Modellierung des Zeitwahlverhaltens im Personenverkehr

Die physische Verkehrsinfrastruktur für den motorisierten Straßenverkehr wie auch für den
öffentlichen Verkehr wird zumindest im Umfeld der Ballungsräume der Bundesrepublik
Deutschland regelmäßig bis zur Kapazitätsgrenze in Anspruch genommen bzw. sogar überlastet.
Diese Spitzennachfrage tritt regelmäßig und zyklisch morgens und abends auf, während
zu anderen Tageszeiten – vor allem nachts – noch Kapazitätsreserven der Verkehrsinfrastruktur
brach liegen. Zukünftige Strategien für Steuerung und Management der Verkehrsnachfrage
müssen darauf abzielen, Belastungsspitzen abzubauen und die Nachfrage gleichmäßiger
über den Tagesverlauf zu verteilen. Der Verkehrsingenieur benötigt zur Entwicklung
geeigneter Maßnahmen für die Umsetzung dieser Strategien Werkzeuge und Modelle, mit denen
er die komplexen Wirkungen theoretisch überprüfen, bewerten und optimieren kann. Herkömmliche
Modelle zur Berechnung der Verkehrsnachfrage enthalten keine Elemente, mit denen
der tageszeitliche Verlauf der Nachfrage maßnahmesensitiv abgebildet werden kann.
In dieser Arbeit wird ein Ansatz vorgestellt, der in einem Verkehrsnachfragemodell die Wahl
des Fahrtzeitpunktes als gleichberechtigten Freiheitsgrad neben die Wahl des Fahrtziels und
die Wahl des Verkehrsmittels stellt. Dabei wird ausführlich darauf eingegangen, wie sich die
Einflüsse der Verkehrsqualität und verkehrlicher Maßnahmen von den allgemeinen Präferenzen
zur Wahl des Fahrtzeitpunktes trennen lassen. Zu diesem Zweck wird aus empirischen
Befragungsdaten fahrtzweckspezifisch der in einem Untersuchungsgebiet realisierte Verlauf
der Fahrtzeitpunkte ermittelt. Außerdem wird eine integrierte Ganglinie der Verkehrsqualität
aller Verkehrsmittel als Maß für den verkehrlichen Aufwand zu unterschiedlichen Zeiten des
Tages berechnet. Aus diesen empirischen Grundlagen wird – ebenfalls getrennt nach Fahrtzwecken
– eine zeitliche Wunschlinie der Nachfrage gebildet; dergestalt, daß zu Zeiten hohen
verkehrlichen Aufwandes die realisierte Nachfrage kleiner als die Wunschnachfrage und zu
Zeiten niedrigen verkehrlichen Aufwandes die realisierte Nachfrage größer als die
Wunschnachfrage ist. Grundlage dieses Vorgehens ist die These, daß die beobachtbare
Nachfrageverteilung bereits von der tageszeitlich variierenden Verkehrsqualität beeinflußt ist
und dieser verkehrliche Einfluß aus den vom Kollektiv der Verkehrsteilnehmer originär gewünschten
Nachfragezeiten herausgerechnet werden muß.
Das Prognosemodell benötigt zeitlich differenzierte Widerstandsmatrizen für alle betrachteten
Verkehrsmittel im Untersuchungsgebiet. Diese enthalten je nach Verkehrsmittel unterschiedliche
charakteristische Daten zum verkehrlichen Aufwand zwischen allen Verkehrsbezirken.
Mit geeigneten Bewertungsfunktionen werden die Widerstandsparameter zu direkt vergleichbaren
Bewertungswerten zusammengefaßt. Die Verkehrsnachfrage wird – ausgehend von
den Startbezirken – simultan auf alle potentiellen Ziele, Verkehrsmittel und Zeitintervalle aufgeteilt.
Die zeitliche Wunschlinie der Nachfrage bildet dabei die Ausgangsbasis des zeitlichen
Verlaufes, von dem in Abhängigkeit von der Verkehrsqualität abgewichen wird. Randbedingungen
für die abschließende Ausgleichsrechnung sind Quell- und Zielverkehr jedes Bezirkes,
die vorab im Schritt der Verkehrserzeugung festgelegt worden sind. Das Ergebnis für jeden
behandelten Fahrtzweck ist eine vierdimensionale Matrix der Verkehrsnachfrage mit den Dimensionen:
Startbezirk, Zielbezirk, Verkehrsmittel und Zeitintervall.
Das Modell wurde beispielhaft für den Untersuchungsraum der Region Stuttgart implementiert.
Dazu wurde die Einteilung in 624 Verkehrsbezirke aus dem Regionalverkehrsplan übernommen
und vier Verkehrsmittel sowie 24 Zeitintervalle für die Stunden des Tages berücksichtigt.
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Für die Berechnung der zeitlich differenzierten Widerstandsmatrizen des motorisierten Straßenverkehrs
(MIV) und des öffentlichen Verkehrs (ÖV) konnten die im Forschungsprojekt
'Wege zu einer umweltverträglichen Mobilität – am Beispiel der Region Stuttgart' entwickelten
Modellkomponenten angewendet werden. Zur Behandlung des nicht motorisierten Verkehrs
mußte ein neues Verfahren entwickelt werden, mit dem die Eignung der kleinräumigen Relationen
innerhalb und zwischen benachbarten Verkehrsbezirken für Fußgänger und Radfahrer
beschrieben werden konnte. Außerdem mußten die Widerstandsmatrizen des MIV und ÖV um
Binnenwiderstände der Verkehrsbezirke erweitert werden.
Das beschriebene Modellkonzept wurde für das Analysejahr 1995 aufgestellt und kalibriert.
Dabei konnte festgestellt werden, daß es im Rahmen der verfügbaren Kontrollgrößen die
Realität hinreichend genau wiedergibt. Die Fahrtweitenverteilungen werden differenziert nach
Fahrtzwecken und Verkehrsmitteln realistisch abgebildet. Die zyklischen Belastungsspitzen
und unsymmetrischen Querschnittsbelastungen im Straßennetz werden gut wiedergegeben.
Die globale Aufteilung auf die Verkehrsmittel (Modal Split) läßt sich entsprechend den global
vorliegenden Kenngrößen einstellen; auf einzelnen Relationen ergeben sich die Verkehrsmittelanteile
entsprechend den Angebotsparametern der verschiedenen Verkehrsmittel. Die im
Modell realisierten zeitlichen Nachfragekurven werden durch den Verlauf der Verkehrsqualität
der einzelnen Verkehrssysteme beeinflußt und weichen in der erwarteten Weise von den vorher
generierten zeitlichen Wunschlinien der Nachfrage ab.
Zur Überprüfung der Sensitivität des Modells wurde ein Road Pricing-Maßnahmenfall in Form
eines Einfahrkordons um die Stadt Stuttgart entwickelt. Das Modell zeigt in plausibler Weise
die räumlichen, modalen und zeitlichen Verlagerungen als Reaktion auf die in der Morgenspitze
erhobenen Straßenbenutzungsgebühren. Betroffen sind im wesentlichen die Relationen mit
Start außerhalb und Ziel in der Landeshauptstadt; die veränderte Routenwahl des bisherigen
Durchgangsverkehrs führt jedoch während der Morgenspitze in weiten Bereichen der Region
zu einer Abnahme der Verkehrsqualität und dadurch auch zu Beeinträchtigen aller anderen
Relationen. Die Größe der verschiedenen Verlagerungen hängt von zahlreichen Annahmen
ab, die im Rahmen der Beispielimplementierung nur grob abgeschätzt werden konnten und für
eine fundierte Aussage zur Wirksamkeit der Road Pricing-Maßnahme empirisch abgesichert
werden müßten. In dem beschriebenen Modell können die für die Sensitivität maßgeblichen
Parameter in weiten Bereichen justiert werden.
Mit Hilfe der Beispielanwendung konnte nachgewiesen werden, daß der Modellierungsansatz
geeignet ist, das Zeitwahlverhalten der Verkehrsteilnehmer in ein simultanes Nachfragemodell
zu integrieren. Der zu diesem Zweck erstellte Software Prototyp ist noch sehr umständlich zu
bedienen und angesichts der enormen Datenmengen, die während eines einzigen Rechenlaufs
anfallen, ist auch der zeitliche Bearbeitungsaufwand sehr hoch. Methodisch muß im wesentlichen
die Behandlung der Fahrtenketten und der Heimfahrten weiterentwickelt werden.
Mit der vorhandenen Hardware konnte der dadurch induzierte Rechenaufwand nicht mehr
bewältigt werden.