Ereignisorientierte Routenwahl in spontan gestörten Stadtstraßennetzen zur Anwendung eines selbstorganisierten Störfallmanagements

Die Mobilität von Personen und Gütern, insbesondere in Städten, ist der Motor einer Volkswirtschaft. Dieser Motor kommt jedoch ins Stottern, wenn Staubildung im Stadtstraßennetzwerk einsetzt. Eine unvermeidbare Ursache von Staubildung stellen Verkehrsstörfälle dar, die schlimmstenfalls zu Gridlocks führen können. In der Folge werden hohe Kosten für Verkehr, Wirtschaft und Umwelt verursacht. Mit welchen Gegenmaßnahmen kann die Staubildung im Netzwerk effektiv bewältigt werden? Wie können entsprechende Gegenmaßnahmen realistisch noch vor einem praktischen Einsatz bewertet werden? Ausgehend von diesen Fragestellungen, widmet sich diese Dissertation der Entwicklung eines ereignisorientierten Routenwahlmodells für den Stadtstraßenverkehr und eines selbstorganisierten Störfallmanagements als Gegenmaßnahme zur Reduzierung negativer Auswirkungen der Staubildung. Zur Modellierung des Routenwahlverhaltens in ereignisreichen Stadtstraßennetzen wird das ereignisorientierte Routenwahlmodell entwickelt. Der Ausgangspunkt des Modells ist die diskrete Wahltheorie. Entscheidungsprozesse einzelner Autofahrer werden vor und während der Fahrt direkt simuliert. Der Entscheidungsprozess ist dabei maßgeblich von Beobachtungen lokaler Verkehrsbedingungen geprägt. Somit wird nachgebildet, dass Autofahrer flexibel auf unvorhergesehene Ereignisse durch Routenwechsel reagieren können. Auf diese Weise ist eine realistische Simulation des Routenwahlverhaltens von Autofahrern in der Stadt möglich. Das ereignisorientierte Routenwahlmodell ist zudem generisch formuliert. Es lässt sich zur Bewertung von Gegenmaßnahmen für störfallbedingte Staubildung einsetzen und bedient darüber hinaus ein breites Anwendungsspektrum. Der zweite Beitrag dieser Dissertation ist ein selbstorganisiertes Konzept für ein Störfallmanagement in Stadtstraßennetzen als Gegenmaßnahme zur Staubildung. Es vereint zwei lokal wirkende Prinzipien, deren Ausgangspunkte die Lichtsignalanlagen im Stadtnetzwerk sind. Mit verlängerten Rotzeiten werden Fahrzeuge an einer Kreuzung an der Einfahrt in einen Straßenabschnitt gehindert, wenn ein vorgesehener Rückstaubereich ausgeschöpft ist, da andernfalls Blockaden auf den Kreuzungen entstehen. Gleichzeitig werden noch freie Richtungen an der Kreuzung durch verlängerte Grünzeiten attraktiver gestaltet, um Autofahrer zum Umfahren der Staubildung zu motivieren. Die Anwendung der lokalen Wirkungsprinzipien stellt sich vollständig selbstorganisiert, d.h. ohne Vorgabe eines Planers, mit dem Ausmaß der Staubildung im Netzwerk ein. Simulationsstudien in zwei unterschiedlich komplexen Netzwerken haben die Machbarkeit des selbstorganisierten Störfallmanagements nachgewiesen. Gegenüber einem gewöhnlichen Netzwerk konnte für alle untersuchten Störfälle die Akkumulation zusätzlicher Fahrzeuge im Netzwerk während des Störfalls signifikant reduziert werden.The mobility of people and goods, especially in urban areas, is of significant importance for national economies. However, recurrent congestion in urban road networks, caused by increased traffic demand, considerably restrains mobility on a daily basis. Another significant source of congestion are traffic incidents which even might lead to gridlock situations. Congestion raises high costs for traffic, economy and environment. Which countermeasures should be applied for an effective management of urban congestion? How can appropriate countermeasures be realistically evaluated? Based on these questions, this thesis is devoted to the development of an event-oriented route choice model for urban road traffic and a self-organized incident management strategy as an effective countermeasure for urban congestion. The first contribution of this thesis is an event-oriented route choice model for urban road networks. It is based on discrete choice theory and models decision-making processes of individual motorists before and during their journey. A key aspect of the proposed model is the motorist's ability to observe local traffic conditions. These observations are then included in the decision process. In this way, it can be modeled that motorists respond to unforeseen events by route revisions. This allows a realistic simulation of the route choice behavior of motorists in naturally eventful urban road networks. Furthermore, the event-oriented route choice model is flexibly formulated. It can be used for the evaluation of countermeasures for incident-related congestion and, moreover, allows a wide range of applications. The second contribution of this thesis is a self-organized concept of an incident management strategy in urban road networks as a countermeasure for urban congestion. It combines two locally acting principles on the basis of traffic lights in an urban road network. The inflow of vehicles into a road segment is regulated with restricted or skipped green times as soon as an allocated queuing capacity is depleted. Otherwise, blockages would result on the intersection. At the same time, yet free alternative directions are served with regular or even extended green times and, thus, might become more attractive to the driver than the original congested direction. The application of these local principles is realized in a completely self-organized manner, thereby scaling directly with the extent of congestion in the urban road network. Simulation studies in two networks with different complexity have proven the feasibility of the self-organized incident management. Compared to an ordinary network, the extents of additional vehicles due to investigated incidents were significantly reduced