regionalen
oder überregionalen Prognosematrizen hochgerechnet werden (z.B. Prognose der
deutschlandweiten Verkehrsverflechtungen 2030 - “Bundesprognose”).
Prognosematrizen liegen in der Regel in größerer Aggregation vor (z.B. auf Kreisebene),
können aber faktoriell auf die detaillierteren Validate-Bezirke angepasst werden, da diese
unter Beachtung von Gemeinde- und Kreisgrenzen erstellt wurden. Diese
Hochrechnungen können als Grundlage für feinräumige Prognosebetrachtungen oder als
Abgleich verwendet werden.
Das Produkt PTV Validate ist modular aufgebaut und kann daher flexibel an
unterschiedliche Kundenbedürfnisse angepasst werden:
1. Validate Basis – das attribuierte Netzmodell (zur Optimierung der
Berechnungsgeschwindigkeit reduziert auf das übergeordnete Netz)
2. Validate DTVw Verkehrsmengen – Umlegungsergebnisse für Pkw und Lkw (in 4
Segmenten) auf dem Validate-Netzmodell
3. Validate DTVw Nachfrage – Nachfragematrizen für Pkw und Lkw (in 4
Segmenten) inkl. der im Netzmodell angebundenen Validate-Bezirke
4. Validate Detailnetzerweiterung - ergänzt das im Modul Basis fehlende
untergeordnete Netz, nach gleicher Methodik attribuiert
5. Validate.Dynamic Verkehrsmengen - Umlegungsergebnisse für Pkw und Lkw (in 4
Segmenten) in Stundenintervallen auf dem Validate-Netzmodell
6. Validate.Dynamic Nachfrage - Nachfragematrizen für Pkw und Lkw (in 4
Segmenten) in Stundenintervallen inkl. der im Netzmodell angebundenen
Validate-Bezirke
5 Bearbeitungsmöglichkeiten
Für die Durchführung einer Verkehrsuntersuchung einschließlich Prognoseberechnung
mit Hilfe von PTV Validate bieten sich verschiedene Varianten an:
1. Die durchzuführende Behörde oder ein beauftragtes Ingenieurbüro kann die
Untersuchung selbst durchführen. Die PTV AG kann dafür einen frei zu
definierenden Modellausschnitt als Analysemodell zur Verfügung stellen. Die
Feinkalibrierung und Prognoseberechnung kann nach eigenen Vorstellungen
durchgeführt werden.
2. Die PTV AG übernimmt die räumliche Verfeinerung und die Berechnung einer
überschlägigen Prognose, z.B. in Rücksprache mit dem Bundesministerium für
Verkehr, Bau und Stadtentwicklung unter Verwendung der Prognose der
deutschlandweiten Verkehrsverflechtung ("Bundesprognose"). Die Behörde oder
das Ingenieurbüro übernimmt die Planfallberechnung, Wirkungsermittlung und
Datenaufbereitung.
3. Die PTV AG führt die komplette Untersuchung von Modellaufbau, -verfeinerung
und -kalibrierung über die Prognoseberechnung bis zur Wirkungsermittlung und
Aufbereitung durch.
Einsatz von PTV Validate Bearbeitungsmöglichkeiten
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