Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Aus Forschungsarbeiten liegt ein modelltheoretischer Ansatz zur Optimierung der Versatzzeiten von Lichtsignalanlagen in Stra\u00dfennetzen vor. Dabei zeigte sich gegen\u00fcber einem realen Referenzfall ein sehr deutliches Potenzial hinsichtlich der Reduzierung der gesamten Verlustzeiten von etwa 20%. Das Verbesserungspotenzial hinsichtlich Kraftstoffeinsparung sowie der Reduzierung von L\u00e4rm- und Schadstoffemissionen wurde bisher nicht betrachtet, wird aber vermutet. Ziel des Projekts ist es, m\u00f6gliche Verbesserungspotentiale durch Anpassungen der vorhandenen Forschungsarbeiten zu bestimmen und umzusetzen. Es wird ein Softwareprodukt erstellt, \u00fcber das der fl\u00e4chenhafte Einsatz der neuen Techno-logie erm\u00f6glicht werden soll.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt besteht aus zwei Entwicklungsschritten und der modellhaften Umsetzung in Hannover, um die vorhandene Entwicklung im Sinne der Umwelt f\u00fcr praktische Aufgabenstellungen nutzbar zu machen. Zum einen m\u00fcssen die genannten umweltrelevanten Kenngr\u00f6\u00dfen in der Modellierung des Verkehrsablaufes abgebildet werden, damit sie in der Optimierung als Kriterien herangezogen werden k\u00f6nnen. Zum anderen muss das damit erweiterte prototypische Verfahren f\u00fcr den praktischen Einsatz operationalisiert werden. Dabei m\u00fcssen vor allem die vielf\u00e4ltigen Nebenbedingungen der Lichtsignalsteuerung (z. B. bedingt vertr\u00e4glich geschaltete Linksabbieger) im Steuerungsmodell ber\u00fccksichtigt und bei Zielkonflikten gel\u00f6st werden. Nach Abschluss dieser Entwicklungsschritte wird das Verfahren f\u00fcr die Optimierung der Netzkoordinierung in Hannover eingesetzt. F\u00fcr ein Teilnetz werden die Versatzzeiten unter Ber\u00fccksichtigung aller realen Zwangsbedingungen optimiert. Die optimierte Steuerung soll dann mit Hilfe einer mikroskopischen Verkehrsflusssimulation bewertet und bei erfolgreicher Beurteilung im realen Betrieb eingesetzt werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Das System CeTRANS besteht aus einem Simulations- und Optimierungskern und einer Benutzerschnittstelle. Das System ist zun\u00e4chst alleine auf einen autonomen Offline-Betrieb ausgerichtet. Nach einer manuellen Versorgung \u00fcber die Benutzeroberfl\u00e4che kann die Simulation und Optimierung von der Benutzeroberfl\u00e4che aus gestartet und beobachtet werden. Der Kern ist f\u00fcr einen Online-Betrieb ohne Benutzeroberfl\u00e4che vorbereitet.
\nDer Simulations- und Optimierungskern beinhaltet das Simulationsmodell CTM sowie einen genetischen Optimierungsalgorithmus. Das CTM (Cell Transmission Model) ist ein makroskopisches Verkehrsflussmodell. Es bildet den realen Verkehrsfluss im Verkehrsnetz durch Dichtever\u00e4nderungen in denen das Netz bildenden Zellen nach. Festzeitgesteuerte Lichtsignalanlagen, bedingt vertr\u00e4glich geschaltete Linksabbieger und umweltrelevanten Kenngr\u00f6\u00dfen k\u00f6nnen im CTM direkt abgebildet werden. Verkehrsabh\u00e4ngige Steuerungen incl. \u00d6PNV-Priorisierung sind mit der aktuellen Struktur des CTM leider noch nicht handhabbar. F\u00fcr die Optimierung der Versatzzeiten werden zwei unterschiedliche Auspr\u00e4gungen des implementierten genetischen Optimierungsalgorithmus angewendet. Das Verfahren PGA (paralleler gentischer Algorithmus) optimiert parallel die Versatzzeiten aller Lichtsignalanlagen, wobei der genetische Algorithmus mit allen LSA-Versatzzeiten initialisiert wird. Bei dem Verfahren SGA (serieller genetischer Algorithmus) werden die Lichtsignalanlagen des aktuell zu optimierenden Stra\u00dfennetzes vom Benutzer in disjunkte Gruppen aufgeteilt (z. B. die Lichtsignalanlagen einer Stra\u00dfe werden gruppiert). Jede Gruppe wird durch den genetischen Algorithmus nacheinander optimiert, w\u00e4hrend die Versatzzeiten der restlichen Gruppen auf dem jeweiligen bereits optimierten Stand verharren. F\u00fcr die Optimierung der Versatzzeiten werden die Module CTM und SGA bzw. PGA kombiniert. Dabei besteht die Auswahl f\u00fcr die Optimierung zwischen den beiden oben kurz beschriebenen genetischen Optimierungsvarianten.
\nDie Benutzerschnittstelle bildet einer Versorgungsh\u00fclle um den Kern, wobei der Kern nach der Versorgung auch ohne die Benutzerschnittstelle gestartet werden kann. Die Eingangsdaten bestehen aus wenigen Informationen \u00fcber die Strecken (im wesentlichen L\u00e4nge, Kapazit\u00e4t, Geschwindigkeit, Spuranzahl) und wenigen Informationen \u00fcber die Lichtsignalanlagen (im Wesentlichen Umlaufzeit, Signalgruppen, Gr\u00fcnzeitanteile). Aufteilungsfaktoren in den Zufahrten zu jeder Lichtsignalanlage komplettieren die Versorgung von CeTRANS. Die Steuerung der Simulation und der Optimierung erfolgt \u00fcber die Benutzerschnittstelle. Nach Einstellung der Parameter \u00fcber Eingabemasken wird der Berechnungsfortschritt der Optimierung in Form von Zwischenergebnissen und Fortschrittszeigen visualisiert. Die optimierten Versatzzeiten und Streckenparameter werden sowohl grafisch als auch \u00fcber einen Bericht angezeigt.
\nDurch die in der Benutzerschnittstelle variierbaren Optimierungsparameter ist es zurzeit aufgrund der aktuellen Leistungsdaten von Standardrechnern m\u00f6glich, sehr lange Laufzeiten f\u00fcr die Optimierung einzustellen. Durch Anzeige des Berechnungsfortschritts kann der Benutzer den Optimierungslauf rechtzei-tig abbrechen. Weitere Arbeiten im Bereich der Parallelisierung sind bereits geplant.
\nAls technische L\u00f6sung wurde eine Entkoppelung der Benutzerschnittstelle und der Versatzzeitoptimierung gew\u00e4hlt. Dies hat den Vorteil, dass f\u00fcr eine zuk\u00fcnftige laufende Optimierung der Versatzzeiten in einem Online-Betrieb keine Anpassungen an dem Optimierungskern erforderlich sind. Nach einer Versorgung kann die Optimierung unabh\u00e4ngig von der Benutzerschnittstelle arbeiten. Aufgrund des bei den Partnern vorhandenen softwaretechnischen Wissens wurde eine Hybrid-L\u00f6sung aus JAVA und DEL-PHI\/PASCAL gew\u00e4hlt. Der Optimierungskern wurde in JAVA entwickelt und ist somit relativ einfach auch auf mehreren Betriebssystemen lauff\u00e4hig. Die Benutzerschnittstelle ist mit der Entwicklungsplattform DELPHI erstellt worden, da hierf\u00fcr umfangreiches Vorwissen vorhanden war.
\nIm Rahmen der Bewertung und Systemkalibrierung wurde festgestellt, dass sich das CTM sehr gut zur schnellen Modellierung des Verkehrsflusses in einem innerst\u00e4dtischen Stra\u00dfennetz eignet. Mit Hilfe der mikroskopischen Verkehrsflusssimulation konnte bewiesen werden, dass sich in einem Stra\u00dfennetz mit (h\u00e4ndisch erstellten) Festzeitsteuerungen und CeTRANS optimierten Versatzzeiten deutliche Reduzie-rungen aller verkehrlicher und umweltrelevanten Kenngr\u00f6\u00dfen gegen\u00fcber dem Ist-Zustand mit verkehrsabh\u00e4ngigen Steuerungen erzielen lassen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Das Verfahren wurde auf der Vortragsveranstaltung HEUREKA 08 im M\u00e4rz 2008 in Stuttgartvorgestellt. Des Weiteren sind die Internetseiten http:\/\/www.cetrans.net und http:\/\/www.ampelopt.de seit August 2008 freigeschaltet. Das Produkt CeTRANS ist bereits Teil von Angeboten der Firma TRANSVER. Aufbauend auf den Arbeiten des Projekts wird in einem DFG-Projekt unter Prof. Friedrich eine Fortentwick-lung des CTM hinsichtlich seiner Online-F\u00e4higkeit unternommen. Am Institut f\u00fcr Verkehrswirtschaft, Stra\u00dfenwesen und St\u00e4dtebau soll \u00fcberpr\u00fcft werden, ob andere Optimierungsverfahren schnellere und bessere L\u00f6sungen erzielen k\u00f6nnen als Genetische Algorithmen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das System CeTRANS bestehend aus dem Simulations- und Optimierungskern und einer Benutzeroberfl\u00e4che erm\u00f6glicht eine Versatzzeitoptimierung in Verkehrsnetzen. Das System arbeitet autonom und ist nur auf die manuelle Versorgung mit Eingangsdaten angewiesen. Mit der realisierten Benutzeroberfl\u00e4che k\u00f6nnen die erforderlichen Eingangsdaten z\u00fcgig aufgenommen werden. Mit Hilfe des implementierten Simulationsmodells in Kombination mit den genetischen Optimierungsalgorithmen konnten Verbes-serungen der Zielgr\u00f6\u00dfen Verlustzeiten und Halte von 5 % bis 40 % mit mikroskopischen Simulationen nachgewiesen werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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