Modell für nachhaltigere Verkehrsnetze

Wie können wir die Emissionen des Verkehrssektors verringern und unsere Mobilität beibehalten?

Der vom BMBF geförderte Forschungsverbund „SynphOnie“, an dem auch ein Team der Universität Passau um Prof. Dr. Tobias Harks beteiligt ist, entwickelt ein mathematisches Modell von Verkehrsströmen, das helfen soll, Verkehrsplanung gleichzeitig bedarfsgerecht und nachhaltig zu gestalten.

Der Verkehrssektor ist einer der bedeutendsten Emittenten von Treibhausgasen. Damit die Pariser Klimaziele eingehalten werden, ist unter anderem eine innovative Verkehrsplanung notwendig. Mathematische Modellierungen können dabei helfen, das komplexe Zusammenspiel der verschiedensten Transportmodi (Pkw- und Fahrradverkehr, Fußgänger, Carsharing, öffentlicher Fern- und Nahverkehr, kommerzieller Transport durch LKW, Güterzüge, etc.) zu verstehen und Maßnahmen einer nachhaltigen Verkehrsplanung abzuleiten.

Das Projekt „SynphOnie“, koordiniert von der Technischen Universität Kaiserslautern, hat sich unter anderem zum Ziel gesetzt, eine Modellierung der Verkehrsströme einer Metropolregion zu erstellen. Beteiligt sind auch Mathematikerinnen und Mathematiker der Universität Passau, der Universität Stuttgart sowie des Fraunhofer Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM). „SynphOnie“ steht dabei für „Synergien aus physikalischen und verkehrsplanerischen Modellen zur multikriteriellen Optimierung multimodaler nachfrageorientierter Verkehre“.

„Unser Ziel ist es, komplexe multimodale Verkehrssysteme durch geeignete Maßnahmen (Linien und Fahrpläne, On-Demand-Angebote, Preise) so multikriteriell zu optimieren, dass die konkurrierenden Zielgrößen Emissionen und Fahrtzeiten berücksichtigt werden. Eine zentrale mathematische Herausforderung besteht darin, dass das Optimierungsmodell berücksichtigen muss, wie die Verkehrsteilnehmer auf solche Maßnahmen reagieren und dass sich ein neues Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage einstellt.“, erklärt Prof. Dr. Tobias Harks, der seit Oktober 2022 den Lehrstuhl für mathematische Optimierung an der Universität Passau innehat. Unter seiner Leitung entwickeln die Passauer Forschenden in einem Teilprojekt sogenannte Gleichgewichtsverteilungen für multimodale Verkehrssysteme. Das bedeutet, dass die Modellierung das Entscheidungsverhalten aller am Verkehr beteiligten Individuen berücksichtigt: Wann wählt ein Mensch die S-Bahn, wann greift er zum Autoschlüssel? Welche Optionen und Präferenzen hat er, wenn er von A nach B will? Bei ihrer Arbeit können Prof. Dr. Harks und sein Team auf das Verkehrsnachfragemodell der Region Stuttgart zurückgreifen, die das Projekt unterstützt.

Sobald das Modell ein Verkehrsgleichgewicht abbildet, kann es Aufschluss geben über Effekte von Veränderungen des Systems, etwa eine zusätzliche Bahnstrecke. Davon wiederum erhoffen sich die Forschenden, Maßnahmen an der Infrastruktur zu identifizieren, die den Verkehr in Bezug auf mehrere Zielgrößen gleichzeitig verbessern, etwa Fahrzeit, Auslastung, Kosten sowie den Ausstoß von Treibhausgasen.

Die Innovation des Projekts „SynphOnie“ besteht in seinem Umfang: Während sich bisherige Modellierungsansätze auf die Optimierung einzelner Transportsysteme beschränken, strebt der Forschungsverbund ein integriertes Modell mehrerer Verkehrsmodi an.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt über eine Laufzeit von drei Jahren mit insgesamt ca. 1.3 Mio. Euro. Davon gehen ca. 300.000 Euro an die Universität Passau.

Text: Janina Körber

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Tobias Harks
Lehrstuhl für Mathematische Optimierung
Dr.-Hans-Kapfinger-Str. 30
94032 Passau
E-Mail: Tobias.Harks@uni-passau.de

Weitere Informationen:

https://www.fim.uni-passau.de/mathopt Webseite des Lehrstuhls für Mathematische Optimierung

http://www.uni-passau.de