Capacity effects of variable speed limits on German freeways

AbstractVariable speed limits are applied on a number of heavily trafficked freeway sections in Germany. Besides the impact on road safety, variable speed limits harmonize traffic flow at high volumes and hence influence freeway capacity. The paper reports empirical findings obtained for several freeway sections with different speed control conditions in Germany. The capacity of each cross section is determined by analyzing the speed-flow relationship as well as by applying methods for stochastic capacity analysis. The results show that the main effect of variable speed limits is a significantly reduced variance of the capacity distribution function. Hence, the application of variable speed limits leads to a lower risk of a traffic breakdown at moderate volumes. In highway capacity guidelines, this effect can be considered by applying different thresholds of LOS E for freeway sections with and without variable speed limits

Development of Freeway Corridor Capacity Measure to Improve Transportation Resilience

69A3551747130Conventional methods to assess the quality of service on freeways are based on the comparison of a specific peak hour traffic demand to the capacity of the facility, which is usually measured at a single uniform bottleneck section. However, estimating the quality of service of one bottleneck section may not be sufficient to assess the performance of an entire freeway facility. A driver travelling along a freeway corridor may actually encounter multiple flow breakdowns at independent bottleneck sections, which affect the overall quality of service. This paper introduces a comprehensive approach that considers an entire freeway corridor as a system consisting of successive independent bottlenecks with different characteristics and can be used to estimate the optimum sustainable volume. The methodology is based on the Sustained Flow Index (SFI), which is defined as the product of traffic volume and the probability of survival at this volume. Optimum volumes of two real-world corridors are estimated based on the new derivations. The empirical results reveal that the optimum volume and the capacity of an entire corridor is less than those of its most restrictive bottleneck

Consideration of heavy vehicle traffic in modeling traffic flow at freeway interchanges

In der Untersuchung wurde der Einfluss des Schwerverkehrs auf den Verkehrsablauf an planfreien Knotenpunkten analysiert. Als Grundlage dienten Daten von Dauerzählstellen für die Analyse auf makroskopischer Ebene, ergänzt durch Messungen an hochbelasteten Knotenpunkten für eine mikroskopische Analyse des Schwerverkehrs. Für die Untersuchung hoher Schwerverkehrsanteile wurden außerdem Verkehrsflusssimulationen an ausgewählten Knotenpunkten mit dem Programm BABSIM durchgeführt. Makroskopisch wurden die Daten von Dauerzählstellen und aus der Simulation mit den Verfahren des HBS (2015) verglichen und vor allem bezüglich der Umrechnung in Pkw-Einheiten ausgewertet. Dabei zeigte sich, dass die bestehenden Verfahren auch für hohe Schwerverkehrsanteile anwendbar sind, der Einfluss des Schwerverkehrs auf die Kapazität mit dem bislang angesetzten Pkw-Gleichwert von 2,0 aber bei Schwerverkehrsanteilen größer oder gleich 20 % eher überschätzt wird. Weiterhin wurden Regressionsanalysen durchgeführt, die dazu dienten, eine Funktion der für die Einfahrt maßgebenden Belastung des rechten Fahrstreifens zu identifizieren. Diese Funktion diente als Eingangsgröße für die Kalibrierung und Erweiterung eines analytischen Modells, mit dem die Veränderung der Fahrstreifenaufteilung im Bereich von Ein- und Ausfahrten nachgebildet werden kann. Als weiterer Ansatz wurden die Verfahren der stochastischen Kapazitätsanalyse für die Untersuchung von planfreien Knotenpunkten erweitert. Für die Anwendung des Verfahrens ist eine sehr umfangreiche Datengrundlage erforderlich, die nicht immer verfügbar ist. Im Rahmen der mikroskopische Analyse des Schwerverkehrs an planfreien Knotenpunkten wurden empirisch erhobene Einzelfahrzeugdaten hinsichtlich des Fahrstreifenwechselverhaltens der Schwerverkehrsfahrzeuge im Bereich der Knotenpunkte und der Zeitlückenverteilungen in verschiedenen Abständen von der Trenninselspitze analysiert. Mithilfe dieser Auswertungen wurden die um den Aspekt des Schwerverkehrs erweiterten analytischen Modelle kalibriert.In the research project, the influence of heavy vehicles on traffic flow at freeway interchanges was analyzed. The research was based on loop detector data for macroscopic analyses, supplemented by video and radar measurements at heavily trafficked interchanges. Furthermore, selected interchanges were modeled with the microscopic traffic simulation tool BABSIM to analyze the impact of high proportions of heavy vehicles. The empirical and simulated data were used to evaluate the methods in the German Highway Capacity Manual HBS (2015) in particular concerning the values of passenger car equivalents. The analysis showed that the existing methods are generally suitable to cover high proportions of heavy vehicles, but the application of a passenger car equivalent of 2.0 overestimates the influence of heavy vehicles at percentages of 20 % and more. Furthermore, a regression analysis was conducted to identify a function for the estimation of the traffic volume on the rightmost lane. This function was used to generate input values for an analytical model that describes the lane-flow distribution at highway interchanges. Another approach was to extend the procedures for stochastic capacity analysis to model the capacity of merge and diverge areas. The research showed that the stochastic methods are applicable for the analysis of freeway interchange capacity but require a very large data basis, which is not always available. For the microscopic analysis, video and radar measurement data were used to analyze lane changes and headways at interchanges for individual vehicles. The data were collected at different locations to identify the differences during the merging process depending on the distance from the merge or diverge point. The analysis delivered input values for analytical models that were refined concerning the aspect of heavy vehicle traffic

Verfahren für die Bewertung des Verkehrsablaufs auf Autobahnen als Ganzjahresanalyse für unterschiedliche Randbedingungen

In der vorliegenden Untersuchung wurden die methodischen Grundlagen für ein Verkehrsanalysesystem entwickelt, mit dem die im Leitfaden zum Arbeitsstellenmanagement auf Bundesautobahnen geforderte Bewertung der Auswirkungen von Arbeitsstellen auf den Verkehrsablauf umgesetzt werden kann. Dazu wurden makroskopische Modelle zur Nachbildung des Verkehrsablaufs auf Autobahnen geprüft und weiterentwickelt. Der Ansatz für die Quantifizierung der verkehrlichen Auswirkungen von Engpässen ist die intervallgenaue Modellierung von Verkehrsnachfrage und Kapazität über einen längeren Zeitraum. Die Anwendung dieser sogenannten Ganzjahresanalyse führt zu einer deutlich präziseren Nachbildung des Verkehrsablaufs im Vergleich zur Analyse einer einzelnen Bemessungsstunde. Zur Auswahl eines Modells für das Verkehrsanalysesystem wurden geeignete Kombinationen der Modellkomponenten analysiert und empirisch validiert. Diese unterscheiden sich in ihren Berechnungsansätzen, in der betrachteten Intervalldauer und in der Berücksichtigung der Stochastizität von Verkehrskenngrößen. Die empirische Grundlage bildeten Daten von Dauerzählstellen sowie Fahrtzeitmessungen. Anhand lokal an Dauerzählstellen erfasster Daten wurden fünf Untersuchungsstrecken mit ausgeprägtem Engpass analysiert. Für die Ermittlung der durch den Engpass bedingten Fahrtzeitverluste wurde der Verkehrsablauf zwischen den Zählstellen detailliert rekonstruiert. Anhand der Übereinstimmung der modellbasierten und empirischen Ergebnisse und unter Berücksichtigung praktischer Erwägungen hinsichtlich der Umsetzbarkeit im Verkehrsanalysesystem wird für den Anwendungsfall der Baubetriebsplanung ein deterministisches Warteschlangenmodell mit deterministischen Eingangsgrößen in Stunden-Intervallen vorgeschlagen. Die durch die Ganzjahresanalyse ermittelten verkehrstechnischen und volkswirtschaftlichen Kenngrößen können in ein übergeordnetes Bewertungskonzept integriert werden. Durch eine Erweiterung des Berechnungsmodells ist das Verkehrsanalysesystem auch für wissenschaftliche Analysen geeignet.In the investigation, a methodology for a traffic analysis tool, which can be used to assess the effect of work zones on traffic flow quality according to the German guideline for work zone management, was developed. Macroscopic traffic flow models were tested and further enhanced. To quantify the travel time losses due to congestion at bottlenecks, traffic demand and capacity are modeled in short time intervals over a long period. The application of this whole-year-analysis concept allows for a more precise representation of real traffic flow instead of analyzing one specific peak hour. In order to choose an appropriate model for the traffic analysis tool, suitable combinations of the model components were analyzed and validated by empirical data. The combinations differ in the calculation approach, the interval duration and in the consideration of stochastic properties. The models were validated based on loop detector data and travel time measurements. Based on loop detector data, five motorway sections with distinctive bottlenecks were analyzed. To calculate the travel time losses due to congestion, the traffic flow between the loop detectors was reconstructed in detail. According to the best correlation between the model results and the empirical data and with regard to the applicability of the traffic analysis tool for work zone assessment, a deterministic queuing model with deterministic input data in one-hour-intervals is recommended. The travel time losses and their economic values determined by a whole-year-analysis can be integrated into a superordinate assessment concept. Furthermore, an enhanced model can be used for scientific analyses

Consideration of heavy vehicle traffic in modeling traffic flow at freeway interchanges - Analysis of the influence of long heavy vehicles and vehicle combinations on traffic flow

Im Rahmen der Untersuchung wurde der Einfluss von Lang-Lkw auf den Verkehrsablauf an planfreien Knotenpunkten mit Hilfe des mikroskopischen Simulationsprogramms BABSIM analysiert. Dazu wurde der Verkehrsablauf an verschiedenen Typen von Ausfahrten und Einfahrten sowie einer Verflechtungsstrecke nachgebildet. Die Simulationsmodelle der Untersuchungsstellen wurden anhand der Daten von Dauerzählstellen für Schwerverkehrsanteile zwischen 10 % und 15 % kalibriert und validiert. Für jede Untersuchungsstelle wurden Simulationen mit Lang-Lkw-Anteilen von 0 %, 1 %, 2 % und 5 % der Gesamtverkehrsstärke sowie in der Regel drei unterschiedlichen Verkehrsstärkeanteilen des ein- bzw. ausfahrenden Verkehrs durchgeführt. In einem weiteren Ansatz wurden Szenarien verglichen, bei denen die Transportleistung von drei herkömmlichen Lkw durch zwei Lang-Lkw ersetzt wurde. Für jedes Szenario wurde der Mittelwert der Verkehrsstärken vor Zusammenbrüchen des Verkehrsflusses als Schätzwert der Kapazität ermittelt. Insgesamt liefern die Ergebnisse der Verkehrsflusssimulationen einen Anhaltspunkt dafür, dass die Kapazität von planfreien Knotenpunkten bei den hier analysierten hohen Lang-Lkw-Anteilen von 1 bis 5 % der Gesamtverkehrsstärke im Allgemeinen nur gering beeinflusst wird. Die ermittelten Auswirkungen der Lang-Lkw auf die Kapazität liegen in der Größsenordnung der Bandbreite der Kapazität, die in der Realität auch im Vergleich unterschiedlicher Knotenpunkte mit ähnlichen verkehrlichen und streckengeometrischen Randbedingungen auftreten.In this research project, the influence of long heavy vehicles on traffic flow at freeway interchanges was analyzed by using the microscopic simulation tool BABSIM. The sample consists of different exit and entrance types as well as a weaving area. The simulation models were calibrated and validated for heavy vehicle percentages between 10% and 15% with data from loop detectors. For each investigation site, simulations were conducted with a percentage of long heavy vehicles of 0%, 1%, 2% and 5% as well as three different scenarios with different proportions of entering and exiting vehicles. Another approach was to compare scenarios in which three regular heavy vehicles were substituted by two long heavy vehicles. For each scenario, ten simulation runs were conducted. The mean traffic breakdown volume was used to estimate the capacity and to compare the different scenarios. Overall, the results of the simulation study indicate that percentages of long heavy vehicles between 1 and 5% of the total traffic volume do not significantly influence the capacity of freeway interchanges. The effects of long heavy vehicles on interchange capacity are in the range of the capacity differences between different interchanges that can be observed in the field even under similar geometric and traffic conditions

Verkehrsablauf und Verkehrssicherheit auf Autobahnen mit vierstreifigen Richtungsfahrbahnen

Vor dem Hintergrund der steigenden Verkehrsbelastung auf Bundesautobahnen gewinnt der vierstreifige Ausbau von Richtungsfahrbahnen zunehmend an Bedeutung. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden der Verkehrsablauf und die Verkehrssicherheit auf Autobahnen mit vierstreifigen Richtungsfahrbahnen erstmals umfassend untersucht. Im Mittelpunkt der empirischen Analyse des Verkehrsablaufs standen die Gestalt des q-v-Diagramms, die Kapazität, die Fahrstreifenaufteilung sowie das Geschwindigkeits- und Abstandsverhalten der Verkehrsteilnehmer. An Knotenpunkten wurde das Fahrstreifenwechselverhalten der ausfahrenden Verkehrsteilnehmer untersucht, um Hinweise auf besondere Anforderungen an die wegweisende Beschilderung zu erhalten. Die Beurteilung der Verkehrssicherheit erfolgte durch die Auswertung von Unfalldaten und Störungsmeldungen. Im Ergebnis werden Empfehlungen für den Entwurf und die verkehrstechnische Bemessung von Autobahnen mit vierstreifigen Richtungsfahrbahnen angegeben.Due to increasing traffic volumes on German freeways, widening of carriageways to four lanes becomes increasingly necessary. Within this thesis, traffic flow and road safety on freeways with four-lane carriageways were comprehensively investigated. The empirical analysis of traffic flow characteristics covered the shape of the flow-speed diagram, the capacity, the lane flow distribution, as well as the drivers speed and headway behavior. The lane changing behavior of exiting vehicles at interchanges was analyzed to identify specific requirements for signposting. The assessment of road safety was based on accident and incident data. In conclusion, recommendations for planning and design of freeways with four-lane carriageways are provided

Definition of a suitable design volume for highway capacity analysis

Die Bemessung von Verkehrsanlagen erfolgt üblicherweise anhand einer bestimmten Spitzenstunde (n-te Stunde). In Deutschland wird dafür bislang die 30. Stunde der Dauerlinie der Verkehrsnachfrage zugrunde gelegt. Im Rahmen der Untersuchung wurden die Eignung der 30. Stunde als Bemessungsgrundlage geprüft und alternative Bemessungskonzepte analysiert. Für 50 Messquerschnitte von Bundesautobahnen wurden anhand einer stochastischen Ganzjahresanalyse mit dem Simulationsprogramm KAPASIM staubedingte Fahrtzeitverluste ermittelt. In Verbindung mit den jeweiligen Fahrtzweckanteilen und den entsprechenden Zeitkostensätzen wurden so für jede Stunde des Jahres volkswirtschaftliche Zeitkosten berechnet. Darüber hinaus wurde der Zusammenhang zwischen dem Auslastungsgrad und den überlastungsbedingten Zeitverlusten durch eine Modellfunktion beschrieben. Bei vorwiegend von Urlaubs- und Freizeitverkehr geprägten Strecken entsteht der Großteil der staubedingten Zeitkosten in den 30 höchstbelasteten Stunden des Jahres. Bei Strecken mit überwiegendem Pendlerverkehr treten dagegen auch jenseits der 300. Stunde noch Zeitverluste auf, der Anteil der überlastungsbedingten Zeitkosten in den ersten 30 Stunden der Dauerlinie beträgt zwischen ca. 40 bis 80 %. Für die Wahl des in der Bemessungsstunde relevanten Schwerverkehrsanteils wird der Median im Bereich der (n " 5)-ten bis (n + 5)-ten Stunde der Dauerlinie der Verkehrsnachfrage empfohlen. Für alternative Bemessungskonzepte konnten im Ergebnis der Untersuchung keine Vorteile im Vergleich zum Ansatz der n-ten Stunde festgestellt werden. Hinsichtlich der Wahl einer n-ten Stunde ergeben sich nur geringe Unterschiede zwischen der 30. und der 50. Stunde, so dass im Sinne einer Harmonisierung der europäischen Bemessungsverfahren ein Wechsel von der 30. zur 50. Stunde erwogen werden kann.Road traffic facilities are usually designed on the basis of one specific peak hour (nth hour). Hitherto in Germany, the volume in the 30th hour of the traffic demand duration curve is used. Within the investigation, the suitability of using the 30th hour as the design volume was examined and alternative concepts were analyzed. Based on a stochastic whole-year analysis with the simulation program KAPASIM, congestion-related travel time losses were calculated for 50 cross sections on German federal motorways. In conjunction with the respective trip purposes and travel time unit costs, travel time costs were estimated for each hour of the year. Furthermore, the relationship between the degree of saturation and the congestion-related travel time losses were described by a model function. On sections bearing high volumes of leisure traffic, most of the congestion-related travel time costs occur in the 30 hours of the year with the highest demand. On sections with mainly commuter traffic, time losses are caused even beyond the 300th hour, and the proportion of congestion-related travel time losses during the first 30 hours of the duration curve is between 40 and 80 percent. For the definition of the heavy vehicle percentage in the design hour, using the median value within the span between the (n " 5)th and (n + 5)th hour of the traffic demand duration curve is recommended. Overall, it was found that alternative design concepts do not provide any key benefits in comparison with applying the traffic volume in the nth hour. Regarding the choice of a specific design hour, the differences between the 30th and the 50th hour are relatively small. With regard to a harmonization of European highway design standards, applying the traffic volume in the 50th instead of the 30th hour for highway design can be considered

Implementing the concept of reliability for highway capacity analysis.

ABSTRACT In this paper, a stochastic concept for highway capacity analysis is presented. Instead of constant-value capacities, the capacity of a highway facility is regarded as a random variable. Thus, the stochastic approach provides new measures of traffic flow performance based on aspects of traffic reliability. A methodology for the estimation of capacity distribution functions from empirical data based on statistical methods for lifetime data analysis is introduced. This method is derived for the analysis of freeway capacity. However, it is shown that the stochastic approach is also applicable to intersections. The analysis of data samples from freeway sections in Germany yields that freeway capacity is Weibull distributed with a considerable variance. Based on the stochastic description of capacity, a Monte-Carlo technique is proposed to quantify freeway traffic performance over a whole year. This technique also provides a quantitative assessment for oversaturated conditions

Comparison of estimates of travel time losses on high-capacity roads

ISSN:0361-1981ISSN:2169-405