So steuern Ampeln den Verkehr
Grundsätzlich läuft in jeder Ampelanlage eine im Steuergerät hinterlegte Software. Die Software bestimmt, wann welche Ampelfarbe leuchtet. Beim Durchlaufen der Software bekommt so jeder Verkehrsstrom nach einer festgelegten Zeit GRÜN.
Die Dauer vom Grün-Beginn eines Verkehrsstroms bis zum folgenden Grün-Beginn des selben Stroms nennt man Umlaufzeit. Je nach Tageszeit und Verkehrsaufkommen schaltet die Software unterschiedliche Signalprogramme. Sie unterscheiden sich in der Verteilung der Grünphasen oder durch unterschiedliche Umlaufzeiten.
Je länger die Umlaufzeit ist, desto mehr Verkehrsteilnehmer können innerhalb einer Grünphase die Kreuzung überqueren. Längere Umlaufzeiten kommen daher vorrangig in den Hauptverkehrszeiten zum Einsatz. Nachts, wenn wenig los ist, werden Signalprogramme mit kurzen Umlaufzeiten geschaltet, um die Wartezeiten zu verkürzen. In Freiburg gibt es Umlaufzeiten zwischen 45 bis 90 Sekunden.
Steuerungsverfahren
Die meisten Ampelanlagen werden heutzutage abhängig von der Verkehrslage geschaltet. Das bedeutet, dass die Schaltung der Anlage automatisch durch das Verkehrsgeschehen, wie zum Beispiel die Kfz-Belastung der verschiedenen Richtungen und durch Aktionen der Verkehrsteilnehmer wie die Fußgänger-Anforderungstaster beeinflusst wird. Folgende Abläufe können bei einer verkehrsabhängigen Schaltung ausgelöst bzw. beeinflusst werden:
- Anforderung einer Grünphase
- Verlängerung der laufenden Grünphase
- Frühzeitiger Abbruch der Grünphase des Querverkehrs
- Verlängerung / Verkürzung der Umlaufzeit
- Änderung der Reihenfolge von Grünphasen (Phasentausch)
Dabei unterscheidet man folgende Steuerungsverfahren:
- Festzeitsteuerung
Bei der Festzeitsteuerung gibt es keine Möglichkeit der Programmbeeinflussung. Die Grünzeiten sind in jedem Programmumlauf unabhängig vom Verkehrsaufkommen identisch. Zur Steuerung werden keinerlei Detektorinformationen über das Verkehrsgeschehen benötigt. Diese Steuerung muss an älteren Anlagen eingesetzt werden, die keine Detektoren haben. Weiterhin kann der Einsatz zweckmäßig sein, wenn wegen sehr kurzer Kreuzungsabstände eine möglichst sekundengenaue Koordinierung erforderlich ist, wie z. B. im Bereich der Ochsenbrücke. - Teilverkehrsabhängige Steuerung
Die teilverkehrsabhängige Steuerung ist das im innerstädtischen Bereich übliche Steuerungsverfahren. Sie hat mit der Festzeitsteuerung ein wichtiges Detail gemeinsam: Die feste, nicht veränderliche Umlaufzeit des Signalprogramms. Nur wenn diese von Umlauf zu Umlauf gleichbleibend ist, können die Anlagen in einer Grünen Welle aufeinander abgestimmt werden.
Anders als bei der Festzeitsteuerung kann jedoch der Beginn und das Ende der einzelnen Grünphasen, je nach Verkehrsaufkommen, variieren. Es besteht auch die Möglichkeit, dass einzelne Verkehrsströme in einem Umlauf kein GRÜN bekommen, wenn durch die Detektoren kein Verkehr erkannt wurde. Die dadurch zusätzlich zur Verfügung stehende Zeit kann einem anderen Verkehrsstrom mit viel Verkehr zugeschlagen werden. Das kann in Zeiten mit sehr wenig Verkehr (nachts) dazu führen, dass die Grünphase für die Hauptrichtung bestehen bleibt, wenn es zeitweise keine Anforderungen aus den Querrichtungen gibt. Das hat auch Vorteile für die Grüne Welle.
Üblicherweise wird vor jeder folgenden Grünphase die Anwesenheit von Fahrzeugen abgeprüft. Wurde Verkehr erkannt, schalten die Signale auf GRÜN. Ab einer Mindestgrünzeit von etwa 5-10 Sekunden wird ausgewertet, ob noch Verkehr vorhanden ist. Erkennen die Detektoren weiterhin Verkehr, bleibt das GRÜN bis zu einer festgelegten Maximalzeit bestehen. Wird von den Detektoren kein Verkehr mehr gemeldet, hat der nächste Verkehrsstrom die Möglichkeit, das laufenden GRÜN abzubrechen und selbst "FREI" zu bekommen usw. - Vollverkehrsabhängige Steuerung
In einer vollverkehrsabhängigen Steuerung sind im Vergleich zur teilverkehrsabhängigen Steuerung weitere "Freiheiten" einprogrammiert. Insbesondere kann sich die Umlaufzeit an die verkehrlichen Erfordernisse anpassen. Kommt aus allen Richtungen viel Verkehr, stellt sich eine große Umlaufzeit ein, weil jeder Strom mehr Grünzeit anfordert. Herrscht insgesamt nur wenig Verkehr, bleibt die Umlaufzeit entsprechend kurz.
Dem Steuerprogramm werden neben den logischen Bedingungen für den Phasenwechsel noch weitere Rahmendaten wie die maximalen und minimalen Grünzeiten vorgegeben. Innerhalb dieser Grenzen erfolgt eine sehr flexible Anpassung an die jeweilige Verkehrssituation.
Diese Steuerungsart eignet sich besonders bei Signalanlagen im ländlichen Raum oder in Stadtrandlagen. Denn hier sind benachbarte Ampeln zu weit entfernt, um sie sinnvoll in Grüner Welle schalten zu können.
Zwischenzeiten
Einen sicheren Verkehrsablauf zu gewährleisten ist das wichtigste Ziel bei der Verkehrsegelung durch Ampeln. Die Zwischenzeiten spielen dabei eine grundlegende Rolle, denn die Zwischenzeit ist die Dauer zwischen dem Grün-Ende eines Verkehrsstroms und dem Grün-Beginn eines nachfolgenden, kreuzenden Verkehrsstroms.
Sie wird aus der Zeit berechnet, welche der endende Verkehrsstrom zum Räumen der Kreuzung benötigt und der Zeit, die vergeht, ehe der anfahrende Verkehrsstrom in die Kreuzung eingefahren ist. Diese Berechnung muss für jede mögliche Kombination von sich kreuzenden Verkehrsströmen durchgeführt werden.
Die so ermittelten Zwischenzeiten werden in einer Tabelle, der "Zwischenzeitenmatrix", zusammengestellt und im Steuergerät abgespeichert. Eine spezielle Sicherheitshardware im Steuergerät überwacht permanent, dass die gespeicherten Zwischenzeiten jederzeit eingehalten werden. Gleichzeitig wird verhindert, dass Signale, die zueinander nicht "verträglich" sind (beispielsweise Geradeaus- und Querverkehr), gleichzeitig Grün erhalten.
Bevor dies durch einen Fehler doch passieren könnte, wird die Anlage sofort automatisch abgeschaltet und meldet dem Verkehrsrechner Störung mit Abschaltung durch die Signalsicherung. Durch die "Zwischenzeit" wird beispielsweise sichergestellt, dass Fußgänger, die noch in der letzten Sekunde ihrer Grünzeit loslaufen, die gesamte Fahrbahn mit normaler Gehgeschwindigkeit räumen können, ehe der querende Kfz-Verkehr GRÜN erhält.
Grüne Welle immer für alle geht leider nicht. Trotzdem wird über die Verkehrssteuerung versucht, dass alle möglichst sicher und schnell ans Ziel kommen. An Freiburgs Kreuzungen wird zudem der Öffentliche Nahverkehr bevorzugt behandelt.
Vorfahrt für Busse und Bahnen
Gemäß den Leitlinien der Freiburger Verkehrspolitik soll der Öffentliche Nahverkehr (ÖPNV) ausgebaut werden. Die Attraktivität des ÖPNV steigt durch eine bevorrechtigte Abfertigung an Ampeln. Daher wurde für die Stadtbahnen an fast allen Ampeln die Möglichkeit zur Vorrangschaltung eingerichtet. Nur an wenigen hochbelasteten Kreuzungen im Straßennetz (wie Schwabentorbrücke oder Kaiserbrücke) ist die Bevorrechtigung eingeschränkt, sodass dem querenden Straßenverkehr eine ausreichende Grünzeit zur Verfügung steht.
Damit eine Stadtbahn ohne anzuhalten eine signalisierte Kreuzung durchfahren kann, muss sie sich dort frühzeitig "anmelden". Es muss noch genug Zeit bleiben, um die gerade laufende Grünphase der Querrichtung abzubrechen, ohne dass die Mindest-Grünzeit unterschritten wird. Zusätzlich muss noch die Zwischenzeit abgewartet werden, ehe die Signale für die Stadtbahn auf "Freie Fahrt" schalten können.
Beim Passieren der Kreuzung meldet sich die Stadtbahn durch spezielle Detektoren in den Gleisen oder über ein Funksignalwieder wieder ab. Danach wird entweder die für die Stadtbahnfahrt unterbrochene Grünzeit wieder freigegeben, oder aber, wenn das Zeitfenster hierfür bereits abgelaufen ist, die nachfolgende Richtung auf GRÜN geschaltet. Durch eine querende Stadtbahn können also die Grünphasen der übrigen Verkehrsteilnehmer im Programmumlauf zeitlich verschoben, kurz unterbrochen oder verkürzt werden. In ungünstigen Fällen kann es passieren, dass für einzelne Verkehrsströme eine ganze Grünphase ausfällt.
Auch beim Busverkehr ist für einzelne Abschnitte der Linien 10, 14 und 27 eine Vorrangschaltung eingerichtet. Die konsequente Bevorrechtigung von Bussen und Bahnen, wie sie in Freiburg seit langem üblich ist, hat viele positiven Aspekte, und wird mittlerweile in zahlreichen Städten im In- und Ausland praktiziert.
Besonders hervorzuheben sind hierbei folgende Vorteile:
- Die Reisezeiten verkürzen sich spürbar und machen den ÖPNV gegenüber dem PKW attraktiver
- Durch die kürzeren Linienfahrzeiten kommen die Verkehrsbetriebe mit weniger Fahrpersonal aus oder können mit gleichem Personal einen dichteren Takt bedienen
- Durch die vermehrte Nutzung öffentlicher Verkehrsmittel fahren weniger Autos, die dafür aber besser vorankommen. Eine vollbesetzte Stadtbahn mit 260 Fahrgästen ersetzt rund 200 Pkw (bei durchschnittlich 1,3 Passagieren pro Auto). Lange Staus wären programmiert, wenn in der Hauptverkehrszeit mehrere Tausend Autos pro Stunde zusätzlich auf der Straße wären...
- Nicht zuletzt führt mehr ÖPNV zu weniger Lärm und Abgasen im Stadtgebiet