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A multi-modal social force model for conflict analysis and assessment of traffic safety and capability of shared spaces

Subject Area Traffic and Transport Systems, Intelligent and Automated Traffic
Structural Engineering, Building Informatics and Construction Operation
Term from 2013 to 2022
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 248905318
 
Final Report Year 2022

Final Report Abstract

In diesem Projekt wurde ein neues Simulationsmodell für die realistische Abbildung der Bewegungsabläufe auf Verkehrsflächen nach dem Shared Space-Gestaltungsprinzip entwickelt. Dabei wurde auf Basis des Soziale-Kräfte-Modells (SKM) ein mehrstufiger Ansatz eingeführt, welcher die drei Bewegungsmuster freie Bewegung, vorausschauendes Verhalten durch Antizipieren von Konfliktsituationen und ad hoc-Reaktion abbildet. Anschließend wurde eine simulationsbasierte Methode zur Bewertung der Leistungsfähigkeit eingeführt und diese an einer realen Verkehrsfläche verifiziert. Um dieses Verhalten im Modell abbilden zu können wurden die drei übergeordneten Aspekte Bewegung, Konflikterkennung und Reaktionsverhalten als notwendige Erweiterungen des SKM identifiziert, modelliert und anschließend programmtechnisch umgesetzt. Dafür wurde eine Bewegung entlang vorgegebener Trajektorien in das SKM integriert. Diese stellt die Basis für eine Konflikterkennung dar, die mithilfe von extrapolierten Trajektorien die Modellierung einer subjektiven Einschätzung der Situation durch jeden simulierten Verkehrsteilnehmer ermöglicht. Das Resultat eines erkannten Konflikts ist in der Regel ein vorausschauendes Verhalten, mit dem die Einhaltung eines ausreichend großen Abstands zu allen anderen Verkehrsteilnehmern erreicht werden soll. Um ein derartiges Verhalten abbilden zu können, wurde das SKM erweitert, indem zunächst eine Entscheidungsebene in das Modell integriert wurde. Die auf dieser Ebene getroffene Entscheidung wird in Form verschiedener Reaktionsmechanismen in das modifizierte SKM eingebunden. Die entwickelten Mechanismen modellieren ein vorausschauendes Verhalten mittels neu formulierter, situationsabhängiger Kräfte, die eine sukzessive Ausweichbewegung und Anpassung der Geschwindigkeit hervorrufen. Mit der Implementierung dieses Modells im Rahmen der Simulationsumgebung MODIS wurden verschiedene Szenarien modelliert und simuliert. Um die Plausibilität der Simulationsergebnisse beurteilen zu können, wurden aufgezeichnete Daten von verschiedenen Knotenpunkten in Norddeutschland zum Vergleich herangezogen. Es konnte gezeigt werden, dass das Modell bei Verwendung passender Konflikt- und Reaktionsparameter in den untersuchten Situationen qualitativ und hinsichtlich Geschwindigkeitsprofilen und zurückgelegter Distanzen auch quantitativ in der Lage ist, die beobachteten Verhaltensweisen zu replizieren. Im Verlauf der beiden Projektphasen haben sich an verschiedenen Stellen im Projekt sinnvolle Anknüpfungspunkte für weitergehende Forschungstätigkeiten ergeben. Bereits bei den ersten Datensichtungen hat sich eine mögliche tiefergehende Analyse des Verhaltens sozialer Gruppen, insbesondere im Konfliktfall im Vergleich zu einzelnen Verkehrsteilnehmern, als vielversprechender Untersuchungsgegenstand für zukünftige Forschungsvorhaben herausgestellt. Weiterer Forschungsbedarf zeigte sich im Bereich der Modellkalibrierung anhand makroskopischer Parameter. Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden einzelne Modellparameter durch Minimierung des räumlich-zeitlichen Unterschieds zwischen simulierten und beobachteten Trajektorien mithilfe eines genetischen Algorithmus kalibriert. Während es diese Methodik ermöglicht, Simulationsparameter zu identifizieren, mit denen sich bei mikroskopischer Betrachtung realistische Simulationsergebnisse erzielen lassen, werden makroskopische Parameter wie etwa Reaktionszeitpunkte oder Verteilungen der minimalen Abstände und Geschwindigkeiten nicht bei der Kalibrierung, sondern erst bei einer darauffolgenden Validierung berücksichtigt. Ein zukünftiges Forschungsvorhaben sollte hier weiterhin eine stochastische Fluktuation der simulierten Verhaltensweisen berücksichtigen, um die große Bandbreite der menschlichen Verhaltensweisen realistisch abbilden zu können.

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