PTV Validate: eines der weltweit größten Verkehrsmodelle
Einsatz von PTV Validate für Verkehrsuntersuchungen und -prognosen
Die verkehrlichen Wirkungen einer geplanten Ortsumgehung, die Sinnhaftigkeit einer neuen Autobahnanschlussstelle oder der Ausbau einer Bundestraße - bei vielen Fragestellungen der Verkehrsplanung geht es darum, die Wirkung einer Maßnahme vor ihrer Realisierung zu ermitteln. In der Regel muss dabei nicht nur die gegenwärtige Situation analysiert, sondern es müssen auch zukünftige Auswirkungen prognostiziert werden.
Für solche Verkehrsuntersuchungen und Prognosen werden häufig rein empirische Methoden, wie die Fortschreibung von Zählwerten, verwendet. Die daraus resultierenden Modelle können aber nur sehr eingeschränkt oder sogar fehlerhaft auf geänderte Rahmenbedingungen reagieren. Soziodemographische Entwicklungen etwa, die zu einer geänderten Verkehrsnachfrage führen, oder größere Kapazitätsänderungen durch Verkehrsinfrastrukturmaßnahmen können kaum berücksichtigt werden. Daher ist ein kalibriertes und prognosefähiges Verkehrsmodell für die Ermittlung verlässlicher Ergebnisse erforderlich.
Der Aufbau individueller Verkehrsmodelle für den einmaligen Einsatz in lokalen oder regionalen Untersuchungen ist allerdings meist zu kosten- und zeitaufwendig. Um den Aufwand des Modellaufbaus zu reduzieren und gleichzeitig methodisch unsaubere Kompromisslösungen zu vermeiden, bietet es sich an, Teilmodelle aus einem bereits vorhandenen, vorkalibrierten überregionalen Modell einzusetzen und diese für die lokale Untersuchung anzupassen. Ein solches prognosefähiges Modell ist PTV Validate, das seit etwa 10 Jahren bei der PTV AG entwickelt und kontinuierlich gepflegt wird und bereits für eine Vielzahl unterschiedlicher Fragestellungen eingesetzt wurde.
- Abb. 1: Verkehrsmodell PTV Validate Deutschland (mit Detailausschnitt Baden-Württemberg)
Das Verkehrsmodell PTV Validate bildet ganz Deutschland ab (siehe Abb. 1). Es besteht aus mehr als 10.000 Bezirken und etwa 3,5 Mio. Strecken und basiert auf Navigationsnetzen von Navteq. Auf dem attribuierten und routingfähigen Netzmodell von Validate werden kalibrierte Nachfragematrizen verwendet, um mit Hilfe der Verkehrsplanungssoftware PTV VISUM Lkw- und Pkw-Belastungen für das gesamte deutsche Hauptstraßennetz zu berechnen. Mit der Weiterentwicklung Validate Dynamic können auch Reisegeschwindigkeiten in Intervallen von 1 Stunde oder 15 Minuten für die verschiedenen Wochentage ermittelt werden. Aus PTV Validate kann für jedes gewünschte Untersuchungsgebiet ein Teilmodell ausgeschnitten werden.
Übliches Vorgehen bei einer Verkehrsprognose
Zum Aufbau eines Modells für eine Verkehrsuntersuchung einschließlich Prognose sind umfangreiche Arbeitsschritte erforderlich:
1) Optimierte Festlegung der Grenzen des zu modellierenden Raumes, um einerseits großräumige Verkehrsverlagerungen abzubilden, andererseits aber den Aufwand zu minimieren.
2) Aufbau des Netzmodells für das Untersuchungsgebiet inkl. Typisierung der Streckeneigenschaften und ggf. auch detaillierter Abbiegewiderstände an Knoten.
3) Festlegung von räumlichen Differenzierungen (in Verkehrsbezirken) mittels soziodemografischer Daten und anderer verkehrsrelevanter Informationen.
4) Bestimmung der Verkehrsnachfrage für den Modellraum für die zu betrachtenden Fahrzeugtypen (z. B. Pkw, Lkw): Zur verlässlichen Abbildung von Ursache-Wirkungs-Zusammenhängen sind aus Zählungen und Befragungen gewonnene Nachfrageinformationen nur begrenzt geeignet, daher ist eine Nachfragemodellierung erforderlich.
5) Abbildung des Quell-, Ziel- und Durchgangsverkehrs:Je kleiner das Untersuchungsgebiet, desto größer ist der Anteil des Verkehrs, der die Grenzen des Untersuchungsgebiets quert und nur schwer mit einer Modellierung im Untersuchungsraum abgebildet werden kann.
6) Kalibrierung des Verkehrsmodells für den Analysefall:Das Modell muss den Analysefall hinreichend gut reproduzieren (gemessen z. B. an der Übereinstimmung mit Verkehrszählungen) ohne an Prognosefähigkeit zu verlieren.
7) Berechnung der Prognosematrizen (unter Berücksichtigung überregionaler Entwicklungen) mithilfe des Nachfragemodells.
8) Einbau der Prognosemaßnahmen und aller weiteren relevanten Netzänderungen, die wahrscheinlich im Prognosezeitraum realisiert werden.
9) Wirkungsanalyse, Ableitung von Handlungsempfehlungen und Prognosezahlen zur Bemessung und Dimensionierung der Infrastrukturmaßnahme.
Dieser Aufwand garantiert bei gewissenhafter Bearbeitung zwar die bestmöglichen Ergebnisse, ist aber im Rahmen von lokalen Verkehrsuntersuchungen häufig weder finanzierbar noch zeitlich realisierbar. Daher werden in der Praxis Prognosen meist direkt aus Zählungen und Befragungen oder aus stark vereinfachten Verkehrsmodellierungen abgeleitet, was jedoch mit großen Ungenauigkeiten der Prognoseergebnisse verbunden ist. Diese Ungenauigkeiten sind angesichts der hohen Investitionsmittel für Infrastrukturvorhaben jedoch nicht akzeptabel.
Eine Alternative wäre der Einsatz eines bestehenden regionalen Verkehrsmodells. In einigen Regionen und Bundesländern liegen solche Modelle vor. Da diese aber häufig über viele Jahre nur pauschal fortgeschrieben werden, ist die Aktualität des Analysemodells und der Prognoseabbildung kritisch zu hinterfragen. Das deutschlandweit verfügbare Verkehrsmodell PTV Validate bietet hier eine Lösung.
Alternative: Einsatz von PTV Validate
Für den Fall einer fehlenden oder veralteten Modellgrundlage bietet es sich an, die Prognose auf Grundlage des vorkalibrierten überregionalen Verkehrsmodells PTV Validate durchzuführen. Der Einsatz eines aus Validate ausgeschnittenen Teilmodells reduziert den Aufwand für den Verkehrsplaner im Modellaufbau erheblich, da lediglich Verfeinerungen und Nachkalibrierungen erforderlich sind. Neben einer deutlichen Reduzierung des Gesamtaufwands wird damit auch die Bearbeitungszeit für die Wirkungsanalyse von Verkehrsplanungen stark verkürzt.
Das Vorgehen wäre dabei wie folgt:
1) Festlegung der Grenzen des Untersuchungsraumes, also des Ausschnittes aus PTV Validate. Dieser sollte großräumige Verkehrsverlagerungen abbilden können, daher wird empfohlen den Untersuchungsraum so groß zu wählen, dass in allen Richtungen Straßen der nächsthöheren Kategorie mit einbezogen werden (siehe Abb. 2).
2) Verfeinerung des Modells im unmittelbaren Umfeld der zu untersuchenden Maßnahme, insbesondere Verfeinerung der Verkehrsbezirke. Die PTV AG bietet auch an, Netzverfeinerungen in diesem Bereich aus dem Datenbestand der Kartenhersteller mitzuliefern (Validate-Modul Detailnetzerweiterung, vgl. Abb. 3 und 4 sowie das Kapitel "Vorteile von PTV Validate: Standardisierung und modularer Aufbau").
- Abb. 2: Validate Teilmodell für die Planung einer Umgehungsstraße in einer Beispielgemeinde / Abb. 3 (rechts oben): Ausschnitt aus Validate für den Kernuntersuchungsraum der Beispielgemeinde / Abb. 4 (rechts unten): Ausschnitt aus Validate mit Detailnetzerweiterung (inkl. Hintergründe) für den Kernuntersuchungsraum
3) Kalibrierung des Verkehrsmodells für den Analysefall: Das Modell muss den Analysefall hinreichend gut reproduzieren (gemessen z. B. an der Übereinstimmung mit Verkehrszählungen) ohne an Prognosefähigkeit zu verlieren.
4) Berechnung der Prognosematrizen (unter Berücksichtigung überregionaler Entwicklungen) mithilfe des Nachfragemodells.
5) Einbau der Prognosemaßnahmen (siehe Abb. 5) und aller relevanten Netzänderungen, die wahrscheinlich im Prognosezeitraum realisiert werden.
6) Wirkungsanalyse, Ableitung von Handlungsempfehlungen und Prognosezahlen zur Bemessung und Dimensionierung der Infrastrukturmaßnahme.
Der Verkehrsplaner wird also von einem Großteil der vorbereitenden Arbeiten entlastet und kann sich auf seine Kernaufgaben konzentrieren.
- Abb. 5: Detailausschnitt des Untersuchungsraumes mit Prognosestrecke und Umlegungsergebnis
Vorteile von PTV Validate: Standardisierung und modularer Aufbau
PTV Validate zeichnet sich durch seine standardisierte Methodik aus:
- Das Validate Netzmodell basiert auf permanent aktualisierten Kartendaten weltweit tätiger Hersteller (z. B. Navteq). Es ist transparent und nachvollziehbar attribuiert (Streckenkapazität, Geschwindigkeiten oder capacity restraint Funktionen) und bietet eine landesweit einheitliche Modellqualität.
- Durch die deutschlandweite Abdeckung können in Teilmodellen alle relevanten Quell-, Ziel- und Durchgangsverkehre abgebildet werden - auch für Verkehre von und ins benachbarte Ausland.
- Bei der Erstellung der Verkehrsbezirke von Validate wurden Kreis- und Gemeindegrenzen berücksichtigt, was die Übertragbarkeit externer Daten begünstigt.
Durch die Standardisierung sind auf Validate basierende Modellergebnisse räumlich und zeitlich gut miteinander vergleichbar im Gegensatz zu einfachen empirischen Verkehrsuntersuchungen, die auf den jeweiligen Einzelfall hochgerechnet sind und sich hinsichtlich ihrer Detaillierung und Qualität meist stark unterscheiden.
Zudem kann die Verkehrsnachfrage von Validate mit Hilfe von verfügbaren regionalen oder überregionalen Prognosematrizen hochgerechnet werden (z.B. Prognose der deutschlandweiten Verkehrsverflechtungen 2025 - "Bundesprognose"). Prognosematrizen liegen in der Regel in größerer Aggregation vor (z.B. auf Kreisebene), können aber faktoriell auf die detaillierteren Validate-Bezirke angepasst werden, da diese unter Beachtung von Gemeinde- und Kreisgrenzen erstellt wurden. Diese Hochrechnungen können als Grundlage für feinräumige Prognosebetrachtungen oder als Abgleich verwendet werden.
Das Produkt PTV Validate ist modular aufgebaut und kann daher flexibel an unterschiedliche Kundenbedürfnisse angepasst werden:
1) Validate Basis - das attribuierte Netzmodell (zur Optimierung der Berechnungsgeschwindigkeit reduziert auf das übergeordnete Netz)
2) Validate DTVw Verkehrsmengen - Umlegungsergebnisse für Pkw und Lkw auf dem Validate-Netzmodell
3) Validate DTVw Nachfrage - Nachfragematrizen für Pkw und Lkw inkl. der im Netzmodell angebundenen Validate-Bezirke
4) Validate Detailnetzerweiterung - ergänzt das im Modul Basis fehlende untergeordnete Netz, nach gleicher Methodik attribuiert
5) Validate Dynamic Geschwindigkeiten - in Intervallen von 15 Minuten bzw. 1 Stunde berechnete Reisegeschwindigkeiten auf dem Validate-Netzmodell
6) Validate Dynamic Nachfrage - Nachfragematrizen für Pkw und Lkw in Intervallen von 15 Minuten bzw. 1 Stunde
Bearbeitungsmöglichkeiten
Für die Durchführung einer Verkehrsuntersuchung einschließlich Prognoseberechnung mit Hilfe von PTV Validate bieten sich verschiedene Varianten an:
1) Die durchzuführende Behörde oder ein beauftragtes Ingenieurbüro kann die Untersuchung selbst durchführen. Die PTV AG kann dafür einen frei zu definierenden Modellausschnitt als Analysemodell zur Verfügung stellen. Die Feinkalibrierung und Prognoseberechnung kann nach eigenen Vorstellungen durchgeführt werden.
2) Die PTV AG übernimmt die räumliche Verfeinerung und die Berechnung einer überschlägigen Prognose, z.B. in Rücksprache mit dem Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung unter Verwendung der Prognose der deutschlandweiten Verkehrsverflechtung ("Bundesprognose"). Die Behörde oder das Ingenieurbüro übernimmt die Planfallberechnung, Wirkungsermittlung und Datenaufbereitung.
3) Die PTV AG führt die komplette Untersuchung von Modellaufbau, -verfeinerung und -kalibrierung über die Prognoseberechnung bis zur Wirkungsermittlung und Aufbereitung durch.
