Forschungsprofil

Verkehrssystemplanung beschäftigt sich damit, wie Verkehr als System funktioniert. Dies bezieht sich insbesondere auf das Zusammenspiel der verschiedensten Verkehrsträger, z.B. Flugzeug, Bahn, Auto, Fahrrad, oder zu Fuß. Aus Benutzersicht besteht das Problem darin, die verschiedensten Verkehrsträger möglichst gut zu benutzen. Insbesondere der intermodale Verkehr stellt den Benutzer vor erhebliche individuelle Planungsprobleme. Wir beschäftigen uns vor allem mit der Computer-Simulation dieser Entscheidungsprozesse. Aus Betreibersicht besteht das Problem darin, das Zusammenspiel zwischen den Moden so gut wie möglich zu steuern, insbesondere im Hinblick darauf, ein gutes System für die Benutzer zu schaffen. Hier beschäftigen wir uns damit, unsere Simulationsmodelle anzuwenden, um für Betreiber (einschl. dem Staat) möglichst gute Lösungen zu finden. Verkehrstelematik beschäftigt sich damit, wie diese Systeme gesteuert werden, insbesondere mit Geräten, die über größere Entfernungen wirken. Dazu gehören z.B. die Signalsteuerung aus Leitzentralen, sich selbst organisierende Ampeln, individuelle Zielführungssysteme, oder elektronische Zahlungssysteme (Maut). In allen Fällen ist für uns primär interessant, wie diese Systeme betrieben werden sollten, also wie man auf die in das System hineinfließenden Daten möglichst gute Steuerungsantworten findet. Die wichtigste Methode unserer Arbeiten sind mikroskopische Multiagentensimulationen. Bei dieser Methode werden alle Einheiten des Systems, also insbesondere die reisenden Personen, aber auch z.B. Ampeln, Wechselwegweiser, etc., individuell modelliert. Dies erlaubt den direkten Einsatz von verhaltensbasierten Modelle, in die z.B. neueste Erkenntnisse aus Psychologie oder Sozialwissenschaften einfließen können. Einen Eindruck von unseren Arbeiten geben die folgenden beiden Bilder (Abb.1 und 2), die beide aus der gleichen Simulation stammen.

Tendenziell beschäftigen wir uns mit allen Verkehrsmitteln, also neben Autos auch mit Fußgängern, Fahrrädern, öffentlichem Verkehr, Schiffen, usw. Im Hinblick auf die Implementierung der jeweiligen Modelle sind wir unterschiedlich weit fortgeschritten. Die folgenden beiden Bilder zeigen eine Simulation einer Evakuierung der Haupthalle des Züricher Hauptbahnhofes (Abb. 3); und eine Simulation von Fußgängern (Touristen) in den Alpen (Abb. 4).

Wesentlicher Bestandteil dieser Simulationen ist, dass die simulierten Agenten vollständige Tagespläne haben. Verkehr entsteht also dadurch, dass die Agenten verschiedene Aktivitäten (z.B. Schlafen, Arbeiten, Einkaufen, Freizeit) an unterschiedlichen Orten ausführen wollen. Dies erlaubt, dass die simulierten Agenten als Reaktion auf das Verkehrssystem nicht nur z.B. die Routen oder den Verkehrsträger ändern, sondern z.B. auch die Orte von Aktivitäten, oder die Aktivitäten selber. Eine häufige Reaktion in stark belasteten Verkehrssystemen ist z.B., dass zwischenzeitliche Stopps zu Hause zunehmend unterdrückt werden. Die Aktivitäten der Menschen ändern sich dann kaum; aber durch die Aneinanderreihung von Aktivitäten entstehen völlig andere Start-Ziel-Beziehungen; möglicherweise wählen sie sogar völlig andere Ziele.

Auf die Simulation kann man dann praktische beliebige weitere Modelle und/oder Analyse- und Bwertungsmethoden aufsetzen - z.B. Emissionsberechnungen oder Nutzen-Kosten-Analyse. Insbesondere erlaubt der mikroskopische Ansatz den direkten Zugriff auf alle individuellen Einheiten der Simulation im Sekundentakt. Dies ermöglicht die Entwicklung völlig neuer Verfahren. Z.B. kann man für Abgas-Emissionen berücksichtigen, ob ein Fahrzeug noch einen warmen Motor von einer vorhergehenden Fahrt hat; oder man kann für Lärm-Immissionen berücksichtigen, wo sich betroffene Personen aufhalten.

Im Telematikbereich unterscheiden wir zwischen zwei Arbeitsrichtungen: Methodik zum Betreiben von Verkehrstelematik, und Methodik zum Bewerten von Verkehrstelematik.

• Methodik zum Betreiben von Verkehrselematik bezeichnet jene (meist algorithmische) Methodik, welche sinnvoll eingesetzt werden kann, sobald die technische Infrastruktur vorhanden ist.  Z.B.: Sobald individuelle Routingsysteme implementiert sind, welche Routen gibt man den Reisenden?  Solche, die in der Vergangenheit am besten waren; solche, die gerade jetzt (instantan) am besten wären; solche, für die das System (simulationsbasiert) erwartet, dass sie die besten sein?  Gibt man allen Reisenden die gleiche Information (Gefahr der Überreaktion), oder kann/sollte man variieren?
  
  Ein wichtiger Schwerpunkt besteht hier im Bereich der Zustandsschätzung- also der Frage, wie man aus unvollständiger Sensor-Information über das Verkehrssystem durch die Zuhilfenahme von Modellen möglichst viele Aspekte des vollständigen Zustandes rekonstruieren kann.  Dies ist eine wichtige Grundlage, um sinnvolle Betreiber-Entscheidungen überhaupt zu ermöglichen.
• Verkehrstelematik ist oft, aber nicht immer, eine gute Methode zur Lösung eines Verkehrsproblems.  Genauso wie traditionelle Baumaßnahmen einer oder mehreren Bewertungen unterzogen werden (z.B. Nutzen-Kosten-Analyse), so sollten auch Verkehrstelematik-Maßnahmen solchen Bewertungen unterzogen werden - und nur wenn die Telematik-Maßnahme hier im Vergleich besser abschneidet, sollte sie gewählt werden.  Hier stellt sich allerdings heraus, dass die traditionellen Computermethoden zur Verkehrplanung Telematik-Maßnahmen gar nicht oder nur schlecht abbilden können, weil diese Methoden die zeitliche Dynamik des Verkehrs über den Tag hinweg gar nicht oder nur unvollständig abbilden, andererseits aber der prognostizierte Nutzen von Verkehrstelematik gerade auf der zeitlichen Dynamik beruht.  Hier kommt wieder unser Multiagenten-Ansatz zum Einsatz, bei dem die synthetischen Reisenden im Ablauf eines Tages individuell simuliert werden, einschl. möglicher Reaktionen auf Telematik-Geräte.

Weitere Aktivitäten bestehen in den Bereichen "Verkehrsevolution und die Durchsetzung neuer Verkehrssysteme", "Konzepte zum besseren Verständnis von Freizeitverkehr", sowie "Konzepte zum besseren Verständnis von Wirtschaftsverkehr".

Information über laufende Projekte findet man hier.

Bei der Bearbeitung von Forschungsprojekten arbeitet das Fachgebiet mit namhaften Institutionen (DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, FAV Forschungs- und Anwendungsverbund Verkehrssystemtechnik, ETH Zürich, Bundesministerium für Bildung und Forschung) zusammen und bindet Studierende verschiedener Fachbereiche ein. Dabei handelt es sich vor allem um künftige Verkehrsingenieure (Studienrichtungen Planung und Betrieb, Kraftfahrzeugtechnik und Luft- und Raumfahrttechnik) und Wirtschaftsingenieure. Dazu kommen Stadt- und Regionalplaner, Geographen, Betriebs- und Volkswirte, Politologen sowie Naturwissenschaftler.

Inhaltliche Schwerpunkte bei der Lehre: 

• Anwendung von Simulationsmodellen für Verkehr 
• Entwicklung und Implementation von Simulationsmodellen für Verkehr
• Analyse und Bewertung von Verkehr
• Verkehrstelematik 

Siehe auch hier.