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This thesis proposes a novel Truck Optimization Parking System, which provides truck-specific parking recommendations. Parking demand and supply are optimally matched by balancing the interests of truck drivers and road authorities. The proposed system is evaluated with a large-scale microscopic traffic simulation, which was calibrated and validated with real data. The results of this thesis simplify the parking search for drivers and improve the utilization of the parking infrastructure. In der Arbeit wird ein Truck Optimization Parking System entwickelt, welches Lkw-feine Stellplatzempfehlungen bereitstellt. Parknachfrage und -angebot werden optimal aufeinander abgestimmt, indem die Interessen von Fahrenden und Straßenverkehrsbehörden berücksichtigt werden. Das System wird mit einer mikroskopischen Verkehrssimulation basierend auf Realdaten evaluiert. Die Ergebnisse der Arbeit vereinfachen die Parkplatzsuche für Lkw-Fahrende und verbessern die Auslastung der Parkinfrastruktur.

The transport system is in a dilemma. On the one hand, the transport system’s emissions are a main driver of global warming and other severe environmental problems. On the other hand, an efficient transport systems and the mobility (the ability to move) that it provides has been a vital prerequisite of social and economic development. Transport and spatial planners have the task to resolve this transport dilemma and find solutions that ensure the efficiency of the transport system and at the same time reduce its negative effects. A central instrument in this process is modeling, i.e. representing a real-world phenomenon of interest in a simplified way to make it available for analysis and to make predictions for future situations. This dissertation aims to advance the modeling of transport systems and the urban systems in which they are embedded to provide a toolbox to explore different comprehensive scenarios to reach societal goals like climate protection or making cities more livable. However, increased diversification of users, services and mobility tools have been making it harder to find appropriate aggregate-level descriptions of the system as very often actions and reactions in the transport system cannot be represented by formulas based on assumptions of linearity anymore. Therefore, transport models need to be expressive to represent the interactions in the transport system with a sufficient level of behavioral soundness and accuracy. To ensure expressiveness, individualized approaches, which put the individual as the central decision-making entity into the center of analysis and which we refer to as ‘person-centric modeling’, are used and advanced in this dissertation. In particular, agent-based modeling as a modern approach to represent complex systems by describing the behavior of the components of which the system consists serves as the main foundation for the methods developed in this dissertation. At the same time, many challenges in terms of mobility are, in fact, broader than what is typically thought of as ‘transport problems’. An analysis that only focuses on the immediate effects in the transport system may lead to results that do not represent real-world impacts correctly. Analogously, many transport problems are not solely solvable by transport policies, but demand a more holistic analysis of the more general urban structure from which mobility needs and the aforementioned problems arise. Therefore, models must be comprehensive, i.e. their modeling scope sufficiently large to include repercussions and relations into aspects related to the transport system. To achieve a person-centric integrated modeling of transport and urban systems, this dissertation, first, develops approaches to create agent-based transport simulation scenarios synthetically, i.e. based on basic input data and models without directly including observed travel patterns. These approaches involve different activity-based demand models (ABDMs) that are coupled with the agent-based transport simulation model MATSim. All approaches lead to MATSim transport simulation scenarios for given regions, but differ in terms of (1) their modeling scope, (2) the main direction of advancement in terms of transport simulation scenario generation, and (3) technical aspects in terms of model coupling. Amongst others, it is shown that it is possible to create a behaviorally expressive and policy-sensitive agent-based transport simulation scenario solely based on open data (MATSim Open Berlin Scenario). The approach is particularly useful for data-sensitive environments, where certain types of data are difficult to procure. Due to the exclusive use of open data as input, the created scenario could be made freely available and can be used by other researchers. The scenario generation procedure is also spatially transferable and facilitates the creation of agent-based transport simulation scenarios for arbitrary regions. Second, to include longer-term choices like household relocation, this dissertation presents an integration of MATSim with the land-use model SILO. Based on this integration, which is referred to as FABILUT (Flexible Agent-Based Integrated Land-Use Transport model), reactions and repercussions into the wider urban context around the transport system can be simulated and studied. The crucial advancement of the FABILUT model is that its model structure does not require conceptually unnecessary aggregation. Beyond existing ILUT modeling approaches that are disaggregate in their model components, in FABILUT also the integration between transport and land use works on an agent-based level. FABILUT also extends the modeling scope on the temporal axis into the future as the embedded land-use model SILO describes the development of demography, households, residential locations, jobs, real-estate development on a year-by-year basis. FABILUT’s capabilities are illustrated in two scenarios, a hypothetical scenario that is of comprehensible size and serves for testing and demonstration, and a scenario of the Munich metropolitan area, which illustrates the applicability of the model for real-world studies. Based on the plausibility of the results of integrated policies in the two scenarios, FABILUT is shown to be suitable to analyze complex future policy questions. Third, this dissertation develops and discusses quantitative accessibility computations as a comprehensive analysis instrument in direct interaction with agent-based transport simulations. Accessibilities describe how easily people can reach activity facilities and opportunities based on given transport systems and services and the spatial arrangement of these facilities and opportunities. Accordingly, accessibility plays an important role in integrated urban modeling as a mediator between transport and spatial development. On the other hand, quantitative accessibility computations – taking the perspective of a resident of an urban area – can serve as a holistic analysis instrument that measures the total quality of locations based on the layout of opportunities in the region and the transport system allowing to reach these opportunities. Next to other use cases, we utilized the approach in a case study for Berlin and showed it to be suitable to analyze accessibilities provided by a novel SAV (shared autonomous vehicles) service and to test the effectiveness of a regulation aiming to provide equitable service in all parts of town. Finally, this dissertation also explores different technical and collaborative setups to reach a person-centric, integrated modeling of transport and urban systems. Based on various implemented and tested approaches, we find that an agent-based coupling that allows properties of individuals and individualized information to be exchanged flexibly between the model components is realistically only possible based on a technically tight, ideally code-based coupling., Das Verkehrssystem ist in einem Dilemma. Einerseits sind die Emissionen des Verkehrs eine der Hauptursachen für die globale Erwärmung und andere gravierende Umweltprobleme. Andererseits ist ein effizientes Verkehrssystem und die dadurch ermöglichte Mobilität (die Fähigkeit sich fortzubewegen) eine wesentliche Voraussetzung für soziale und wirtschaftliche Entwicklung. Verkehrs- und Raumplaner haben die Aufgabe dieses Verkehrsdilemma aufzulösen und Lösungen zu finden, die die Leistungsfähigkeit des Verkehrssystems sicherstellen und gleichzeitig seine negativen Auswirkungen reduzieren. Ein zentrales Instrument in diesem Prozess ist die Modellierung, d.h. die vereinfachte Abbildung eines realen Phänomens, um es der Analyse zugänglich zu machen und Vorhersagen für zukünftige Situationen treffen zu können. Ziel dieser Dissertation ist es, die Modellierung von Verkehrssystemen und der sie umgebenden räumlichen Systeme weiterzuentwickeln, um ein Instrumentarium zur Analyse komplexer Szenarien zur Erreichung gesellschaftlicher Ziele wie Klimaschutz oder lebenswerter Städte bereitzustellen. Die zunehmende Diversifizierung von Nutzern, Dienstleistungen und Mobilitätswerkzeugen erschwert jedoch die Beschreibung des Systems auf aggregierter Ebene, da Vorgänge im Verkehrssystem häufig nicht mehr durch Formeln auf Basis von Linearitätsannahmen dargestellt werden können. Daher müssen Verkehrsmodelle hinreichend deskriptiv und aussagekräftig („expressive“) sein, um das Nutzerverhalten im Verkehrssystem hinreichend realistisch darzustellen. Um dies zu ermöglichen, werden in dieser Dissertation individualisierte Ansätze verwendet und weiterentwickelt, die das Individuum als zentrale Entscheidungsinstanz in den Mittelpunkt der Analyse stellen und die wir als „personenzentrierte Modellierung“ bezeichnen. Insbesondere die agentenbasierte Modellierung als moderner Ansatz zur Darstellung komplexer Systeme durch die Beschreibung des Verhaltens der Einzelkomponenten, aus denen das System besteht, dient als wesentliche Grundlage für die in dieser Dissertation entwickelten Methoden. Gleichzeitig sind viele Herausforderungen im Bereich der Mobilität weitreichender als das, was typischerweise als „Verkehrsprobleme“ bezeichnet wird. Eine Analyse, die sich nur auf die unmittelbaren Auswirkungen im Verkehrssystem konzentriert, ist daher in vielen Fällen unzureichend. Analog dazu sind viele Verkehrsprobleme nicht allein durch verkehrliche Maßnahmen lösbar, sondern erfordern eine ganzheitlichere Analyse der städtischen Struktur, aus der sich die Mobilitätsbedürfnisse und die oben genannten Probleme ergeben. Daher muss der Analyseumfang von Modellen hinreichend groß sein („comprehensive“), um Zusammenhänge zu Aspekten, die mit dem Verkehrssystem interagieren, berücksichtigen zu können. Um eine personenzentrierte integrierte Modellierung von Verkehr und urbanen Systemen (Person- centric, integrated modeling of transport and urban systems) zu erreichen, werden in dieser Dissertation, erstens, Ansätze entwickelt, um agentenbasierte Verkehrssimulationsszenarien synthetisch zu erstellen, d.h. basierend auf grundlegenden Eingangsdaten und Modellen ohne direkte Einbeziehung von beobachteten Verkehrsverhaltensmustern. Diese Ansätze umfassen verschiedene aktivitätenbasierte Nachfragemodelle (ABDMs), die mit dem agentenbasierten Verkehrssimulationsmodell MATSim gekoppelt werden. All diese Ansätze führen zu MATSim-Verkehrssimulationsszenarien für bestimmte Regionen, unterscheiden sich aber in Bezug auf (1) ihren Analyseumfang, (2) den Beitrag zur Weiterentwicklung der Methoden zur Erstellung von Verkehrssimulationsszenarien und (3) die technische Umsetzung der Modellkopplung. Unter anderem wird gezeigt, dass es möglich ist, ein maßnahmensensitives, agentenbasiertes Verkehrssimulationsszenario zu erstellen, das ausschließlich auf offenen Daten basiert (MATSim Open Berlin Scenario). Der Ansatz ist besonders nützlich für Regionen mit hohen Datenschutzstandards, in denen bestimmte Arten von Daten schwer zugänglich sind. Durch die ausschließliche Verwendung von offenen Daten als Input kann das erstellte Szenario frei verfügbar gemacht und von anderen Forschern genutzt werden. Das Verfahren zur Szenarienerstellung ist auch räumlich übertragbar und erleichtert die Erstellung von agentenbasierten Verkehrssimulationsszenarien für beliebige Regionen. Zweitens wird in dieser Dissertation eine Integration von MATSim mit dem Landnutzungsmodell SILO vorgestellt, welche es ermöglicht längerfristige Entscheidungen wie den Umzug von Haushalten abzubilden. Auf der Grundlage dieser Integration, genannt FABILUT (Flexible Agent-Based Integrated Land-Use Transport model), können Reaktionen und Rückwirkungen zwischen dem Verkehrssystem und dem städtischen Kontext simuliert und untersucht werden. Der entscheidende Fortschritt von FABILUT besteht darin, dass seine Modellstruktur keine konzeptionell unnötige Aggregation erfordert. Im Gegensatz zu bestehenden ILUT-Modellierungsansätzen, die zwar in ihren Modellkomponenten disaggregiert sind, erfolgt in FABILUT auch die Integration zwischen Verkehr und Landnutzung auf agentenbasierter Ebene. FABILUT erweitert den Analyseumfang auch auf der zeitlichen Achse, da das integrierte Landnutzungsmodell SILO die Entwicklung von Demographie, Haushalten, Wohnstandorten, Arbeitsplätzen und Immobilienmarkt von Jahr zu Jahr beschreibt. Die Fähigkeiten von FABILUT werden in zwei Szenarien veranschaulicht, einem hypothetischen Szenario von überschaubarer Größe, das zur Erprobung und Demonstration dient, und einem Szenario des Großraums München, das die Anwendbarkeit des Modells für realistische Analysen verdeutlicht. Anhand der Plausibilität der Ergebnisse integrierter Maßnahmen in den beiden Modellen wird gezeigt, dass FABILUT für die Analyse komplexer Zukunftsszenarien geeignet ist. Drittens werden in dieser Dissertation quantitative Erreichbarkeitsberechnungen als ganzheitliches Analyseinstrument im direkten Zusammenspiel mit agentenbasierten Verkehrssimulationen entwickelt und diskutiert. Erreichbarkeiten beschreiben, wie leicht Menschen bei gegebenen Verkehrssystem und räumlicher Struktur relevante Ziele erreichen können. Dementsprechend spielen Erreichbarkeiten eine wichtige Rolle als Vermittler in der integrierten Modellierung von Verkehr und Raumentwicklung. Andererseits können quantitative Erreichbarkeitsberechnungen als Analyseinstrument dienen, das die Gesamtqualität von Standorten auf der Grundlage des Angebots im Raum und des Verkehrssystems misst. Die Methodik wird u.a. in einer Fallstudie für Berlin verwendet, womit ihre Eignung zur Analyse von Erreichbarkeiten auf Basis eines Angebots geteilter autonomer Fahrzeuge (SAVs) und zur Prüfung der Wirksamkeit eines regulatorischen Eingriffs zur Schaffung gleichwertiger Bedingungen in verschiedenen Stadtteilen gezeigt wird. Schließlich werden in dieser Dissertation auch verschiedene technische und kollaborative Ansätze zur personenzentrierten, integrierten Modellierung von Verkehr und urbanen Systemen untersucht. Basierend auf verschiedenen implementierten und getesteten Ansätzen wird festgestellt, dass eine agentenbasierte Kopplung, die es erlaubt, Eigenschaften von Individuen und individualisierte Informationen flexibel zwischen den Modellkomponenten auszutauschen, realistischerweise nur auf Basis einer technisch engen, idealerweise codebasierten Modellkopplung möglich ist., Het vervoerssysteem staat voor een dilemma. Enerzijds zijn de emissies van het vervoerssysteem een belangrijke oorzaak van de opwarming van de aarde en andere ernstige milieuproblemen. Anderzijds zijn een betrouwbaar vervoerssysteem en de mobiliteit (het vermogen om zich te verplaatsen) die het verschaft een essentiële voorwaarde voor sociale en economische ontwikkeling. Vervoers- en ruimtelijke planners hebben de taak dit vervoersdilemma op te lossen en oplossingen te vinden die de efficiëntie van het vervoerssysteem waarborgen en tegelijkertijd de negatieve effecten ervan verminderen. Een centraal instrument in dit proces is modellering, d.w.z. het op vereenvoudigde wijze weergeven van een reëel relevant fenomeen om het beschikbaar te maken voor analyse en om voorspellingen te doen voor toekomstige situaties. Dit proefschrift heeft tot doel de modellering van vervoerssystemen en van de stedelijke systemen waarin zij zijn ingebed te bevorderen om een instrumentarium te bieden voor het verkennen van ver- schillende uitgebreide scenario’s om maatschappelijke doelen te bereiken, zoals klimaatbescherming of het leefbaarder maken van steden. Door de toenemende diversificatie van gebruikers, diensten en mobiliteitsinstrumenten is het echter moeilijker geworden om passende beschrijvingen van het systeem op geaggregeerd niveau te vinden, aangezien acties en reacties in het vervoerssysteem vaak niet meer kunnen worden weergegeven met formules die gebaseerd zijn op veronderstellingen van lineariteit. Daarom moeten vervoersmodellen expressief zijn om de interacties in het vervoersysteem voldoende robuust en naukeurig weer te geven. Om expressiviteit te garanderen worden in dit proefschrift geïndividualiseerde benaderingen gebruikt en ontwikkeld, die het individu als centrale beslissingsentiteit in het centrum van de analyse plaatsen en die wij "persoonsgerichte modellering" noemen. In het bijzonder dient agentgebaseerde modellering als een moderne benadering om complexe systemen te representeren door het gedrag te beschrijven van de componenten waaruit het systeem bestaat, als de belangrijkste basis voor de in dit proefschrift ontwikkelde methoden. Tegelijkertijd zijn veel uitdagingen op het gebied van mobiliteit in feite breder dan wat doorgaans als "vervoersproblemen" wordt beschouwd. Een analyse die zich alleen richt op de onmiddellijke effecten in het vervoerssysteem kan leiden tot resultaten die de reële effecten niet correct weergeven. Evenzo kunnen veel vervoersproblemen niet uitsluitend door vervoersbeleid worden opgelost, maar vereisen zij een meer holistische analyse van de meer algemene stedelijke structuur waaruit de mobiliteitsbehoeften en de bovengenoemde problemen voortvloeien. Daarom moeten de modellen alomvattend ("comprehensive") zijn, d.w.z. dat hun modelleringsbereik groot genoeg moet zijn om repercussies en relaties op te nemen met betrekking tot aspecten die verband houden met het vervoerssysteem. Om te komen tot een persoonsgerichte geïntegreerde modellering van vervoer en stedelijke systemen (Person-centric integrated modeling of transport and urban systems), ontwikkelt dit proefschrift ten eerste benaderingen om synthetisch agentgebaseerde vervoerssimulatiescenario’s te creëren, d.w.z. gebaseerd op basisgegevens en modellen zonder direct rekening te houden met waargenomen reispatronen. Deze benaderingen omvatten verschillende activiteitgebaseerde vraag- modellen (ABDM’s) die gekoppeld zijn aan het agentgebaseerde vervoerssimulatiemodel MATSim. Alle benaderingen leiden tot MATSim-vervoersimulatiescenario’s voor bepaalde regio’s, maar ver- schillen in (1) hun modelleringsbereik, (2) de belangrijkste richting van vooruitgang in termen van het genereren van vervoersimulatiescenario’s, en (3) technische aspecten in termen van modelkoppel- ing. Er wordt onder meer aangetoond dat het mogelijk is om een gedragsexpressief en beleidsgevoelig agentgebaseerd vervoerssimulatiescenario te creëren dat uitsluitend gebaseerd is op open gegevens (MATSim Open Berlin Scenario). De aanpak is bijzonder nuttig voor gegevensgevoelige omgevin- gen, waar bepaalde soorten gegevens moeilijk te verkrijgen zijn. Door het exclusieve gebruik van open data als input kan het gecreëerde scenario vrij beschikbaar worden gesteld en door andere onderzoekers worden gebruikt. De procedure voor het genereren van scenario’s is ook ruimtelijk overdraagbaar en vergemakkelijkt het opstellen van agentgebaseerde vervoerssimulatiescenario’s voor willekeurige regio’s. Ten tweede, om keuzes op langere termijn zoals de verhuizing van huishoudens op te nemen, presenteert dit proefschrift een integratie van MATSim met het landgebruikmodel SILO. Op basis van deze integratie, die FABILUT (Flexible Agent-Based Integrated Land-Use Transport model) wordt genoemd, kunnen reacties en repercussies in de bredere stedelijke context rond het transportsysteem worden gesimuleerd en bestudeerd. De cruciale vooruitgang van FABILUT is dat de modelstructuur geen conceptueel onnodige aggregatie vereist. In tegenstelling tot bestaande ILUT-modelbenaderingen die in hun modelcomponenten zijn opgesplitst, wordt in FABILUT ook de integratie tussen vervoer en landgebruik op een agentgebaseerd niveau uitgevoerd. FABILUT breidt ook de modellering in de tijd uit naar de toekomst, aangezien het ingebouwde landgebruikmodel SILO de ontwikkeling van demografie, huishoudens, woonlocaties, banen en vastgoedontwikkeling op jaarbasis beschrijft. De mogelijkheden van FABILUT worden geïllustreerd in twee scenario’s, een hypothetisch scenario van begrijpelijke omvang dat dient om te testen en te demonstreren, en een scenario van het grootstedelijk gebied van München, dat de toepasbaarheid van het model voor studies in de echte wereld illustreert. Op basis van de plausibiliteit van de resultaten van geïntegreerd beleid in de twee scenario’s wordt aangetoond dat FABILUT geschikt is om complexe toekomstige beleidsvragen te analyseren. Ten derde ontwikkelt en bespreekt dit proefschrift kwantitatieve bereikbaarheidsberekeningen als een uitgebreid analyse-instrument in directe interactie met agentgebaseerde vervoerssimulaties. Bereikbaarheid beschrijft hoe gemakkelijk mensen faciliteiten en mogelijkheden voor activiteiten kunnen bereiken op basis van gegeven transportsystemen en diensten en de ruimtelijke ordening van deze faciliteiten en mogelijkheden. Bijgevolg speelt toegankelijkheid een belangrijke rol in geïntegreerde stedelijke modellering als bemiddelaar tussen vervoer en ruimtelijke ontwikkeling. Anderzijds kunnen kwantitatieve bereikbaarheidsberekeningen – vanuit het perspectief van een bewoner van een stedelijk gebied – dienen als een holistisch analyse-instrument dat de totale kwaliteit van locaties meet op basis van de lay-out van de mogelijkheden in de regio en van het vervoerssysteem waarmee deze mogelijkheden kunnen worden bereikt. Naast andere use cases hebben we de aanpak gebruikt in een case study voor Berlijn en aangetoond dat die geschikt is om de toegankelijkheid van een nieuwe SAV-dienst (gedeelde autonome voertuigen) te analyseren en om de effectiviteit te testen van een regeling die gericht is op een billijke dienstverlening in alle delen van de stad. Ten slotte verkent dit proefschrift ook verschillende technische en collaboratieve opstellingen om tot expressieve, uitgebreide modellen van vervoer en stedelijk systeem te komen. Op basis van verschillende geïmplementeerde en geteste benaderingen vinden we dat een agentgebaseerde koppeling die het mogelijk maakt eigenschappen van individuen en geïndividualiseerde informatie flexibel uit te wisselen tussen de modelcomponenten realistisch gezien alleen mogelijk is op basis van een technisch strakke, idealiter op code gebaseerde koppeling.

Verkehrsprobleme nehmen mit der weltweiten Urbanisierung und der Zunahme der Anzahl der Fahrzeuge pro Kopf zu. Platoons, eine Formation von eng hintereinander fahrenden Fahrzeugen, stellen sich als mögliche Lösung dar, da bestehende Forschungen darauf hinweisen, dass sie zu einer besseren Straßenauslastung beitragen, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen reduzieren und Engpässe schneller entlasten können. Rund um das Thema Platooning gibt es viele Aspekte zu erforschen: Sicherheit, Stabilität, Kommunikation, Steuerung und Betrieb, die allesamt notwendig sind, um den Einsatz von Platooning im Alltagsverkehr näher zu bringen. Während in allen genannten Bereichen bereits umfangreiche Forschungen durchgeführt wurden, gibt es bisher nur wenige Arbeiten, die sich mit der logischen Gruppierung von Fahrzeugen in Platoons beschäftigen. Daher befasst sich diese Arbeit mit dem noch wenig erforschten Problem der Platoonbildung, wobei sich die vorhandenen Beispiele mit auf Autobahnen fahrenden Lastkraftwagen beschäftigen. Diese Fälle befinden sich auf der strategischen und taktischen Ebene der Planung, da sie von einem großen Zeithorizont profitieren und die Gruppierung entsprechend optimiert werden kann. Die hier vorgestellten Ansätze befinden sich hingegen auf der operativen Ebene, indem Fahrzeuge aufgrund der verteilten und dezentralen Natur dieser Ansätze spontan und organisch gruppiert und gesteuert werden. Dadurch entstehen sogenannte opportunistische Platoons, die aufgrund ihrer Flexibilität eine vielversprechende Voraussetzung für alle Netzwerkarte bieten könnten. Insofern werden in dieser Arbeit zwei neuartige Algorithmen zur Bildung von Platoons vorgestellt: ein verteilter Ansatz, der von klassischen Routing-Problemen abgeleitet wurde, und ein ergänzender dezentraler kompensatorischer Ansatz. Letzteres nutzt automatisierte Verhandlungen, um es den Fahrzeugen zu erleichtern, sich auf der Basis eines monetären Austausches in einem Platoon zu organisieren. In Anbetracht der Tatsache, dass alle Verkehrsteilnehmer über eine Reihe von Präferenzen, Einschränkungen und Zielen verfügen, muss das vorgeschlagene System sicherstellen, dass jede angebotene Lösung für die einzelnen Fahrzeuge akzeptabel und vorteilhaft ist und den möglichen Aufwand, die Kosten und die Opfer überwiegt. Dies wird erreicht, indem den Platooning-Fahrzeugen eine Form von Anreiz geboten wird, im Sinne von entweder Kostensenkung oder Ampelpriorisierung. Um die vorgeschlagenen Algorithmen zu testen, wurde eine Verkehrssimulation unter Verwendung realer Netzwerke mit realistischer Verkehrsnachfrage entwickelt. Die Verkehrsteilnehmer wurden in Agenten umgewandelt und mit der notwendigen Funktionalität ausgestattet, um Platoons zu bilden und innerhalb dieser zu operieren. Die Anwendbarkeit und Eignung beider Ansätze wurde zusammen mit verschiedenen anderen Aspekten untersucht, die den Betrieb von Platoons betreffen, wie Größe, Verkehrszustand, Netzwerkpositionierung und Anreizmethoden. Die Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagenen Mechanismen die Bildung von spontanen Platoons ermöglichen. Darüber hinaus profitierten die teilnehmenden Fahrzeuge mit dem auf verteilter Optimierung basierenden Ansatz und unter Verwendung kostensenkender Anreize unabhängig von der Platoon-Größe, dem Verkehrszustand und der Positionierung, mit Nutzenverbesserungen von 20% bis über 50% im Vergleich zur untersuchten Baseline. Bei zeitbasierten Anreizen waren die Ergebnisse uneinheitlich, wobei sich der Nutzen einiger Fahrzeuge verbesserte, bei einigen keine Veränderung eintrat und bei anderen eine Verschlechterung zu verzeichnen war. Daher wird die Verwendung solcher Anreize aufgrund ihrer mangelnden Pareto-Effizienz nicht empfohlen. Der kompensatorische und vollständig dezentralisierte Ansatz weißt einige Vorteile auf, aber die daraus resultierende Verbesserung war insgesamt vernachlässigbar. Die vorgestellten Mechanismen stellen einen neuartigen Ansatz zur Bildung von Platoons dar und geben einen aussagekräftigen Einblick in die Mechanik und Anwendbarkeit von Platoons. Dies schafft die Voraussetzungen für zukünftige Erweiterungen in der Planung, Konzeption und Implementierung effektiverer Infrastrukturen und Verkehrssysteme., Traffic problems have been on the rise corresponding with the increase in worldwide urbanisation and the number of vehicles per capita. Platoons, which are a formation of vehicles travelling close together, present themselves as a possible solution, as existing research indicates that they can contribute to better road usage, reduce fuel consumption and emissions and decongest bottlenecks faster. There are many aspects to be explored pertaining to the topic of platooning: safety, stability, communication, controllers and operations, all of which are necessary to bring platoons closer to use in everyday traffic. While extensive research has already made substantial strides in all the aforementioned fields, there is so far little work on the logical grouping of vehicles in platoons. Therefore, this work addresses the platoon formation problem, which has not been heavily researched, with existing examples being focused on large, freight vehicles travelling on highways. These cases find themselves on the strategic and tactical level of planning since they benefit from a large time horizon and the grouping can be optimised accordingly. The approaches presented here, however, are on the operational level, grouping and routing vehicles spontaneously and organically thanks to their distributed and decentralised nature. This creates so-called opportunistic platoons which could provide a promising premise for all networks given their flexibility. To this extent, this thesis presents two novel platoon forming algorithms: a distributed approach derived from classical routing problems, and a supplementary decentralised compensational approach. The latter uses automated negotiation to facilitate vehicles organising themselves in a platoon based on monetary exchanges. Considering that all traffic participants have a set of preferences, limitations and goals, the proposed system must ensure that any solution provided is acceptable and beneficial for the individual vehicles, outweighing any potential effort, cost and sacrifices. This is achieved by offering platooning vehicles some form of incentivisation, either cost reductions or traffic light prioritisation. To test the proposed algorithms, a traffic simulation was developed using real networks with realistic traffic demand. The traffic participants were transformed into agents and given the necessary functionality to build platoons and operate within them. The applicability and suitability of both approaches were investigated along with several other aspects pertaining to platoon operations such as size, traffic state, network positioning and incentivisation methods. The results indicate that the mechanisms proposed allow for spontaneous platoons to be created. Moreover, with the distributed optimisation-based approach and using cost-reducing incentives, participating vehicles benefited regardless of the platoon size, traffic state and positioning, with utility improvements ranging from 20% to over 50% compared to the studied baseline. For time-based incentives the results were mixed, with the utility of some vehicles improving, some seeing no change and for others, deteriorating. Therefore, the usage of such incentives would not be recommended due to their lack of Pareto-efficiency. The compensational and completely decentralised approach shows some benefits, but the resulting improvement was overall negligible. The presented mechanisms are a novel approach to platoon formation and provide meaningful insight into the mechanics and applicability of platoons. This sets the stage for future expansions into planning, designing and implementing more effective infrastructures and traffic systems.

Der Vortrag zeigt auf welche Methoden, Modelle und Wissendiszipline für eine Entwicklung und Analyse von neuartigen Mobilitätsangeboten das DLR verwendet. Am Beispiel des flexiblen, bedarfsorientierten ÖPNV im ländlichen Raum werden Ergebnisse aus verkehrlichen Simulationen und betriebswirtschaftlichen Analysen gezeigt, die in eine Geschäftsmodellentwicklungen eingehen.

Die Session Mobilitätssysteme auf der Informatik 2020 vereint drei Beiträge zum Themenfeld Mobilitätssysteme. Informationstechnologien, Systeme und mobilitätsspezifische Entwicklungen wurden im Hinblick auf Mobilitätsdaten, Schnittstellen in Mobilitätssystemen (im Schwerpunkt Öffentlicher Personenverkehr) und modellbasierte Simulation untersucht und vorgestellt. Dabei spielt der Systemgedanke eine Rolle, der Daten, Schnittstellen und Modelle für Systeme vereint. Dieser Beitrag gibt die Inhalte von Vortrag und Diskussion für die Fachwelt aber auch die interessierte Öffentlichkeit wieder.

Bei einem Notfall ist es wichtig, dass Rettungsdienst, Feuerwehr und Polizei die Einsatzstelle so schnell wie m��glich erreichen, um eine geeignete Notfallversorgung zu gew��hrleisten. Jedoch wird dies durch das wachsende Verkehrsaufkommen erschwert. Als Resultat ist es h��ufig f��r die Einsatzkr��fte nicht m��glich die vorgegebene Hilfsfrist einzuhalten. Um Einsatzkr��fte eine schnelle Durchfahrt zu erm��glichen, sind Einsatzfahrten mit Blaulicht und Martinshorn dazu berechtigt die Vorschriften der Stra��enverkehrs-Ordnung (StVO) unter gewissen Voraussetzungen zu missachten. Dies f��hrt jedoch dazu, dass das F��hren eines Einsatzfahrzeuges eine komplexe und anstrengende T��tigkeit ist, da die Reaktionen des Umgebungsverkehrs mitber��cksichtigt werden m��ssen, um Konflikte zu vermeiden. Zus��tzlich kommt erschwerend hinzu, dass Einsatzfahrten eine erh��hte Unfallwahrscheinlichkeit haben. Daraus ergeben sich viele Fragen: Wodurch kommt es zu der erh��hten Unfallwahrscheinlichkeit von Einsatzfahrzeugen? Welche Verkehrsprobleme treten bei Einsatzfahrten auf? Und wie k��nnen Einsatzfahrzeuge unterst��tzt werden? Ausgehende von diesen Fragestellungen wurden in dieser Dissertation die Fahrten von Einsatzfahrzeugen ausgewertet, um darauf aufbauend ein Simulationsmodell von Einsatzfahrzeugen und eine Verkehrsmanagementstrategie f��r Einsatzfahrzeuge zu erstellen. Der erste wissenschaftliche Beitrag dieser Arbeit besteht, darin, dass ein Simulationsmodell speziell f��r Einsatzfahrzeuge erstellt und in der Verkehrssimulation Simulation of Urban MObility (SUMO) umgesetzt wurde. Auf diese Weise ist es m��glich ein realistisches Fahrverhalten von Einsatzfahrzeugen und dem Umgebungsverkehr zu simulieren. Bestandteil des Einsatzfahrzeugmodells ist, dass der Umgebungsverkehr eine Rettungsgasse bilden kann und nur das Einsatzfahrzeug die Rettungsgasse passieren kann. Zudem kann das Einsatzfahrzeug einen Rotlichtversto�� begehen und die maximal zul��ssige H��chstgeschwindigkeit ��berschreiten. F��r das Modell wurden Verkehrsdaten von Einsatzfahrten in Braunschweig analysiert und verwendet. Der zweite wissenschaftliche Beitrag dieser Dissertation besteht in einem Konzept zur Unterst��tzung von Einsatzfahrzeugen. Hierbei wird bei den Lichtsignalanlagen auf der Route eines Einsatzfahrzeug eine Gr��ne Welle geschaltet. Um die Benachteiligung des Umgebungsverkehrs so gering wie m��glich zu halten, ist die L��nge der gr��nen Phase der Lichtsignalanlagen dynamisch und abh��ngig von der aktuellen Verkehrslage. Ziel ist es, dass die Gr��nphase so lange wie n��tig und so kurz wie m��glich ist. Der gr����te Unterschied zu bestehenden Bevorrechtigungssystem besteht bei diesem Konzept darin, dass nicht nur eine einzelne Kreuzung sondern mehrere Kreuzungen koordiniert betrachtet werden. Der Algorithmus funktioniert vollst��ndig selbstorganisierend. Die Evaluation mittels synthetischen und realen Simulationsszenarien zeigen vielversprechende Ergebnisse., In case of an emergency it is cruical for a working health system that emergency service reaches every incident location as fast as possible. It is getting more and more challenging to reach this goal because of the growing traffic demand. As a result, the legal help period of emergency vehicles are exceeded in many cases. Therefore,emergency vehicles are allowed to use special rights while using siren and blue flashing light. Driving an emergency vehicle is a physical and psychological complicated task. The emergency vehicle driver has to precisely predict the reactions of the other traffic participants to avoid critical situations while aiming to arrive the appointed destination within the legal help period. Accordingly, emergency vehicles are having a higher risk being involved in a car crash than other traffic participants. This leads to several research questions which are addressed in this research study: Why is the risk of being involved in a car crash higher with an emergency vehicle? Which traffic problems do emergency vehicle drivers face? How can emergency vehicle driver be supported during an emergency drive? Based on these questions, this thesis evaluates the emergency vehicle drives to develop a microscopic simulation model for emergency vehicles and a traffic support strategie to assist emergency vehicle drivers to reach their destinations at the earliest opportunity. The first contribution of this research is to develop a simulation model for emergency vehicles and implement it in the traffic simulation package SUMO. Real traffic data from emergency vehicle drives in Brunswick were analysed to develop this model. With this model it is possible to simulate the driving behaviours of emergency vehicles and the respective reactions of the other traffic participants. Part of the emergency vehicle model is the simulation of a virtual rescue lane which can only be used by emergency vehicles. In addition, emergency vehicles are able to violate red traffic lights and drive faster than the given speed limit. The second contribution of this thesis is to develop a concept for supporting emergency vehicle drivers. As a result, the traffic light systems along the route of an emergency vehicle will be set to green for the direction of the emergency vehicle. To minimize the negative impact on the surrounding traffic, the lengths of the green phases are set dynamically and depend on the current traffic situation. The goal is to make the green phases as long as necessary and as short as possible for emergency vehicles. The main difference to the existing preemption systems is that this concept coordinates more than just one single intersection. The algorithm works in a self-organising way through the interactions between emergency vehicles and other traffic participants. The respective analysis with use of synthetic and real world scenarios shows a promising result. At the end, the related topics and issues for future research and model development are pointed out in this thesis as well.

Untersucht wird die Wahrscheinlichkeit für die Identifizierung einer Engstelle anhand von Daten zufällig im Straßenverkehr verteilter Stichprobenfahrzeuge. Da für eine Analyse nicht ausreichend Realdaten existieren, wurden entsprechende Daten aus mikroskopischen Verkehrssimulationen, welche auf der Drei-Phasen Theorie von Kerner basieren, gewonnen und anschließend mittels statistischer Analysen untersucht. Dabei wurde sowohl eine Engstelle durch ein langsam fahrendes Fahrzeug, als auch eine dynamisch auftretende Engstelle durch ein stehen gebliebenes Fahrzeug untersucht und deren Charakteristiken analysiert und verglichen. Im Bereich einer Engstelle kommt es zu Übergängen zwischen der synchronisierten Phase (S) und der Phase freien Verkehrs (F), also zu S→F Phasenübergängen. Es wurde festgestellt, dass SF Phasenübergangspunkte, welche in Trajektorien von FCD-Fahrzeugen erkannt werden, verlässliche Ergebnisse für die Identifizierung der Engstelle liefern können. Hierzu wurden statistische Analysen in Abhängigkeit der Durchdringungsraten an FCD-Fahrzeugen durchgeführt. Die Wahrscheinlichkeiten der Identifizierung der Engstellen lassen sich als Funktionen der Zeit und in Abhängigkeit von der Durchdringungsrate an FCD-Fahrzeugen darstellen. Dabei wurden auch physikalische Charakteristiken des Verkehrs an der Engstelle gefunden, welche wesentlich auf die Identifizierbarkeit einer Engstelle wirken. Als ein Ergebnis dieser Arbeit ist festzustellen, dass SF Phasenübergangspunkte an bewegten Engstellen auftreten, ohne dass es zu einem Zusammenbruch des Verkehrs an diesem Hindernis kommt.Es wurde erkannt, dass die beiden folgenden physikalischen Effekte einen großen Einfluss auf die Abschätzung von Geschwindigkeit und Position der jeweiligen Engstelle haben: • Oszillationen der Geschwindigkeit im synchronisierten Verkehr im Bereich stromaufwärts der Engstelle; • Sequenzen von F→S→F Phasenübergängen an der bewegten Engstelle mit zeitlichen Zwischenintervallen von Freifluss. Des weiteren wurde festgestellt, dass die Wahrscheinlichkeit, eine Engstelle, zu identifizieren, abhängig ist von: • Dem gewählten Konfidenzniveau pα in der vorgeschlagenen Methode für die Abschätzung der Geschwindigkeit, • der gewählten Präzision oder Toleranz bei der Annahme eines stehenden Fahrzeuges (−∆SV < 0 km/h < ∆SV), • der jeweiligen Durchdringungsrate γ an FCD-Fahrzeugen. Allgemein bleibt festzuhalten, dass die vorgestellten Methoden zur Identifizierung und Klassifizierung von Engstellen angewendet werden können und schon heute für Echtzeit-Verkehrsdienste nutzbar ist., This study examines the probability of the identification of bottlenecks, based on data from randomly distributed cars within road traffic (FCD vehicles). Since there is insufficient real data for an analysis, corresponding data were generated by means of microscopic traffic simulations based on Kerner’s three-phase traffic theory, which were then analyzed using statistical methods. Both, a moving bottleneck (MB), caused by a slowly moving vehicle, and a dynamically occurring stationary bottleneck (SV), caused by a stopped vehicle, were examined and their characteristics were analyzed and compared. In the area of a bottleneck, transitions occur between the synchronized traffic phase (S) and the free-flow traffic phase (F), which are called S→F phase transitions. It has been found that SF phase transition points, which can be detected in trajectories of FCD vehicles, can provide reliable results for the identification of a bottleneck. For this purpose, statistical analyzes were carried out depending on the penetration rates of FCD vehicles within traffic. At the same time, physical characteristics of the traffic at the bottleneck were found which significantly affect the identifiability of a bottleneck. As a result of this work it can be stated that SF phase transition points can occur at moving bottlenecks without a traffic breakdown. The chances of identifying the bottlenecks can be represented as a function of time, depending on the penetration rates of FCD vehicles within traffic. It was recognized that the two following physical effects have a great influence on the estimation of velocity and position of the bottleneck: • Speed oscillations in the synchronized traffic flow in the area in upstream of the bottleneck; • Time intervals between F→S→F phase transitions at the moving bot-tleneck. It was also found that the probability of identifying a bottleneck depends on: • The selected confidence level pα in the proposed method for the estimation of speed, • the selected precision or tolerance for the reconstructed speed of a stationary vehicle (−∆SV < 0 km/h < ∆SV), • the respective penetration rates γ of FCD vehicles within traffic. In general, it should be noted, that the presented methods from this study can be applied for the identification and classification of bottlenecks and are already usable for real-time traffic services.

Gedruckt erschienen im Universitätsverlag der TU Berlin, ISBN 978-3-7983-3104-4 Das Forum Bauinformatik steht unter dem Motto „von jungen Forschenden für junge Forschende“. Es bietet jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern sowie interessierten Studierenden die Möglichkeit, ihre Forschungsarbeiten zu präsentieren, Problemstellungen fachspezifisch zu diskutieren und sich ganz allgemein über den neusten Stand der Forschung zu informieren. Zudem ergibt sich dadurch eine ausgezeichnete Gelegenheit, in die wissenschaftliche Gemeinschaft im Bereich der Bauinformatik einzusteigen und Kontakte zu anderen Forschenden zu knüpfen. According to the motto “from young researchers for young researchers” the Forum Bauinformatik offers researchers as well as interested undergraduates the opportunity to present their research work, to discuss discipline-specific problems and to catch up to the current state in research. Furthermore, it gives an excellent chance to get in touch with the scientific community in the field of Computing in Civil Engineering and socialize with other researchers.

On-demand transport modes have developed over the last decades and are now often integrated into Mobility as a Service (MaaS) systems. Their current scope stretches from classical taxi and paratransit services to ride-hailing and ride-sharing and also includes free-floating car sharing systems. In the future, the ongoing trend towards a sharing-economy and improving autonomous driving capabilities may help demand-responsive transport become a dominant means of transport both in urban and rural areas. This thesis aims to analyze the effects of on-demand transport services in MaaS. First, an overview of such modes is provided. This is accompanied by an introduction into simulation tools that allow an analysis of on-demand transport systems. Here the focus is set on agent based simulation of both the demand and the supply of a service. The second focus lies on existing, driver-based MaaS operations, with taxis being the main example. This includes an in-depth analysis of the taxi market in Berlin, Germany, based on the evaluation of GPS trajectories. Several clear patterns both on the demand and supply side are revealed. For example, the demand for taxi trips follows a clear scheme during work days, but peaks at weekend nights. Using agent-based simulation techniques, an evaluation of a possible electrification of the taxi fleet in the city is made. Results suggest that this would not result in major operational limitations. Also, a demand estimation for a fleet of wheelchair accessible taxis is conducted and it is shown that a relatively small share of vehicles will be enough to offer a viable service in the city. This second part concludes with a simulation of the effects of shared taxi rides in Berlin. These are likely to be successful only in the city center and to and from Tegel Airport. The third focus is on possible effects of Autonomous Vehicles (AVs) on mobility services. First, a scenario is discussed where all car traffic in Berlin is replaced by single passenger Shared Autonomous Vehicles (SAVs). In Berlin, it is shown, one fleet vehicle could replace up to ten conventional cars. In the second case study, the replacement of a schedule-based and conventionally-operated public transport system by a pooled SAV-system in a smaller town scenario is simulated. Given the simulation assumption, such a system will reduce both travel times for passengers and operating costs.Finally, the third case study shows the effect privately owned AVs may have on parking behavior in urban areas, if people have the choice to either let their privately-owned vehicles cruise or send them to remote parking locations. Results suggest that the use of remote parking locations for AVs may be favorable in areas of high parking pressure., Nachfragebasierte Verkehrsträger haben sich in den letzten Jahrzehnten rasant entwickelt und sind heute oft Teil sogenannter Mobility-as-a-Service (MaaS)–Angebote. Heutzutage umfassen sie klassische Taxi- und Paratransit-Angebote, Ride-Hailing- und Ride- Sharing-Systeme sowie Free-Floating-Carsharing. Zukünftig könnten der Trend hin zur Sharing-Economy und Fortschritte im automatisierten Fahren dazu beitragen, dass nachfragebasierte Verkehrsträger eine dominierende Stellung unter den Verkehrsmitteln sowohl in urbanen als auch in ländlichen Räumen einnehmen. Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, die Auswirkungen und Einflüsse von nachfragebasierten Verkehrsmodi in MaaS-Systemen zu analysieren. Zunächst wird hierfür ein Überblick über diese Dienste und eine Einführung in die Simulationswerkzeuge gegeben, die ein mögliches Werkzeug zur Analyse und Wirkungsabschätzung von MaaS darstellen. Bei der Simulation liegt das Hauptaugenmerk dabei auf Werkzeugen, die eine agentenbasierte Simulation sowohl der Nachfrage als auch des Angebots ermöglichen. Der weitere Fokus der Arbeit liegt auf bereits existierenden, fahrerbasierten MaaS- Diensten am Beispiel Taxi. Hierzu wird eine tiefgehende Analyse des Berliner Taximarkts mittels ausgewerteter GPS-Trajektorien vorgenommen, welche eindeutige Muster in der Nachfrage nach Taxifahrten und im Fahrzeugangebot aufzeigt. So ist beispielsweise die Nachfrage nach Taxifahrten an Werktagen sehr regelmäßig geformt, absolut am höchsten ist sie jedoch in Wochenendnächten. Im weiteren Verlauf wird unter Verwendung agentenbasierter Simulationstechniken eine Bewertung einer möglichen Elektrifizierung der Taxiflotte der Stadt vorgenommen. Diese könnte ohne gravierende betriebliche Änderungen realisiert werden. Ferner wird eine Bedarfsabschätzung für eine mögliche Flotte von rollstuhlgerechten Taxis angestellt. Der Teil schließt mit einer Simulation der Auswirkungen geteilter Taxifahrten in Berlin. Die Ergebnisse zeigen, dass geteilte Fahrten vorrangig im Innenstadtgebiet und vom und zum Flughafen Tegel erfolgreich sein können. Des Weiteren werden in der Arbeit die Auswirkungen von autonomen Fahrzeugen auf MaaS diskutiert. Zunächst wird hierbei ein Szenario erörtert, in dem der gesamte Autoverkehr in Berlin durch Shared Autonomous Vehicles (SAV), oder Robotaxis, ersetzt wird. Hierbei ist es möglich, dass ein autonomes Flottenfahrzeug bis zu zehn Privatfahrzeuge ersetzen kann. In einer zweiten Fallstudie wird der Ersatz eines fahrplan- basierten, herkömmlich betriebenen öffentlichen Verkehrssystems durch ein geteiltes SAV- System in einer kleineren Stadt simuliert. Unter den getroffenen Annahmen könnte solch ein System dabei sowohl in geringeren Fahrzeiten als auch in niedrigeren Betriebskosten resultieren. Schließlich zeigt eine dritte Fallstudie, wie sich autonome Fahrzeuge in Privatbesitz auf das Parkverhalten in einer Stadt auswirken können, wenn AutohalterInnen die Möglichkeit haben, ihre Privatfahrzeuge stetig umherfahren zu lassen oder sie zu abgelegenen Parkplätzen zu schicken wenn sie nicht benötigt werden. Basierend auf den Simulationsergebnissen erscheint letzteres dabei in Stadtvierteln mit hohem Parkraumdruck die bevorzugte Variante zu sein.

Durch sich verändernde Lebensmuster, neue Strukturen in der Arbeitswelt sowie weiterhin ungelöste Fragestellungen bzgl. Umweltwirkungen des Verkehrssektors stehen die Verkehrssysteme der Städte und Regionen vor großen Herausforderungen. Diese werden begleitet durch technische Neuerungen wie autonome Fahrzeuge und neue Antriebstechnologien. In der Region Ruhr bietet sich im Zuge der Umgestaltung der Emscherregion (vgl. EGLV, 2018) eine besondere Gelegenheit, Veränderungen im Verkehrssystem herbeizuführen, welche obige Herausforderungen aufgreifen.

Bei der Beantwortung komplexer Forschungsfragen oder der Bewertung neuer Technologien stoßen analytische Verfahren und kommerzielle Simulationswerkzeuge schnell an ihre Grenzen. Die freie und offene Verkehrssimulationsplattform SUMO (Simulation of Urban Mobility) kann diese Lücke schließen. Durch die Erweiterung der Software von einer ursprünglich rein straßengebundenen Modellierung hin zu einer intermodalen Verkehrssimulation können Erkenntnisse aus den verschiedenen Verkehrsbranchen übertragen und vorhandene Synergien genutzt werden. Davon profitiert insbesondere der Schienenverkehr, da neue Konzepte nun auch verkehrsträgerübergreifend entwickelt und getestet werden können.

This paper presents how emergency vehicles can be modeled and simulated in the microscopic traffic simulation SUMO (Simulation of Urban MObility). The special rights of emergency vehicles are implemented in the SUMO framework and can be switched off and on in the simulation with a blue light device. The surrounding traffic reacts accordingly to the emergency vehicle and form an emergency lane. In addition real world data from emergency vehicles are used to evaluate the driving behavior of emergency vehicles and compare it to real world and simulated vehicle characteristics. The evaluation results show that the simulated vehicles pass an intersection generally faster than in real world. For emergency vehicle a time saving of in average one second at a single intersection could be measured for right turning vehicles.

The so called “free crossing area” (FCA) is one possible traffic regime to design a street according to the shared space-idea in Switzerland. By removing all zebra crossings, pedestrians are able to cross the street freely at any point, strengthening the interaction between traffic modes. FCAs have shown to work very well, particularly on traffic-oriented streets with high vehicle volumes. This street layout has only been used reluctantly until now, one reason being the difficulty to identify the effects of FCA in advance. For this purpose, traffic simulation offers a great opportunity, helping planners assessing different traffic layouts in an early stage. In this work, a microscopic simulation of FCA has been set up in Vissim, implementing non-standardized solutions through the COM API. The simulation focusses on the interaction behavior between pedestrians and vehicles, which is modelled using conditional probabilities. The model was calibrated and validated using data from the FCA in Köniz, which is based on the Bernese Model – a similar philosophy to shared space. Results show, that, regardless of its simplifications, the simulation model is able to represent vehicle travel times and vehicle continuity very well on a high generalization level. It is accurate enough to allow a comparison of traditional pedestrian crossing designs and FCA with respect to delay and capacity. This analysis shows, that since mean delay for every user in FCA is in most cases lower than in comparison to traditional street layouts as zebra crossings, the regime should always be considered when designing a street, especially in situations of high pedestrian activity.

submitted by DI Dominik Moser, BSc Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers Arbeit gesperrt bis Universität Linz, Dissertation, 2017

��berf��llte st��dtische Verkehrsnetze sind, vor allem zu den Hauptverkehrszeiten, zu einer allt��glichen Gegebenheit geworden. Durch Steigerung der Reisezeit und Luftverschmutzung werden ��konomische Verluste verursacht. Um den Verkehrsfluss zu optimieren, sind bereits mehrere Verkehrsmodelle entwickelt worden. Das Kernelement zur Charakterisierung des Verkehrs ist das ogenannte Fundamentaldiagramm. Hierbei handelt es sich um den Zusammenhang zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrzeugdichte. In den bisherigen Ans��tzen wurde ein lineares Fundamentaldiagramm, welches zu einem konvexen Verkehrsfluss f��hrt, angenommen. Der Nachteil dieser Vereinfachung ist, dass nicht alle Verkehrsph��nomene reproduziert werden k��nnen. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines numerischen L��sers f��r die nichtlineare hyperbolische Transportgleichung. Es sollen Fundamentaldiagramme beliebiger Form und diskontinuierliche Situationen, wie das Losfahren bei einer Ampel und das Aufl��sen einer Staufront, realisiert werden k��nnen. Geeignete Randbedingungen f��r den Stra��eneintritt und -austritt werden definiert. Ein weiterer wichtiger Teil dieser Arbeit ist das Fundamentaldiagramm bzw. die beschreibenden Parameter des Fundamentaldiagramms durch eine begrenzte Anzahl von verf��gbaren Messdaten reproduzieren zu k��nnen. Das Fundamentaldiagramm kann dadurch online und in Echtzeit angepasst werden. Dadurch wird es erm��glicht, Stausituationen fr��hzeitig zu erkennen und mit bestimmten Ma��nahmen dagegen zu wirken. Es wird gezeigt, wie die Parameter identifiziert werden k��nnen und welchen Einfluss sie auf den Modellausgang haben. Der numerische L��ser beruht auf einem Angebot- und Nachfrageprinzip. Der betrachtete Stra��enabschnitt wird in Zellen unterteilt. Anhand der momentanen Zellendichte wird die m��gliche Geschwindigkeit berechnet. Der daraus resultierende Fluss wird, abh��ngig von der Nachfrage der darauffolgenden Zelle, komplett oder nur zum Teil in die n��chste Zelle transportiert. Mit einem zus��tzlichen Parameter flie��t die Dichte der nachfolgenden Zelle bei der Geschwindigkeitsberechnung mit ein, wodurch das Vorausschauen der Fahrer mitber��cksichtigt wird. Um geeignete Messpositionen finden zu k��nnen, wird die Fisher Informationsmatrix verwendet. Nach der Festlegung einer Messstelle, an welcher alle Parameter identifiziert werden k��nnen, sch��tzt ein genetischer Algorithmus die optimalen Werte dieser Parameter. Bei der Validierung werden verschiedene verkehrs��bliche Szenarien nachgebildet und die Ergebnisse mit der mikroskopischen Verkehrsfluss-Simulationssoftware VISSIM, welche auf einem Fahrzeugfolgemodell basiert, gegen��bergestellt., Congested urban traffic networks have become a common condition during rush hours causing economic losses by increasing travel time and air pollution. In order to optimize traffic flow several traffic models have been developed. Macroscopic models are based on a fundamental diagram. It describes the relationship between driving speed and traffic density. For simplicity, a linear fundamental diagram resulting in a convex flux function is often used. The main drawback of this simplification is that not all observed traffic phenomena can be reproduced. The aim of this work is to develop a numerical solver for the nonlinear hyperbolic transport equation, which works with a fundamental diagram of arbitrary shape and discontinous conditions, like driving into a jam or driving off at traffic ligths. Suitable boundary conditions at road inlets and outlets are defined. A further important part of the work is to identify the paramters of the fundamental diagram based either only on one single or on multiple spatial traffic density obervations. The fundamental diagram can be adapted online. This allows real-time traffic forecasting and to counteract with specific measures. In addition, we propose a measure to assess in how far parameters of the fundamental diagram are identifiable from given observations. The numerical solver is based on the supply and demand principle. The street is discretized into cells. Based on the current traffic density in the vicinity of the driver, the speed and the flow is determined. Under consideration of the demand the resulting density allocation is calculated. With an auxiliary parameter the density of the subsequent cell is used to calculate the speed and consequently the anticipation of the driveris taken into consideration. Subsequently, with the help of the fisher information matrix a statement about the information content of the measurement position is made. If it's possible to identify all parameters with the given observations a genetic algorithm estimates the parameters of the fundamental diagram. The developed algorithm is evaluated on different scenarios and compared with the results of the microscopic traffic simulation software VISSIM, based on a car-following model.

It is a well known fact that metastable states of very high throughput and hysteresis effects exist in traffic flow, which the simple cellular automaton model of traffic flow and its continuous generalization fail to reproduce. It is shown that the model can be generalized to give a one-parametric family of models, a part of which reproduces the metastable states and the hysteresis. The models that have that property and those that do not that are separated by a transition that can be clearly identified.

Dynamisches Verkehrsrouting in Städten wird in den kommenden Jahren einen immer höheren und wichtigeren Stellenwert einnehmen. Um dem steigenden Verkehrsaufkommen mit der gegebenen Infrastruktur gerecht zu werden, bedarf es einer zentralen Navigation aller Verkehrsteilnehmer und einer Optimierung der Verkehrsrouten. Dies ermöglicht es, Verkehrsstaus zu reduzieren bzw. im Idealfall zu vermeiden und den dadurch verbundenen Anstieg der Fahrzeit und des Kraftstoffverbrauchs zu reduzieren. Hierbei ist es das Ziel, möglichst alle Fahrzeuge zeit- und energieeffizient zu routen und somit durch eine gezielte Verteilung der Verkehrsnachfrage auf verschiedene alternative Routen eine globale Optimierung des Verkehrsraumes zu erreichen. Hierzu wurde im Rahmen dieser Dissertation eine Verkehrssimulationssoftware entwickelt, welche eine detaillierte Analyse und Simulation unterschiedlichster Verkehrsszenarien ermöglicht und gleichzeitig durch eine submikroskopische Modellierung sämtlicher Fahrzeuge einen Zugriff auf alle Fahrzeugparameter erlaubt. Zentraler Punkt der hier vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines Routingkonzeptes, welches die Optimierung des Verkehrsflusses unter Beachtung unterschiedlichster Fahrzeugtopologien ermöglicht. Der Fokus der Dissertation liegt darin, eine Aussage darüber treffen zu können, wie hoch das maximale Einsparpotenzial an Fahrzeit und Energieverbrauch bei einem völlig kontrollierten optimal geregelten Verkehrsfluss ist. Ausgehend von diesen Erkenntnissen wurde untersucht, wie viel Prozent der Verkehrsteilnehmer gezielt in ihrer Routenwahl beeinflusst werden müssen, um vergleichbare Ergebnisse des optimalen Zustandes zu erreichen. Abgerundet wird die Arbeit durch die Entwicklung einer Benutzerschnittstelle, welche demonstriert, wie die Kommunikation des zentralen Verkehrsnavigationskonzeptes für einen global optimierten Verkehrsfluss zwischen der Verkehrsleitzentrale und dem Endverbraucher realisiert werden könnte.

Verkehrsteilnehmer besitzen unterschiedliche Wertschätzungen für eine geringe Reisezeit. Klassische Verfahren zur Verkehrssteuerung an Straßenkreuzungen berücksichtigen diese Wertschätzungen nur unzureichend. In dieser Arbeit werden agentengestützte Mechanismen für die Verkehrssteuerung an Straßenkreuzungen entwickelt, die die individuelle Wertschätzung der Verkehrsteilnehmer berücksichtigen. Dabei zeigt sich, dass solche Mechanismen klassischen Verfahren überlegen sind.

In this work we provide a general classification of dynamic transportation networks (DTNs), which represent macroscopic PDE/ODE-based descriptions of network flow problems. There is a broad variety of versions depending on the application; for example it is possible to model buffers, where particles can be stored. Furthermore, we can describe the evolution of density by conservation laws and model different kinds of coupling conditions. Afterwards we consider optimisation techniques. We discuss the advantages of mixed integer optimisation and presented a general strategy how DTNs can be transformed into linear mixed-integer optimization Problems (short MIPs). Furthermore, we show how the knowledge of the problem structure can be used to introduce bounding heuristics which are extremely efficient to speed up the optimisation procedure. Within this frame, we present specific models with application in production and traffic. The first is a novel production model for the time-changing repair worker assignment. The main idea is to keep the system performance optimal whenever machines have failed and must be repaired. In general, available workers are limited and therefore a decision has to be made on which machines are repaired first. The resulting optimisation question is how the optimal worker schedule looks like to maximise the production flow. This issue is intensively analysed and numerical case studies comparing fixed and time-changing schedules are presented. The numerical results show the different opportunities of our modelling approach. With respect to the second application, we consider the LWR-based traffic flow network model. We show how coupling conditions of several junction types can be transformed into easily linearisable min-terms. We introduce a numerical framework for the Hamilton-Jacobi formulation of traffic flow and show how this correctly resolves the dynamics at the junction. We present simulations for a roundabout and compare them with existing results and computed travel times for certain routes through the network depending on the starting time of the travel. Moreover, we model traffic light settings for LWR-based traffic flow networks that can easily be adapted to arbitrary junction types and network topologies and discuss requirements for secure traffic light settings. We show the necessity of additional requirements on the switching time rate to avoid inapplicably frequent fluctuations which appear when mixed integer optimisation techniques are used, and solve this problem with previously derived techniques. Furthermore, we use the knowledge of the problem structure to develop bounding heuristics to speed up the optimisation process by providing feasible solutions for the subproblems within the Branch&Bound procedure. The resulting improvements for the optimisation procedure are remarkable and indicate the potential of combining simulation techniques with Branch & Bound procedures.

Vorstellung der Fahrsimulatoren und der Fahrsimulationssoftware des DLR sowie deren Einsatzmöglichkeiten.

Während der FIFA—Fußballweltmeisterschaft 2006 wurde im Rahmen des vom BMWi ge-förderten Projektes SOCCER an drei Spielstätten (Berlin, Köln, Stuttgart) ein integriertes Sys-tem getestet, das Verkehrsdaten aus unterschiedlichen Quellen zu einer Verkehrslageerfas-sung und anschließender Prognose fusionieren konnte. Die beiden Systeme in Berlin und Köln setzten dabei jeweils auf eine Simulation der gesamten Stadt auf, während das Stuttgar-ter System im Wesentlichen auf einer ganglinienbasierten Prognose basierte. Die verwendeten Inputdaten waren in allen Fällen eine Kombination aus (nicht in allen Städten gleich) luft-gestützter Verkehrslageerfassung an ausgesuchten Brennpunkten (Zeppelin in Köln, Flugzeug in Berlin und Hubschrauber in Stuttgart), vorhandenen Zählschleifendaten (alle Orte) und den Reisezeitinformationen aus den Taxi—FCD Projekten Stuttgart und Berlin des DLR (siehe www.cityrouter.com). Dieser Beitrag beschreibt den Aufbau der Systeme und stellt erste Er-gebnisse dar, mit denen die Prognosegüte beurteilt werden kann.

[no abstract]

Im ersten Teil stellt die Arbeit den aktuellen Stand bei der Organisation von mobilen ad hoc Netzwerken dar; diese MANETs sind gute Kandidaten für eine Fahrzeug/Fahrzeug Kommunikation, die dann wieder die Grundlage für einen selbstorganisierten Verkehr sind. Im zweiten Teil der Arbeit wird mit Hilfe von SUMO untersucht, wie schnell sich Informationen in einem Verkehrsnetz ausbreitet: klarerweise hängt das vom Ausstattungsgrad der Fahrzeuge ab, wie auch von weiteren Details der Kommunikation. Als grobes Ergebnis bleibt festzuhalten, dass mit einem Ausrüstungsgrad von 10% die Fahrzeuge bereits über 80% des aktuellen Netzzustandes Bescheid wissen.

Die derzeitige Verkehrsmodellierung stützt sich bei der Erklärung von Entscheidungsverhalten zum überwiegenden Teil auf die Einflussgrössen Geld und Zeit. Unbestritten ist heute aber auch, dass das Verhalten durch eine Vielzahl weiterer Einflussgrössen geprägt wird, wie zum Beispiel der Verlässlichkeit der Verkehrssysteme. Um diese Variablen besser einbeziehen zu können, muss deren Bewertung durch die Verkehrsteilnehmer bekannt sein. Dieser Bericht beschreibt die Konzeption und Durchführung einer Befragung mittels Methoden der Stated Preferences. Mit der Befragung soll die Bewertung der Verlässlichkeit ermittelt wer- den. Dabei werden verschiedene Ansätze zur Beschreibung dieser Variablen getestet. Zum Ein- satz kommen einerseits verschiedene Darstellungsweisen (grafisch, sprachlich, mathematisch) sowie verschiedene Antwortformen der SP-Befragungsmethoden., Arbeitsberichte Verkehrs- und Raumplanung, 110

Modeling and simulation of traffic has a long tradition. A vast number of different approaches have been used to simulate traffic, each of which has been calibrated and validated separately. This work aims at the way different models are interrelated. It is shown how one can, starting from very general modeling assumptions, construct a family of car following models that contains models closely related to well-known simulation models as special cases. Investigating this model family it can be shown, which models are qualitatively equivalent and which are not. This gives important hints as to which model approaches can in principle be unified.

A set of lane changing rules for cellular automata simulating multi-lane traffic is proposed. It reproduces qualitatively that the passing lane becomes more crowded than the one for slower cars if the flux is high enough, which is true for motorways in countries like Germany where passing should be done on a specified lane as a rule. The rules have two parameters allowing to adjust the inversion point of the lane-usage distribution and to calibrate the model.