Planung einer Signalanlage

Auf dieser Seite werden die Planungsschritte und Regeln, die bei der Aufstellung einer Lichtsignalanlage durchgeführt bzw. beachtet werden müssen erläutert und am Beispiel eines T-Abzweiges aufgezeigt. Die Regeln sind in den Richtlinien für Lichtsignalanlagen (RiLSA) niedergeschrieben, die von der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) herausgegeben wurden.

		Kreuzungsplan / Erläuterung		Entwicklung der Phasenübergänge
		Verkehrsanalyse		Berechnung und Interpretation der Umlaufzeit
		Änderung an Fahrbahn, Markierungen, Beschilderung		Berechnung der Freigabezeiten
		Phaseneinteilung		Entwicklung des Signalzeitenplans
		Entwicklung des Signallageplans		Betriebszeiten und Ein- und Ausschaltbilder
		Daten für die Zwischenzeitberechnung		Simulation des fertigen Signalprogramms
		Berechnung der Zwischenzeiten / Zwischenzeitmatrix

Berechnung und Interpretation der erforderlichen Umlaufzeit

Die Umlaufzeit ist der Zeitraum, in dem der Signalzeitenplan einmal durchläuft. Sie kann bei verkehrsabhängigen Steuerungen in den verschiedenen Umläufen variieren. Wenn die ersten Vorstellungen über die Phaseneinteilung und die Phasenfolge bestehen und wenn sich aufgrund der Größe des Knotenpunktes die Zwischenzeiten abschätzen lassen, entsteht mit der Abschätzung der erforderlichen Umlaufzeit eine erste Kenngröße zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit der Signalsteuerung.

Die Zusammenhänge zwischen der Bemessungsverkehrsstärke, den Zwischenzeiten als ungenutzte Totzeit und der erforderlichen Umlaufzeit werden nachfolgend erläutert. 

Ermittlung der maßgeblichen Verkehrsströme mit dem Sperrgruppen / AKF-Schema:

Für die Berechung der Umlaufzeit müssen die maßgeblichen Verkehrsströme bestimmt werden. Das sind die Verkehrsströme, die in erster Linie die Umlaufzeit des Signalprogramms bestimmen. Die Ermittlung der Strome erfolgt nach dem Sperrgruppen/AKF Schema (Addition Kritischer Fahrzeugstrombelastungen). Eine Sperrgruppe umfasst alle Ströme, die in einem Umlauf nach gewählter Fahrstreifen- und Phasenaufteilung nacheinander freigegeben werden müssen. Ein Strom, der zu irgend einem anderen Strom der Gruppe noch verträglich ist, gehört nicht in diese Gruppe.

Sperrgruppe 1. Art	Sperrgruppe 2. Art
Ein Geradeausstrom und in die gleiche Richtung ausfahrende Abbiegeströme sowie der zu kreuzende Fußgängerstrom	zwei sich kreuzende Geradeausströme und die jeweils entgegenkommenden Linksabbiegeströme

Die Zusammenstellung der Sperrgruppen erfolgt beim AKF-Verfahren nach einem bestimmten Muster. Für eine "normale" Kreuzung ergibt sich dabei folgendes Schema, wobei durch Weglassen nicht vorhandener Ströme dieses Schema auch auf dreiarmige Knoten angewendet werden kann:

	Gruppenschema
	Sperrgruppen 1. Art				Sperrgruppen 2. Art
	K1G	K2G	K3G	K4G	K1G	K1G	K1L	K1L
	K4R	K1R	K2R	K3R	K2G	K2L	K2L	K2G
	K2L	K3L	K4L	K1L	K3L	K3L	K3G	K3G
	F3	F4	F1	F2	K4L	K4G	K4G	K4L

In die Felder werden die entsprechenden Verkehrsstärken eingetragen und dann spaltenweise summiert. Es sind dabei folgende Punkte zu beachten, die sich ggf. aus der Knotenpunktsgeometrie oder bereits getroffenen Festlegungen im Bezug auf die Phasen- bzw. Fahrstreifeneinteilung ergeben:

• Treten Ströme nicht auf, so ist deren Verkehrsstärke mit dem Wert "0" anzusetzen

• Für Ströme, die auf kombiniert genutzten Fahrstreifen geführt werden, ist die gesamte Fahrstreifenbelastung anzusetzen

• Stehen bei einem Strom mehrere Fahrstreifen zur Verfügung, ist die höchste Fahrstreifenbelastung anzusetzen (Fehlen dazu Angaben, so ist die Hälfte des Wertes anzusetzen)

• Kann ein Strom nur gemeinsam mit anderen Strömen freigegeben werden, so wird der stärkstbelastete Fahrstreifen dieser Signalgruppe maßgebend.

Das Verfahren ermittelt die maximale Summe der Verkehrsstärken, aus allen Kombinationen von Strömen, die zueinander unverträglich sind (=maximale Sperrgruppe).

Die Spalte mit der maximalen Summe enthält die Verkehrsströme, die für die Dimensionierung des Knotens als "kritisch" d. h. maßgebend anzusehen sind. Hierzu können in den ersten vier Sperrgruppen auch Fußgängerströme gehören.

Die maximale Spaltensumme wird in weiteren Berechnungen zur Bestimmung der Umlaufzeit hergenommen.

Nachfolgend die Ermittlung der maßgeblichen Verkehrsströme im Beispiel:

Das entsprechende Gruppenschema schaut folgendermaßen aus:

	Gruppenschema
	Sperrgruppen 1. Art			Sperrgruppen 2. Art
	K1G+R	K3R	K3L	K2L	K2G	K1G+R
	K2L	K1G+R	K2G	K1G+R	K3L	K3L
	F3	F2	F1			K2L
	Anstatt der Werte für K1R und K1G muss die gesamte Fahrstreifenbelastung (K1G+R) eingetragen werden, da es sich hierbei um einen kombinierten Fahrstreifen handelt.

Nach eintragen der entsprechenden Verkehrsstärken können die Spaltensummen gebildet werden:

Die letzte Spalte enthält den größten Wert (Summe der maßgeblichen Knotenströme) und enthält deshalb die maßgebenden Verkehrsströme (K1G+R, K3L und K2L)

Zur Bestimmung der Umlaufzeit wird des Weiteren noch die Summe der maßgebenden Zwischenzeiten S t_Z benötigt. Es sind diejenigen Zeiten, die zwischen den Signalgruppen der maßgebenden Verkehrsströme eingehalten werden. Die Zeiten lassen sich aus dem Phasenübergangsplan ablesen.

Die ermittelten maßgebenden Zwischenzeiten für das Beispiel:

• Vom Phasenübergang 1 zu 1a ist die Sperrzeit zwischen K1 und A1 maßgebend: 5sec

• Vom Phasenübergang 1a zu 2 ist die Sperrzeit zwischen A1 und K3 maßgebend: 5sec
• Vom Phasenübergang 2 zu 1 ist die Sperrzeit zwischen K3 und K1 maßgebend: 5sec

Die Summe der Zwischenzeiten beträgt: S t_Z = 5sec + 5sec + 5sec = 15sec

Die erforderliche Umlaufzeit berechnet sich aus diesen Werten nach der folgenden Formel:

Für das Beispiel ergibt sich eine Umlaufzeit von: t_U = 15sec / ( 1 - (1475Pkw-E/h / 2000Pkw-E/h)) = 57sec

Der Zusammenhang zwischen den Variablen ist nicht linear. Mit zunehmender Verkehrsstärke werden bis zur Annäherung an die zulässige Verkehrsstärke die erforderlichen Umlaufzeiten sehr groß. Erreicht die Summe der maßgebenden Verkehrsströme die zulässige Verkehrsstärke (im Beispiel 2000 Pkw-E/h), dann wird die erforderliche Umlaufzeit unendlich.

Die errechnete Umlaufdauer ist ein guter Indikator für die Funktionsfähigkeit der Signalsteuerung. Werden in stark belasteten Knotenpunkten Umlaufzeiten bis etwa 70 Sekunden errechnet, so weist der Knotenpunkt im allgemeinen ausreichende Kapazitätsreserven für die Optimierung des Signalzeitenplans im Hinblick auf Fußgänger, ÖPNV und/oder Grüne Wellen auf. Größere erforderliche Umlaufzeiten sind ein Hinweis auf die Überlastung des Knotenpunktes. Er ist dann in der gewählten Form, Fahrstreifen und Phaseneinteilung möglicherweise nicht funktionsfähig.

Richtwerte für Umlaufzeiten sind:

- minimal 30sec 

- normal 50 - 75sec

- maximal 90 - 120sec

Mit längerer Umlaufzeit nimmt die Leistungsfähigkeit des Knotenpunktes zu. Der Grund liegt in der konstanten Summe der Zwischenzeiten. Beträgt sie wie im Beispiel 17sec, dann entspricht der für die Freigabezeiten verwendbare Zeitanteil

- bei 70sec Umlaufzeit: 1 - 15sec / 70sec = 78,6% eines Umlaufs,

- bei 90sec Umlaufzeit: 1 - 15sec / 90sec = 83,3% eines Umlaufs,

- bei 110sec Umlaufzeit: 1 - 15sec / 110sec = 86,4% eines Umlaufs.

Die Zunahme des effektiv nutzbaren Zeitanteils entspricht der Zunahme der Leistungsfähigkeit. Eine Erhöhung der Umlaufdauer über etwa 110sec hinaus bringt aber meist nicht mehr den erwünschten Zuwachs an Leistungsfähigkeit.

nach oben