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Entwicklung eines Verkehrssimulationsmodells auf Binnenwasserstraßen

Erstellt am: 01.08.2019 | Stand des Wissens: 21.10.2021
Auftraggeber / Förderer:   Bundesministerium für Digitales und Verkehr
Auftragnehmer:   Bundesanstalt für Wasserbau
Projektkoordination:   Hauke Stachel
Projektnummer:   B3953.04.04.70015
Laufzeit:   2019/02 bis 2023/12
Projektstand:   laufend
Webseite:   http://www.baw.de/
Raumbezug:   Bundesrepublik Deutschland
Veröffentlichung:   [Fitr17] Fahrdynamikbasierte Entscheidungsmodelle zur mikroskopischen Simulation des Verkehrsflusses auf Binnenwasserstraßen
Sonstige Informationen:  
Das BAW-Forschungskompendium Verkehrswasserbau steht auf www.baw.de zum Download zur Verfügung.
Aufgabenstellung und Ziel
Die Untersuchung von Verkehrsströmen ist eine wichtige Komponente für verkehrliche und wirtschaftliche Untersuchungen an den Binnenwasserstraßen. Die dafür erforderliche großräumige Darstellung der Verkehrsströme ist mit einem Verkehrssimulationsmodell möglich. Ein erstes Mikrosimulationsmodell für Binnenwasserstraßen wurde im Rahmen des BMVI-Expertennetzwerks vom Institut für Ökonometrie und Statistik, insb. im Verkehrswesen der TU Dresden bis Anfang 2018 entwickelt und für einen Abschnitt des Mittelrheins aufgebaut. Das FuE-Vorhaben Entwicklung eines Verkehrssimulationsmodells auf Binnenwasserstraßen befasst sich mit der Entwicklung einer verbesserten und erweiterten Version für das Anwendungsgebiet Niederrhein, wo aufgrund der hohen Verkehrsdichte das Konzept eines spurgebundenen Verkehrs nicht mehr zielführend ist.
Mithilfe des Verkehrssimulationsmodells können Analysen der Flottenstrukturen, der Transportkapazitäten und der Transportmengen durchgeführt werden. Eine Veränderung der Flottenstruktur kann durch klimatische Änderungen oder durch die Einführung neuer Schiffsabmessungen und Schiffstypen verursacht werden. Infolge von Veränderungen des Verkehrs und seines Verhaltens verändern sich auch die transportierten Gütermengen, was die Leistungsfähigkeit der Wasserstraße beeinflusst. Zur Beantwortung dieser Fragestellungen ist eine Erweiterung des Verkehrssimulationsmodells um neue Ansätze notwendig.
Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV)
Durch die Weiterentwicklung des Verkehrssimulationsmodells können unter anderem Breiten- und Tiefenengstellen identifiziert werden, die die Kapazität der Wasserstraßen vermindern. Zudem können Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs unter Berücksichtigung veränderter hydrologischer Bedingungen, z. B. infolge des Klimawandels, untersucht werden. Damit erhält die WSV frühzeitig Informationen über potentielle Engstellen, die die Sicherheit, Leichtigkeit und Wirtschaftlichkeit der Binnenschifffahrt einschränken können. Die Verkehrssimulation ist darüber hinaus ein wichtiges Werkzeug, mit dem z. B. im Rahmen einer intelligenten Schleusenzulaufsteuerung eine Prognose der Verkehrsentwicklung in einem Wasserstraßenabschnitt auf der Basis von AIS-Daten erfolgen kann. Mit der Simulation können die voraussichtlichen Ankunftszeiten (ETA) der Schiffe an der Schleuse ermittelt werden.
Untersuchungsmethoden
Die Weiterentwicklung des vorhandenen Mikrosimulationsmodells für die Binnenschifffahrt erfolgt am Institut für Ökonometrie und Statistik, insb. im Verkehrswesen der TU Dresden. Das Verkehrssimulationsmodell besteht grundsätzlich aus
  • einem fahrdynamischen Modell, welches die Bewegung von Binnenschiffen auch in frei fließenden Wasserstraße mithilfe von semi-empirischen Ansätzen beschreibt,
  • einem Fahrzeugfolgemodell, mit dem jedes Schiff als ein individuelles Objekt simuliert wird, und
  • einem Entscheidungsmodell, welches das Verhalten eines Schiffsführers regelbasiert nachbildet, um z. B. Schiffsbegegnungen und Überholmanöver zu realisieren.

Ein wichtiger Parameter des fahrdynamischen Modells ist z. B. die von einem Binnenschiff benötigte Fahrspurbreite in Flusskrümmungen, die zur Bewertung von Engstellen verwendet wird (Fischer et al. 2017) und die Grundlage für eine regelbasierte Entscheidung darstellt darüber, ob eine Begegnung oder Überholung in einer Flusskrümmung möglich ist.
Das vorhandene Verkehrssimulationsmodell beruht auf spurgebundenem Verkehr und ist daher hinsichtlich der maximal möglichen Anzahl der Fahrspuren stark begrenzt. Aus diesem Grund wird im Rahmen der Weiterentwicklung der Ansatz des spurgebundenen Verkehrs aufgegeben, und die Entwicklung einer vollständig zweidimensionalen Verkehrssimulation mit freien Trajektorien angestrebt werden. Dies soll es ermöglichen, auch auf breiten, stark frequentierten Wasserstraßen wie dem Niederrhein eine heterogene Flotte, vom Europaschiff bis zum 6-er Schubverband, zu simulieren.
Andere Aspekte der Weiterentwicklung betreffen die Einbeziehung des Ladens und Löschens von Gütern, von Ruhe- und Wartezeiten sowie die umfassende Berücksichtigung von Verkehrsregeln.
Ansprechpartner
Bundesministerium für Digitales und Verkehr
Bundesanstalt für Wasserbau
Literatur
[Fitr17] Fischer, N., Treiber, M., Okhrin, O. Fahrdynamikbasierte Entscheidungsmodelle zur mikroskopischen Simulation des Verkehrsflusses auf Binnenwasserstraßen, veröffentlicht in BAW Kolloquium Wasserbauliche Herausforderungen an den Binnenschifffahrtsstraßen, Karlsruhe, 2017
Glossar
AIS Automatic Identification System See- und Binnenschifffahrt-Funksystem, das durch den automatischen Austausch eines standardisierten Datensatzes die Sicherheit des Schiffsverkehrs verbessert. Berufsschiffe über 300 BRZ in internationaler Fahrt bzw. über 500 BRZ in nationaler Fahrt sind verpflichtet, einen AIS-Transponder zu betreiben. Aeronautical Information Service Dieser Luftfahrtinformationsdienst ist eine zentrale Informations- und Beratungsstelle für Flugbesatzungen und Flugbetriebsunternehmen. AIS befasst sich unter anderem mit der Beschaffung, Aufbereitung und Bekanntmachung von relevanten Daten (Dynamic/Static Data) wie Luftraumeinschränkungen, Wetter, NOTAM, Überflugs-, Landebewilligungen usw. Diese Informationen sind für die sichere, geordnete und flüssige Durchführung von Flügen notwendig.
BMDV
Bundesministerium für Digitales und Verkehr (bis 10/2005 BMVBW, bis 12/2013 BMVBS und bis 11/2021 BMVI)

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?501866

Gedruckt am Sonntag, 29. Mai 2022 01:48:05