Zwei-Wege-Straßennetze: Effizienter als bisher gedacht? - ACCESS Magazine

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Einbahnstraßen in Innenstädten werden kritisch betrachtet. Stadtbeamte und Stadtplaner haben eine Bewegung in Gang gesetzt, um das Straßennetz in den Innenstädten von der traditionellen Einbahnstraße auf eine Zweirichtungsstraße umzustellen. Diese Bemühungen scheinen weitgehend erfolgreich zu sein – viele Städte (z. B. Denver, CO; Dallas und Lubbock, TX; Tampa, FL; Des Moines, IA; Salina, KS; Kansas City, MO; Sacramento, CA) haben solche Umstellungen entweder kürzlich vorgenommen oder sind dabei, sie vorzunehmen. Diese Umbauten sollen den Zugang für Fahrzeuge verbessern und die Verwirrung der Autofahrer verringern. Viele zusätzliche Faktoren spielen bei dieser Entscheidung eine Rolle, aber die allgemeine Prämisse ist klar: Reisende und Anwohner bevorzugen aus verschiedenen wirtschaftlichen und lebenswerten Gründen Einbahnstraßen, während Verkehrsingenieure und Verkehrsplaner der Meinung sind, dass Einbahnstraßen den Verkehr effizienter abwickeln.

Unsere Studie verwendet ein idealisiertes Verkehrsnetzmodell, um die Effizienz von Einbahnstraßen und Einbahnstraßen direkt zu vergleichen. Sie kommt zu dem Ergebnis, dass Einbahnstraßen den Verkehr effizienter abwickeln können, vor allem, wenn die Fahrten innerhalb des Netzes kurz sind.

Zwei-Wege-Straßennetze erhöhen die wirtschaftliche Aktivität und die Lebensqualität

In der aktuellen Literatur über die Gestaltung städtischer Straßennetze wird betont, dass Zwei-Wege-Straßen ein höheres Maß an wirtschaftlicher Aktivität schaffen und die Lebensqualität von Innenstädten verbessern. Zum Beispiel sind Einbahnstraßen besser für lokale Unternehmen, die stark vom Vorbeifahrtverkehr abhängig sind. Außerdem zwingen die Ampelschaltungen in Einbahnstraßen die Fahrzeuge häufiger zum Anhalten als in Einbahnstraßen, so dass die Autofahrer die örtlichen Geschäfte besser wahrnehmen können.

Zwei Einbahnstraßen sind aus mehreren Gründen auch sicherer als Einbahnstraßen. Obwohl es an Kreuzungen von Einbahnstraßen mehr Konfliktmanöver gibt, korrelieren Einbahnstraßen mit einer geringeren Aufmerksamkeit der Fahrer. Einbahnstraßen erlauben auch höhere Fahrgeschwindigkeiten, da die Signalgebung dazu führt, dass die Fahrzeuge seltener anhalten müssen. Auch Fußgänger bevorzugen das Überqueren von Einbahnstraßen, da die Autofahrer dort langsamer fahren und die Konflikte zwischen den Fahrzeugen besser vorhersehbar sind.

Ein Einbahnstraßennetz kann Autofahrer davon abhalten, sich ihrem Ziel aus der logischsten Richtung zu nähern. Diese Ungewissheit kann Autofahrer einschüchtern und in manchen Fällen dazu führen, dass sie zögern, zurückzukehren.

Besucher der Innenstadt, ob sie nun mit dem Auto oder mit öffentlichen Verkehrsmitteln anreisen, bevorzugen Zweirichtungs-Straßennetze gegenüber Einbahnstraßennetzen, weil sie weniger verwirrend sind. Besucher, die in einem Zwei-Wege-Netz fahren, können sich ihrem Ziel aus jeder Richtung nähern. In einem Einbahnstraßennetz können sich Autofahrer ihrem Ziel nicht aus der logischsten Richtung nähern. Diese Unsicherheit kann Autofahrer einschüchtern und in manchen Fällen dazu führen, dass sie zögern, zurückzukehren. Ebenso erleichtern Einbahnstraßen das Auffinden der Haltestelle für die Rückfahrt vom Stadtzentrum – in fast allen Fällen befindet sich die Bushaltestelle einfach auf der anderen Straßenseite. In einem Einbahnstraßennetz hingegen liegt die Haltestelle für die Rückfahrt in der Regel in einer anderen Straße, was die Besucher verwirren und dazu führen kann, dass sie sich verfahren.

Darüber hinaus ermöglichen es Einbahnstraßennetze den Fahrern, den direktesten Weg vom Ausgangspunkt zum Ziel zu nehmen. Betrachten Sie beispielsweise die in Abbildung 1a dargestellte Fahrt zwischen dem Ausgangspunkt O und dem Ziel D. In einem Zweirichtungsnetz (dargestellt durch die Pfeile, die die Fahrtrichtung angeben) kann der Fahrer den direktesten Weg von O nach D nehmen. Vergleichen Sie diese Route mit der gleichen Fahrt in einem Einbahnstraßennetz, wie in den Abbildungen 1b und 1c dargestellt. Der Fahrer muss entweder am Ausgangspunkt (wie in Abbildung 1b), am Ziel (wie in Abbildung 1c) oder an beiden Orten eine zusätzliche Strecke zurücklegen. Die Verwendung von Einbahnstraßennetzen erhöht also die durchschnittliche Fahrstrecke zwischen einem beliebigen Paar von Ausgangs- und Zielpunkten und führt zu mehr gefahrenen Kilometern (VMT). Ein höheres Verkehrsaufkommen bedeutet einen höheren Kraftstoffverbrauch, höhere Emissionen und ein höheres Unfallrisiko.

Einbahnstraßennetze erhöhen den Fahrzeugfluss

Einbahnstraßennetze haben einen entscheidenden Vorteil gegenüber Zweibahnstraßen: Sie vermeiden konfliktreiche Linksabbiegemanöver an Kreuzungen. Dies ist von entscheidender Bedeutung, da Linksabbieger den maximalen Fahrzeugfluss an Kreuzungen reduzieren. Linksabbiegende Fahrzeuge, die sich mit dem Durchgangsverkehr vermischen, müssen beispielsweise auf eine Lücke im Gegenverkehr warten und können stromaufwärts fahrende Fahrzeuge, die auf die Durchfahrt warten, blockieren. Getrennte Fahrspuren können Linksabbieger von anderen Fahrzeugen trennen, um diese Blockierung zu verringern, aber diese Strategie verringert auch den Platz, der den verbleibenden Fahrzeugen zur Verfügung steht, um die Kreuzung zu passieren. Spezielle Linksabbiegesignale können eingesetzt werden, um die Blockierung zu beseitigen, aber ihr Vorhandensein führt zu einer komplizierteren Signalsteuerung und erhöht die Zeit, die für die Fahrzeugbewegung an der Kreuzung verloren geht. Da Kreuzungen den maximalen Verkehrsfluss begrenzen, können Einbahnstraßennetze folglich einen höheren maximalen Verkehrsfluss (d.h. eine höhere Fahrzeugbewegungskapazität) aufweisen als Zweirichtungsstraßennetze.

Reduzierte Fahrzeugkapazitäten senken die Netzeffizienz.

Befürworter der Umwandlung von Einbahnstraßen in Zweirichtungsstraßen führen häufig diesen Rückgang der Fahrzeugbewegungskapazität an (zusätzlich zu den Kosten und der Machbarkeit). Obwohl Einbahnstraßen den Wohlstand und die Lebensqualität erhöhen können, befürchten die Entscheidungsträger, dass der Verlust an Fahrzeugdurchsatz zu längeren und überlasteten Spitzenzeiten, niedrigeren Durchschnittsgeschwindigkeiten und größeren Verzögerungen führen wird. Eine verringerte Fahrzeugkapazität senkt somit die Effizienz des Netzes. Schlimmer noch: Staus, die durch den Verlust an Fahrzeugkapazität entstehen, können dazu führen, dass die Menschen die Innenstadt meiden und zu ihrem Niedergang als Wirtschafts- und Freizeitzentrum beitragen.

Trip-Serving Capacity: Ein besseres Maß für die Netzeffizienz

Die Fähigkeit, viele Fahrzeuge zu befördern, spiegelt nicht das eigentliche Ziel eines Verkehrsnetzes wider. Das Ziel besteht darin, dass die Menschen ihr Ziel so schnell wie möglich erreichen können. Die maximale Geschwindigkeit, mit der die Menschen ihr Ziel erreichen, auch bekannt als die Kapazität des Netzes für die Beförderung von Fahrten, gibt dieses Ziel genauer wieder. Unter sonst gleichen Bedingungen wird ein Netz mit einer höheren Kapazität die Fahrten mit weniger Verspätung abwickeln.

Auch wenn die derzeitige Forschung und die gängige Meinung davon ausgehen, dass Einbahnstraßennetze effizienter sind als ihre Gegenstücke in beiden Richtungen, zeigen wir, dass Einbahnstraßennetze manchmal weniger effizient sind, weil sie die Geschwindigkeit einschränken, mit der die Menschen ihr Ziel erreichen. Wenn dies der Fall ist, besteht ein größerer Anreiz, herkömmliche Einbahnstraßennetze in Einbahnstraßen umzuwandeln.

Netzvergleich

Wir können die Fahrtenkapazitäten verschiedener Einbahn- und Einbahnstraßennetze direkt vergleichen. Die Einbahnstraßennetze unterscheiden sich in der Behandlung von Linksabbiegekonflikten an Kreuzungen. Hier betrachten wir drei Varianten für ein Netz mit zwei Fahrspuren in jeder Richtung. Abbildung 2 zeigt die Kreuzungskonfigurationen für diese Netze. Tabelle 1 fasst die Vor- und Nachteile dieser drei Verfahren zusammen.

Die Fahrtenkapazitäten dieser Netze variieren auf der Grundlage von Faktoren wie der Nachfrageverteilung, der Signalsteuerung an den Kreuzungen und der Routenplanung der Fahrer. Um die Analyse zu vereinfachen, vergleichen wir die Netze unter idealen Bedingungen, d.h. mit gleichmäßigem Reiseverhalten, speziellen Linksabbiegesignalen, die zeitlich so gesteuert sind, dass sie die vorhandene Linksabbiegernachfrage bedienen, und der direktesten Fahrerführung. Diese idealen Bedingungen erleichtern eine analytische Lösung für die Fahrtenkapazitäten der verschiedenen Netze, aber die Ergebnisse dieser Analyse gelten auch für reale Bedingungen, bei denen diese Annahmen gelockert werden.

Die Fahrtenkapazität eines Netzes erweist sich als ein Verhältnis von zwei Größen: seine Fahrzeugbewegungskapazität und die durchschnittliche Fahrtenlänge. Die Anzahl der Fahrzeuge, die eine Kreuzung während eines Signaltaktes passieren können, bestimmt die Kapazität des Fahrzeugverkehrs. Die Anwendung der Wahrscheinlichkeitstheorie auf die Netzgeometrie kann uns helfen, die durchschnittliche Fahrtdauer zu bestimmen, indem wir ermitteln, um wie viel weiter die Fahrzeuge angesichts der Bewegungsbeschränkungen fahren müssen. Beide Größen und damit die Reisekapazität des Netzes sind eine Funktion von zwei Schlüsselparametern: 1) die durchschnittliche Entfernung zwischen den Ausgangs- und Zielorten im Netz und 2) die Zeit, die an Linksabbiegesignalen verloren geht. Abbildung 3 zeigt das Verhältnis der Fahrtenkapazitäten für das Netz der Einbahnstraßen im Vergleich zum Netz der Zweibahnstraßen für verschiedene Werte dieser Variablen. Dieses Verhältnis misst die relative Effizienz eines Zweirichtungsnetzes im Vergleich zu einem Einbahnstraßennetz. Werte größer als 1 bedeuten, dass das Einbahnstraßennetz die Fahrten schneller befördert, während Werte kleiner als 1 bedeuten, dass das Einbahnstraßennetz besser ist.

In Abbildung 3 haben die Einbahnstraßennetze, die Linksabbieger zulassen, bei kürzeren Fahrten höhere Beförderungskapazitäten. Bei kurzen Fahrten ist der zusätzliche Verkehr in Einbahnstraßen so schädlich, dass eine einfachere Signalsteuerung an der Kreuzung (und höhere Kapazitäten für den Fahrzeugverkehr) die zusätzliche Fahrstrecke nicht kompensieren kann. Bei längeren Fahrten hingegen kann eine einfachere Signalsteuerung die durch das Einbahnstraßennetz bedingten zusätzlichen Fahrten kompensieren. Da die durchschnittliche Fahrtdauer proportional zur Größe des Stadtzentrums sein sollte, kann die Umstellung eines innerstädtischen Verkehrsnetzes von Einbahn- auf Zweibahnverkehr die Fähigkeit des Netzes, Fahrten in kleineren Städten zu bewältigen, sogar erhöhen. Abbildung 3 zeigt auch, dass selbst bei langen Fahrten die Kapazitäten von Zweirichtungsnetzen mit Linksabbiegetaschen nur 10 % geringer sind als die von Einrichtungsnetzen. Die kritische Fahrtenlänge, die zwischen „kurzen“ und „langen“ Fahrten unterscheidet, ist eine Funktion der Zeit, die an speziellen Linksabbiegesignalen verloren geht. Je mehr Zeit an speziellen Linksabbiegesignalen verloren geht, desto geringer ist die kritische Fahrtenlänge.

Die kritische Fahrtenlänge, die „kurze“ und „lange“ Fahrten voneinander trennt, ist eine Funktion der Zeit, die an speziellen Linksabbiegesignalen verloren geht.

Besonders hervorzuheben ist, dass das Einbahnstraßennetz mit Linksabbiegeverboten immer eine höhere Fahrtenkapazität hat, selbst wenn die Fahrten lang sind. Beide Strategien bieten die gleiche Beförderungskapazität (da beide konkurrierende Abbiegemanöver eliminieren), aber das Einbahnstraßennetz mit Linksabbiegeverbot erfordert weniger Umwege als das Einbahnstraßennetz. Tatsächlich ist die zusätzlich benötigte Fahrstrecke in einem Einbahnstraßennetz mindestens doppelt so lang wie in einem Zweirichtungsnetz mit Linksabbiegeverbot. Dies ist physikalisch sinnvoll, da Einbahnstraßen restriktiver sind und mehr Fahrzeugbewegungen verbieten. Wenn also das Linksabbiegen an den Kreuzungen verboten ist, kann die Umstellung eines Einbahnstraßennetzes auf ein Zweirichtungsnetz immer die Fähigkeit des Netzes erhöhen, Fahrten zu bewältigen, selbst in größeren Städten mit längeren durchschnittlichen Fahrten.

Schlussfolgerung

Im Gegensatz zu herkömmlichen Weisheiten und Planungshandbüchern sind Zweirichtungsnetze oft effizienter als Einbahnnetze. Obwohl Zweirichtungsnetze eine geringere Fahrzeugbewegungskapazität bieten, können sie in einigen Fällen eine höhere Fahrtenzahl aufweisen. Diese Fahrtenkapazität ist ein besserer Maßstab für die Vorhersage der Netzleistung in Spitzenzeiten. Wenn die Fahrten kurz sind, haben Netze mit Gegenverkehr, die konkurrierende Abbiegemanöver zulassen, höhere Fahrtenkapazitäten als Netze mit Einbahnverkehr, weil der zusätzliche Verkehr in Netzen mit Einbahnverkehr die effizientere Kreuzungssteuerung ausgleicht. Zweirichtungsnetze sind wettbewerbsfähiger, wenn die Länge des Signalzyklus zunimmt. Außerdem können Zweirichtungsnetze, die das Linksabbiegen verbieten, die Fahrten immer mit einer höheren Rate bedienen. Während beide Strategien konfliktträchtige Abbiegemanöver eliminieren, verursachen Einbahnstraßen mit Linksabbiegeverbot weniger Verkehr als Einbahnstraßen.

Ungeachtet der Größe der Stadt sollte eine Umstellung von Einbahn- auf Zweibahnstraßen jedoch immer die Effizienz der innerstädtischen Netze erhöhen.

Wenn sie eine Umstellung auf Zweibahnstraßen in Erwägung ziehen, sollten Stadtplaner und Verkehrsingenieure die durchschnittliche Fahrtdauer innerhalb des Netzes untersuchen. Die Intuition legt nahe, dass die durchschnittliche Fahrtdauer proportional zur Größe des Stadtzentrums ist – größere Stadtzentren sollten eine längere Fahrtdauer aufweisen. Kleinere Innenstädte sollten daher die Zeit, die bei der Einrichtung von Linksabbiegesignalen vergeudet wird, sorgfältig untersuchen, um zu ermitteln, welche Art von Zwei-Wege-Netzkonfiguration verwendet werden sollte. Da der Zeitverlust mit der durchschnittlichen Zykluslänge abnimmt, sollten kleinere Städte Linksabbieger nur dann zulassen, wenn die Zykluslänge lang ist, und Linksabbieger verbieten, wenn die Zykluslänge kurz ist. Größere Innenstädte hingegen sollten ebenfalls auf Zweirichtungsbetrieb umstellen, das Linksabbiegen an Kreuzungen jedoch verbieten. Unabhängig von der Größe der Stadt sollte eine Umstellung von Einbahn- auf Zweirichtungsbetrieb jedoch immer die Effizienz der innerstädtischen Netze erhöhen. Da die Bewohner aus verschiedenen Gründen Einbahnstraßen bevorzugen, kann die Umstellung eines Einbahnstraßennetzes auf Zweirichtungsbetrieb sowohl die Effizienz als auch die Lebensqualität der Städte verbessern.

Dieser Artikel ist eine Adaption der längeren Version „Analytical Capacity Comparison of One-Way and Two-Way Signalized Street Networks“, die ursprünglich im Transportation Research Record veröffentlicht wurde.

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