Dynamische Routeninformation im städtischen Umfeld am Beispiel Graz

Eidesstattliche Erklärung

Hiermit erkläre ich ehrenwörtlich, dass ich die vorliegende Arbeit selbständig angefertigt,

andere als die angegebenen Quellen nicht benutzt und die den benutzten Quellen wörtlich

oder inhaltlich entnommenen Stellen als solche kenntlich gemacht habe.

Rainer Müller

Danksagungen

Der Verfasser bedankt sich bei der Stadt Graz, insbesondere bei meinem Betreuer Herrn Dipl.-Ing. Dr. Winfried Höpfl, Referatsleiter für Verkehrslichtsignalanlagen des Straßenamtes Graz, und Herrn Dipl.-Ing. Thomas Fischer, Referatsleiter für Verkehrsplanung der Stadtbaudirektion Graz, welche diese Arbeit erst ermöglichten. Besonderer Dank gilt den beiden oben genannten Herren für ihre wertvollen Anregungen und Hilfestellungen in der Konzeptionsphase dieser Arbeit. Durch ihre langjährige Erfahrung wurden sie für mich zu einer unerlässlichen Quelle während der gesamten Arbeit.

Seitens dem FH JOANNEUM bedanke ich mich bei Herrn FH-Prof. Dr. Michael Bobik und Herrn FH-Prof. Dipl.-Ing. Hans-Georg Frantz für die fachliche Unterstützung bei der vorliegenden Arbeit und während des gesamten Studiums.

Seite iv

Inhaltsverzeichnis

  Eidesstattliche Erklärung  ii

  Danksagungen  iii

Inhaltsverzeichnis   iv

  Abbildungsverzeichnis  vii

Tabellenverzeichnis  ix  ix

  Kurzfassung  x

  Abstract  xi

1  Einleitung  1

2  Grundlagen  4

2.1  Verkehrssysteme  4

2.1.1  Straßennetze  5

2.1.2  Verkehrsbezirke  6

2.1.3  Verkehrssystemmanagement  9

2.1.3.1  Entwicklungsziele  9

2.1.3.2  Konzept  10

2.1.3.3  Bausteine  13

2.2  Vorteile und Nachteile des Pkw  14

2.3  Städtischer Verkehr  15

2.4  Verkehrsleitsysteme im Individualverkehr  17

2.4.1  Datenerfassung und Technik  21

2.4.1.1  Datenerfassung  21

2.4.1.2  Technische Ausrüstung  22

2.4.1.2.1  Detektoren  22

2.4.1.2.2  Rechnereinsatz  22

Seite v

2.4.1.2.3  Kabeltrassen  22

2.4.1.2.4  Verkehrsleitzentrale  22

2.4.1.2.5  Anzeigetafeln  22

2.5  Wechseltextanzeigen und Wechselverkehrszeichen  23

2.5.1  Definition und historische Entwicklung  23

2.5.2  Bauarten  25

2.5.2.1  Geräte mit mechanischem Zeichenwechsel  25

2.5.2.2  Geräte mit lichttechnischem Zeichenwechsel  26

2.5.2.3  Wahl der Bauart  28

2.5.3  Zeicheninhalte  28

2.5.4  Funktionsanforderungen  31

2.5.5  Wechseltextanzeigen  31

2.5.6  Zusammenfassung  33

3  Verkehrsmanagement in Graz  34

3.1  Das Grazer Straßennetz  35

3.1.1  Hauptstraßen  35

3.1.2  Nebenstraßen  36

3.2  Tempo 30  37

3.3  Modal Split  39

4  Routenauswahl  41

4.1  Verkehrsstärkeplan  41

4.2  Verkehrsbeziehungen  44

4.2.1  Verkehrsbedürfnis  44

4.2.2  Verkehrsaufkommen  44

4.2.3  Verkehrsbeziehung der Fahrten  45

4.3  Verkehrsstrommatrix  46

4.4  Routenwahl aus Sicht der Verkehrsteilnehmer  47

4.4.1  Umfrage  47

4.4.2  Umfrageergebnis  48

Seite vi

4.5  Zielkategorien  51

4.5.1  Zielkategorie 1  51

4.5.2  Zielkategorie 2  53

4.5.3  Zielkategorie 3  53

5  Standorte der Wechseltextanzeigen  55

5.1  Standortdefinition  56

5.2  Standortranking  56

5.3  Standortvarianten  58

5.4  Wirkungsgrad  61

5.5  Chancen und Risiken des Routeninformationssystems  62

6  Im Einsatz befindliche Systeme  64

6.1  Dresden  64

6.2  Köln  67

6.3  München  69

6.4  Nürnberg  73

6.5  Hannover  76

6.6  Europäische Systeme  79

6.7  Wien/ Niederösterreich  81

7  Zusammenfassung und Ausblick  83

Anhang  I  I

  Abkürzungsverzeichnis  III

  Literaturverzeichnis  IV

Seite vii

  Abbildungsverzeichnis  

  Abbildung 1 : Straßentypen  5

  Abbildung 2 : Verkehrsbezirke Stadt Graz  7

  Abbildung 3 : Zusammenfassung der Verkehrsbezirke zu Verkehrsgebieten  8

  Abbildung 4 : Bausteine des Konzeptes für ein Verkehrssystemmanagement  11

  Abbildung 5 : Zielkatalog für innerstädtische Verkehrsleitsysteme  20

  Abbildung 6 : Bauarten mechanischer Wechselverkehrszeichen  25

  Abbildung 7 : Bauarten lichttechnischer Wechselzeichengeber  27

  Abbildung 8 : Substitutive Wechselwegweisung  29

  Abbildung 9 : Additive Wechselwegweisung  30

  Abbildung 10 : Überkopf Wechseltextanzeige Osnabrück  32

  Abbildung 11 : Entwicklung des PKW-Bestandes in Graz und Graz-Umgebung  35

  Abbildung 12 : Modal Split für die Bezirke Graz und Graz-Umgebung  39

  Abbildung 13 : Entwicklung des Modal Split in Graz  40

  Abbildung 14 : Ausschnitt aus dem Verkehrsstärkeplan des Landes Steiermark  42

  Abbildung 15 : Hauptverkehrsnetz der Stadt Graz  43

  Abbildung 16 : Beispiel einer Verkehrsstrommatrix  46

  Abbildung 17 : Kriterien der Routenwahl der Verkehrsteilnehmer  48

  Abbildung 18 : Unterschiede in der Routenwahl zwischen Männern und Frauen  50

  Abbildung 19 : Zielkategorie 1 Übergeordnete Zielregionen  52

  Abbildung 20 : Die Verkehrsziele eingeteilt nach Zielkategorien  54

  Abbildung 21 : Ermittelte Standorte der Wechseltextanzeigen  60

  Abbildung 22 : Das Systemkonzept von VAMOS  65

Seite viii

  Abbildung 23 : Dynamische Wegweisung Dresden  66

  Abbildung 24 : Beispiele von Anzeigen des stadtinfoköln  68

  Abbildung 25 : Alternativroutensteuerung  71

  Abbildung 26 : Graphische Informationstafel  71

  Abbildung 27 : Störfallmanagement am Beispiel Tunnelsperrung  72

  Abbildung 28 : Wegweisungskonzept des VLS Nürnberg  74

  Abbildung 29 : Additive Wechselwegweisung in Hannover  77

  Abbildung 30 : Wechselwegweiser auf den Einfahrtsstraßen  78

  Abbildung 31 : Geplante Verkehrsbeeinflussungsanlagen im ASFINAG Straßennetz  82

  Abbildung 32 : Trendsetter-Logo  83

  Abbildung 33 : Systemarchitektur des Verkehrsmanagementsystems von Graz  86

Seite ix

  Tabellenverzeichnis  

Tabelle 1  : Längenbilanz des Grazer Straßennetzes ohne Autobahnen  37

Tabelle 2  : Mittlerer Schätzwert für die Aufteilung der Kfz-Verkehrsleistung  38

Tabelle 3  : Ausschnitt aus dem Standortranking  58

Tabelle 4  : Übersicht über die Standortvarianten der Wechseltextanzeigen  61

Tabelle 5  : Standortranking der Wechseltextanzeigen  I

Tabelle 6  : Kreuzungsnamen und -nummern der Wechseltextanzeigen  II

Tabelle 7  : Zeichenerklärung  II

Kurzfassung

Ineffiziente Routenwahl der Kraftfahrer verursacht zumeist eine Steigerung der Länge des Fahrweges sowie eine Steigerung der Reisezeit. Der Grund für diese ineffiziente Routenwahl der Kraftfahrer ist fehlendes Wissen über Alternativrouten oder den momentanen Verkehrszustand des Straßennetzes. Versorgt man die Kraftfahrer mit diesen Informationen, sollte eine effizientere und somit auch zeitsparende Wegewahl möglich sein.

Moderne Verkehrsleitsysteme können mit Hilfe von dynamischen Wechseltextanzeigen dazu beitragen, den Verkehrsfluss auf den heute schon oft überlasteten Stadtstraßen aufrecht zu erhalten, auch bei einem zu erwarteten steigenden Verkehrsaufkommen in der Zukunft.

Diese Arbeit beschreibt die grundlegenden Schritte der Planung, Ausarbeitung und Implementierung eines Routeninformationssystems für die Stadt Graz, welches im Rahmen des EU-Projektes „Trendsetter“ in das Gesamtverkehrsmanagementsystem von Graz integriert werden soll.

Besonderes Hauptaugenmerk wird in dieser Arbeit auf die Frage gelegt, ob und wie sich Kraftfahrer überhaupt beeinflussen lassen. Dazu wurde eine Umfrage über das Routenwahlverhalten der Kraftfahrer durchgeführt, um die wichtigsten Kriterien für die individuelle Wegewahl zu erkennen und zu gewichten.

Ein weiterer Schwerpunkt ist die Auswahl der Standorte der Wechseltextanzeigen, welche die Kraftfahrer durch das Grazer Straßennetz leiten sollen.

Schlussendlich werden noch die Chancen und Risiken des Routeninformationssystems beleuchtet sowie ein Ausblick über die weitere notwendige Untersuchungen gegeben.

Abstract

Inefficient route choices of car drivers lead to an increase in route length and an increase in travel time. The reason for these inefficient route choices are a lack of information about alternative routes or about the current traffic condition of the road network. If the car drivers are supplied with this information, an efficient and time saving route choice should be possible.

Modern traffic guidance systems, based on variable message signs, can help to sustain the traffic flow on already overburdened roads, even if traffic is increasing in the future.

This diploma thesis describes the basic steps of planning, elaboration and implementation of a route information system for the city of Graz, which should be integrated into the traffic management system of Graz in the context of the EU project “Trendsetter”.

A key part is to answer the question if and how car drivers can be influenced. For this reason a survey about the route choice was carried out to recognise and classify the most important criteria of individual route choice.

Another important point is the selection of the locations of the variable message signs, which should guide the car drivers through the road network of Graz.

Finally the chances and risks of the route information systems will be investigated and an outlook about additional necessary work will be given.

Kapitel 1 - Einleitung Seite 1

1 Einleitung

Sowohl die „Verkehrsüberwacher“ (Verkehrsplaner, Gemeinden usw.) als auch die Kraftfahrer selbst sind auf der Suche nach dem optimalen Verkehrsweg. Eine falsche Routenwahl und falsche Zeiteinteilung des Verkehrsweges führen zu Staus, unnötiger Umweltbelastung, längeren Fahrwegen und längeren Reisezeiten. Eine Studie von King (1986) und King & Mast (1987) ¹ hat ergeben, dass, wenn die Kraftfahrer perfekte Informationen über den Verkehrszustand des Straßennetzes (Staus, Umleitungen) erhalten, sie die Route wählen, die die Reisezeit minimiert. King hat auch herausgefunden, dass die individuelle Routensuche ohne zusätzliche Informationen eine sechsprozentige Steigerung der Fahrweglänge und zwölfprozentige Steigerung der Reisedauer zu Folge hat. Der Grund für diese ineffiziente Routenwahl ist die fehlende Information über Alternativrouten oder den momentanen Verkehrszustand des Straßennetzes. Wenn man den Kraftfahrern also diese Informationen zur Verfügung stellt, sollte eine effizientere Routenwahl von ihrer Seite möglich sein.

Wenn das Routeninformationssystem Reisezeiten und -wege optimieren kann, sollte es auch die Stausituation und die damit verbundenen Umweltbelastungen verbessern. Trotzdem muss eine Reduzierung der Reisezeit nicht auch unbedingt eine Reduzierung der Weglänge zur Folge haben. Eine Stauumfahrung, die zwar streckenmäßig länger ist als der direkte Weg, kann durch die Umfahrung des Staus zeitlich kürzer sein.

Als Kraftfahrer wiederum steht man vor folgender Situation:

Auf dem Weg zur Arbeit oder zum Einkaufen steht man plötzlich im Stau und der erste Gedanke ist: „Wenn ich das gewusst hätte, wäre ich anders gefahren.“

Genau bei diesem Gedanken setzt diese Diplomarbeit an: Der Arbeitsplatz oder das Shopping Center (das Ziel) ist vom Ausgangspunkt (der Quelle) zumeist auf mehreren

¹ Mede [Traffic Information 1993] S.7

Kapitel 1 - Einleitung Seite 2

verschiedenen Routen erreichbar. Der gewöhnliche Autofahrer wählt für diese Quelle-Ziel Beziehungen zumeist denselben Weg; die Gründe dafür sind unterschiedlich. Ob nun aus Gewohnheit, oder weil man diesen Weg am besten kennt, weil er der schnellste ist oder weil man dadurch immer an der Lieblingsbäckerei vorbeikommt, es spielt eigentlich keine Rolle. Denn wenn man auf diesem gewohnten Quelle-Ziel Weg plötzlich im Stau steht, wird der „Lieblingsweg“ plötzlich zu der Route, auf der „sowieso nie etwas weitergeht“ und auf der „ja immer so viel Verkehr ist“.

Doch was wäre, wenn man bei der vorherigen Kreuzung gewusst hätte, dass 500 Meter weiter ein Stau ist, der wieder einmal daran schuld ist, dass man zu spät ins Büro kommt? Hätte man dann nicht vielleicht doch den anderen etwas weiteren Weg genommen, der dafür aber frei befahrbar ist? Wahrscheinlich schon, aber man hätte es wissen müssen…

Wie jedoch gelangen die Informationen über Verkehrsbehinderungen zum Autofahrer? Über das Radio, doch wer hört schon die ganze Zeit Radio beim Autofahren, und dann auch noch den gleichen Sender. Außerdem übermittelt das Radio Verkehrsnachrichten nur in einer Frequenz von 30 Minuten, was vor allem für kurze Strecken viel zu selten ist. Weiters kann auch nicht jeder Stau im Radio übermittelt werden, das wäre viel zu zeitaufwendig.

Die zweite Möglichkeit sind Navigationssysteme in Autos, die heutzutage auch schon mit Stauinformationen gespeist werden können und dann eine Ausweichroute vorschlagen. Jedoch ist dieses Mittel viel zu kostspielig für die meisten Autofahrer und wer benützt schon sein Navigationssystem für den täglichen Weg zur Arbeit? Zusätzlich ist die Verbreitung von Navigationssystemen viel zu gering, waren doch im Jahr 2002 gerade 7% aller in Deutschland zugelassenen PKW’s ² damit ausgerüstet und von den Neuzulassungen sind auch nur 9% ³ damit ausgestattet. Dieser Wert ist sicherlich auch auf Österreich umlegbar.

Dadurch bietet sich als dritte Möglichkeit der Einsatz einer Routeninformation direkt an der Straße. Möglich wird dies durch Wechselverkehrszeichen und Wechseltextanzeigen. Die

² Quelle: Partner Research Hamburg, Umfrage im Frühjahr 2002

³ Quelle: CAI-Leasing GmbH in „CAI Aktuell III/2002“

Kapitel 1 - Einleitung Seite 3

Fragen sind allerdings: Was sind eigentlich Routen und wie findet man sie? Lassen sich die Autofahrer überhaupt beeinflussen? Und wenn, an welchen neuralgischen Punkten in einem Verkehrsnetz ist es sinnvoll über Staus und Alternativrouten zu informieren? Welche Informationen sind für den Autofahrer relevant, da kaum auf jedes individuelle Fahrziel Rücksicht genommen werden kann?

Die Beantwortung dieser Fragen und die wissenschaftlichen Hintergründe und Ableitungen der damit verbunden Themengebiete sind Inhalt dieser Diplomarbeit.

Kapitel 2 - Grundlagen Seite 4

2 Grundlagen

Wie in der Einleitung beschrieben ist es das Ziel dieser Arbeit, die optimalen und sinnvollen Standorte für Wechseltextanzeigen zur Routenbeeinflussung im Stadtgebiet von Graz zu ermitteln. Diese Wechseltextanzeigen sollen dazu dienen, Autofahrern Alternativrouten zu ihrer ursprünglichen Streckenwahl anzubieten, falls diese durch Staus, Unfälle, Baustellen oder dergleichen nur erschwert passierbar sind.

Für diese Standortsuche sind einige Informationen über das Verkehrsnetz sowie den Netzzustand von Nöten, die in den folgenden Unterkapiteln beschrieben werden.

2.1 Verkehrssysteme

Das Systemdenken ist im Verkehrswesen sehr wichtig. Diese Betrachtungsweise hat ihren Ursprung in der Biologie und wurde von dort in die Wirtschaftswissenschaften übernommen. Man versteht allgemein unter einem System eine Menge von miteinander in Beziehung stehenden Elementen. Kennzeichnend für das Systemdenken ist die ganzheitliche Betrachtungsweise. Weiters hat man herausgefunden, dass für die Erklärung der Ganzheit die Erklärung ihrer Elemente nicht ausreicht. Vor allem muss man die Beziehungen zwischen den Elementen erklären können.

Das Systemdenken ermöglicht somit das Erkennen von Zusammenhängen, die man sonst nur sehr schwer oder überhaupt nicht erkannt hätte. Die Entscheidung bezüglich eines Systemelementes hat nur noch unter dem Aspekt seines Beitrages zur Leistung des ganzen Systems zu erfolgen. 4

⁴ Vgl. Pfohl [Logistiksysteme 2000] S.28

Kapitel 2 - Grundlagen Seite 5

„Verkehrssysteme werden gebildet aus den Verkehrsmitteln, mit Fahrzeugen und Fahrwegen, sowie den Beziehungen und den Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Teilen der Verkehrsmittel untereinander.“ 5

2.1.1 Straßennetze

Die Straße ist zugleich Lebensraum und Verkehrsraum: An Straßen wird gewohnt und gehandelt, auf Straßen werden Wohnungen erschlossen und Geschäfte beliefert, durch Straßen fließt der Verkehr. In der Verkehrsplanung spricht man von Aufenthalts-, Erschließungs- und Verbindungsfunktionen.

Einerseits um ein Zurechtfinden (Orientieren) im Straßennetz zu ermöglichen, andererseits um ruhige Wohnstraßen in Abgrenzung zu Verkehrsachsen und Geschäftsstraßen zu schaffen, hat sich eine Hierarchie im Straßennetz gebildet. Hauptstraßen (Hauptverkehrsstraßen, Verkehrsstraßen) und Nebenstraßen (Sammelstraßen,

Anliegerstraßen) bilden ein städtisches Netz mit kräftigen (d.h. stark vom Verkehr belasteten) Verkehrsachsen und dazwischen gehängten dünneren Straßen, die ein so genanntes Environment bilden - einen Bereich, der möglichst weitgehend vom Autoverkehr entlastet sein soll.

An den Wohnungen beginnen die Anliegerstraßen, die vor allem dem Aufenthalt dienen -Anliegerstraßen münden in Sammelstraßen (Gebietserschließung), die dann von Verkehrs- ⁵ Quelle:FH-Prof. DI Frantz Hans-Georg, FH Joanneum Kapfenberg, Studiengang Infrastrukturwirtschaft

⁶ Füsser [Stadt 1997] S.116

Kapitel 2 - Grundlagen Seite 6

oder Hauptverkehrsstraßen aufgenommen werden. Je stärker eine Straßenachse verkehrsmäßig belastet ist, umso stärker ist ihre Verbindungsfunktion, auch wenn an jeder bebauten Straße ebenfalls Erschließung und Aufenthalt stattfindet. Die Übergänge zwischen diesen Straßentypen sind fließend; es gibt Zwischenstufen (Hauptsammelstraßen) und Straßen/Wege jenseits der Anliegerstraßen (Wohnwege) und jenseits der Hauptverkehrsstraßen (Stadtautobahnen).

2.1.2 Verkehrsbezirke

Um Untersuchungen aus verkehrsplanerischer Sicht zu ermöglichen, ist eine Zuordnung der Quellen und Ziele des fließenden Verkehrs zu bestimmten regionalen Einheiten erforderlich. Diese müssen bezüglich ihrer Lage im Verkehrsnetz eindeutig fixiert sein, da nur so eine Beschaffung von räumlich orientierten Informationen und Daten für Analyse und Prognose der Verkehrssituation möglich ist. Diese regionalen Bezugseinheiten werden als Verkehrsbezirke bezeichnet und deren Grenzen bilden in der Regel natürliche und bauliche Einschnitte (z.B. Flüsse, Eisenbahntrassen, Hauptnetzstraßen u. a.).

Kapitel 2 - Grundlagen Seite 7

Das Grazer Stadtgebiet ist in insgesamt 110 Verkehrsbezirke unterteilt, die ausschnittsweise in Abbildung 2 ersichtlich sind.

Da für den konkreten Planungsfall eine derart genaue Gliederung aber nicht von Nöten ist, wurden die Verkehrsbezirke sinnvoll zu größeren Verkehrsgebieten zusammengefasst.

⁷ Quelle: Verfasser mit Daten der Stadtbaudirektion Graz, Referat Verkehrsplanung

Kapitel 2 - Grundlagen Seite 8

Um dem Ziel eines sinnvollen Routeninformationskonzeptes entsprechen zu können, wurde dabei ein Hauptaugenmerk auf wichtige Straßenzüge und Verkehrsziele gelegt. Das Ergebnis dieser Zusammenfassung der Verkehrsbezirke zu Verkehrsgebieten ist in Abbildung 3 ersichtlich.

Abbildung 3: Zusammenfassung der Verkehrsbezirke zu Verkehrsgebieten 8

So wurden aus den ursprünglichen 110 Verkehrsbezirken (grüne Linien) 16 zusammengefasste Verkehrsgebiete (violette Linien), die dem Ziel dieser Diplomarbeit vollkommen genüge tun.

⁸ Quelle: Verfasser

Kapitel 2 - Grundlagen Seite 9

2.1.3 Verkehrssystemmanagement

Ein Verkehrssystemmanagement (VSM) im Sinne des aktuellen Managements des täglichen Verkehrs baut zumeist auf den vorhandenen Teilsystemen auf. Diese sind meist sehr zahlreich vorhanden. Es ist jedoch notwendig, vor der Analyse der Teilsysteme und deren möglicher Potentiale das Gesamtanforderungsprofil und das grundlegende Konzept zu entwickeln.

2.1.3.1 Entwicklungsziele

Im Vordergrund stehen dabei als erster Schritt die Entwicklungsziele, die ein VSM erfüllen muss:

• aktuell und dynamisch

• flexibel

• politikneutral

• verlässlich und zuverlässig

• öffentlich

• modularer Aufbau

Aktuell und dynamisch:

Notwendig sind eine kurzfristige und kontinuierliche Erfassung des Verkehrszustandes, eine Kurzfristprognose des zu erwartenden Verkehrszustandes am Analyseort, aber auch am Zielort, und eine Bewertung des Gesamtzustandes.

Flexibel:

Das VSM soll so aufgebaut sein, dass es durch unterschiedliche Maßnahmenpakete gesteuert werden kann. So ist es z.B. notwendig, dass ein VSM sich auf Situationen wie Messeverkehr, klassischen Spitzenverkehr in der Rush-hour, Sonderveranstaltungen, Einkaufsverkehr, Smog etc. einstellen kann. Für diese unterschiedlichen Verkehre sind verschiedene Maßnahmenpakete notwendig.