Untersuchung des Verkehrsflusses durch KI-Anwendungen
Verschiedene Fragestellungen der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung im Zusammenhang mit Auslastung und Nutzung der Binnenwasserstraßen sind nur mithilfe eines Verkehrssimulationsmodells effizient bewertbar. Beispiele sind Fragen nach Kapazitäten, Engstellen und Transportmengen.
Aufgabenstellung und Ziel
Die performante Untersuchung von Verkehrsströmen ist eine wichtige Komponente für verkehrliche und wirtschaftliche Untersuchungen an Binnenwasserstraßen. Verkehrssimulationsmodelle ermöglichen es, auch unbeobachtete Verkehrsflüsse zu analysieren und zukünftige Entwicklungen zu prognostizieren. Als Beispiele sind Engstellenanalysen sowie Untersuchungen zu Verkehrskapazitäten und Transportmengen in Abhängigkeit von Flottenstrukturen zu nennen. Eine Veränderung der Flottenstruktur kann durch unterschiedliche Faktoren begründet sein. Diese sind zum einen langzeitige Entwicklungen, wie Tendenzen zu größeren Schiffen, Änderungen wirtschaftlicher Konjunkturphasen oder mögliche Anpassungen an klimatische Änderungen und zum anderen kurzzeitige Einflüsse, wie extreme Wetterlagen und Wasserstände oder verkehrliche Engstellen. Engstellen können z. B. durch Havarien, Baumaßnahmen, aber auch Fehltiefen verursacht werden. Alle genannten Faktoren wirken sich auf die verkehrliche Leistungsfähigkeit der Wasserstraße und die Gütertransportmengen aus.
In Kooperation mit der „Professur für Ökonometrie und Statistik, insbesondere im Verkehrswesen“ der TU Dresden wird das Mikrosimulationsmodell für Binnenwasserstraßen PERSIST (Performant Simulation of Inland Ship Traffic) entwickelt (Stachel und Hart 2021), welches vorrangig am Niederrhein, darüber hinaus aber auch an anderen Wasserstraßen, angewendet werden soll.
Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV)
Mithilfe des Verkehrssimulationsmodells lassen sich an hochfrequentierten Abschnitten Engstellen identifizieren, die eventuell die Kapazität der Wasserstraßen vermindern. Zudem können Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs unter Berücksichtigung veränderter hydrologischer Bedingungen, z. B. infolge des Klimawandels, untersucht werden. Damit erhält die WSV frühzeitig Informationen über potentielle verkehrliche Engstellen, welche die Wirtschaftlichkeit der Binnenschifffahrt einschränken. Die Verkehrssimulation ist darüber hinaus ein Werkzeug, mit dem sich, z. B. im Rahmen einer Verkehrsprognose und Reiseunterstützung, voraussichtliche Ankunftszeiten (ETA = Estimated Time of Arrival) von Schiffen an Schleusen und Zielhäfen ermitteln lassen.
Untersuchungsmethoden
Im bisherigen Projekt wurde bereits die Lateral and Longitudinal Control Policy zur lateralen und longitudinalen Steuerung eines Schiffes hinsichtlich des logischen Koordinatensystems sowie eine Decision Making Policy, welche die Überholentscheidungen des Schiffes kontrolliert, entwickelt. Um die Einsetzbarkeit von PERSIST als Fast-Time Simulator auch für anspruchsvolle Simulationsszenarien (mehr als 100 Schiffe, große Teile des Rheins) aufrecht zu erhalten, wurde PERSIST für die Parallelisierung auf Rechensystemen mit vielen CPU-Kernen vorbereitet.
Anstatt alle Schiffe in einem Prozess auf einem Rechner zu simulieren, kann die Simulation nun auf beliebig viele unabhängige Prozesse verteilt werden, auch auf mehreren miteinander vernetzten Rechnern oder auf einem Großrechner mit vielen Rechenkernen. Auf einem physischen Rechenkern läuft jeweils nur ein Prozess. Bei der Verkehrssimulation bietet es sich an, den gesamten zu simulierenden räumlichen Bereich in mehrere gleich große Abschnitte zu unterteilen, den Schiffsverkehr auf diesen Abschnitten getrennt zu simulieren, d. h. zu prozessieren, und anschließend wieder zusammenzufügen. Die Anzahl der Abschnitte kann somit vor Beginn der Simulation flexibel an die Ressourcenverfügbarkeit des (Groß-)Rechners angepasst werden. (Text gekürzt)
Der Güterverkehr in Deutschland ist für erhebliche Belastungen der Umwelt und des Klimas verantwortlich. Er wächst weiter deutlich, so stieg die inländische Güterverkehrsleistung zwischen 1991 und 2019 um 75 %, insbesondere der Straßengüterverkehr (Umweltbundesamt 2022). Auch die Kommunen werden durch den innerstädtischen Güterverkehr stark belastet. Nutzfahrzeuge haben einen überproportionalen Anteil an den innerstädtischen Emissionen in die Luft von Feinstaub, Stickoxiden und Treibhausgasen. Sie verursachen belastende Lärmemissionen und gefährden die Sicherheit des Verkehrs, vor allem durch Konflikte zwischen dem Güterverkehr und Fuß- bzw. Radverkehr. Die Kommunen sind auch durch das Lkw-Parken in Wohn- und Gewerbegebieten belastet. Parkende und durchfahrende LKW vermindern die Aufenthaltsqualität und Attraktivität von Quartieren und wirken sich negativ auf den Verkehrsfluss aus. Nicht zuletzt belasten sie die Infrastruktur und verursachen so erhebliche Kosten.
Gleichzeitig ist der urbane Güterwirtschaftsverkehr das Rückgrat für umfassende Ver- und Entsorgungsfunktionen und eine zentrale Säule ökonomischer Aktivitäten. Der Wirtschaftsverkehr in urbanen Räumen muss zudem spezifischen Anforderungen gerecht werden, denen allein mit negativplanerischen Ansätzen (Durchfahrverbote, Lieferzeitfenster) nicht adäquat begegnet werden kann. Hierfür ist ein Gesamtrahmen erforderlich, der eine nachhaltige urbane Logistik ermöglicht, beispielsweise durch unternehmerische Kooperation und komplexe Governance-Ansätze, intelligenten Lager- und Umschlagstrukturen oder umfassende Ladeinfrastrukturen für eine Energiewende vor Ort.
An dieser Stelle setzt das beabsichtigte Vorhaben an und hat das Ziel, die Bedeutung der urbanen Logistik für Kommunen systematisch aufzuarbeiten und vor allem Lösungen für die zunehmenden Belastungen zu entwickeln. Dabei soll der Fokus auf den kleineren Großstädten und Mittelstädten liegen, die bislang ganz überwiegend nicht über Wirtschaftsverkehrskonzepte bzw. personelle, organisatorische und finanzielle Ressourcen verfügen, um dem städtischen Güterverkehr eine nachhaltige Richtung zu geben.
Der genaue Zuschnitt der Untersuchungsräume soll im Projekt basierend auf der Klassifikation der Regionalstatistische Raumtypologie (RegioStaR 7) des BMDV entwickelt werden. Dafür sollen typische Netzwerkstrukturen erfasst und exemplarisch für einzelne Branchen oder Versorgungsfunktionen auch Knotenpunkte, also Lagerstandorte, Lagerkapazitäten und Umschlagpunkte untersucht werden. Die KEP-Dienste sollen nicht Schwerpunkt des Vorhabens sein, weil für diese bereits viele Lösungsansätze und Untersuchungen vorliegen.
Der Datensatz enthält die Verkehrslage in Echtzeit (Aktualisierung alle 5 Minuten) auf dem Hamburger Straßennetz und auf größeren Straßen im direkten Hamburger Umland sowie auf den durch Hamburg verlaufenden Autobahnen südlich bis Lüneburg, Hannover und Bremen und nördlich bis Itzehoe, Flensburg und Lübeck.
Die Verkehrslage ist in 4 Zustandsklassen eingeteilt, von Zustandsklasse 1, fließender Verkehr (grün) über Zustandsklasse 2, dichter Verkehr (orange) und Zustandsklasse 3, zäher Verkehr (rot) bis Zustandsklasse 4, gestauter Verkehr (dunkelrot).
Liegen für einzelne Segmente dauerhaft oder zeitweise keine Daten vor, wird keine Verkehrslage angezeigt.
Die Verkehrslage wird mit Hilfe eines Geschwindigkeitsindexes (GI) bestimmt. Dieser errechnet sich aus der aktuellen Geschwindigkeit geteilt durch die Geschwindigkeit bei freiem Verkehrsfluss. Die Einordnung in die Zustandsklassen ergibt sich nach folgenden Vorgaben:
Zustandsklasse 1: GI > 0,7,
Zustandsklasse 2: GI >= 0,4,
Zustandsklasse 3: GI >= 0,2,
Zustandsklasse 4: GI < 0,2
Grundlage der Verkehrslagedarstellung sind Floating Car Daten der Firma INRIX, die über die TraffGo Road GmbH bereitgestellt werden.
Der Datensatz enthält die Baustellensteckbriefe aus der Plattform „Bauweiser“. Diese werden durch die Realisierungsträger erstellt und gepflegt.
In den zugehörigen WMS- und WFS-Diensten sind nur diese Daten enthalten. Im ebenfalls vorhandenen WMS-Time-Dienst, der auch in den Geoportalen der FHH im Layer "Verkehrsmeldungen und Baustellen (WMS-Time)" dargestellt wird, sind zusätzlich die Meldungen der Hamburger Verkehrsmeldezentrale aus dem Traffic Information Center (TIC) enthalten (Datensatz "Aktuelle Verkehrsinformationen Polizei Hamburg", siehe unter Verweise).
Der Datensatz hieß bis Anfang Juli 2025 "Baustellen auf Hauptverkehrs- und Bundesfernstraßen Hamburg".
Bei inhaltlichen Fragen zu Baustellen in Hamburg wenden Sie sich an die Baustellenhotline unter 040 428 28 2020
oder
per Post an
Freie und Hansestadt Hamburg
Behörde für Verkehr und Mobilitätswende
Alter Steinweg 4
20459 Hamburg