Methodik und Arbeitspakete

Wissenschaftlicher Ansatz

Wissenschaftlich bewegt sich die Studie im Fachgebiet der Verkehrsmodellierung und adressiert sowohl die dort verorteten Methoden der Verkehrsplanung und der Verkehrsflussmodellierung. Die Verkehrsflussdynamik setzt eine extern gegebene Verkehrsnachfrage sowie eine feste Infrastruktur voraus, während die Verkehrsplanung die Dynamik der Nachfrage selbst sowie Auswirkungen einer Veränderung der Infrastruktur modelliert. Mithilfe der unterschiedlichen Datenquellen und der hybriden Mobilitätsbefragen soll ein Prozess und ein Werkzeug entwickelt werden, der es ermöglicht eine solche Verkehrsnachfrage in Form einer mmQZZ zu erstellen. Die möglichen Veränderungen bezüglich der Verkehrsmittel- und Routenwahl durch Veränderungen bzw. Optimierung in den Angeboten wird anschließend mithilfe einer mikroskopischen Verkehrsflusssimulation untersucht. Mikroskopische Modelle zeichnen sich durch die explizite Darstellung jedes Verkehrsteilnehmers als separate Einheit aus. Diese können miteinander interagieren und werden durch entsprechende Verhaltensmodelle gesteuert. Auch wenn es in den letzten Jahren auf diesem Gebiet aufgrund besserer Modelle und Hardware große Fortschritte gab, ist die Erstellung von realistischen, auf echten Daten basierenden Szenarien weiterhin eine große Herausforderung in dieser Disziplin. Insbesondere ist dies oftmals nur durch sehr kleinteilige Prozesse und ein hohes Maß an Expertenwissen realisierbar. An dieser Stelle soll die Studie helfen, im Zuge der zweiten Säule ein Werkzeug zu entwickeln, welches dieses auf der einen Seite vereinheitlicht und auf der anderen Seite soweit vereinfacht, dass die Erstellung solcher Szenarien für andere Gemeinden und Kommunen grundsätzlich ermöglicht, um ähnliche Studien in ihrem Zuständigkeitsbereich durchzuführen.

Weiterhin ist die Bestimmung des optimalen hybriden On-Demand-Verkehrs und damit die Bestimmung des Potentials eine mathematisch schwierige Aufgabenstellung, die zu den NP-schweren Problemen gezählt werden darf. Als eine der bekannten Aufgabenstellungen aus dieser Problemklasse kann das Travelling Salesperson Problem TSP; Rundreiseproblem) angeführt werden. Auf dem Gebiet wurden durch neue Methoden und verbesserte Computertechnologie in den letzten Jahrzehnten enorme Fortschritte erzielt, so dass auch komplexere Aufgabenstellungen wie ein Multi Depot oder Multi Vehicle TSP oder auch der hier zu untersuchende hybride On-Demand-Verkehr nun mit Heuristiken lösbar werden oder sogar global optimiert werden können.

Darüber hinaus werden die Relationen in der mmQZZ nicht exakt angegeben werden können, sondern unterliegen gewissen Unsicherheiten. Das gleiche gilt auch für die Reisewiderstände, die nicht exakt abgegeben werden können, da z.B. Fahrzeiten und Parkplatzverfügbarkeiten täglich schwanken bzw. Gar nicht exakt ermittelt werden können. Mittels Intervallarithmetik können nun die unsicheren Parameter auch zur Bestimmung des optimalen hybriden On-Demand-Verkehrs berücksichtigt werden.

Zeitstrahl

Beschreibung der Arbeitspakete

Arbeitspaket 1: Projektmanagement

Im Arbeitspaket 1 wird die Öffentlichkeit in drei Veranstaltungen über den Studieninhalt und Zwischen- sowie Endergebnisse informiert. Als weitere Zielgruppe der Abschlussveranstaltung werden interessierte Kommunen und Verkehrsunternehmen adressiert, die die Methoden und Tools der Studie weiterverwenden können.

Wesentliche Ergebnisse des Arbeitspakets:

  • Sicherstellung des Projektfortschritts
  • Informationen für die ÖPNV-Nutzerinnen und –Nutzer sowie potentielle Kunden
  • Informationen für andere Kommunen und Verkehrsunternehmen

Arbeitspaket 2: Hybride Befragung zur Mobilität

Ziel des AP 2 ist die Erhebung von Daten zum aktuellen Mobilitätsverhalten sowie zum Mobilitätsbedarf für die Erstellung der multimodalen mmQZZ. Dafür sollen eine verständliche Methodik und ein angeleiteter Prozess entwickelt werden, der weiteren Stakeholdern eine Anwendbarkeit in ihrem Bereich zukünftig ermöglicht. 

Wesentliche Ergebnisse des Arbeitspakets:

  • Erstellung einer Erhebungs-Methodik 
  • Auswertung der Daten
  • Aufbereitung zur Überführung in einen Prozess

Arbeitspaket 3: Simulationsszenario und Prozess

Im Arbeitspaket 3 werden neue ÖPNV-Mobilitätsdaten erhoben, aufgearbeitet, und mit den Daten aus dem Vorprojekt MWS 2025 zusammengeführt. Dadurch entsteht zunächst eine QZZ-Matrix für den ÖPNV und anschließend mit den Ergebnissen aus der Mobilitätsbefragung eine mmQZZ-Matrix. Außerdem wird die Datenauswertung für die realen MIV-Reisezeiten, die ebenfalls im Vorprojekt durchgeführt wurde, nun mit Querschnittsbelastungsdaten verglichen, um die ermittelten Fahrzeiten zu validieren. 

Bei allen Schritten wird darauf geachtet, dass die Übertragung in eine andere Kommune möglich ist. 

Wesentliche Ergebnisse des Arbeitspakets:

  • aufbereitete Datensätze 
  • Erstellung der Simulation 
  • Software zur vereinfachten Erstellung und Übertragbarkeit gleichartiger Szenarien durch weitere Nutzer 
  • validierte MIV-Routen und Fahrzeiten 
  • kalibrierte mmQZZ-Matrix

Arbeitspaket 4: Erstellung einer Verkehrsflussstudie

Ziel des AP 4 ist die Erstellung einer mikroskopischen Verkehrsflussstudie mittels der quelloffenen Software Simulation of Urban Mobility (SUMO) des DLR. Da es sich hierbei um einen sehr aufwändigen und komplexen Prozess handelt, soll dafür im Rahmen dieses Projektes auch ein Softwaretool zur automatisierten und angeleiteten Erstellung solcher Szenarien entwickelt werden, der es schlussendlich ermöglicht nicht nur die Ergebnisse der spezifischen Studie für Krefeld, sondern auch die Methodik als solches für weitere Anwendungsfälle nutz- und übertragbar zu machen. 

Wie diese Fahrzeuge funktionieren, welche Sicherheitsstandards sie bereits heute in Reallaboren einhalten und warum sie noch nicht flächendeckend eingesetzt werden erfahren Sie hier.

Wesentliche Ergebnisse des Arbeitspakets:

  • Softwaretool für die vereinfachte und angeleitete Erstellung von multimodalen mikroskopischen Verkehrssimulationsszenarien
  • Multimodales Verkehrsszenario für Krefeld
  • Potenziale für den ÖPNV durch Einbeziehung neuer Bedienungsformen
  • Verbesserte Bestimmung der Reisewiderstande und garantierte Einschließung der Ergebnisse 

Arbeitspaket 5: Optimierung und Validierung des hybriden On-Demand-Verkehrs

Im Arbeitspaket 5 fließen die Informationen, Daten und Modelle der vorherigen TAP ein und bilden somit die Grundlage für die mathematische Modellierung und Optimierung, deren Ergebnis das optimale oder die optimalen Bedienungsgebiete und die Fahrzeuganzahl für hybriden On-Demand-Verkehr sein wird. Um betriebswirtschaftliche Kennzahlen bewerten und in der Optimierung zugrunde legen zu können, werden zu Beginn die Kosten für OD-Dienste und den bisherigen Linienbusverkehr ermittelt und modelliert.

Wesentliche Ergebnisse des Arbeitspakets:

  • Aussagen zu Potenzialen einer stärkeren Vernetzung existierender Verkehrsmittel
  • Potenziale für den ÖPNV durch Einbeziehung neuer Bedienungsformen 
  • Lastenheft für Umsetzung eines hybriden On-Demand-Verkehrs 

Arbeitspaket 6: Konsolidierung und Veröffentlichung der Studienwerkzeuge

Im AP 6 werden die Tools zur Studiendurchführung konsolidiert, bei Bedarf finalisiert und um die Möglichkeit einer funktionalen und automatisierten Ergebnisaufbereitung erweitert. Ziel ist zum einen die angestrebte Verwendbarkeit weiterer Nutzer im Anschluss der Studie sicherzustellen und zum anderen die Verfügbarkeit der Werkzeuge durch die finale Bereitstellung über entsprechende offene Formate und Portale durchzuführen.

Wesentliche Ergebnisse des Arbeitspakets:

  • Ergebnisse können automatisiert visualisiert werden 
  • Möglichkeit zur Vorbereitung bzw. Erstellung einer executive summary 
  • Daten und Software ist an entsprechenden Stellen verfügbar (z.B. mCLOUD/SUMO repository, etc.) 

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