Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Studie zum Straßenverkehr: Wenn Regellosigkeit sich als hocheffizient erweist

11.06.2013
Ist die Verkehrsdichte auf den Straßen sehr hoch, erweist sich ein ungeregeltes System, in dem die Verkehrsteilnehmer sich nicht an vorgegebene Fahrstreifen halten, als außerordentlich effizient.

Dies ist eines der überraschenden Ergebnisse einer neuen Studie, die Prof. Dr. Heike Emmerich (Universität Bayreuth) und Prof. Dr. Hamid Assadi (Tarbiat Modares Universität Teheran) im European Physical Journal veröffentlicht haben.

Mit einem für diese Studie entwickelten Verfahren können sie mit Bezug auf unterschiedliche Grade der Verkehrsdichte ermitteln, wie sich eine hohe oder eine geringe Fahrstreifen-Disziplin auf das Gesamtsystem auswirkt.

Wer in Europa mit dem Auto unterwegs ist, erlebt einen hochgradig geregelten Straßenverkehr. Der Verkehr bewegt sich meistens auf deutlich markierten Fahrstreifen; Streifenwechsel dienen dazu, das Fahrziel in möglichst kurzer Zeit auf einem möglichst kurzen Weg zu erreichen. In anderen Regionen der Welt hingegen, beispielsweise in manchen asiatischen Metropolen, ist die Ordnung im Straßenverkehr viel schwächer ausgeprägt. Hier gehört es vielerorts zum alltäglichen Fahrstil, auf vorgegebene Fahrstreifen keine Rücksicht zu nehmen, so dass der Straßenverkehr nie oder nur zeitweise in geordneten Bahnen verläuft.

Auf den ersten Blick sieht ein derartiges Verkehrssystem chaotisch und ineffizient aus. Prof. Dr.-Ing. Heike Emmerich, die an der Universität Bayreuth den Lehrstuhl für Material- und Prozesssimulation leitet, und ihr Kollege Prof. Dr. Hamid Assadi, der an der Tarbiat Modares Universität in Teheran lehrt und zurzeit am Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf tätig ist, wollten es jedoch genauer wissen. Gemeinsam haben sie ein komplexes Modell entwickelt, das es ermöglicht, die Auswirkungen einer mehr oder weniger ausgeprägten Fahrstreifen-Disziplin auf den Straßenverkehr zu berechnen.

Straßenverkehr ohne Fahrstreifen-Disziplin:
unter Umständen intelligent und hocheffizient

Die Ergebnisse sind überraschend: Falls sehr viele Fahrzeuge unterwegs sind, erweist sich ein ungeregeltes System, in dem die Verkehrsteilnehmer sich nicht an vorgegebene Fahrstreifen halten, sondern offensiv in jeweils freie Lücken vorstoßen, als außerordentlich effizient. Denn ein solches Fahrverhalten führt in der Summe dazu, dass pro Zeiteinheit eine große Zahl von Fahrzeugen die Straßen passieren kann. Die wechselseitige Toleranz für ungeregeltes Fahrverhalten fördert, eine sehr hohe Verkehrsdichte vorausgesetzt, den zügigen "Durchsatz" der Fahrzeuge. Sie ist insofern eine intelligente Form, ein hohes Verkehrsaufkommen zu bewältigen.

In einigen Berechnungen hat sich herausgestellt, dass ein völlig ungeregeltes System möglicherweise sogar effizienter ist, als wenn alle Verkehrsteilnehmer den vorgegebenen Fahrstreifen folgen. Diese Berechnungen beziehen sich wiederum auf eine sehr hohe Verkehrsdichte und beruhen auf der Annahme, dass die einzuhaltenden Sicherheitsabstände nicht für alle Fahrzeuge und in allen Situationen gleich sind, sondern sich im fließenden Verkehr ständig ändern. Unter diesen Umständen sorgt ein System, das sich für den Betrachter als komplettes Chaos darstellt, in Wirklichkeit dafür, dass die Verkehrsteilnehmer schnellstmöglich vorankommen.

Halbe Ordnung schadet nur:
Probleme bei der Einführung eines geregelten Systems

Am wenigsten effizient sind dagegen diejenigen Verkehrssysteme, die eine Mischung aus Ordnung und Unordnung darstellen. Wenn sich die eine Hälfte der Verkehrsteilnehmer diszipliniert auf Fahrstreifen vorwärts bewegt, während die andere Hälfte derartige Vorgaben ignoriert, kommt der Verkehr nur noch schleppend voran. Eine "halbe" Ordnung ist daher für alle Beteiligten schlechter als völlige Regellosigkeit.
Dies hat, wie die Autoren hervorheben, erheblichen Einfluss auf Maßnahmen, die darauf abzielen, ein regelloses Verkehrsverhalten in ein hochgradig geregeltes Verkehrssystem zu überführen. Wenn sich nicht alle Verkehrsteilnehmer schlagartig dem neuen System unterordnen, sondern schrittweise dafür gewonnen werden müssen, bewirken derartige Maßnahmen zunächst einmal eine geringere Effizienz. Dies wiederum kann, insbesondere bei hoher Verkehrsdichte, schnell dazu führen, dass die Einführung des neuen Systems scheitert. Denn wenn Verkehrsteilnehmer die Erfahrung machen, dass die auf stärkere Disziplin ausgerichteten Maßnahmen ein zügiges Vorankommen behindern, sinkt ihre Motivation, durch eigenes Verhalten ein hochgradig geregeltes System zu unterstützen.

Nichtlineare Dynamik:
Von Verkehrssystemen zur Materialforschung

Das Modell, das Prof. Emmerich und Prof. Assadi speziell für ihre Studie entwickelt haben, ist ein sogenannter zellulärer Automat. Mit diesem Modell können sie mit Bezug auf unterschiedliche Grade der Verkehrsdichte ermitteln, wie sich eine hohe oder eine geringe Fahrstreifen-Disziplin auf die Effizienz des Gesamtsystems auswirkt. Bei ihren Entwicklungsarbeiten haben sie auf die Erfahrungen und Erkenntnisse zurückgegriffen, die sie in materialwissenschaftlichen Projekten gewonnen haben.
"In beiden Fällen haben wir es mit einer nichtlinearen Dynamik zu tun, die sich nur mit wirklichkeitsnahen, auf die Vielfalt der möglichen Situationen zugeschnittenen Verfahren angemessen beschreiben lässt", erklärt Prof. Emmerich. "Ob es sich bei den 'Einheiten', die zu dieser Dynamik beitragen, um Nanopartikel oder um Kraftfahrzeuge handelt, ist auf der abstrakten Ebene der Modellierung zweitrangig."

In ihrer wissenschaftlichen Laufbahn hat die Bayreuther Wissenschaftlerin eine Brücke von Verkehrssystemen zur Materialforschung geschlagen: Vor mehr als 15 Jahren hat sie im Fach Physik mit einer Arbeit zur "Simulation im Straßenverkehr mit zellulären Automaten" promoviert. Heute liegt der Schwerpunkt ihrer Forschungen auf Simulationsverfahren, die dazu beitragen, die Belastbarkeit von industriell gefertigten Bauteilen zu optimieren – sei es durch neuartige metallische Legierungen, sei es durch schonendere Herstellungsverfahren.
Veröffentlichung:

Hamid Assadi and Heike Emmerich,
Intelligent driving in traffic systems with partial lane discipline,
in: European Physical Journal B (2013) 86: 178
DOI: 10.1140/epjb/e2013-30511-0

Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. Heike Emmerich
Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Lehrstuhl für Material- und Prozesssimulation
Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Tel.: +49 (0) 921 55 4657
E-Mail: heike.emmerich@uni-bayreuth.de

Christian Wißler | Universität Bayreuth
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Studien Analysen:

nachricht Welche Auswirkungen hat die Digitalisierung der Industrieproduktion auf Jobs und Umweltschutz?
16.05.2017 | Institute for Advanced Sustainability Studies e.V.

nachricht Klimawandel: ungeahnte Rolle der Bodenerosion
11.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Studien Analysen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften