Erklärung

Eidesstattliche Erklärung

Ich, DI Dr. Martin Linauer,

geboren am 8.5.1972 in St. Pölten, Österreich, erkläre,

1. dass ich meine Master Thesis selbständig verfasst, andere als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel nicht benutzt und mich auch sonst keiner unerlaubten Hilfen bedient habe,

2. dass ich meine Master Thesis bisher weder im In- noch im Ausland in irgendeiner Form als Prüfungsarbeit vorgelegt habe,

3. dass ich, falls die Arbeit mein Unternehmen betrifft, meinen Arbeitgeber über Titel, Form und Inhalt der Master Thesis unterrichtet und sein Einverständnis eingeholt habe.

Wien, 23. Mai 2005

Vorwort

Vorwort

Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Geschäftsfeld Verkehrstechnologien des Österreichischen Forschungs- und Prüfzentrums Arsenal (arsenal research) in Wien.

Herrn DI Anton Plimon sowie Herrn DI (FH) Dietrich Leihs danke ich für die Anregung sowie die Ermöglichung des Studiums an der Donau-Universität Krems. Meinen Kollegen im Österreichischen Forschungs- und Prüfzentrum Arsenal danke ich für die ständige Bereitschaft zur fachlichen Diskussion sowie der ausgezeichneten technischen Unterstützung.

Mein besonderer Dank gilt Herrn Simon Ballam für die Übernahme der Betreuung meiner Mater Thesis. Sein Rat und seine sachkundigen Anregungen hatten einen wesentlichen Beitrag zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen.

Frau Mag. Maria Spindler vom Büro für Beratung und Forschung danke ich für ihre wertvollen Hinweise, sowie für die Übernahme der Kobetreuung.

Mein allerherzlichster Dank richtet sich aber an meine Frau Doris sowie an meine Eltern und allen meinen Freunden, die viel Verständnis, Geduld, Aufmunterung und moralische Unterstützung aufbrachten und mich motivierten, das Ziel der Fertigstellung der Arbeit nicht aus den Augen zu verlieren.

Bei meinen Söhnen Leon und Philipp möchte ich mich auf diesem Wege für die vielen Stunden entschuldigen, die ich wegen der Verfassung dieser Arbeit nicht mit ihnen verbringen konnte und ihnen für ihr Verständnis und ihre Liebe danken.

MARTIN LINAUER

Wien, im Mai 2005

Kurzfassung

Kurzfassung

Durch die fortschreitende Arbeitsteilung unserer Gesellschaft und durch die ständig wachsende Produktionsaufteilung in der Industrie sowie durch vermehrten Besorgungs-und Freizeitverkehr wächst das Güterverkehrs- als auch Personenverkehrsaufkommen immer stärker an. Im Hinblick auf die begrenzten Ressourcen der Verkehrssysteme spielen aktuelle Verkehrsdaten eine immer wichtigere Rolle zur optimierten Nutzung der verschiedenen Verkehrsträger.

In der vorliegenden Arbeit wurde ein konservativer Ansatz zur Bewertung der Staukosteneinsparungen im Straßenverkehr durch Echtzeit-Verkehrsinformation entwickelt. Anhand von Szenarien wird der Nutzen sowie die Kosten sowohl aus interner als auch aus volkswirtschaftlicher Perspektive abgeschätzt und monetär quantifiziert. Ausgehend von den erzielten Ergebnissen wurde in weiterer Folge ein Preismodell für die Bereitstellung von Echtzeit-Verkehrsinformation für Kfz-Nutzer abgeleitet. In weiterer Folge können verschiedene Telematikdienste basierend auf Verkehrsinformationen als Produkt kommerziell entwickelt und umgesetzt werden.

Abstract

Abstract

Due the progressing division of work in our society and through the increasing division of manufacturing processes in the industry as soon as the growing of free time and provision traffic of the particular person the volume of traffic goes up. In view to the limited resources of the traffic systems actual traffic information play a more and more decisive role for the optimal usage of the different traffic carriers. In the present thesis a conservative approach for the evaluation of saving congestion costs by using online traffic information was developed. In different scenarios the benefit as soon as the costs in the view of the internal and also the external economical viewpoint would be estimated. Starting from the results on savings a price model for the provision of online traffic information for traffic user would be prepared. As a result of the proposed price model different traffic telematics services based on real time traffic information can be developed and implemented.

Inhaltsverzeichnis I

Inhaltsverzeichnis   

1  Einleitung.  1

1.1  Überblick.  1

1.2  Problemstellung  2

1.3  Zielsetzung  3

1.4  Vorgangsweise  4

2  Grundlagen  5

2.1  Interne und externe Kosten der Kfz-Nutzung  5

2.2  Definition von Stau.  11

2.3  Straßenverkehrsinformationen  16

2.4  Verkehrsdatenerfassung.  17

2.5  Begriffsbestimmungen  20

2.5.1  Verkehrstelematik  20

2.5.2  Logistik  21

2.5.3  Spediteur.  21

2.5.4  Transporteure.  22

3  Staukosten.  23

3.1  Allgemeines  23

3.2  Methodische Grundüberlegungen  24

3.3  Bewertung von Zeitverlusten  26

3.3.1  Empirische Erhebungsmethoden zur Zeitbewertung  30

3.3.2  Zeitwert-Studien in Holland  32

3.3.3  Zeitwert-Studien in Großbritannien  36

3.3.4  Zeitwert-Studien in Österreich.  39

3.3.5  Fazit  41

3.4  Bewertung des Treibstoffmehrverbrauchs  44

Inhaltsverzeichnis II

3.4.1  Fazit  46

3.5  Bewertung der staubedingt verringerten Unfallfolgekosten  47

3.5.1  Unfallrate auf Grund der Geschwindigkeit  47

3.5.2  Unfallrate als Funktion der Verkehrsbelastung  49

3.5.3  Fazit  50

3.6  Bewertung der staubedingten Umweltkosten  52

3.6.1  Fazit  55

4  Fallstudie  56

5  Schlussfolgerungen und Ausblick  69

5.1  Schlussfolgerungen  69

5.2  Ausblick  74

6  Literaturverzeichnis  75

7  Glossar.  79

8  Abbildungsverzeichnis.  83

9  Tabellenverzeichnis  85

10  Anhang.  87

10.1  Level of Service Konzept für Autobahnen  87

10.2  Level of Service Konzept für Hauptverkehrsstraßen  88

10.3  Fahrplanabfrage  90

1 Einleitung 1

1.1 Überblick

Durch die fortschreitende Arbeitsteilung unserer Gesellschaft und durch die ständig wachsende Produktionsaufteilung in der Industrie sowie durch vermehrten Besorgungs-und Freizeitverkehr wächst das Güterverkehrs- als auch Personenverkehrsaufkommen immer stärker an. Betrachtet man die Verkehrsentwicklung im Personenverkehr seit 1980 in Österreich, so zeigt sich ein deutlicher Anstieg der Fahrleistungen von knapp unter 80 Milliarden Pkw-km im Jahr 1980 auf beinahe 120 Milliarden Pkw-km im Jahr 1999 [UMWELTBUNDESAMT (2001), S. 443]. Unterstützt durch die zunehmende Motorisierung der Bevölkerung mit Zuwächsen um bis zu 35% [SAMMER (2004), S. 5] führt dies in Verbindung mit der dezentralen Siedlungsentwicklung und dem Ausbau der Hochleistungsstraßeninfrastruktur (z.B. S1, S2, A5 usw.) zu einer Art „Speckgürtel“ um Ballungszentren. Die Anzahl der Wege mit dem Pkw nimmt deutlich zu. Mobilitätsszenarien für den Großraum Wien [SAMMER (2004), S. 25 ff] prognostizieren im Trendszenario ¹ bis zum Jahr 2035 ein Ansteigen des Anteils des motorisierten Individualverkehrs (Pkw und Motorrad) von 34% auf bis zu 45 % in Wien und von 65% auf 69% im Umland. Der Anteil des öffentlichen Verkehrs sinkt hingegen von 35% auf 29%. Die Summe der zurückgelegten Pkw-Kilometer eines Werktages im Großraum Wien wird im Trendszenario um ca. 90% von heute 45 Millionen Pkw-km pro Werktag auf 86 Millionen Pkw-km pro Werktag anwachsen. Das wird vor allem in der Stadt Wien zu deutlich mehr überlasteten Straßen führen. Im Trendszenario ist nahezu mit einer Verdreifachung der Straßenkilometer in Wien mit Verkehrsüberlastung (mehr als 5 Stunden pro Tag) zu rechnen. So zeigt zum Beispiel der Gürtel bei der Volksoper einen Anstieg der überlasteten Tageszeiten von derzeit einer Stunde auf das Fünffache. Auf der Südosttangente beim Knoten St. Marx steigt die Anzahl der überlasteten Tagesstunden von derzeit 3 Stunden auf weit mehr als 5 Stunden pro Tag. Im Maßnahmenszenario, das die Verkehrsentwicklung bis 2035 unter dem Aspekt einer flächendeckenden Pkw Straßenmaut sowie der intensiven Attraktivierung des öffentlichen Verkehrs betrachtet,

¹ Das Trendszenario prognostiziert unter den Rahmenbedingungen der aus heutiger Sicht wahrscheinlich umgesetzten Maßnahmen („business-as-usual“).

1 Einleitung 2

wird immerhin noch ein Wachstum der zurückgelegten Pkw-Kilometer eines Werktages von 35% auf 61 Millionen Pkw-km gegenüber dem Bestand prognostiziert. Die daraus resultierenden lokalen Umweltauswirkungen durch Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoff (HC), Stickoxiden (NO x ), Schwefeldioxid (SO 2 ), Partikel- sowie Lärmemissionen werden sich bis 2035 auf Grund der technologischen Entwicklungen gegenüber dem Bestand deutlich verbessern (z.B. Partikel-Emissionen minus 77%, NO x -Emissionen minus 60%). Die Entwicklung der Kohlendioxid (CO 2 ) Treibhausgasemissionen im Verkehrssektor in der Ostregion ist hingegen Besorgnis erregend. So ist im Trendszenario im Großraum Wien mit einer Zunahme der CO 2 -Emission bis 2035 um bis zu 67% zu rechnen. Das Kyoto Ziel von minus 13% CO 2 -Emissionen (Basis 1990) wird also weit verfehlt [SAMMER (2004), S. 39].

Ähnliche Szenarien ergeben sich auch für andere Ballungsräume wie Graz, Linz, Salzburg oder Innsbruck.

1.2 Problemstellung

Auf Grund begrenzter Ressourcen und Umweltbelastungen ist es nicht sinnvoll allein den Neu- und Ausbau des Straßennetzes voranzutreiben. Vor allem in den sensiblen Ballungsräumen müssen durch entsprechende Konzepte sowohl die ökonomischen (viele Leerfahrten, hoher Infrastrukturbedarf, Zeitverlust durch Verkehrsstauungen, erhöhter Treibstoffverbrauch) als auch die ökologischen (Lärm- und Schadstoffbelastungen) Auswirkungen des motorisierten Individualverkehrs reduziert werden. So kann durch eine effiziente Verkehrssteuerung sowie durch umfangreiche Verkehrsinformation vor und während einer Fahrt, die bestehende Verkehrsinfrastruktur effizienter nutzbar gemacht werden. Dies kann beispielsweise durch ein Verkehrsmanagementsystem erreicht werden, das Informationen des Verkehrszustandes aufnimmt, verarbeitet und die Ergebnisse in Form von Empfehlungen oder Vorschriften an die Verkehrsteilnehmer weitergibt. Die Steigerung der Leistungsfähigkeit des Verkehrsflusses durch Verkehrsmanagementsysteme wird von Experten mit einer Bandbreite von 5-15% angegeben [vgl. ÖAMTC AKADEMIE (2000), S. 1; BMVBW (2002), S. 1 ff; ASFINAG (2004), S. 2]. Parallel zu den kollektiven Verkehrsbeeinflussungsanlagen bekommt die individuelle Verkehrsbeeinflussung und Verkehrsinformation durch private Diensteanbieter einen immer höheren Stellenwert. Der einzelne Verkehrsteilnehmer hat mit Hilfe von Verkehrstelematiksystemen die Möglichkeit, sich Bestwegempfehlungen geben zu lassen.

1 Einleitung 3

Die beste Größe zur Beurteilung der Verkehrslage aus Sicht des Fahrzeuglenkers ist die Angabe der Reisezeit. Durch Verkehrs- und Reisezeitprognosen in Kombination mit Flottenmangementsystemen sowie dynamischen Navigationslösungen im Fahrzeug kann eine Minimierung von Zeitverlusten für das Individuum erreicht werden (individuelle Nutzenmaximierung). Aus dem Individualnutzen der Reisezeitersparnis des einzelnen Kfz-Lenkers gegenüber den restlichen Verkehrsteilnehmern wird von der Privatwirtschaft ein Kaufmotiv für Verkehrsinformation abgeleitet (vgl. LEIHS (2002), S. 33 ff]. Besonders in Deutschland, Frankreich und Italien wurden Anfang 2000 zahlreiche private Telematik-Unternehmen gegründet, deren Ziel es war, gegen Entgelt individuelle Verkehrsinformationsdienste bereit zu stellen. Die meisten dieser Unternehmen sind inzwischen wieder vom Markt verschwunden (z.B. Vodafon Passo (D), TEGARON Info (D), etc.). Grund dafür sind einerseits die hohen Investitionen in die flächendeckende Verkehrsdatenerfassung zur Bereitstellung von flächendeckender Verkehrsinformation und anderseits eine Überschätzung des angebotenen Nutzen für den Verkehrsteilnehmer (und somit auch der erzielbaren Preise).

1.3 Zielsetzung

Ziel der Arbeit ist, die Einsparungen von Staukosten durch Verkehrsinformation zu verifizieren um in weiterer Folge das Marktpotential von Verkehrsinformation abschätzen zu können. Als Basis wird ein konservativer Ansatz zur Bewertung der Staukosten im Straßenverkehr entwickelt. Anhand von Szenarien werden die Staukosten sowohl aus individueller als auch aus volkswirtschaftlicher Perspektive abgeschätzt und monetär quantifiziert.

Ausgehend von den erzielten Ergebnissen können in weiterer Folge verschiedene Telematikdienste basierend auf Verkehrsinformationen als Produkt kommerziell entwickelt und umgesetzt werden.

Prinzipiell wird durch (individuelle) Verkehrsinformation meist nur das Symptom „Stau“ behandelt, nicht aber der grundlegende Anstieg der Verkehrsleistungen des motorisierten Individualverkehrs. Einer nachhaltigen Entwicklung des motorisierten Individualverkehrs sollte daher oberste Priorität gegeben werden. Neben der effizienten Nutzung der bestehenden Verkehrsinfrastruktur für den motorisierten Individualverkehr müssen gleichzeitige der Ausbau und die Beschleunigung der öffentlichen Verkehrsmittel vorangetrieben werden.

1 Einleitung 4

1.4 Vorgangsweise

Generell baut die vorliegende Arbeit auf einer umfassenden Literaturstudie zum Thema monetäre Staukostenbewertung auf. Die vorhandenen Ansätze und Ergebnisse wurden teilweise in die Arbeit eingebracht und weiterentwickelt. Im Zuge eines Fallbeispieles werden sowohl die individualisierten als auch die externen (sozialen) Staukosten eines Kfz-Nutzers abgeschätzt. Es wird die Annahme getroffen, dass ein bestimmter Anteil der Staukosten durch Echtzeit-Verkehrsinformation eingespart werden kann. Die Ergebnisse dienen zur Ermittlung des Marktpotentials sowie zur Preisbildung von Verkehrs-information.

Nachfolgend ist eine kurze Beschreibung zum Aufbau der vorliegenden Arbeit angeführt: Zu Beginn werden in Kapitel 2 die theoretischen Grundlagen behandelt. Im Besonderen wird auf die internen und externen Kosten der Kfz-Nutzung, auf die Definition von Stau und dessen Zustandsbestimmung, der Definition von Straßenverkehrsinformation sowie auf die Möglichkeiten der modernen Verkehrsdatenerfassung eingegangen. Abschließend werden Begriffsbestimmungen die zum besseren allgemeinen Verständnis beitragen angeführt.

Kapitel 3 widmet sich der Ermittlung von Staukosten. Neben allgemeinen Angaben zu den Staukosten in Österreich werden die methodischen Grundüberlegungen der Staukostenermittlung behandelt. Als interne Staukostenanteile werden die monetäre Bewertung von Zeitverlusten sowie die Bewertung der staubedingten Treibstoffmehrverbräuche angesetzt. Bei den externen Staukostenanteilen wird auf die Bewertung der staubedingt verringerten Unfallfolgekosten sowie auf die Umweltkosten eingegangen. In Kapitel 4 wird eine Fallstudie zur Einsparung von Staukosten durch Echtzeit-Verkehrsinformation basierend auf verschiedenen Szenarien durchgeführt. Die ermittelten Staukosteneinsparungen werden als Basis für die Mehrwertvergütung von Verkehrs-informationsdiensten herangezogen.

In Kapitel 5 dieser Arbeit sind die Schlussfolgerungen zusammengefasst. Im Abschnitt Ausblick werden Empfehlungen für den weiteren Forschungsbedarf gegeben.

2 Grundlagen 5

2.1 Interne und externe Kosten der Kfz-Nutzung

Durch die Nutzung des Pkws und der Verkehrswege mit dem Kfz entstehen einerseits Kosten, die die Kfz-Nutzer als interne (private) Kosten wahrnehmen und für die sie als Kostenträger aufkommen müssen (Fahrzeugbetriebskosten, Zeitkosten). Dem gegenüber stehen externe Kosten, wie Unfallkosten, Lärmkosten, Klimakosten, Schadstoffkosten an Gebäuden und sonstige Schadstoffkosten, für die die Allgemeinheit (sowohl Pkw-Nutzer als auch Nicht-Pkw-Nutzer gleichermaßen) entweder direkt oder indirekt über allgemeine Steuern aufkommen muss. Kosten die sowohl intern als auch extern sein können sind Staukosten und Kosten der Bereitstellung der Straßeninfrastruktur. Staukosten erhöhen einerseits die eigenen Zeit- und Fahrzeugsbetriebskosten der Kfz-Nutzer, andererseits werden durch das Befahren der Straße die Zeit- und Fahrzeugsbetriebkosten aller anderen Kfz-Nutzer erhöht. Werden die Kosten der Bereitstellung der Straßeninfrastruktur nicht zur Gänze über verkehrsspezifische Steuern von den Pkw-Nutzer bezahlt, sondern aus allgemeinen Steuereinnahmen finanziert, sind diese ebenfalls als extern für die Kfz-Nutzer zu sehen.

Das ökonomische Problem beim Auftreten externer Kosten besteht darin, dass die Pkw-Nutzer bei Antritt der Fahrt nur die mit der Fahrt verbundenen internen (privaten) Kosten berücksichtigen (meist nur die Treibstoffkosten) und nicht auch die externen Kosten. Ein Teil der Mobilität verursacht somit aus volkswirtschaftlicher Sichtweise höhere gesellschaftliche Schäden, als er gesellschaftlichen Nutzen bringt und führt somit zu Wohlfahrtsverlusten [vgl. STEININGER (2004), S. 22 ff].

Derzeit ist davon auszugehen, dass ein großer Teil des Autoverkehrs in Städten höhere Kosten verursacht, als er an Nutzen bringt. Das ist nicht nur deshalb der Fall, weil die Lebensqualität in der Stadt und die Gesundheit der Menschen durch Lärm und Abgase des Verkehrs beeinträchtigt wird. Mit steigender Verkehrsstärke kommt es zu zunehmenden gegenseitigen Behinderungen der Benützer des Straßennetzes. In Städten werden diese Behinderungen hauptsächlich durch steigende Wartezeiten an Kreuzungen verursacht. Nur ein Teil der Behinderungen entfällt auf das Erreichen der Kapazitätsgrenzen im Längsverkehr, also auf das, was in erster Linie mit „Stau“ assoziiert wird. Diese „klassischen“ Staus durch Überschreiten der optimalen Verkehrsstärke außerhalb

2 Grundlagen 6

von Kreuzungsbereichen ergeben sich nur zu Spitzenzeiten des werktäglichen Verkehrs auf bestimmten Stadtautobahnen und Hauptverkehrsstraßen. Die Kosten der gegenseitigen Behinderungen im Längsverkehr als auch jene auf Kreuzungen werden im Folgenden „Staukosten“ genannt. Die Staukosten bestehen im Wesentlichen in zusätzlichen Zeitkosten von Fahrzeuginsassen und zeitabhängigen Fahrzeugkosten der zurückgelegten Wege.

Bei hohen Verkehrsstärken können wie schon erwähnt alleine die Kosten durch zusätzliche Behinderungen und Wartezeiten, die ein zusätzliches Fahrzeug verursacht, weit höher sein, als der gesamte Nutzen dieser zusätzlichen Kfz-Fahrt. Ähnliches gilt auch bei Parkplätzen. Sind genügend Parkplätze frei, ist die Suchzeit minimal. Erst knapp vor der vollen Auslastung steigt die Suchzeit drastisch an. Jedes zusätzliche geparkte Fahrzeug verursacht dann Kosten, die wesentlich höher sind als der Nutzen des Parkvorganges [RAUH (2004), S. 12].

Wie in Abbildung 3-1 dargestellt, sind die privaten Grenzkosten (zeit- und fahrzeugabhängige Kosten) bei niedriger bis mittlerer Verkehrsstärke nahezu unabhängig von der Verkehrsstärke (horizontaler Grenzkostenverlauf). Erst ab einer bestimmten Verkehrsstärke gibt es einen raschen Anstieg dieser privaten Grenzkosten durch die gegenseitige Behinderung der Fahrzeuge. Durch die Wechselwirkung zwischen den Fahrzeugen steigen nicht nur die Kosten des marginalen Straßenbenützers selbst sondern der jeweilige Kostenanstieg trifft auch alle anderen Benützer des Straßenabschnittes in gleicher Weise. Die steigenden privaten Grenzkosten werden so zu steigenden kurzfristigen Durchschnittskosten für alle Straßenbenützer. Jeder Anstieg der privaten Grenzkosten ist also mit der Zahl der betroffenen Straßenbenützer zu multiplizieren um zum jeweiligen Anstieg der sozialen Grenzkosten zu kommen. Durch diesen großen Multiplikationsfaktor kommt es, sobald ein merkbarer Anstieg der privaten Grenzkosten einsetzt zu einem vielfach steileren Anstieg der sozialen Grenzkosten.

2 Grundlagen 7

Abbildung 2-1: Soziale und private Grenzkosten des Staus [RAUH (2004), S. 13, vom Autor korrigiert]

Als vereinfachtes Beispiel kann eine Stadtautobahn betrachtet werden, die nur von Pkw mit zeitabhängigen privaten Kosten von 7,- Euro pro Stunde befahren wird. Der Anstieg der Verkehrsstärke dieser Stadtautobahn von 1.900 auf 2.000 Fahrzeuge pro Stunde pro Fahrstreifen bewirkt ein Absinken der Durchschnittsgeschwindigkeit von beispielsweise 70 km/h auf 40 km/h.

Die privaten Staukosten der Benützer des marginalen Fahrzeuges ergeben sich dann mit 0,075 ² Euro pro Personenkilometer. Für alle Straßenbenützer zusammen werden jedoch durch die 100 zusätzlichen Fahrzeuge zusätzliche Kosten (soziale Staukosten) von etwa 150 Euro verursacht. Dies entspricht etwa 1,50 Euro je zusätzlichen Fahrzeug auf der Stadtautobahn. Die zusätzlichen Straßenbenützer haben keine Veranlassung, auf diese von ihnen verursachten Staukosten zu reagieren, und könnten das auch nicht, weil sie deren jeweilige Höhe nicht wahrnehmen können. Sie richten ihr Verhalten nur nach denim Beispielfall 20-fach niedrigeren - privaten Kosten. Die Staukosten, die anderen Straßenbenützern auferlegt werden, sind daher externe Kosten. Externe Staukosten verhindern die ökonomisch optimale Nutzung der vorhandenen Straßenkapazität. Die ökonomisch optimale Verkehrsstärke ist erreicht, wenn die sozialen Grenzkosten gleich dem Grenznutzen sind. Bis die von den Verkehrsteilnehmern wahrnehmbaren

² Der Reisezeitverlust duch die Geschwindigkeitsreduktion von 70 km/h auf 40 km/h bezogen auf 1 km Straßenlänge berechnet sich wie folgt: [(1 km /70 km/h)-(1 km /40 km/h)] x 7 Euro/h = 0,075 Euro

2 Grundlagen 8

Durchschnittskosten das weitere Anwachsen des Verkehrs begrenzen, hat die Verkehrsstärke das ökonomische Optimum längst überschritten.

Zeitverluste durch gegenseitige Behinderungen entstehen im städtischen Straßennetz in erster Linie dort, wo die Kapazität der Straßen am geringsten ist, das sind die Kreuzungsbereiche. In Kreuzungsbereichen ist nicht von einem sprunghaften sondern in erster Näherung von einem etwa linearen Anstieg der Zeitverluste durch gegenseitige Behinderung auszugehen. Auch in diesem Fall steigen die sozialen Grenzkosten schneller als die privaten [RAUH (2004], S. 13 ff].

Ein mögliches Modell zur Annäherung an das ökonomische Optimum ist Road Pricing (siehe Abbildung 2-2). Road Pricing soll aus wohlfahrtsökonomischen Überlegungen dazu dienen, die Straße den Nutzern so zur Verfügung zu stellen, dass die gesamtwirtschaftliche Wohlfahrt optimiert ist. Eine Maut in Höhe der Differenz zwischen privaten und sozialen Grenzkosten bei optimaler Verkehrsstärke (soziale Grenzkosten = Grenznutzen) bringt einen Wohlfahrtsgewinn in Größe der punktierten Fläche. Damit würden sich die privaten Kosten den sozialen Kosten angleichen und zu einer Reduktion der Verkehrsnachfrage auf jenes Niveau führen, bei dem die sozialen Grenzkosten genau dem Grenznutzen einer zusätzlichen Fahrt entsprechen. gesamten Kosten bzw. Nutzen bei der jeweiligen Verkehrsstärke dar. Ohne Maut steigt der Verkehr bis die privaten Grenzkosten den Grenznutzen erreicht haben. Zusätzlich zu den privaten entstehen externe Grenzkosten, die für Kfz-Nutzende nicht wahrnehmbar sind. Eine Stadtmaut erhöht die privaten Grenzkosten. Bei ökonomisch optimaler Mauthöhe unterbleiben genau jene Fahrten, bei denen die sozialen Grenzkosten (Summe aus privaten und externen Grenzkosten) den Nutzen übersteigen würden.

Die Einführung einer City Maut ist politisch nur schwer umsetzbar bzw. gibt es berechtigte Argumente gegen die Einführung eines solchen Systems [vgl. ÖAMTC (2003), S. 1]. Im Gegensatz zu „Road Pricing“ stellt die Bereitstellung von Verkehrsinformation für Kfz-Nutzer eine weitere Möglichkeit dar, um das ökonomische Optimum der Straßenverkehrsnutzung zu erreichen. Durch die Bereitstellung von Echtzeit-Verkehrsinformationen und Reisezeiten als auch durch Verkehrsprognosen kann der jeweilige Kfz-Nutzer bereits im Voraus den Nutzen seiner Fahrt mit den zu erwarteten Reisekosten abschätzen. Durch so genanntes „Ramp Meetering“, bei dem eine Zuflusskontrolle in Abhängigkeit vom jeweiligen Verkehrszustand z.B. auf die Stadtautobahn erfolgt, kann dies noch unterstützt

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werden. Das Auftreten von externen Staukosten durch zusätzliche Kfz bei Überschreitung der optimalen Straßenkapazität kann somit vermieden werden.

Wie in Abbildung 2-3 ersichtlich, konnte durch Einsatz einer „Ramp Meetering“ Anlage am Westbound SR-94 Highway in San Diego, Höhe Lemon Grove Ave, die Geschwindigkeit am Highway konstant gehalten werden. Beim Ausfall der Anlage am 2.2.1999 brach die Geschwindigkeit aufgrund von Verkehrsüberlastung auf 10-20 Miles/Hour ein (siehe Abbildung 2-4).

Durch Verkehrsinformation kann somit im optimalen Fall eine Verteilung der Verkehrsbelastung sowohl in zeitlicher als auch in räumlicher Sicht erreicht werden, ohne „Road Pricing“ Systeme installieren zu müssen. Bei gleichzeitigem Ausbau der Infrastruktur für öffentliche Verkehrsmittel als auch der Radwege könnte durch die Möglichkeit des Reisezeitvergleiches mit dem motorisierten Individualverkehr auch ein Modal Shift zugunsten der öffentlichen Verkehrsmittel erreicht werden. Vorraussetzung ist jedoch ein Reisezeitvorteil der öffentlichen Verkehrsmittel gegenüber dem motorisierten Individualverkehr. In der Praxis ist dies jedoch selten der Fall. Ein direkter Reisezeitvergleich zwischen öffentlichen Verkehrsmitteln und dem Kfz kann deshalb auch einen entgegengesetzte Wirkung - d.h. eine Verschiebung zu Gunsten des motorisierten Individualverkehrs - aufweisen und somit verkehrspolitisch unerwünscht sein.

2 Grundlagen 10

Abbildung 2-3: Verlauf der Geschwindigkeit (rot) und der Verkehrsstärke (blau) mit Ramp Meetering [DOT (1999)]

Abbildung 2-4: Verlauf der Geschwindigkeit (rot) und der Verkehrsstärke (blau) ohne Ramp Meetering [DOT (1999)]

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2.2 Definition von Stau

Bei Betrachtung der ökonomischen Zusammenhänge in Abschnitt 2.1 ergibt sich eine Antwort auf die häufig gestellte Frage, ab welcher Verkehrsstärke von „Stau“ gesprochen werden kann. Eine ökonomische Definition für das Bestehen von Stau lautet: Stau ist jene Verkehrsstärke, bei der das ökonomische Optimum der Infrastruktur-Auslastung überschritten ist. Dieses ökonomische Optimum ist überschritten, wenn private Grenzkosten plus soziale Stau-Grenzkosten der marginalen Fahrt deren Grenznutzen übersteigen [RAUH (2004), S.14].

SCHIRHACKL (1995, S. 6 ff) geht für seine Abschätzung der Staukosten zusammenfassend von folgendem Staubegriff aus: Unter Stauung wird nicht nur das „zum Stillstand kommen“ von Fahrzeugen verstanden; auch der Verkehrsfluss bei merklich verkehrsbedingter Geschwindigkeitsreduktion unter die „gesamtwirtschaftlich orientierte Optimalgeschwindigkeiten“ führt zu Zeitverlusten und erhöhtem Ressourcenverbrauch und wird dem Begriff Stau zugeordnet. Der angewendete Wortsinn kann mit dem Begriffspaar „behinderter Verkehr“ gleichgesetzt werden.

WALTERS (1987, S. 570 ff) definiert Stau relativ weitreichend als einen Zustand, bei dem sich die auf der Fahrbahn befindlichen Fahrzeuge dermaßen beeinflussen, dass ihre Geschwindigkeit unter die Geschwindigkeit bei verkehrsfreier Fahrbahn sinkt. Aus verkehrstechnischer Sicht besteht Stau wenn die maximale Leistungsfähigkeit einer Straße [Kfz/h] überschritten wird. Gemäß Highway Capacity Manual 85 [TRB (1985)] beträgt die maximale Verkehrsstärke auf Autobahnen ca. 2000 Kfz/h/Fahrstreifen. Die maximale Verkehrsstärke ist aber auch von Einflussfaktoren wie Lkw-Anteil, Lichtsignalregelung, Topographie, etc. abhängig. Prinzipiell besteht zwischen der Verkehrsstärke M , der Verkehrsdichte D und der mittleren Geschwindigkeit V eines stationären und homogenen Verkehrsstromes in einem freien Streckenabschnitt einer Straße besteht ein statistisch beobachtbarer Zusammenhang. Er lässt sich durch folgende Kontinuitätsgleichung beschreiben:

2 Grundlagen 12

× = Gleichgung 2-1 V D M

Verkehrsstärke in Fahrzeugen pro Zeiteinheit [Kfz/h] M

Verkehrsdichte in Fahrzeugen pro Längeneinheit [Kfz/km] D

Mittelwert der durchschnittlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten aller Fahrzeuge auf V

der betrachteten Strecke [km/h]

Durch die Kontinuitätsgleichung werden die möglichen Zustandsformen des Verkehrs auf der freien Strecke beschrieben.

Abbildung 2-5: Zusammenhang zwischen Verkehrsmenge M und mittlerer Geschwindigkeit V [SAMMER (2003), S. 7]

Der Kurvenverlauf in Abbildung 2-5 zeigt, dass jede Verkehrsstärke mit Ausnahme der maximalen, mit zwei Verkehrsdichten abgewickelt werden kann. Nach Überschreiten des Maximums der Verkehrsmenge wächst die Verkehrsdichte bei weiter abnehmender mittlerer Geschwindigkeit. Der bis dahin stationäre Verkehrsstrom wird instationär, d.h. der Verkehrsfluss bricht zusammen, es tritt Stau auf. Im Bereich kleiner Verkehrsmengen herrscht freier Verkehrsfluss, der Verkehrsstrom ist ungestört. Der Lenker kann seine

2 Grundlagen 13

Geschwindigkeit frei wählen. Die Geschwindigkeit wird nicht durch vom Verkehr abhängige Faktoren (Verkehrsbedingungen) bestimmt.

Abbildung 2-6: Zusammenhang zwischen Verkehrsdichte D und Verkehrsmenge M [SAMMER (2003), S. 8]

Mit zunehmender Verkehrsdichte bis zum Erreichen der maximalen Verkehrsstärke M max wird der Verkehrsstrom durch Bildung von Teilkolonnen mehr und mehr gestört. Die mittlere Geschwindigkeit sinkt mit zunehmender Verkehrsmenge ab, ebenso wird die Streuung der Verteilung der Geschwindigkeit (der einzelnen Fahrzeuge) kleiner. In Abbildung 2-6 wird die maximale Verkehrsmenge auf freier Strecke mit M max = 2000 Kfz/h und einer optimalen Verkehrsdichte D opt = 35 Kfz/km bewältigt. Die kritische Geschwindigkeit V krit dazu beträgt etwa 55 km/h. Der Verkehrsstrom wird bei weiter anwachsender Verkehrsdichte durch eine geschlossene Kolonne gebildet, der Verkehrsfluss wird instabil. Aufgrund der weitgehend Definitionen von Stau wird in der Verkehrstechnik die Verkehrsflussqualität (Level of Service, LoS) als Qualitätsmaß zur Abwicklung von Verkehrsströmen verwendet. Als Beurteilungsgrößen werden die Merkmale Verkehrsdichte, Fahrzeugabstand, Freizügigkeit beim Spurwechsel, Geschwindigkeit, Überholmöglichkeit, etc. herangezogen (siehe Tabelle 2-1).

In Abbildung 2-7 ist die Klassifizierung der Verkehrsflussqualität (LoS) für Autobahnen nach HCM 85 [TRB (1985)] und HCM 94 [TRB (1994)] überblicksmäßig dargestellt.