Download - IVT - ETH Zürich

Praktikum Siedlung und Verkehr (2)
Basil J. Vitins
IVT
ETH
Zürich
Februar 2013

Letze Woche
Lernziele
Ablauf Praktikum
Verkehrsplanung und Bewertung
Verkehrsmodelle
Modellschritte (Netz, Grundlagen)
Übungen Übersicht
2

Heute
Verkehrsmodelle (Warum, Wie…)
Modellschritte
Modellanwendungen
Aufgabenbeschreibung und Ziele
3

Was wollen wir wissen ?
Veränderung im Verkehrsgeschehen als Funktion
• der Infrastruktur
• des Angebots und der Preise
• der Haltungen der Nutzer
• der Struktur der Nachfrage
• der Struktur der Nutzer
4

Beispiel 1: ÖV-Nachfrage 2030/2000
5

Quelle: Axhausen, Fröhlich und Tschopp (2006)
Erreichbarkeitsgebirge MIV 2000
6

Quelle: Bodenamm (2011) S.131
Wechselwirkung von Verkehrsplanung und Landnutzung
Veränderung der Standorte von Firmen aufgrund von
Infrastrukturprojekten in der Region St. Gallen:
7

Anforderungen an die Modelle
• Logische Konsistenz
• Massnahmenempfindlichkeit
• Handhabbarkeit
• Transparenz
• Validität
8

Übersicht
Verkehrsnachfrage
Verkehrsangebot
(Infrastruktur)
Gesetzmässigkeiten
(Verhalten)
Umlegung
Auswertungen der
Modellresutate
9

Etappen, Wege, Ausgänge
Mobilität und Verkehr:
Beispiel eines Tagesablaufes
Weg 3:
Rückfahrt
Etappe 1, 2, 3
Weg 1: Arbeit
Ausgang 1
Umsetzung in:
Weg 2: Freizeit (Grillabend)
• Etappen
• Wege
Etappe 1 Etappe 2 Etappe 3
Etappe 4,5 usw.
• Ausgänge
Weg 1 (Arbeit) Weg 2
(Freizeit)
Weg 3
(Rückfahrt)
Weg 4, 5 usw.
Ausgang 1
Ausgang 2, 3 usw.
10

Nachfrageberechnung
• Hochrechnungen
• Elastizitätsansatz
• 4-Stufen Ansatz, VISEVA
• Agenten-basierte Nachfragemodellierung
11

Übersicht Nachfrageberechnung für das 4 Stufen Modell
Aktivitätenbedürfnis:
Zielwahl:
Verkehrsmittelwahl:
12

4 Stufen Modell: Erzeugung
Verkehrserzeugungsmodelle
Quellverkehr Zelle i: Qi
Zielverkehr Zelle j: Zj
Zielwahlmodelle
(oder Verteilungsmodelle)
Ortsveränderung von Zelle i nach
Zelle j: Fij
Verkehrsmittelwahlmodelle
(oder Modal-Split-Modelle)
Ortsveränderung von Zelle i nach
Zelle j mit Verkehrsmittel m: F ijm
Umlegungsmodelle
(oder Verkehrswegewahlm.)
Ortsveränderung von i nach j mit
Verkehrsmittel m auf Route r: F ijmr
13

Verkehrserzeugung
Aktivitätenbedürfnis:
14

Daten für die Verkehrserzeugung und -anziehung
• Personengruppe und verhaltensorientierten Kennwertmodell
• Raumstrukturdaten
• Einwohner nach Altersstruktur
• Beschäftigte und Arbeitsstätten
• Auszubildende (Schüler, Fach- und Hochschule)
• Verkaufsfläche
• Freizeiteinrichtungen, Gastronomie, Grosseinricht.,
Kulturangebot, Erholungs- und Grünanlagen usw.
• Verhaltensdaten gemäss Personengruppen
15

Erzeugung
Verkehrsmenge Zone i = f ( Charakteristika Zone i )
Modellansatz:
Q ii = E g ∙ A ii
g
Q ig : Verkehrsmenge in Zone i von Gruppe g.
E g : Erzeugungrate der Gruppe g.
A ig : Strukturgrösse der Gruppe g in Zone i.
16

Verkehrserzeugung
Verhaltenshomogene Gruppen
Mikrozensus Verkehr (2010)
1.7 Arbeitswege pro Erwerbstätigen und Werktag
0.2 Dienstfahrtwege pro Erwerbstätigen und Werktag
Quelle: BfS (2012)
0.4 Ausbildungswege pro Einwohner und Werktag
0.8 Einkaufswege pro Einwohner und Werktag
1.1 Freizeitwege pro Einwohner und Werktag

Modelle der Verkehrserzeugung
P 1
A 1
• Erzeugter Verkehr:
A 2
P 2
2
Quellverkehr Qi bzw.
produzierter Verkehr Pi
der Zelle i
P i
A i
1
A 4
P 4
4
i
A 3
• Angezogener Verkehr:
P 3
3
Zielverkehr Zi bzw.
angezogener Verkehr Ai
der Zelle i
18

Resultat des Erzeugungsmodells
Erzeugung nach Gruppen:
Gesamterzeugungsrate:
Zone Gruppe 1
Gruppe 2
…
Alle Gruppen
Quellverkehr
Zielverkehr
Quellverkehr
Quellverkehr
Zielverkehr
… … …
…
…
…
…
Kreis 10
1
p KKKKK 10
1
a KKKKK 10
2
p KKKKK 10
…
ttt
p KKKKK 10
ttt
a KKKKK 10
1
Kreis 11 p KKKKK 11
1
a KKKKK 11
2
p KKKKK 11
…
ttt
p KKKKK 11
ttt
a KKKKK 11
Altstadt
1 1
p AAAAAAAA a AAAAAAAA
2
p AAAAAAAA
…
ttt
p AAAAAAAA
ttt
a AAAAAAAA
… … …
…
…
…
…
… … …
…
…
…
…
19

4 Stufen Modell: Zielwahl
Verkehrserzeugungsmodelle
Quellverkehr Zelle i: Qi
Zielverkehr Zelle j: Zj
Zielwahlmodelle
(oder Verteilungsmodelle)
Ortsveränderung von Zelle i nach
Zelle j: Fij
Verkehrsmittelwahlmodelle
(oder Modal-Split-Modelle)
Ortsveränderung von Zelle i nach
Zelle j mit Verkehrsmittel m: F ijm
Umlegungsmodelle
(oder Verkehrswegewahlm.)
Ortsveränderung von i nach j mit
Verkehrsmittel m auf Route r: F ijmr
20

Verkehrsverteilung / Zielwahl
Zielwahl:
21

Verkehrsverteilung / Zielwahl
Berechnung:
• Verkehrsmengen zwischen Zonen.
mit folgenden Nebenbedingungen:
• Produktions- und Anziehungswerte einhalten (aus Schritt 1)
• Verkehrsangebot (Widerstände im Verkehrsnetz)
• Personendaten
22

Modelle der Verkehrsverteilung
i
P i
A i
P 1
A 1
A 2
P 2
A 4
P 4
P 3
A 3
23

Zielwahl
… Kreis 10 Kreis 11 Altstadt …
… ? ? ? ? ? Q i
Kreis 10 ? ? ? ?
?
Kreis 11 ? ? ? ?
?
Altstadt ? ? ? ?
?
n
F KKKiK10,j
j=0
n
F KKKiK11,j
j=0
n
F AAAAAAAA,j
j=0
Ziel:
Nebenbedingungen:
… ? ? ? ? F ij Q i
Z j
n
n
n
F i,KKKKK10 F i,KKKKK11 F i,AAAAAAAA
F ii = f(QQ, ZZ, WWW)
n
n
Q i = PP = F ii Z i = AA = F ii
Z j
F ij
i=0
i=0
i=0
i=0 j=0
j=0
i=0
n
n
24

Zielwahl
P 1
A 1
A 2
P 2
0
w i1
w i2
Nutzen = f ( Attraktivität des Zieles, Wegeaufwand )
Widerstand w
25

Einflussgrössen: Zielwahl
• Verkehrsangebot
• Fahrtzeit, Preis
• Zugangszeit, Umsteigezahl, Bedingungshäufigkeit
→ Widerstand
• Quellverkehr, Zielverkehr (Schritt 1)
• Personendaten
• Alter
• PW Verfügbarkeit
• GA, Halbtax
• Einkommen …
26

4 Stufen Modell: Verkehrsmittelwahl
Verkehrserzeugungsmodelle
Quellverkehr Zelle i: Qi
Zielverkehr Zelle j: Zj
Zielwahlmodelle
(oder Verteilungsmodelle)
Ortsveränderung von Zelle i nach
Zelle j: Fij
Verkehrsmittelwahlmodelle
(oder Modal-Split-Modelle)
Ortsveränderung von Zelle i nach
Zelle j mit Verkehrsmittel m: F ijm
Umlegungsmodelle
(oder Verkehrswegewahlm.)
Ortsveränderung von i nach j mit
Verkehrsmittel m auf Route r: F ijmr
27

Verkehrsmittelwahl
Verkehrsmittelwahl:
28

Verkehrsmittel
• Pkw
• ÖV
• Fuss
• Fahrrad
• Park & Ride
• PKW Mitfahrer
29

Entscheidungsfunktion (Modell des homo oeconomicus)
p
ij
= f(
Si
, X
j
)
mit
P ij :
Auswahlwahrscheinlichkeit für Alternative j durch einen
Verkehrteilnehmer i
f: Entscheidungsfunktion
S i :
X j :
Menge von Merkmalen des Verkehrsteilnehmers
Menge von Merkmalen der Alternative j
30

Einflussfaktoren auf die Verkehrsmittelwahl (1)
Eigenschaften der Ortsveränderung selber:
• Fahrtzweck
• Zeitpunkt der Fahrt
Eigenschaften des Verkehrsmittels:
• Zeitaufwand, Kosten (Verkehrsangebot)
• Parkplatzverfügbarkeit
• Komfort und Bequemlichkeit
• Regelmässigkeit und Zuverlässigkeit
• Sicherheit
31

Einflussfaktoren auf die Verkehrsmittelwahl (2)
Eigenschaften des Verkehrsteilnehmers:
• Einkommen
• Pkw-Verfügbarkeit
• Führerscheinbesitz
• Halbtax Besitz / GA
• Haushaltsstruktur
• Lage des Wohnorts
32

Quantifizierung des subjektiven Nutzens
U = V +
gj
gj
ε
gj
U gj
V gj
ε gj
: subjektive Nutzen einer Alternative j für Personengruppe g
: deterministischer, objektiver Nutzenbetrag
: zufallsanhängiger, stochastischer Nutzenbetrag
33

Nutzenfunktion V
=
+
Vgijm
αgm
βgm
1X
ijm1
βgm2
X
ijm2
+
+
...
=
α
gm
+∑
k
β
gmk
X
ijmk
mit
V gijm
α gm
β gmk
X ijmk
Nutzen von Verkehrsmittel m der Personengruppe p für die Fahrt
von i nach j
Konstante für Personengruppe g und Verkehrsmittel m
Bewertung von Attribut k für die Gruppe g und Verkehrsmittel m
Wert des Attributs k für Verkehrsmittel m für die Fahrt von i nach j
Beispiele für X ijm
• Reisezeit
• Kosten
• Bedienungshäufigkeit
• Besitz Mobiliätswerkzeuge (PW, GA,…)
34

Logit Modell
P
gj
= N
e
∑
i=
1
V
gj
e
V
gi
mit
P gj : Auswahlwahrscheinlichkeit für Alternative j in Personengruppe g
V gj : objektiver Nutzenbetrag der Alternative j für Personengruppe g
N : Zahl der Alternativen
35

Verkehrsmittelwahl - Implementierung
LIV
MIV
ÖV
Alle
Fahrtzwecke
Modell Parameter (b)
Pendler Nutzfahrt Einkauf
Freizeit
Konstante -6.768 -6.16 -8.767 -2.769 -9.179
Fahrzeit (h) -5.12 -4.114 -8.743 -4.247 -6.683
Fahrzeit (h) -0.893 -1.654 -1.937 -2.496 -0.984
Preis (SFr) -0.05 -0.205 -0.03 -0.223 -0.067
Fahrzeit (h) -0.609 -1.512 -1.208 -2.078 -0.728
Preis (SFr) -0.05 -0.205 -0.03 -0.223 -0.067
Zugangszeit (h) -2.093 -4.129 -2.469 -4.172 -1.218
Intervall (h) -0.446 -0.638 -1.27 -0.393 -0.513
Umsteigezahl -0.304 -0.451 -0.322 -0.302 -0.34
36

Beispiel
1.0
Auswahrscheinlichkeit IV [%]
0.8
0.6
0.4
0.2
Beobachtet
Geschätzt mit optimalen betas
0.0
-30 -20 -10 0 10 20 30
Reisezeitdifferenz ÖV-IV
37

Wie werden die Gesetzmässigkeiten ermittelt ?
Methoden:
• Revealed Preference (RP)
• Stated Preference (SP)
Querschnitt:
• Beobachtung heutigen Verhaltens
• Befragung zum heutigen Verhalten
Längsschnitt:
• Vergleich von früherem und heutigem Verhalten
Hypothetische Märkte:
• Befragungen zu möglichen künftigen Verhalten
Jeweilige Beschreibung der Entscheidungssituation
38

Ergebnis: MIV und OeV-Verkehrsströme
etc….
39

Übersicht Nachfrageberechnung für das 4 Stufen Modell
Aktivitätenbedürfnis:
Zielwahl:
Verkehrsmittelwahl:
40

4 Stufen Modell: Umlegung
Verkehrserzeugungsmodelle
Quellverkehr Zelle i: Qi
Zielverkehr Zelle j: Zj
Zielwahlmodelle
(oder Verteilungsmodelle)
Ortsveränderung von Zelle i nach
Zelle j: Fij
Verkehrsmittelwahlmodelle
(oder Modal-Split-Modelle)
Ortsveränderung von Zelle i nach
Zelle j mit Verkehrsmittel m: F ijm
Umlegungsmodelle
(oder Verkehrswegewahlm.)
Ortsveränderung von i nach j mit
Verkehrsmittel m auf Route r: F ijmr
41

Eine Route
i
r 1
Schwerpunkt
Einspeisung
42

Zwei Routen
r 1
r 2
Schwerpunkt
Einspeisung
43

Intrazonaler Verkehr (F ij ) wird nicht umgelegt
r 1
r 2
Schwerpunkt
Einspeisung
44

Intrazonale Nachfrage kann jedoch berechnet werden
i
P i
A i
P 1
A 1
A 2
P 2
A 4
P 4
P 3
A 3
45

Umlegung vs. Routenwahl
• Routenwahl:
Wahl des einzelnen Reisenden zwischen den möglichen
Routen zwischen zwei Orten.
• Umlegung:
Verteilung der Nachfrage zwischen zwei Orten auf die
möglichen Routen unter Einhaltung bestimmter
Randbedingungen.

Umlegung

Umlegung: Zeitliche Aspekte
Statisch:
• Modellierung der durchschnittlichen Belastung über längere
Zeiträume:
• Spitzenstunden (1h, 2h oder 4h)
• Tag
Dynamisch:
• Modellierung der Belastungen in kurzen Intervallen
• Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen Intervallen
48

Gleichgewichtsumlegung – Kürzeste-Wege-Umlegung
49

Auslastung Region Zürich Nord
50

Unterschied der ÖV und MIV Umlegung
• Takt der Fahrzeuge
• Abfahrtszeiten diskret
• Verschiedene Etappen in einem Weg
51

Verschiedene OeV Umlegungen
• Verkehrssystemfeine Umlegung
• Taktfeine Umlegung
• Fahrplanfeine Umlegung
52

Beispiel OeV Umlegungen
53

Klassifikation
Intrazonaler Verkehr
Durchgangsverkehr
Zielverkehr
Quellverkehr
Die Fahrt- bzw
Wegeanzahl ist abhängig
von der Zonenauflösung
Interzonaler Verkehr=
Quellverkehr+Zielverkehr+Durchgangsverkehr
54

Darstellung der Netzbelastung
Strecken:
• Balken (Balkendicke Zahl der Fahrten)
Kreuzungen:
• Knotenströme
Haltestellen:
• Säulen (Zahl der Einsteiger, Aussteiger und Umsteiger)
55

Validierung und Kalibrierung
Vergleich von:
Reiseweiten- oder Reisezeitverteilung
• der Verkehrsverteilung
• aus Befragung
Modal-Split Anteile
• des Verkehrsmoduswahlmodells
• aus Befragung
Streckenbelastungen
• der Umlegung
• gezählte Werte
56

Reiseweiteverteilung: Alle Zwecke
100
90
80
70
%
60
50
40
30
20
MIV-Matrix (Modell)
ÖV-Matrix (Modell)
LIV-Matrix (Modell)
MIV-Matrix (MZ 2000)
ÖV-Matrix (MZ 2000)
LIV-Matrix (MZ 2000)
10
0
1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 201
Km
57

Plausibilisierung der Matrixstruktur : Beispiele
• Querschnittszählungen (Umlegung)
• Strasse (ASTRA, kantonale Zählungen)
• ÖV (Betreiber, Kantone)
• Quell-/Ziel-Erhebungen
• Pendlermatrix (Volkszählung), letzte im Jahr 2000
• Alpen- und grenzenquerende Erhebungen
• SBB-Erhebungen
• Reiseweiten etc: Mikorzensus 2010
• Rückkoppelungen
58

MIV: Umlegung / Zählung
59

Softwareprodukte
Cube: www.citilabs.com
Emme/3: www.inro.ca/en/products/emme/index.php
Estraus: www.mctsoft.com/english/html/estra2.htm
OmniTrans: www.omnitrans-international.com/
Saturn: www.saturnsoftware.co.uk/7.html
Transcad: www.caliper.com/tcovu.htm
Visum: www.ptv-vision.com/de/produkte/visiontraffic-suite/ptv-visum/
60

Ausblick Praktikum
• Verkehrsnetz
• Verkehrserzeugung und –verteilung
• Verkehrsmittelwahl
• Umlegung
• Kalibrierung
• Massnahmen entwickeln
61

Grundlagen
• VISUM Software
• Verkehrsnetze und Nachfrage
• Aufgabenbeschreibung und Inhaltsverzeichnis
• Vorlagen (auch unter www.ivt.ethz.ch/education/index)
62

Aufgabenstellung
63

Analyse und Prognosen
• Engpassanalyse
• Festlegung der Massnahmen und Varianten
• Nachfragewirkungen und Variantenvergleich
• Bewertung der Varianten und Zielerreichung
• Entscheidung
64

Ablauf Modellerstellung: Ist-Zustand
• Untersuchungsgebiet, Zonierung, Verkehrsangebot
• wird zur Verfügung gestellt
• Modellparameter (Gesetzmässigkeiten)
• wird zur Verfügung gestellt
• Berechnung Verkehrsnachfrage:
• Verkehrserzeugung
• Verkehrsverteilung
• Verkehrsmittelwahl
• Umlegung und Kalibrierung
• Ergebnis: Quell-Ziel-Ströme und Belastungen ÖV / MIV
65

Arbeitsschritte (1): Verkehrsnachfrage
• Aufgaben, Hintergründe, Ziele und des Vorgehens.
• Erläuterung des Anwendungsbeispiels, Datengrundlagen
(Einführung in die Bearbeitung von Verkehrsnetzen).
• Verkehrsmodell: Theoretische Grundlagen, Anforderungen,
Ansätze und Software.
• Vorgehen, Methodik und Resultate der
• Verkehrserzeugung.
• Verkehrsverteilung.
• Verkehrsmittelwahl.
66

Arbeitsschritte (2): Umlegung und Kalibrierung
• Erläuterung des Vorgehens und der Methodik für die
Umlegung.
• Vergleich mit Erhebungsdaten (Graphik und r 2 ).
• Modellkalibrierung
• Differenzdarstellung
• Reiseweitenverteilung
67

Arbeitsschritte (3): Massnahmenentwicklung
• Verkehrsplanerische Auswertung der Ist-Situation.
• Analyse der Belastungen und Auslastungen
• Erfassen von Engpässen
• Zielkonzept
• Daraus die Ableitung von sinnvollen Massnahmen.
• Implementierung der Massnahmen im Verkehrsmodell.
• Belastungen
• Verkehrsmittelwahl (Pivot Point), und Differenzplot
• «Spinnenanalyse»
68

Arbeitsschritte (4): Auswertung
• Berechnung der Auswirkung auf die Verkehrsnachfrage:
Fz.km, Fz.h (MIV), Pers.h (MIV, ÖV)
• Analyse der ermittelten Ergebnisse mit und ohne
Massnahmen, Abbildung der
• Belastungen
• Auslastungen
• Differenzen der Belastungen
• Interpretation.
69

Bericht
Bericht (80% der Note)
• Vollständigkeit (siehe oben)
• Abbildungen und Legenden
• Style Guide (www.ivt.ethz.ch/education/index)
Präsentation (20%) [10 min Dauer!!]
• Wesentliche Resultate
• Vorlagen (www.ivt.ethz.ch/education/index)
70

Abgabe Praktikum Siedlung und Verkehr
• Bericht (max. 30 Seiten total), bis 28. Mai per Mail.
• Vortrag (gemäss Vorlage, max. 10 min), am 21. / 28. Mai
71

Literatur
Axhausen, K.W., P. Fröhlich und M. Tschopp (2006) Changes in
Swiss accessibility since 1850, Arbeitsberichte Verkehrs- und
Raumplanung, 344, IVT, ETH Zürich, Zürich.
BfS (2012) Mobilität in der Schweiz – Ergebnisse des Mikrozensus
Mobilität und Verkehr 2010, Bundesamt für Statistik, Neuchâtel.
Bodenmann, B.R. (2011) Location Choice of Firms with Special
Emphasis on Spatial Accessibility, Dissertation, IVT, ETH
Zürich, Zürich.
72