Bewertung der Umweltauswirkungen von Umweltzonen mit Aimsun Next

November 2022 – Technical Note #75

Dimitris Triantafyllos

Senior Product Specialist at Aimsun

Geline Canayon

Product Specialist at Aimsun

Hintergrund

Der Straßenverkehr ist für einen großen Teil der Luftschadstoffemissionen verantwortlich. Obwohl Überwachung und Vorschriften zu einem Abwärtstrend bei den gesamten Schadstoffemissionen geführt haben, ist ein erheblicher Teil der Bevölkerung immer noch Luftschadstoffkonzentrationen ausgesetzt, die über den von der EU und der Weltgesundheitsorganisation (WHO) festgelegten Luftqualitätsnormen liegen. Nach Angaben der Europäischen Umweltagentur (EUA) ist der Straßenverkehr für bis zu 9,9 % aller PM2,5-Emissionen in der Europäischen Union, 7,7 % der PM10-Emissionen, 28,1 % der NOX-, 7,6 % der NMVOC-Emissionen1 und 18 % der CO-Emissionen verantwortlich [1].

Dieser Effekt wird in städtischen Zentren noch verstärkt, wo ein höheres Verkehrsaufkommen und Staus eine Konzentration von Schadstoffen in kurzen Zeitspitzen verursachen. Umweltzonen (Low Emission Zones, LEZ) sind ein wichtiger Ansatz für Städte und Regierungen, um die Luftqualität zu verbessern und die EU-Luftqualitätsstandards zu erfüllen. durch die Festlegung von Betriebsbeschränkungen für schadstoffreichere, in der Regel ältere Fahrzeuge. Umweltzonen können die Emissionen von Feinstaub, Stickstoff und Kohlendioxid sowie (indirekt) von Ozon, den vier wichtigsten Luftschadstoffen in Europa, verringern.

Die Simulation ist ein wertvolles Instrument, um die Definition von LEZ-Politiken zu unterstützen, da sie den Vergleich der Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen und die Bewertung anderer damit verbundener Auswirkungen, wie z. B. die Veränderung von Reisezeiten und -strömen, ermöglicht.

Fallstudie als Beispiel

Nehmen wir an, dass wir die folgende Politik bewerten müssen:

  • Fahrzeuge können nicht zugreifen LEZ ohne die gesetzlichen Umweltzeichen von 7AM – 8PM an Wochentagen. Ausnahmen gelten für Fahrzeuge mit eingeschränkter Mobilität, Krankenwagen, besondere Fahrzeuge, Notfälle oder wichtige Dienste
  • Fahrzeuge können in die LEZ aufgenommen werden, wenn sie die auf dem gesetzlichen Umweltzeichen basierenden Emissionsstandards erfüllen. Für diese Fallstudie sind folgende Bezeichnungen zulässig:
    • ZERO: Elektrofahrzeuge
    • ECO: Plug-in-Hybridfahrzeuge und ähnliche Fahrzeuge
    • C: Benzinfahrzeuge und Kleintransporter, die ab 1/2006 zugelassen wurden, und Dieselfahrzeuge ab 1/2014
    • B: Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor, die zwar nicht die EURO-Emissionsnormen erfüllen, aber die früheren Normen einhalten.

Auf der Grundlage aktueller Daten werden für diese Fallstudie der Fahrzeugbestand und die EURO-Kategorie für jeden Typ angegeben:

Emissionsmodell London

Das Londoner Emissionsmodell (LEM) ist in den mikroskopischen, mesoskopischen und hybriden Simulatoren von Aimsun Next enthalten. Dabei werden die CO2- und NOx-Emissionen eines Fahrzeugs anhand eines kalibrierten Emissionsmodells für Durchschnittsgeschwindigkeiten geschätzt, das 2017 in Zusammenarbeit mit Transport for London (TfL) entwickelt wurde.
Das LEM verwendet dann eine von zwei polynomischen Beziehungen, die durch Regressionsanalyse abgeleitet werden, um die CO2- und NOx-Emissionen zu schätzen, die von diesem Fahrzeug auf dieser Mikrofahrt erzeugt werden.

Dabei ist y die Emission (Gramm/km); a, b, c und z sind abgeleitete Konstanten, die für jedes Fahrzeug und jeden Euro-Typ definiert sind, x ist die Durchschnittsgeschwindigkeit auf der Mikrofahrt.

Weitere Informationen finden Sie unter Umweltmodelle – Aimsun Next Benutzerhandbuch

Modell Einstellung

Fahrzeugtypen

Die Fahrzeugtypen im Modell werden anhand der bereitgestellten Flotteninformationen eingerichtet.
Zum Beispiel ist für den Fahrzeugtyp Auto der Emissions-Fahrzeugtyp Auto und die Euro-Norm-Emissionen sind für den Motortyp Benzin eingestellt.

Die schrittweise Festlegung des Motortyps und der Euro-Normen für jeden Fahrzeugtyp (siehe unten) wird in diesem Video des Londoner Emissionsmodells gezeigt.

Netzwerk

Die geplante Umweltzone und die Pufferzone sind auf der Karte des Modells dargestellt. 100 % der Autos, Lieferwagen und Lastwagen ohne Umweltplakette dürfen nicht in die Umweltzone einfahren oder dort verkehren. Die Fahrer müssen nun andere Wege finden, um ein Ziel innerhalb der Umweltzone zu erreichen. Die folgende Abbildung zeigt das gesamte Netz, die LEZ und die Pufferzone.

Parkplätze

Die Lage der Parkflächen an den Grenzen der LEZ ist in blau dargestellt. Dies sind neue Ziele im Modell, wo ein neuer Schwerpunkt platziert und mit Eingangsabschnitten der LEZ verbunden wurde. Die Geschwindigkeit der Schwerpunktverbindungen wurde auf 10 km/h festgelegt, um das Fahrverhalten der Fahrzeuge innerhalb des Parkplatzes besser zu modellieren.

Verkehrsnachfrage

Infolgedessen ist eine Verlagerung der Verkehrsnachfrage zu erwarten. Die von uns getroffenen Annahmen basierten auf früheren LEZ-Systemen:

A. Außen-LEZ zu LEZ

  1. 40 % der Fahrten, die mit Fahrzeugen mit EURO 0, I, II, III-Kennzeichnung durchgeführt werden, werden auf umweltfreundliche Verkehrsmittel (Fahrrad, zu Fuß, Mikromobilität, Transit usw.) verlagert.
  2. 10 % der Fahrten, die mit Fahrzeugen mit EURO 0, I, II, III-Kennzeichnung durchgeführt werden, werden Fahrzeuge mit EURO IV, V, VI-Kennzeichnung kaufen.
  3. 50% der Fahrten mit Fahrzeugen mit EURO 0, I, II, III Etiketten gemacht werden, um Parkhäuser oder Transitstationen an den Grenzen der LEZ umgeleitet werden.

Handlungen:

  • Entfernen Sie 50% Fahrten mit Fahrzeugtypen mit EURO 0, I, II, III gemacht, da sie nicht erlaubt sind, LEZ zugreifen.
  • Zieländerung Aktion für die restlichen 50% der Fahrten, die mit Fahrzeugtypen mit EURO 0, I, II, III durchgeführt werden
  • Addieren Sie die 10% der Fahrten mit Fahrzeugtypen mit EURO 0, I, II, III zu den EURO IV, V, VI OD-Matrizen.

B. LEZ zu Outside-LEZ

  1. 40 % der Fahrten, die mit Fahrzeugen mit EURO 0, I, II, III-Kennzeichnung durchgeführt werden, werden auf umweltfreundliche Verkehrsmittel (Fahrrad, zu Fuß, Mikromobilität, Transit usw.) verlagert.
  2. 60% der Fahrten, die mit Fahrzeugen mit EURO 0, I, II, III-Kennzeichnung durchgeführt werden, werden Fahrzeuge mit EURO IV, V, VI-Kennzeichnung kaufen.

Handlungen:

  • Entfernen Sie 100% Fahrten mit Fahrzeugtypen mit EURO 0, I, II, III gemacht, da sie nicht erlaubt sind, LEZ zu verlassen.
  • Fügen Sie 60% der Fahrten mit Fahrzeugtypen mit EURO 0, I, II, III zu den EURO IV, V, VI OD-Matrizen hinzu.

C. LEZ zu LEZ

  1. 100 % der Fahrten, die mit Fahrzeugen mit EURO 0-, I-, II-, III-Kennzeichnung durchgeführt werden, werden auf umweltfreundliche Verkehrsmittel verlagert (Fahrrad, zu Fuß, Mikromobilität, Transit usw.).

Handlungen:

  • Entfernen Sie 100% der Fahrten mit diesen Fahrzeugtypen gemacht, da sie nicht erlaubt sind, um innerhalb LEZ zirkulieren.

D. Außen-LEZ zu Außen-LEZ

Keine Maßnahme

Die Änderungen an den Verkehrsnachfrage- und OD-Matrizen können in Aimsun Next durch Anwendung von Faktoren und Nutzung der in den OD-Matrizen verfügbaren Operationen vorgenommen werden. Um Fahrten zwischen den verschiedenen Zonen (LEZ, Pufferzone, Rest des Netzes) zu verarbeiten, haben wir verschiedene Gruppierungen erstellt, in denen die Mittelpunkte jeder Zone definiert wurden.



Szenario

Im Zukunftsszenario werden die neuen Zentren als neue Ziele in Zieländerungs-Verkehrsmanagementaktionen verwendet. Die Zieländerung wird an jedem der Eingänge zur LEZ angewandt, die den Euro 0, I, II und III die Einfahrt verbietet. Eine Fahrzeugklasse, die Fahrzeuge enthält, die Euro 0, I, II und III sind, wird als Filter verwendet, so dass die Verkehrsmanagement-Aktion die in der Umweltzone zugelassenen Fahrzeuge nicht beeinflusst.



Für die LEZ und die Pufferzone werden Gruppierungen erstellt, so dass die Statistiken nur für diese Gebiete extrahiert werden können.

Bewertung des Verkehrsmodells

Wie erwartet, sind die Emissionen innerhalb der LEZ Bereich viel niedriger in der Zukunft Szenario, wenn die LEZ umgesetzt wird. Allerdings ist der Rückgang von CO2 und NOx innerhalb der Pufferzone und insgesamt etwas geringer.

Vergleich der CO2-Emissionen:

Vergleich der NOx-Emissionen

Andere Emissionsmodelle in Aimsun Next:

Neben dem LEM gibt es in Aimsun Next zwei weitere Emissionsmodelle, die in der Mikrosimulation verwendet werden können: das Panis et al Schadstoffemissionsmodell und das QUARTET Schadstoffemissionsmodell.

Bei Panis et al. werden die Emissionen für jeden Schadstoff in jedem Zeitschritt gemessen und die verschiedenen Faktoren je nach Fahrzeugtyp, Kraftstoffart und momentanen Beschleunigungs-/Verzögerungsmaßnahmen berücksichtigt. Das Modell liefert Ergebnisse für Abschnitte, Knotenpunkte, Kurven und die Replikation für CO2, NOx, VOC und PM in g und g/km.

Das QUARTET-Schadstoffemissionsmodell erfordert mehr Eingaben durch den Benutzer, insbesondere die Emissionsraten für beschleunigende, abbremsende und im Leerlauf befindliche Fahrzeuge, um nur einige zu nennen. Diese Werte werden in der Regel von einem instrumentierten Fahrzeug erfasst. Die Ergebnisse von QUARTET sind die Kilogramm jedes emittierten Schadstoffs und werden für das gesamte Netz, jeden Abschnitt und jede Kurve sowie für jede Strecke erstellt.

Weitere Details finden Sie im Abschnitt Umweltmodelle des Aimsun Next Benutzerhandbuchs.

Es ist auch möglich, die Emissionen auf der Grundlage verschiedener Modelle in einem Nachbearbeitungsprozess zu berechnen. Sie können zum Beispiel ein Python-Skript in Aimsun Next programmieren, um die Emissionen aus den Simulationsergebnissen einer makroskopischen Simulation zu berechnen (d. h. auf der Grundlage der Durchschnittsgeschwindigkeiten und -ströme für verschiedene Fahrzeugtypen). Sie können auch Aimsun Next API verwenden, um jeden Schadstoff pro Objekt für jedes Zeitintervall auf der Grundlage von Fahrverhaltensparametern (Beschleunigung, Verzögerung, Verzögerungszeit usw.) zu berechnen.

Literaturverweise

[1] Europäische Umweltagentur, „Emissionen und Luftschadstoffe aus dem Verkehr“, EUA, Kopenhagen, 2021.

Weitere technische Hinweise

Umkehrbare Fahrstreifen und alternierende Einbahnstraßen

Mai, 2022: In Verkehrsnetzen kann die verfügbare Infrastruktur im Laufe des Tages variieren. In diesem technischen Hinweis wird erläutert, wie Fahrstreifen in einer Richtung vorübergehend gesperrt werden können, damit die andere Richtung sie nutzen kann

Aimsun
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Zitieren Aimsun Next

Aimsun Next 23

Aimsun (2023). Aimsun Next 23 User’s Manual, Aimsun Next Version 23.0.0, Barcelona, Spanien. Zugriff am: July. 19, 2023. [Online].
Verfügbar: https://docs.aimsun.com/next/23.0.0/


Aimsun Next 20.0.5

Aimsun (2021). Aimsun Next 20.0.5 User’s Manual, Aimsun Next Version 20.0.3, Barcelona, Spanien. Accessed on: May. 1, 2021. [In software].
Available: qthelp://aimsun.com.aimsun.20.0/doc/UsersManual/Intro.html

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Aimsun Next 23

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