Factors influencing the quality of macroscopic travel demand models in person transport
Final Report Abstract
Verkehrsnachfragemodelle sind ein wichtiges Werkzeug der Verkehrsplanung. Sie werden eingesetzt, um vorhandene Zustände in einem Verkehrsnetz zu rekonstruieren und um die Wirkungen zukünftiger Entwicklungen oder geplanter verkehrlicher Maßnahmen abzuschätzen. Auf diese Weise dienen Verkehrsnachfragemodelle der Vorbereitung verkehrsplanerischer, betriebsplanerischer, verkehrstechnischer und verkehrspolitischer Entscheidungen. Da die Modellergebnisse Grundlage für vielfältige Entscheidungen sind, erwarten die Nutzer der Modelle eine angemessene Qualität der Ergebnisse. Ziel des Forschungsprojektes ist es, Methoden zur Ermittlung der Qualität von Verkehrsnachfragemodellen zu entwickeln und die Bedeutung einzelner Einflussgrößen auf die Qualität der Modellergebnisse zu untersuchen. Zunächst wird eine Systematik zur Klassifikation von Modellen in der Verkehrsnachfragemodellierung des Personenverkehrs entwickelt. Die Klassifikation bietet eine Möglichkeit Modelltheorien für die Zwecke der Forschung und Lehre zu beschreiben und einzuordnen. Um die Güte eines Verkehrsnachfragemodells nachzuweisen, müssen die Abweichungen zwischen Erhebungswerten und Modellwerten quantifiziert und durch geeignete Gütemaße bewertet werden. Dazu wird unter anderem das Gütemaß SQV (Scalable Quality Value) zum Vergleich von Einzelwertpaaren entwickelt. Es lässt sich durch seine Skalierbarkeit zur Bewertung von Abweichungen in verschiedenen Wertebereichen verwenden, wie z.B. für stündliche oder tägliche Verkehrsstärken, die tägliche Wegeanzahl pro Person oder die Reiseweiten pro Wegezweck. Im Forschungsprojekt wurden zudem Vorgehensweise und Gütemaße für den Vergleich von Verteilungen (z.B. Reiseweitenverteilungen) und Matrizen untersucht. Für die Bestimmung der Konvergenz von Gleichgewichtsumlegungen wird das vorhandene Gütemaß Relative Gaps so verallgemeinert, dass es nicht nur für deterministische Nutzergleichgewichtsumlegungen, sondern auch für Logit-basierte stochastische Nutzergleichgewichtsumlegungen einsetzbar ist. Um eine angemessene Güte eines Verkehrsnachfragemodells zu gewährleisten, ist zudem eine möglichst standardisierte Qualitätssicherung erforderlich. Die Qualitätssicherung bei der Nachfragemodellierung ist kein einmaliger Verfahrensschritt, sondern ein Prozess, der in alle Stufen der Modellerstellung eingebunden werden sollte. Dazu wird ein Qualitätssicherungsprozess für den Aufbau eines Verkehrsnachfragemodells entwickelt. Die dabei verwendeten Begriffe (Verifizierung, Überprüfung, Parametereinstellung, Kalibrierung und Validierung) werden mit den bekannten internationalen Richtlinien abgestimmt. Die Qualität von Verkehrsnachfragemodellen wird von mehreren Einflussgrößen bestimmt. Ausgewählte Einflussgrößen werden im Rahmen dieses Projektes simulativ in Experimenten untersucht. Dafür werden spezielle virtuelle Mobilitätsdatenbasen erzeugt bzw. auf eine vorhandene Mobilitätsdatenbasis zurückgegriffen. In den durchgeführten Experimenten wurde der Einfluss der Stichprobengröße, der Segmentierung der Nachfrage und der verwendeten Modelltheorie untersucht. Die Ergebnisse zeigen u.a., dass der Einfluss der Modelltheorie (z.B. Einzelwegmodelle und Wegekettenmodelle) auf das Ergebnis kleiner ist, als der Einfluss allgemeiner Annahmen bei makroskopischen Nachfragemodellen (z.B. mittleres Verhalten in einem Nachfragesegment). Für andere Einflussgrößen werden Empfehlungen gegeben. Beispielsweise werden der Einfluss der Verkehrszellenanzahl und der Einfluss von ungenauen Siedlungsstrukturdaten untersucht. Durch die gewonnenen Erkenntnisse und durch Synergien mit anderen Projekten zur Qualitätssicherung von Verkehrsnachfragemodellen können Anforderungen an Verkehrsnachfragemodelle abgeleitet werden. Auf diese Weise ist eine Sammlung von Hinweisen und Empfehlungen für 20 Themen der Verkehrsnachfragemodellierung entstanden, die den Stand der Erfahrungen in der Verkehrsnachfragemodellierung wiedergibt. Die Sammlung kann Modellierern sowohl bei der Erstellung von Modellspezifikationen als auch bei der Implementierung von Modellen helfen. Abschließend werden auf den Ergebnissen dieses Forschungsprojektes ausgewählte Modellerweiterungen identifiziert, die für zukünftige makroskopische Verkehrsnachfragemodelle anzustreben sind.
Publications
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Qualitätssicherung von Verkehrsnachfragemodellen. Straßenverkehrstechnik 60 (2016) Nr. 10, S. 658–670
Pestel, Friedrich, Schiller, Schimpf, Heidl, Pillat
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Quality assessment of distributions in transport modelling,7th Symposium of the European Association for Research in Transportation (hEART 2018), Athen, 2018
Pestel
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Generalizing the relative gap for measuring the convergence of a logit-based user-equilibrium assignment. TRB Annual Meeting 2019, Washington, D.C.
Simon, Schiller, Friedrich, Pestel
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Scalable GEH: A Quality Measure for Comparing Observed and Modeled Single Values in a Travel Demand Model Validation. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board 2673 (2019) Nr. 4, 722-732
Friedrich, Pestel, Simon, Schiller
