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TU Dresden
Institut für Wirtschaft und Verkehr,
Dr. Stefan Lämmer
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Campus und Forschung

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Fußball statt Schach – clevere Ampeln steuern den Verkehrsfluss
Martin Morgenstern

In der Verkehrswissenschaft herrschte bisher die Meinung vor, dass dezentral gesteuerte Ampelschaltungen bei hohem Verkehrsfluss versagen.

Deswegen greifen die Verkehrsplaner noch immer oft und gern zur „Grünen Welle“: Mehrere Ampeln einer Straße werden dafür in festen Zeitabständen für eine definierte Anzahl an Autos auf „Grün“ geschaltet. Sind es dagegen mal weniger Autos im Ampelturnus, ist das Pech für die in Gegenrichtung und quer zur „Welle“ fahrenden Verkehrsteilnehmer. So geht meist Schaltung für Schaltung Zeit verloren.

Mit dieser Scheinlösung wollte sich Stefan Lämmer, der momentan die Professur für Verkehrsökonometrie und -statistik an der TU Dresden vertritt, nicht zufriedengeben. In seiner Doktorarbeit entwickelte er innovative Routinen für Lichtsignalanlagen, die mit gerade mal zwei statt wie bisher über 20 Schaltparametern auskommen und den über Sensoren gemessenen Verkehrsfluss dennoch so flink ableiten, dass Autofahrer Wartezeiten gegenüber der altgedienten „Grünen Welle“ einsparen.

„Vorstellen kann man sich das wie beim Fußball“, sagt der Verkehrsforscher. „Statt mit nacheinander ausgeführten Spielzügen wie beim Schach haben wir es nun mit vielen gleichzeitig agierenden Mitspielern zu tun, die nur ein Ziel haben: durch cleveres Mannschaftsspiel möglichst rasch und oft Tore zu machen.“

Dafür entwickelte Lämmer eine dezentrale Steuerung, die netzwerkweite Stabilität sicherstellt. Die lokalen Regeln, die über ein simples Druck-Gegendruck-Prinzip formuliert sind, bettet er in ein Stabilisierungsverfahren ein, das netzwerkweit denkt. Jede einzelne Ampel erfasst den ankommenden Verkehr über Detektoren und regelt ihn dann vorausahnend: „Wann muss ich auf Grün umschalten, damit alle ankommenden Fahrzeuge in der Summe möglichst wenig warten müssen?“

Der Vorteil einer solchen Schaltung liegt auf der Hand: An jedem Kreuzungsknotenpunkt des Netzwerks wird der Verkehr in Echtzeit optimal geregelt. So entstehen beliebige Schaltmuster zwischen einzelnen Ampeln. Nicht mehr die Zeit, sondern die Zahl der Fahrzeuge ist für einen Schaltvorgang entscheidend. Grüne Wellen entstehen dabei ganz von selbst, aber nur wenn sie sinnvoll sind und Wartezeiten einsparen. Und Busse und Bahnen sind für das Regelungssystem einfach Kolonnen aus je 15 Autos, was die gesamte Schaltung vereinfacht und viele Sonderregeln einsparen hilft.

© TU Dresden; Durch cleveres Mannschaftsspiel möglichst rasch und oft Tore machen - so muss man sich die Fußballphilosophie nach Bundestrainer Lämmer vorstellen
© TU Dresden; Durch cleveres Mannschaftsspiel möglichst rasch und oft Tore machen - so muss man sich die Fußballphilosophie nach Bundestrainer Lämmer vorstellen
Als Lämmer seine Ideen bei den Dresdner Verkehrsbetrieben vorstellte, gaben die Kollegen ihm testweise eine besonders schwere Nuss zu knacken. Er sollte das Gebiet um den Bahnhof Mitte optimieren; ein innerstädtisches Teilnetz, das mit dem 26-Straßenbahnring, zwei Nord-Süd-Achsen und viel Querverkehr Richtung Autobahn und Elbepark als das stadtweit am schwierigsten zu regelnde galt. Verschiedene Ingenieurbüros und die Stadt selbst hatten sich bereits nacheinander an einer Verkehrsoptimierung versucht und die Ampelschaltungen für Fußgänger, Autos und sage und schreibe sieben verschiedene Bus- und Bahnlinien am Computer nach und nach so gut wie möglich eingeregelt.

Mit seinen flexiblen Steuerungsroutinen und dem Input von zusätzlichen, weiter „stromaufwärts“ gelegenen Verkehrsdetektoren gelang es Lämmer in der identischen Computersimulation auf Anhieb, Busse, Bahnen, Autos und Fußgänger deutlich schneller durch das Testgebiet zu lotsen. Die Ampel-Wartezeiten des öffentlichen Nahverkehrs konnten so über die Hälfte gesenkt werden – ein Wert, der die Verkehrsbetriebe aufhorchen ließ. Aber auch die anderen Verkehrsteilnehmer profitierten von den „cleveren Ampeln“: Autos kamen im Vergleich zur klassischen „Grünen Welle“ immerhin noch neun Prozent schneller durchs Gebiet; die Wartezeit für Fußgänger konnte Lämmer sogar um ein Drittel verkürzen.

Der Leiter der Verkehrsplanung der Dresdner Verkehrsbetriebe AG, Andreas Hoppe, ist von diesen Zahlen begeistert. „Zum ersten Mal ist es einem Verkehrsplaner gelungen, für den Bereich um den Bahnhof Mitte eine Lösung vorzuschlagen, die eine spürbare Verbesserung des gesamten Verkehrs und insbesondere für den Öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) erwarten lässt. Nach genaueren Untersuchungen gehen wir davon aus, dass auch unsere anderen ‚Sorgenkinder‘, wie etwa die komplexen Kreuzungssysteme rund um den Schiller- und Lennéplatz, St.-Petersburger oder Bautzner Straße, von den neuen Regelungssystemen profitieren könnten“, fügt Hoppe hinzu. Nicht zuletzt werde damit die Pünktlichkeit und damit wiederum die Kundenzufriedenheit im ÖPNV deutlich verbessert.

Lämmer bestätigt: „Gerade mit Systemen mit starken Verkehrsvariabilitäten und vielen Störungen kommt die neue Schaltung hervorragend klar. Die Einmalkosten für die zusätzlich notwendigen Detektoren sind da sicherlich zu schultern, wenn dadurch verstopfte Straßen vermieden werden und Bus und Bahn pünktlicher kommen.“ Die clevere Steuerung hat Lämmer zusammen mit seinem Doktorvater inzwischen zum Patent angemeldet.