@phdthesis{,
    author = {Bracher, Benedikt Andreas},
    title = {Intelligente verkehrsabhängige Steuerung einer Citymaut},
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    keywords = {Verkehrstechnik, Maut, Steuerung, intelligent, Mikrosimulation, Nutzerverhalten},
    abstract = {Das weltweit wachsende Verkehrsaufkommen stellt immer mehr Städte vor zunehmende Probleme. Aufgrund der hohen Siedlungsdichte ist es in der Regel nicht möglich, diese durch Ausbau der Straßeninfrastruktur zu lösen, so dass auf verkehrslenkende und -steuernde Maßnahmen zurückgegriffen wird. Eine dieser bereits von einigen Städten verwendeten Methoden ist die Erhebung einer Gebühr für Fahrten in dem belasteten Gebiet, eine sogenannte Citymaut. Bei allen weltweit bereits existierenden Citymaut-Systemen ist der Mautpreis jedoch starr festgelegt und nicht von der jeweils aktuellen Verkehrsbelastung im Mautgebiet abhängig. In dieser Arbeit wird eine Methode zur verkehrsabhängigen Steuerung einer Citymaut entwickelt. Mittels einer Simulation werden die verkehrlichen Auswirkungen der entwickelten Mautregelung ermittelt und mit den Auswirkungen anderer Mautsysteme mit starrer Preisgestaltung verglichen. So kann am Ende eine Preisstrategie empfohlen werden, welche die im Zuge der Arbeit an die Maut gestellten Anforderungen am besten erfüllt und die gesetzten Ziele bestmöglich erreicht. Ziel ist es hierbei, eine verkehrlich optimale Maut zu identifizieren, welche das Netzwerk möglichst lange im Bereich der optimalen Leistungsfähigkeit hält, und hilft Staus sicher zu vermeiden. Eine gewinnmaximierte Maut oder eine Maut mit größtmöglicher Reduktion der Verkehrsnachfrage ist nicht Ziel dieser Arbeit. Um die Mauthöhe verkehrsabhängig steuern zu können ist es Voraussetzung, den jeweils aktuellen Verkehrszustand des gesamten Netzwerkes zu kennen. Durch die hohe Anzahl an Straßen in einer Stadt ist es nicht möglich, diesen durch Detektion direkt zu messen. Auch eine Mikrosimulation scheidet aufgrund der immensen benötigten Rechenleistung aus. In dieser Arbeit wird daher auf die Theorie des Netzwerk-Fundamentaldiagramms (NFD) zurückgegriffen, mit welchem das gesamte Netzwerk makroskopisch simuliert werden kann. Hierdurch können die optimale Dichte und Leistungsfähigkeit des zu bemauteten Netzwerks ermittelt und der jeweilige Verkehrszustand schnell bestimmt werden. Dieser Ansatz bietet neben seiner guten Verständlichkeit mit der damit verbundenen Möglichkeit, die Berechnungsergebnisse nachzuvollziehen noch den Vorteil, dass er auf verschiedene Städte anwendbar ist. Hierfür ist es nur notwendig, das dem Steuerungsalgorithmus zugrundeliegende NFD auszutauschen und die Zielwerte neu zu bestimmen. Um die Mauthöhe automatisch entsprechend des jeweils aktuellen Verkehrszustandes festzulegen zu können, wird ein passender Algorithmus entworfen. Dabei werden mehrere unterschiedliche Preisbildungsstrategien getestet und ausgewertet. Hierbei hat sich der PID-Regler für diese Aufgabenstellung als am besten geeignet herausgestellt und wird für die weiteren Untersuchungen verwendet. In dieser Arbeit werden die verkehrlichen Auswirkungen unterschiedlicher Citymaut-Arten verglichen. Zu diesem Zweck werden Methoden entwickelt, mit welchen sich die jeweiligen Auswirkungen der unterschiedlichen Mautarten bestimmen lassen. Aufgrund der Unmöglichkeit, diese in einem Versuch zu messen, wird hierfür auf eine numerische Simulation zurückgegriffen. Es werden verschiedene Techniken entwickelt, um das Verhalten der Nutzer und deren Reaktion auf eine Maut nachzubilden und mathematisch zu modellieren. Da das Verhalten der Verkehrsteilnehmer auf den voneinander unabhängigen Teilentscheidungen der Routenwahl, der Verkehrsmittelwahl und der Abfahrtszeitenwahl beruhen, werden diese getrennt voneinander betrachtet. Für jede dieser einzelnen Wahlentscheidungen wird ein passendes Berechnungsverfahren entworfen, überprüft, und in die Simulation eingebunden. Als Testfeld für die Untersuchungen wird aufgrund der vorhandenen Verkehrsprobleme und der am Lehrstuhl vorliegenden Datenbasis die Stadt München gewählt, welche als drittgrößte Stadt Deutschlands eine hohe Repräsentativität für andere Metropolen besitzt. Für dieses Untersuchungsgebiet wurde eine Aimsun-Mikrosimulation erstellt, in welche die gefundenen Methoden zur Steuerung der Mauthöhe und zur Nachbildung des Nutzerverhaltens eingebunden sind. Mittels der erstellten Simulation werden für unterschiedliche Szenarien der Mautpreisberechnung die jeweiligen verkehrlichen Auswirkungen einer Citymaut bestimmt. Zur objektiven Bewertung der Simulationsergebnisse werden spezifische Kennwerte definiert, durch welche die Erfüllung der an die Maut gesetzten Ziele gemessen werden können. So kann die am besten funktionierende Mautpreispolitik identifiziert werden. Bei der Analyse der Ergebnisse stellt sich heraus, dass eine Gebietsmaut mit einer distanzbasierten Berechnung der Mauthöhe die besten verkehrlichen Effekte bei gleichzeitig möglichst geringer Beeinträchtigung der Erreichbarkeit des Zentrums erzielt. Auch bei den zu erwartenden Schadstoffemissionen sind nennenswerte Verbesserungen zu verzeichnen. Daher wird diese Maut vor einer Maut mit Teilgebieten oder einer Gebietsmaut mit zeitbasierter Mautpreisberechnung empfohlen. Cordonmautsysteme stellen sich als generell nicht tauglich für die gestellten Anforderungen heraus.},
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    school = {Universität der Bundeswehr München},
    
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