Seilbahnbetrieb mit PTV Viswalk und PTV Vissim modellieren

Seilbahnen verbinden wir meist mit dem Transport von Personen in unwegsamem Gelände, zur Überwindung großer Höhenunterschiede oder als touristische Attraktion. Seit einigen Jahren kommen sie vermehrt jedoch auch als urbanes Transportmittel zum Einsatz. Und genau wie klassische Transportmittel, wie Busse, Pkws und Straßenbahnen, lassen auch sie und ihre Passagiere sich mit PTV Vissim und PTV Viswalk modellieren. Wir zeigen wie.

Bei der Modellierung von Seilbahnen ist zum einen die Art der Bahn, als auch der Einsteigevorgang von großer Bedeutung. Diese sind von Bahn zu Bahn unterschiedlich. Das folgende Video zeigt exemplarisch zwei Arten von Luftseilbahnen – zunächst eine Bahn mit großen Kabinen, die für den Einsteigevorgang stillstehen, später kleine Kabinen, die sich während des Einsteigens weiterbewegen. Zum anderen werden zwei verschiedene Arten des Einstiegs dargestellt.

Die Animation zeigt zu Beginn eine Tram, die durch die Standard-ÖV-Funktionalität in PTV Vissim modelliert ist. Hierfür stehen neben den Netzobjekten ÖV-Linien und ÖV-Haltestellen die Sonderfunktionen „Bahnsteigkante “ und „Wartefläche “ des Netzobjekts (Fußgänger-) Fläche zur Verfügung.
Der Einsteige- und Aussteige-Vorgang der PTV Viswalk-Fußgänger an dieser Haltestelle wird ebenfalls vollständig durch die Standardfunktionalität kontrolliert. Dies ist schematisch in Abbildung „Figure 1“ gezeigt..

Figure 1

Seilbahntyp 1: zwei große Kabinen, die beim Einstieg anhalten
Da die im Video gezeigte Seilbahn mit der großen Kabine für den Einsteigevorgang anhält, kann sie grundsätzlich ebenfalls mit der ÖV-Standardfunktionalität modelliert werden wie in Abbildung „Figure 2“ zu erkennen ist. Dennoch gibt es einige Aspekte der Modellierung auf die hinzuweisen sich lohnt.

Figure 2

Seilbahn fährt im Kreis
Die beiden Kabinen der Seilbahn fahren endlos im Kreis. Dies ist nicht üblich für eine ÖV-Linie . Sie wird einmal durchfahren und am Ende wird das Fahrzeug aus der Simulation genommen. Man kann das gewünschte Verhalten aber mit Hilfe einer ÖV-Teilroute erreichen. Dabei kann die eigentliche ÖV-Linie sehr kurz sein und die Haltestellen werden dann über die ÖV-Teilroute angefahren (siehe Abbildung „Figure 3“).

Figure 3: Die ÖV-Route ist gelb dargestellt, die ÖV-Teilroute rot.

Fahrbahnhöhe anpassen
Für die Visualisierung ist interessant, dass der Nullpunkt der Höhe des 3D-Modells der Kabine in diesem Fall auf einer Höhe von 10 Metern liegt, nämlich am Auflagepunkt auf dem Seil. Deswegen sollte die Fahrbahn (Strecke ) ebenfalls auf mindestens diese Höhe gelegt werden, da die Kabine sonst unterirdisch dargestellt wird. Um den Aus- und Einsteigevorgang der Passagiere korrekt zu simulieren, muss die Breite der Strecke der Breite der Kabine entsprechen. Deshalb sollte die Strecke in der Darstellung unsichtbar sein und eine zweite sehr schmale Strecke die Darstellung des Seils übernehmen. Abbildung „Figure 4“ zeigt, wie es aussähe, wenn die Fahrbahn nicht unsichtbar wäre.

Figure 4

Geschwindigkeit der Kabinen regeln
Im Seil befinden sich zwei Kabinen. Da sie über das Seil verbunden sind, haben sie in der Realität exakt dieselbe Geschwindigkeit. Sie sollten sich also im Laufe der Simulation nicht annähern. Ein Umlauf hat in diesem Fall knapp 300 Meter. Die Kabinen sind also rund 150 Meter voneinander entfernt. Wäre ihre Geschwindigkeit auch nur um 0,05 km/h unterschiedlich, würden sie im Verlauf einer dreistündigen Simulation aufeinander auffahren. Die Geschwindigkeiten sollten also möglichst exakt gleich sein. Durch Editieren in der Liste der Wunschgeschwindigkeitsverteilungen ist es möglich eine vollkommen scharfe Verteilung zu erzeugen (siehe Abbildungen „Figure 5“ und „Figure 6“).

Figure 5

Figure 6

Modellierung des Aufstellvorgangs
Während in diesem Beispiel das Einsteigen von der Standardfunktionalität abgearbeitet wird, ist die Modellierung des Aufstellvorgangs komplizierter, da der Vorgang hier recht spezifische Eigenheiten hat. Die Kapazität, festgelegt am Fahrzeugtyp einer Kabine, beträgt in diesem Fall 20 Personen. Es gibt im Modell fünf Wartesäle. In den ersten vier sollen sich jeweils höchstens 20 Personen aufhalten. Die „Besatzung“ wird also frühzeitig zusammengestellt. Die eintreffenden (künftigen) Passagiere sollen die Reihenfolge einhalten; sie sollen sich nicht vordrängen. Das bedeutet, dass sie einen Wartesaal nur dann betreten sollen, wenn in diesem, in allen weiteren Wartesälen sowie auf den Zugangsfluren nicht mehr als 19 Personen befinden. Dies wird mit Hilfe von Teilrouten modelliert. Abbildung „Figure 7“ zeigt die Flächenstruktur sowie die beiden ersten Teilroutenentscheidungen (10001 und 10002) mit zugehörigen Teilrouten, die die Passagiere entweder in einen Warteraum abbiegen lassen oder weiter den Flur entlang schicken.

Figure 7

Die Teilroutenentscheidungen sind vom Typ Anzahl . Es wird zu 100% die Beste Route gewählt. Die beste Teilroute ist dabei jene, der die geringere Anzahl Fußgänger zugeordnet wird. Der Teilroute, die den Flur weiterführt, wird mit Hilfe eines kleinen Nebenmodells immer die Zahl 19,5 zugewiesen (siehe Abbildung „Figure 8“ ).

Figure 8: Zu Beginn der Simulation werden über den Zufluss links exakt 39 Fußgänger eingesetzt. Der Fläche mit dem Namen „wait here forever“ wird eine Wartezeitverteilung mit Zeiten größer der Simulationsdauer zugewiesen. Somit befinden sich auf der Fläche mit dem Namen „count here 39 pedestrians“ während der gesamten Simulation 39 Fußgänger. Mit Hilfe der Fläche mit dem Namen „always empty“ kann mit dem Teilrouten-Entscheidungsmodell „Durchschnitt“ die Zahl 19,5 zur Verfügung gestellt werden.

Der Teilroute, die in den Warteraum führt, wird hingegen die Anzahl Fußgänger zugeordnet, die sich in Abbildung „Figure 9“ auf der durch gelbe Umrandung hervorgehobenen Fläche befinden. Dies sind – wie erforderlich – alle Fußgänger, die sich im betreffenden Warteraum, allen nachfolgenden Warteräumen und auf dem Flur befinden. In Folge biegt ein Fußgänger nur dann in den Warteraum ab, wenn sich insgesamt weniger als 20 Personen in besagtem Bereich befinden.

Figure 9

Doch was passiert, wenn die Warteräume in Summe der Nachfrage nicht mehr gerecht werden können? Diesen Sonderfall kann man mit Schalterauswahl-Teilrouten modellieren. Eigentlich können Fußgänger damit nur für eine gewisse Zeit aufgehalten werden, ohne dass äußere Ereignisse diese Zeit verlängern oder verkürzen können. Dieses Problem kann man mit einem kleinen Trick umgehen: durch einen Signalgeber wird verhindert, dass die Fußgänger den „Schalter“, d.h. die Spitze der Warteschlange erreichen. Dadurch beginnt die Wartezeit nicht zu laufen. In Abbildung „Figure 10“ erkennt man, wie die Pfeilspitze, die das vordere Ende einer Warteschlange markiert vom Signalgeber abgeschnitten wird. Die Wartezeit selbst ist dann sehr gering. Insgesamt ergibt sich so der Effekt, dass sich im hinteren Wartesaal maximal 20 Fußgänger, aufgeteilt auf 4 Warteschlangen versammeln und jeder weitere Überschuss im Flur warten muss.

Figure 10

Wann aber öffnet das Signal? Die Signalgeber 101 bis 106 werden durch eine verkehrsabhängige Logik (VAP) gesteuert, deren Eingabewerte die Detektoren 101 bis 103 liefern, wie sie in Abbildung „Figure 11“ dargestellt sind.

Figure 11

Zunächst soll der Zugang zum ersten Warteraum von dem aus die Kabine direkt betreten wird, grundsätzlich verwehrt sein, falls eine Kabine da ist. Die Vorgänge „Warteraum betreten“ und „in Kabine einsteigen“ sollen zeitlich also getrennt sein. Und dies unabhängig von der Anzahl der wartenden Personen. Hierzu schaltet Signalgeber 101 auf Rot, wenn Detektor 102 die Kabine detektiert. Sie schaltet zurück auf Grün, wenn Detektor 103 die Kabine detektiert und somit die Kabine den Einstiegsbereich verlassen hat. Wenn Detektor 101 die Kabine detektiert, wird in einem zweiten VAP-Programm – siehe Abbildung „Figure 11“ – ausgelöst, dass zunächst Signalgeber 102 von Rot auf Grün schaltet und so die Fahrgäste vom zweiten in den – nun leeren – ersten Warteraum lässt. Nach einiger Zeit („Mindestgrünzeit“ ) schaltet das VAP-Programm Signalgeber 102 wieder auf Rot und gleichzeitig Signalgeber 103 auf Grün. So geht es weiter, bis alle Wartenden einen Wartesaal aufrücken konnten.

Figure 12

Seilbahntyp 2: mehrere kleine Kabinen, die nie vollständig anhalten
Die zweite Seilbahn hat kleinere Kabinen mit einer Kapazität von vier Personen. Diese Kabinen werden für den Einsteigevorgang zwar langsamer, aber sie halten nicht vollständig an. Ein solches Verhalten ist in der Standard-ÖV-Funktionalität PTV Vissims nicht enthalten. Eine Modellierung mittels Skript ist jedoch möglich (siehe Abbildung „Figure 13“).

Figure 13: Liste der Skripte, die in diesem Modell verwendet werden.

Skripte für den Aus- und Einsteigevorgang
Der Aus- und Einsteigevorgang dieser Bahn wird durch drei Skripte geregelt, die auf den Meldungen mehrerer Detektoren aufsetzen (siehe Abbildung „Figure 14“).

Figure 14. Detektoren (bläulich) im Aussteige- (oben) und Einsteigebereich mit ihren Kanalnummern.

Meldet Detektor 3000 eine Kabine, bewirkt dies per Skript „Move Cabin Doors Middle.vbs“, dass in der 3D-Darstellung die Türen der Kabine geöffnet werden. Sofern sich in der Kabine entsprechend viele Passagiere befinden, löst das Überfahren der Detektoren 3001 bis 3004 im Skript „Generate Passengers Middle.vbs“ die Erzeugung eines Fußgängers aus. Anschließend fährt die Kabine leer und mit offenen Türen weiter. Das Signal, das durch eine Kabine auf Detektor 301 ausgelöst wird, wird nicht in einem Skript, sondern in der VAP-Signalsteuerung „access control boarding areas.vap“ verwendet. Dadurch wird ein Signal auf Rot gestellt, das den Zugang zum unmittelbaren Wartebereich regelt. Es wird so verhindert, dass bereits weitere Einsteiger in den Wartebereich nachströmen, während der Einsteigevorgang in die aktuell anwesende Kabine noch nicht abgeschlossen ist.

Anschließend überfährt die Kabine die vier Detektoren 3011 bis 3014. Dadurch werden nacheinander die Signale 313 bis 316 kurzzeitig auf Grün gestellt und ermöglichen so einem Passagier den Einstieg. Auch hier verhindert ein rotes Signal, dass ein Fußgänger die Spitze einer Warteschlange erreicht. Zusätzlich wird im Skript „Count Passengers Middle.vbs“ durch einen von der Kabine ausgelösten Impuls auf einem Detektor 3011 bis 3014 bei gleichzeitiger Belegung des zugehörigen Detektors 3021 bis 3024 durch einen Fußgänger das Attribut „Belegung“ der Kabine um 1 erhöht. So wird sichergestellt, dass später die korrekte Anzahl Passagiere aus der Kabine aussteigt. Hierfür ist es wichtig, dass die Geschwindigkeit der Kabine (0,5 m/s), die Länge der Detektoren 3011 bis 3014 (0,5 m) und die Ausführfrequenz des Zählskripts (einmal pro Sekunde; hier: alle 20 Simulationszeitschritte) aufeinander abgestimmt sind, um Doppelzählungen zu vermeiden. Zuletzt fährt die Kabine über Detektor 3305 wodurch das Schließen der Türen im Skript „Move Cabin Doors Middle.vbs“ ausgelöst wird.

Es wurde bereits erwähnt: Im Wartebereich werden zweimal – beim Betreten des Einstiegsbereichs und beim Einstieg in die Kabine – die Fußgänger mittels Signalgeber kurz vor dem Erreichen der Spitze einer Warteschlange zurückgehalten. Abbildung „Figure 15“ zeigt die Teilrouten, die die Einsteiger auf die vier Einstiegspositionen verteilt, die Signalgeber und die Flächen, die die Warteschlangen markieren.

Figure 15

Ich wünsche Ihnen viel Spass bei der Modellierung des Seilbahnbetriebs.

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Dieser Eintrag wurde veröffentlicht in PTV Vissim @de, PTV Vissim Tipps & Tricks und verschlagwortet mit , von Tobias Kretz. Permanenter Link zum Eintrag.
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Über Tobias Kretz

Tobias Kretz, a PhD in Physics, has a strong scientific and technical experience. In over 50 scientific publications he has been and is contributing to defining and extending the state of the art of the simulation of pedestrians. He has joined PTV Group in 2007 taking care as a technical product manager for the pedestrian simulation from the beginning on. Also part of his leisure time is occupied with bi-pedal motion: as a runner he is passionate (but not at all contributing to the global state-of the art), as a hiker he’s become an expert for Black Forest and other landscapes around Karlsruhe.