thesis

ss2013/Bachelor Thesis/thesis_ug/tex/ausblick.tex

@@ -16,4 +16,5 @@ Dadurch w"urde eine Genauere und bessere Modellierung des Verkehrs m"oglich.
 [genauere sensordaten]
 [genauere abbiegewahrscheinlichkeiten]
 [validierungssensoren]
+Die nächste Generation der verkehrsabhängig gesteuerten Ampelanlagen, die sog. voll-adaptiven Lichtanlagen, erlauben es Kreuzungen untereinander Sensorwerte auszutauschen um den Verkehr noch besser fließen zu lassen. Es ist zu erwarten, das mit dieser neuen Technik noch mehr Sensorik auf die Straßen der Großstädte gelangt und eine wesentlich genauere Untersuchung des Verkehrs zulässt.
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ss2013/Bachelor Thesis/thesis_ug/tex/einleitung.tex

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 \section{Einleitung}\label{sec:einleitung}
-Die Anzahl der LKWs und PKWs steigt seit 1950 st"andig an. So waren im Jahre 1955 lediglich 1.748 tausend PKWs und 603 tausend LKWs gemeldet. Innerhalb des letzten Jahrzehnten sind die angemeldeten LKWs und PKWs stetig gestiegen. 2013 waren 2.579 tausend LKWs und 43.431 tausend PKWs gemeldet \cite{web:statista:lkw}\cite{web:statista:pkw}. Dabei ist neben dem Personenverkehr besonders der Güterverkehr eine besonders große Belastung für die Straßen. Das Statistische Bundesamt\footnote{https://www.destatis.de/} weist in einer Erhebung der Anteile der Verkehrsträger im Güterverkehr aus Deutschland in die EU den Straßenverkehr mit 57\% aus während Bahn- und Schifffahrtsverkehr lediglich einen Anteil von unter 10\% an dem Gütertransport haben.  Die gr"o"ser werdende Anzahl der Verkehrsteilnehmer und die damit verbundenen Massen an Autos auf den Stra"sen wird zunehmend zu einer Herausforderung f"ur die St"adte, Stra"sen, Mensch und Umwelt. In einer Umfrage von 2010 des Umweltbundesamt\footnote{www.umweltbundesamt.de/} unter der Bevölkerung, geben 57\% der Befragten an von Straßenverkehrslärm belästigt zu werden\cite{web:statista:laerm}.\\ \\
-Eine Folge des gewachsenen Straßenverkehrsaufkommens ist ein vermehrter Einsatz verkehrsaufkommensgesteurter Ampelanlagen. Sie ermöglichen es der Ampel mithilfe von, in der Fahrbahndecke verbauten Sensoren, ihre Ampelphasen, unter gewissen Rahmenbedingung, selbst zu steuern. Die Sensorik erkennt dabei, ob ein Auto an der Haltelinie steht und fordert eine Freigabe der Fahrtrichtung. Durch Einsatz einer solchen verkehrsaufkommensgesteuerter Ampel kann  nachweislich \cite{} eine Verbesserung des Verkehrsflusses erreicht und die Haltezeiten an der Ampel verkürzt werden.\\
-Zunehmend werde auch sog. 'volladaptive' Apelksteuerungen eingesetzt, welche neben den Sensorwerten der jeweiligen Kreuzung auch die Sensorwerte benachbarter Kreuzungen in die Berechnung der Ampelphasen einfließen lässt. Dieser Ansatz verspricht einen noch flüssigeren Verkehr und eine nochmalige Verbesserung des Verkehrsflusses.\\ \\
-Neben einer verbesserten Ampelsteuerung um den Verkehr schneller fließen zu lassen, haben sich einige Firmen auf die Untersuchung des Verkehrs spezialisiert und bieten Analysewerkzeuge f"ur den Verkehr an. So bietet das Programm VISSIM\footnote{http://www.vissim.de} und PELOPS\footnote{PELOPS: Programm zur Entwicklung L"angsdynamischer, mikrOskopischer VerkehrsProzesse in Systemrelevanter Umgebung} eine professionelle mikroskopische Modellierung von Verkehr an. Mikroskopische Verkehrsmodelle modellieren dabei jeden einzelnen Verkehrszeilnehmer um beziehung unter diesen aufzeigen und berechnen zu können. So bestimmt sich die Geschwindigkeit eines Autos in einem solchen Modell in der Regel aus der des Vordermanns.\\ \\
-In dieser Arbeit wird untersucht inwieweit die Sensorik einer verkehrsaufkommensgesteuerten Ampelanlage ausreicht, um zu bestimmen, in welche Richtung und wieviel des Verkehr aus den Kreuzungen fließt. Dies ist besonders interessant, da die Sensorik bereits auf der Straße verbaut ist und keine manuellen Datenerhebungen notwendig sind. Die Problematik die sich dabei auftut ist, dass nicht alle Stra"sen und Kreuzungen zwangsläufig mit Induktionsschleifen ausgestattet sind, da nicht alle Kreuzungen Ampelanlagen aufweisen, welche die Sensorik erfordert. Man m"ochte allerdings Verkehrswerte f"ur diese, nicht bekannten Bereiche, berechnen oder absch"atzen, um die momentane Verkehrssituation besser einsch"atzen zu k"onnen und sich einen Überblick "uber die aktuelle Verkehrslage zu verschaffen. Dabei erweist sich die geringe Sensormenge und der große Abstand zwischen diesen, als die größten Herausforderungen. Für die Untersuchung wurde ein Ausschnitt des Straßennetzes der Stadt Darmstadt gewählt und ein Modell für Kreuzungen und un ein zweites Modell für zwischen den Kreuzungen erstellt. Hierfür wird, im Gegensatz zu industriellen Verkehrssimulationswerkezeugen ein macroskopischer Ansatz gewählt um der geringen Sensordichte gerecht zu werden.\\ \\
+Die Anzahl der LKWs und PKWs auf den Straßen Deutschlands steigt st"andig an. Insbesondere die moderne hochindustrialisierte Produktion von Autos ließen deren preise fallen und erlaubten es Jedermann ein eigenes Auto zu besitzen. So waren im Jahre 1955 lediglich 1.748 tausend PKWs und 603 tausend LKWs gemeldet. Heute, 2013 sind 43.431 tausend PKWs und 2.579 tausend LKWs auf den Straßen Deutschlands unterwegs\cite{web:statista:lkw}\cite{web:statista:pkw}. Dabei ist neben dem Personenverkehr besonders der Güterverkehr eine große Belastung für die Straßen. Das Statistische Bundesamt\footnote{https://www.destatis.de/} weist in einer Erhebung der Anteile der Verkehrsträger im Güterverkehr aus Deutschland in die EU\cite{} den Straßenverkehr mit 57\% aus während Bahn- und Schifffahrtsverkehr lediglich einen Anteil von unter 10\% an dem Gütertransport haben. Die gr"o"ser werdende Anzahl der Verkehrsteilnehmer und die damit verbundenen Massen an Autos auf den Stra"sen wird zunehmend zu einer Herausforderung f"ur die St"adte, Stra"sen, Mensch und Umwelt. In einer Umfrage von 2010 des Umweltbundesamt\footnote{www.umweltbundesamt.de/} unter der Bevölkerung, gaben 57\% der Befragten an von Straßenverkehrslärm belästigt zu werden\cite{web:statista:laerm}. Aus dies Grund ist die Verbesserung des innerstädtischen Verkehrs, ob nun durch Umgehungsstraßen, Feinstaubfilter oder andere Maßnahmen, ist immer auch eine Verbesserung der Lebensqualität der Menschen dort.\\ \\
+Eine dieser Maßnahmen ist der Einsatz verkehrsaufkommensgesteurter Ampelanlagen.Besonders in größeren Städten, welche unter hohem Verkehrsaufkommen leiden setzen diese Technik vermehrt ein. Sie ermöglichen es der Ampel mithilfe von, in der Fahrbahndecke verbauten Sensoren, ihre Ampelphasen, unter gewissen Rahmenbedingung, selbst zu steuern. Die Sensorik erkennt dabei, ob ein Auto an der Haltelinie steht und fordert eine Freigabe der Fahrtrichtung. Durch Einsatz einer solchen verkehrsaufkommensgesteuerter Ampel kann nachweislich \cite{} eine Verbesserung des Verkehrsflusses erreicht und die Haltezeiten an der Ampel verkürzt werden. Zunehmend werde auch sog. 'voll-adaptive' Ampelksteuerungen eingesetzt, welche neben den Sensorwerten der jeweiligen Kreuzung auch die Sensorwerte benachbarter Kreuzungen in die Berechnung der Ampelphasen einfließen lassen. Dieser Ansatz verspricht einen noch flüssigeren Verkehr und eine nochmalige Verbesserung des Verkehrsflusses.\\ \\
+Neben einer verbesserten Ampelsteuerung um den Verkehr schneller fließen zu lassen, haben sich einige Firmen auf die Untersuchung des Verkehrs spezialisiert und bieten Analysewerkzeuge f"ur den Verkehr an. So bietet das Programm VISSIM\footnote{http://www.vissim.de} und PELOPS\footnote{PELOPS: Programm zur Entwicklung L"angsdynamischer, mikrOskopischer VerkehrsProzesse in Systemrelevanter Umgebung} eine professionelle mikroskopische Modellierung von Verkehr an. Mikroskopische Verkehrsmodelle modellieren dabei jeden einzelnen Verkehrsteilnehmer um Beziehungen unter diesen aufzeigen und berechnen zu können. So bestimmt sich die Geschwindigkeit eines Autos in einem solchen Modell in der Regel aus der des Vordermanns.\\ \\
+In dieser Arbeit wird untersucht inwieweit die Sensorik einer verkehrsaufkommensgesteuerten Ampelanlage ausreicht, um zu bestimmen, in welche Richtung und wieviel des Verkehr aus den Kreuzungen fließt. Dies ist besonders interessant, da die Sensorik bereits auf der Straße verbaut ist und keine manuellen Datenerhebungen notwendig sind. Die Problematik die sich dabei auftut ist, dass nicht alle Stra"sen und Kreuzungen mit Induktionsschleifen ausgestattet sind, da nicht alle Kreuzungen Ampelanlagen aufweisen, welche die Sensorik erfordert. Man m"ochte allerdings Verkehrswerte f"ur diese, nicht bekannten Bereiche, berechnen oder absch"atzen, um die momentane Verkehrssituation besser einsch"atzen zu k"onnen und sich einen Überblick "uber die aktuelle Verkehrslage zu verschaffen. Dabei erweist sich die geringe Sensormenge und der große Abstand zwischen diesen, als die größten Herausforderungen. Für die Untersuchung wurde ein Ausschnitt des Straßennetzes der Stadt Darmstadt gewählt und ein Modell für Kreuzungen und un ein zweites Modell für zwischen den Kreuzungen erstellt. Hierfür wird, im Gegensatz zu industriellen Verkehrssimulationswerkezeugen ein macroskopischer Ansatz gewählt um der geringen Sensordichte gerecht zu werden.\\ \\
 F"ur diese Aufgabe stehen die Sensordaten von den Ampelanlagen der Stadt Darmstadt zur Verf"ugung, welche in einer Vielzahl ihrer Kreuzungen mit sog. Induktionsschleifen, Verkehrssensoren, best"uckt hat. Diese liefern Messwerte "uber die Anzahl der Autos, welche den Sensor passiert und solche die auf dem Sensor gestanden haben, im Minutentakt.\\ \\
 Die Einschr"ankung auf das verkleinerte Gebiet begr"undet sich aus der Menge der zu betrachtenden Daten. Das Betrachten eines kleineren Ausschnitts erm"oglichte es im Rahmen dieser Arbeit eine genauere Untersuchung durchzuf"uhren als das auf dem gesamten Stadtgebiet der Stadt Darmstadt der Fall w"are. Eine Beschreibung der Grundlagen, sowie die genau Beschreibung der Daten der Stadt Darmstadt, wird im Kapitel \autoref{sec:datengrund} vorgenommen. Das untersuchte Gebiet erstreckt sich dabei über zehn Kreuzungen, welche eine hohe Sensordichte aufweisen. Das entwickelte graphenbasierte Modell für Kreuzungen und zwischen Kreuzungen wird in Kapitel \autoref{sec:modell} vorgestellt. Es modelliert neben den Induktionsschleifen sog. 'virtuelle Sensoren' für welche keine Sensorwerte vorliegen.
 [collage]

ss2013/Bachelor Thesis/thesis_ug/tex/uebersicht.tex

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 \section{"Ubersicht}\label{sec:uebersicht}
 
-In Ballungsgebieten, vornehmlich St"adten, steigt die Anzahl der Verkehrsteilnehmer.
-Insbesondere die Anzahl der Autos ist in den letzten Jahren drastisch gestiegen.
-Diese zunehmende Belastung wirkt sich auf Stra"sen, auf den Verkehr und durch Verschmutzung und L"armbelastung auch auf den Menschen aus. Um diesen negativen Effekten und der gestiegenen Anzahl an Autos Herr zu werden, ist eine Untersuchung des Verkehrs und dessen Optimierung unabdingbar um die Stra"sen f"ur jederman nutzbar zu halten.\\
-In dieser Arbeit wird untersucht in wieweit man durch Verkehrsdaten, welche mithilfe von Induktionsschleifen auf den Stra"sen erfasst werden, Verkehrsfl"usse voraussagen und Stra"senbelastungen berechnen kann. Hierf"ur wurde ein Graphen basiertes Modell der Stra"se entwickelt und verschiedene Berechnungsans"atze diskutiert. Als Grundlage dieser Berechnungen dienen Induktionsschleifenwerte der Stadt Darmstadt, welche eine Vielzahl ihrer Kreuzungen mit Induktionsschleifen versehen haben.\\
-Dabei ist der zeitliche Versatz zwischen den Stra"senkreuzungen, die unbekannte Geschwindigkeit der Autos, sowie die gro"sen Abst"ande der Sensoren die gr"o"ste Herausforderungen die es zu l"osen gilt.\\
-Mithilfe von Linearen Gleichungssystemen konnten Verkehrsfl"usse berechnet werden, sowie Sta"senbelastungen mithilfe der Sensorwerte auf dem untersuchten Gebiet berechnet werden. Die Validit"at dieser Daten h"angt allerdings stark von den zugrundeliegenden Sensorwerten ab, sowie von den berechneten oder gemessenen Abbiegewahrscheinlichkeiten.\\
+In Ballungsgebieten, vornehmlich St"adten, steigt die Anzahl der Verkehrsteilnehmer.Insbesondere die Anzahl der Autos ist in den letzten Jahren drastisch gestiegen. Diese zunehmende Belastung wirkt sich auf Stra"sen, auf den Verkehr und durch Verschmutzung und L"armbelastung auch auf den Menschen aus. Um der gestiegenen Anzahl an Fahrzeugen gerecht zu werden wurden verkehrsabh"angige Ampelanlagen entwickelt, welche ihre Ampelphasen dem Verkehrsaufkommen anpassen können. Hierf"ur wird der Verkehr der einzelnen Spuren einer Kreuzung mithilfe von Sensoren - Induktionsschleifen - erfasst. Mit der fortschreitenden Technisierung und dem gestiegenem Verkehr erhielten diese 'adaptiv' gesteuerten Ampelanlagen Einzug in die Straßen gr"oßerer St"adte, um die bereits vorhandenen Straßen besser nutzen zu k"onnen.\\ \\
+In dieser Arbeit wird untersucht in wieweit man durch Verkehrsdaten, welche mithilfe von Induktionsschleifen auf den Stra"sen erfasst werden, Verkehrsfl"usse voraussagen und Stra"senbelastungen berechnen kann. Hierf"ur wurde ein zweistufiges Graphen-basiertes Modell der Stra"se entwickelt und verschiedene Ans"atze, um Verkehrsfl"usse innerhalb einer Kreuzung und zwischen Kreuzungen zu berechnen, diskutiert. Als Grundlage dieser Berechnungen dienen Induktionsschleifenwerte der Stadt Darmstadt, welche eine Vielzahl ihrer Kreuzungen mit Induktionsschleifen versehen hat.\\ \\
+Mithilfe von Linearen Gleichungssystemen konnten Verkehrsfl"usse innerhalb von Kreuzungen, sowie ein Anzahl an Verkehrsteilnehmer, welche eine Kreuzung in eine bestimmte Richtung verlassen, berechnet werden. Neben den Sensorwerten der Induktionsschleifen kamen dabei sog. Abbiegewahrscheinlichkeiten zum Einsatz, welche ebenfalls von der Stadt Darmstadt zur Verf"ugung gestellt wurden. Die Validit"at der ermittelten Daten h"angt allerdings von den zugrundeliegenden Sensorwerten ab. In einer Verkehrsz"ahlung konnten ein Teil der modellierten Sensoren untersucht und bei einigen Sensoren eine sehr hohe Genauigkeit feststellen werden. Bei anderen Sensoren ergab die Z"ahlung allerdings Abweichungen von bis zu siebenhundert Prozent.\\ \\
 
 \section*{Abstract}
 In urban areas, most notably Cities, have an increasing the number of road users.