VinDUS – Verkehrsinformation und Dynamische Umweltsensitive Steuerung

Im Rahmen der Luftreinhaltung wurden, neben einer Vielzahl an anderen Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität sowie zur Vermeidung von Dieselfahrverboten, Umweltspuren zur Reduzierung des MIV bei gleichzeitiger Attraktivierung der Verkehre des Umweltverbundes für ein Jahr testweise in Betrieb genommen. Die Ergebnisse sind durchaus positiv, jedoch handelte es sich hierbei um ein statisches System. Aus diesem Grund sollen nun im Rahmen des Projektes VinDUS bedarfsorientierte und feiner kalibrierte und temporäre Maßnahmen entwickelt werden, die allen Ansprüchen der stadtverträglichen Verkehrsabwicklung und Vermeidung von Schadstoffimmissionen genügen sollen.

Ziel des Projektes „Verkehrsinformation und Dynamische Umweltsensitive Steuerung“ – kurz VinDUS - ist der Aufbau eines umweltsensitiven Verkehrssystemmanagements zur Verkehrsinformation und Verkehrssteuerung. Mit dem Umweltmodell sollen Bereiche im strategischen Straßennetz frühzeitig identifiziert werden, an denen eine erhöhte Schadstoffkonzentration (NOx) erreicht bzw. erwartet wird. Die sich hieraus ergenenden Informationen zur aktuellen Schadstoffbelastung sowie die daraus resultierenden Maßnahmen zur Luftreinhaltung sollen dem Verkehrsteilnehmer möglichst vor Antritt ihrer Fahrt zur Verfügung gestellt werden. Dabei soll das bereits bestehende Verkehrssystemmanagement modular erweitert werden, so dass umweltsensitive Strategien für das gesamte strategische innerstädtische Netz erarbeitet werden können.

An drei Ampelanlagen (Werstener Straße/Universitätsstraße, Mecumstraße/Auf'm Hennekamp und Münchener Straße/Südring) ist, seit Anfang März 2021, die erste Stufe der umweltsensitiven Lichtsignalsteuerung in Betrieb. Fotos: Düsseldorf, Ingo Lammert

Beschreibung des Projektes

Das Projekt teilt sich in mehrere Arbeitspakete:

Erstellung eines Umweltmodells
Erweiterung des Verkehrssystemmanagements
Planung umweltsensitiver Maßnahmen
Bereitstellung von Verkehrsinformationen
Detektionssysteme
Lichtsignalanlagen
Streckenbeeinflussung
Evaluierung des Systems

1. Umweltmodell

Das Umweltmodell soll sowohl aktuelle Umweltdaten als auch eine Prognose mit einem Vorlauf von einem Tag liefern. Der Verkehrsteilnehmer kann so frühzeitig über die Schadstoffimmissionen am nächsten Tag sowie die daraus resultierenden Maßnahmen informiert werden. Wichtig ist, dass der Verkehrsteilnehmer diese Informationen vor seinem Fahrtantritt erhält, damit er ggf. die Möglichkeit hat, auf ein anderes Verkehrsmittel umzusteigen. Mithilfe eines Verkehrsmodells sollen die Daten der bestehenden strategischen Detektion sowie die historischen Verkehrszahlen zusammengeführt und dem Umweltmodell als Grundlage zur Verfügung gestellt werden.

2. Erweiterung Verkehrsmanagementsystem

Über eine zu definierende Schnittstelle werden die aktuellen und prognostizierten Umweltdaten in das bestehende Verkehrssystemmanagement (VSM) eingespeist. Dabei werden die Berechnungsergebnisse auf das Kantenmodell des VSM projiziert. Die Daten können nun zur Auslösung von umweltsensitiven Strategien zur Verkehrsinformation und Verkehrslenkung genutzt werden. Auch können die Daten für ein Mobilitätsmanagement genutzt werden.

3. Planung umweltsensitive Maßnahmen

In einem ersten Schritt erfolgt eine Analyse des Stadtgebietes zur Identifizierung umweltsensibler bzw. besonders belasteter Bereiche. Hierzu sollen die Ergebnisse des Umweltmodells und vorhandene Quellen (Luftqualitätsmessstationen des LANUV NRW) genutzt werden.

Anhand der Erfahrungen, die durch die Testbetriebe der Umweltspuren gesammelt wurden, werden mögliche Maßnahmen erarbeitet. Je nach Örtlichkeit werden geeignete Maßnahmen zur Reduzierung der Schadstoffbelastungen ausgewählt.

Bei den Maßnahmen wird zwischen festen und bedarfsorientierten Maßnahmen unterschieden. Feste Maßnahmen werden dauerhaft eingerichtet, bedarfsorientierte Maßnahmen werden je nach Bedarf auf Grundlage von Umwelt- und/oder Verkehrsdaten geschaltet.

4. Verkehrsinformation

Im Rahmen des Projektes ist eine Informationsstrategie zu entwickeln. Der Verkehrsteilnehmer soll über aktuelle und prognostizierte Schadstoffemissionen sowie die anstehenden und geschalteten umweltsensitiven Maßnahmen möglichst umfassend informiert werden. Die Weitergabe der Informationen an den Verkehrsteilnehmer erfolgt dabei über verschiedene Kommunikationswege.

5. Detektionssysteme

Die bestehende strategische Detektion befindet sich auf freier Strecke und erfasst spurgenau Zähldaten, Belegungen sowie Geschwindigkeiten für verschiedene Fahrzeugklassen. Je nach Anforderungen aus dem Aufbau des Umweltmodells sowie aus der Planung der umweltsensitiven Maßnahmen werden zusätzliche Detektionsquerschnitte bestimmt und im Zuge des Projektes beschafft.

Im Rahmen des gemeinsamen Projektes „Zukunftsviertel“ der Stadtwerke AG werden unter Beteiligung der Stadt Düsseldorf Detektionssysteme zur Erfassung von Schadstoffen getestet und anhand zertifizierter Systeme des LANUV bewertet. Diese Erfahrungen sollen in die weiterführende Projektarbeit einfließen.

6. Lichtsignalanlagen

Ein wirksames Mittel zur Verringerung von Schadstoffimmissionen ist die Reduzierung der Emissionsherde. Die Verringerung des Zuflusses kann alternativ zur Verringerung der Anzahl von Fahrstreifen, durch eine Kürzung der Freigabezeiten vorgenommen werden. Dies kann situativ innerhalb der Verkehrsabhängigkeit der jeweiligen Signalsteuerungen erfolgen. Die Dosierung soll abhängig von der verkehrlichen Situation vor Ort angepasst werden, um systemrelevante Überlastungen im erweiterten Netzbereich gering zu halten.

7. Streckenbeeinflussung

Im Rahmen der dynamischen umweltsensitiven Steuerung sollen Streckengebote über Wechselverkehrszeichen geschaltet werden. Die Wechselverkehrszeichen sollen über Lichtsignaltechnik entweder von bestehenden Steuergeräten oder über eigene Steuergeräte angesteuert werden.

8. Evaluierung des Systems

Anhand der Verkehrs- und Umweltdaten erfolgt eine Bewertung der Umweltsensitiven Steuerung. Auf dieser Grundlage kann eine Nutzen-Kosten-Berechnung für einzelne Maßnahmen erzeugt werden.

Aktueller Sachstand

VinDUS: Straßenverkehr wird an Ampeln umweltsensitiv gesteuert

Erhöhte Kapazitäten durch bedarfsorientierte Schaltungen an der Corneliusstraße und der Merowingerstraße/Technischer Aufbau des Umweltmodells fast abgeschlossen

Im Rahmen des seit 2021 laufenden Förderprojektes "Verkehrsinformation und Dynamische Umweltsensitive Steuerung" (VinDUS) wird das bestehende Verkehrssystemmanagement der Landeshauptstadt Düsseldorf um eine umweltsensitive Komponente erweitert. Im Ordnungs- und Verkehrsausschuss am Mittwoch, 24. Mai, hat das Amt für Verkehrsmanagement zum Sachstand des vom Bund geförderten Projektes informiert. Der technische Aufbau des Umweltmodells ist inzwischen fast abgeschlossen. Ziel ist es, dass die Verkehre an Ampeln im Sinne der Luftreinhaltung intelligent und bedarfsorientiert geschaltet werden.

Als Grundlage dient ein Umweltmodell. Dieses bestimmt und prognostiziert die Schadstoffimmissionen im Straßennetz der Landeshauptstadt Düsseldorf. Mit Hilfe dieser Daten sollen streckenbezogene Ampelschaltungen vorgenommen und die Verkehrsteilnehmenden über unterschiedliche Kanäle informiert werden. Das Modell berechnet aktuelle Luftschadstoffbelastungen und Prognosen für Stickstoffoxide (NOx), Stickstoffdioxid (NO2) und Feinstaub (PM10) an 66 Schwerpunktstellen in Düsseldorf.

Das Modell kann sowohl Kurzfristprognosen (Zeithorizont: eine Stunde) als auch Mittelfristprognosen (Zeithorizont: 24 Stunden) erstellen. Die Kurzfristprognosen dienen der umweltsensitiven und damit bedarfsorientierten Steuerung. Durch die Mittelfristprognosen können Verkehrsteilnehmende schon am Vortag über schlechte Bedingungen informiert werden und ihr Verkehrsverhalten dementsprechend anpassen. Dies kann geschehen, indem sie zum Beispiel, wenn möglich, im Homeoffice bleiben, auf den ÖPNV umsteigen oder Alternativrouten für die Fahrt auswählen. Informiert werden soll ab dem vierten Quartal 2023 unter anderem über Anzeigetafeln im Straßenraum und über die städtischen Internetseiten.

Neben Eingangsdaten wie den Schadstoffmesswerten und meteorologischen Daten fließen Daten aus dem bestehenden Verkehrssystemmanagement in das Umweltmodell ein. Dies sind unter anderem Straßenklassen, Höchstgeschwindigkeiten oder die Anzahl der Fahrspuren. Zusätzlich benötigt das Umweltmodell die Daten eines Verkehrslagemodells. Dazu wurde im Rahmen von VinDUS das Verkehrssystemmanagement um das Online-Verkehrslagemodell "DRIVERS" erweitert. Das Modell berechnet auf Basis verschiedener Eingangswerte wie zum Beispiel Detektorinformationen, Ampelanlagen oder Baustellenmeldungen aktuelle Verkehrsinformationen sowie Kurzfrist- und Mittelfristprognosen für das gesamte strategische Verkehrsnetz.

Umweltsensitive Ampelsteuerung in der Praxis

Als alternative Projekte zu den Umweltspuren Merowingerstraße und Werstener Straße wurden zunächst am 1. März 2021 statische umweltsensitive Steuerungen an den Ampelanlagen Werstener Straße/Universitätsstraße, Mecumstraße/Auf’m Hennekamp und Münchener Straße/Südring in Betrieb genommen. Aufgrund der positiven Entwicklungen der Luftschadstoffbelastungen in den beiden Hauptverkehrsstraßen konnten für das vierte Quartal 2022 bereits die Schaltungen angepasst werden. Die Kapazitäten haben sich in dieser Zeit um rund 1.700 Kraftfahrzeuge (Kfz)/pro 24 Stunden (24h) auf der Corneliusstraße beziehungsweise um rund 1.200 Kfz/24h auf der Merowingerstraße erhöht.

Seit Anfang Mai 2023 nun laufen auf Grundlage der Ergebnisse des Umweltmodells an den Ampelanlagen Werstener Straße/Universitätsstraße und Mecumstraße/ Auf’m Hennekamp die dynamischen umweltsensitiven Steuerungen. An der Anlage Münchener Straße/Südring werden diese voraussichtlich bis Ende des Monats eingesetzt.

Im Zulauf zur Corneliusstraße wurde aufgrund der allgemeinen positiven Luftschadstoffentwicklungen die Kapazität im Regelfall erhöht. Lediglich in Zeiten, in denen sowohl die gesamte Luftschadstoffbelastung, als auch der verkehrliche Einfluss auf die Luftschadstoffbelastung hoch sind, wird die Kapazität analog der statischen Steuerung verringert. Bei guten Bedingungen, also wenn sowohl die Luftschadstoffbelastung als auch der verkehrliche Einfluss niedrig sind, wird die Kapazität noch weiter erhöht. Als Auswirkungen der dynamischen Steuerung wird erwartet, dass sich die Kapazität in rund 62 Prozent der Zeit im Vergleich zur statischen Steuerung erhöht und insgesamt rund 290.000 Kfz/Jahr verkehren können. Das sind, unter Einhaltung der NO2-Grenzwerte, im Schnitt täglich 800 Kraftfahrzeuge, die zusätzlich über die Corneliusstraße fahren können.

Die Zuflussdosierung der Merowingerstraße erfolgt über die Ampelanlage Münchener Straße/Südring. Da der Verkehrsablauf und die Abhängigkeiten in diesem Bereich deutlich komplexer sind, findet die dynamische Steuerung lediglich in zwei Stufen statt. In der Regel läuft die Zuflussdosierung entsprechend der statischen Steuerung. Bei guten Bedingungen wird die Kapazität erhöht. Im Vergleich zur statischen Steuerung wird erwartet, dass die Kapazität in rund 33 Prozent der Zeit erhöht wird und insgesamt rund 121.000 Kfz/Jahr - täglich im Schnitt plus 330 Fahrzeuge - zusätzlich über die Merowingerstraße verkehren können.

Fazit: In Düsseldorf können seit einigen Jahren für fast alle luftverunreinigenden Stoffe die aktuell gültigen Grenzwerte sicher eingehalten werden. Lediglich beim Stickstoffdioxid konnte der Grenzwerte von 40 µg/m³ im Jahresmittelwert stadtweit erstmals 2020 eingehalten werden. Der allgemeine Trend zeigt die positiven Wirkungen der Vorkehrungen aus dem Luftreinhalteplan. Dazu kommen weitere positive Effekte, wie beispielsweise die vom Bund geförderte Elektromobilität. Im gesamten Stadtgebiet hat sich die Schadstoffbelastung stärker reduziert als im Luftreinhalteplan prognostiziert. Die EU-Kommission hat jedoch Vorschläge zur deutlichen Verschärfung der Grenzwerte von Luftschadstoffen zum Jahr 2030 gemacht, die weitreichende umweltsensitive Vorkehrungen im Düsseldorfer Stadtgebiet erforderlich machen könnten.

Hintergrund VinDUS

Im Rahmen des Förderprojektes "Verkehrsinformation und Dynamische Umweltsensitive Steuerung" (VinDUS) wird das bestehende Verkehrssystemmanagement des Landeshauptstadt Düsseldorf um eine umweltsensitive Komponente erweitert. Das Projekt hat eine Laufzeit bis 31. Dezember 2023. Im Rahmen eines Pilotprojekts mussten verschiedene Detektionstechnologien im Realbetrieb getestet werden. Das Förderprojekt hat sich dadurch verzögert. Beim Projektträger wird eine Verlängerung der Laufzeit um maximal ein Jahr beantragt. Das Gesamtvolumen des Projekts beläuft sich auf bis zu 4,7 Millionen Euro, wovon 60 Prozent im Rahmen des Förderprogramms "Digitalisierung kommunaler Verkehrssysteme" vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur gefördert werden. Die tatsächlichen Kosten werden voraussichtlich unterhalb der kalkulierten Kosten liegen. Ein Grund dafür ist, dass die Luftschadstoffwerte im Düsseldorfer Stadtgebiet sich deutlich besser entwickeln als prognostiziert, wodurch voraussichtlich weniger Vorkehrungen als angenommen notwendig werden.

Hintergrund Luftreinhalteplan

Da die Vorkehrungen des Düsseldorfer Luftreinhalteplans in der Fassung von 2019 nach Auffassung der Deutsche Umwelthilfe e.V. (DUH) nicht ausreichend waren, um die Einhaltung des Grenzwertes für Stickstoffdioxids (NO2) schnellstmöglich zu erreichen, wurde der Luftreinhalteplan von der DUH beklagt. Das Verfahren wurde in einem außergerichtlichen Vergleich im Juni 2021 beigelegt. Zu den vereinbarten Maßnahmen gehört unter anderem eine umweltsensitive Verkehrssteuerung im Zulauf der Merowinger- und der Corneliusstraße (siehe RAT/467/2021). Der Luftreinhalteplan wurde um die Inhalte des Vergleichs ergänzt und ist in der aktuellen Fassung seit dem 24. Juni 2022 in Kraft.

Wie geht es weiter?

Zum aktuellen Zeitpunkt werden, nach erfolgreicher Beauftragung, mit den Auftragnehmern die gemeinsamen Projektziele definiert und an der Umsetzung gearbeitet. Zusätzlich soll mit der Festlegung neuer Detektionsstandorte die Grundlage für ein umfassendes Verkehrsmodell geschaffen werden. Parallel dazu werden die bereits vorgenommenen Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität evaluiert und die Ergebnisse in einem zweiten Schritt ausgewertet.

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