Von Knotensteuerungen, die vorrangig auf das lokale Verkehrsgeschehen vor Ort reagieren, sind einerseits positive verkehrliche Wirkungen zu erwarten. Eine ausgewogene ÖV-Beschleunigung gehören ebenso dazu wie eine flexible Kolonnenführung in Form dynamischer Grüner Wellen. Andererseits sind mit solchen Steuerungen besondere regelungstechnische Schwierigkeiten verbunden: Sie können sich im Netz dynamisch aufschaukeln oder aus anderen Gründen die Durchlassfähigkeit der Knotenpunkte herabsetzen. Dann werden Rückstaus von mal zu mal immer länger, obwohl eine Festzeitsteuerung in derselben Situation noch nicht ausgelastet wäre. Derartige Stabilitätsprobleme werden im ersten Teil der Studie anhand einfacher Rechenbeispiele für drei unterschiedliche lokal verkehrsabhängige Steuerungsansätze analytisch aufgezeigt und diskutiert.
Im zweiten Teil wird ein lokal verkehrsabhängiger Stabilisierungsmechanismus vorgestellt. Er garantiert, dass jeder Verkehrsstrom ausreichend häufig und bei Bedarf ausreichend lange grün bekommt. Es lassen sich mittlere und maximale Bedienfolgezeiten vorgeben. Bei Übersättigung werden automatisch die Grünzeiten einer wählbaren Festzeitsteuerung angewendet. So können verkehrs- und sicherheitsrelevante Anforderungen erfüllt sowie stadtplanerische Zielstellungen umgesetzt werden. Das Stabilisierungskonzept zielt selbst nicht direkt auf die Minimierung von Wartezeiten, sondern auf die Zuweisung benötigter Abfertigungskapazitäten. Es kann mit beliebigen und ansonsten instabilen Optimierungsverfahren kombiniert werden.
S. Lämmer (2009): Stabilitätsprobleme vollverkehrsabhängiger Lichtsignalsteuerungen, Diskussionsbeitrag, Technische Universität Dresden. [pdf]
Folgende Videos veranschaulichen das Problem des dynamischen Aufschaukelns.
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Stabile Festzeitsteuerung Das Testnetz wird mit einer Festzeitsteuerung betrieben. Beide Knotenpunkte sind stark ausgelastet, aber alle Warteschlangen werden regelmäßig geleert. |
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Instabile lokal verkehrsabhängige Logiksteuerung An jedem Knoten ist eine lokal verkehrsabhängige Steuerung implementiert, die beide Schlangen abwechselnd leert. Dabei schaukeln sich die Knoten gegenseitig auf. |
Das dynamische Aufschaukeln zeigt sich darin, dass sich an jedem Knoten Zeitintervalle mit besonders hoher und solche mit besonders geringer Verkehrsmenge abwechseln. Während beispielsweise am linken Knoten kein Fahrzeug wartet und die zufließenden freie Fahrt haben, hat es der rechte Knoten schwer, die Warteschlange der Linksabbieger, zu der ständig neue Fahrzeuge hinzukommen, aufzulösen um endlich zur immer länger werdenden Warteschlange am Zufluss umschalten zu können. Unterdessen hält der rechte Knoten jene Fahrzeuge zurück, die dem linken für einen ausreichend hohen mittleren Durchsatz fehlen. Der vorübergehend ausbleibende Zufluss von rechts vermindert die Effizienz und damit die Durchlassfähigkeit des Knotens. Diesen Effizienzverlust kann die Steuerung später nicht mehr ausgleichen. Die Situation verschlimmert sich von Periode zu Periode.