Fugangermodelle
Dr. Tobias Kretz arbeitet in der Firma PTV Group in Karlsruhe an der Modellierung und Simulation von Fu\xdfg\xe4ngerstr\xf6men. Er studierte Physik an der Universit\xe4t Karlsruhe und behandelte in seiner Diplomarbeit Teilchen-Zerfallsprozesse. Anschlie\xdfend f\xfchrte ihn die Suche nach interessanten Anwendungen physikalischer Konzepte zur Arbeitsgruppe Physik von Transport und Verkehr an der Universit\xe4t Duisburg-Essen. Dort promovierte er im Themenfeld der Fu\xdfg\xe4ngersimulation bei Prof. Schreckenberg. Damit war er genau der Experte, den die ptv suchte, als sie sich entschied, die Verkehrssimulations-Software im Haus um den Aspekt der Fu\xdfg\xe4ngersimulation zu erweitern. Eine erste f\xfcr Karlsruhe interessante Anwendung der neuen Software VISWALK war die Simulation der Gro\xdfveranstaltung Das Fest hier in Karlsruhe. Die Simulation von Fu\xdfg\xe4ngerstr\xf6men ist eine noch junge Disziplin. Sie entwickelte sich zun\xe4chst f\xfcr Evakuierungs- und Notfall-Szenarien. Heute dient die Fu\xdfg\xe4ngersimulationssoftware beispielsweise der Planung in gro\xdfen Bahnh\xf6fen. Denn h\xe4ngt die Frage, ob man einen Anschlu\xdfzug kann, nicht auch von der Problematik ab, dass man dabei von anderen Fahrg\xe4sten behindert wird? Au\xdferdem ist die Untersuchung der von Effizienz von Laufwegen sehr hilfreich in der Planung von Bauvorhaben. In der Fu\xdfg\xe4ngersimulation werden verschiedene Methoden aus der Mathematik und Physik benutzt. In der Arbeitsgruppe von Herrn Schreckenberg waren es vor allem Zellularautomaten. Im nun vorhandenen Modul VISWALK wurde bei der ptv vor allem auf das Social force Modell gesetzt, das auf einem Newtonschen Ansatz (also dem Zusammenhang von Kraft und Beschleunigung) beruht und auf eine Beschreibung durch Differentialgleichungen f\xfcr die einzelnen Fu\xdfg\xe4nger f\xfchrt. Dieses System muss numerisch gel\xf6st werden. Die schrittweise L\xf6sung entspricht dabei der zeitlichen Entwicklung der Bewegung. Die Grundidee beim Social Force Modell ist, dass man sich vorstellt, dass die am Fu\xdfg\xe4nger angreifende Kr\xe4fte seine Beschleunigung (inklusive der Richtung) ver\xe4ndern und damit seine Bewegung bestimmen. Das einfachste Modell ist der Wunsch das Ziel zu erreichen (driving force), denn es gen\xfcgt daf\xfcr eine zum gew\xfcnschten Ziel ziehende starke Kraft. Dabei muss man aber anderen Fu\xdfg\xe4ngern und Hindernissen ausweichen. Das Ausweichen kann man aber leider nicht in genau ein Modell (also genau ein erwartetes Verhalten) \xfcbersetzen; es gibt dazu einfach zu viele Einflussfaktoren. Physikalisch werden sie daher als absto\xdfende Kr\xe4fte im Nahfeld von anderen Fu\xdfg\xe4ngern und Hindernissen modelliert. Wichtige Fragen, die im Algorithmus zu ber\xfccksichtigen sind, w\xe4ren beispielsweise, wie nah geht ein typischer Fu\xdfg\xe4nger typischerweise an anderen Fu\xdfg\xe4ngern vorbei geht, und welche Umwege typischerweise am attraktivsten erscheinen. Aus eigener Erfahrung kennt man den inneren Kampf, wie man mit Gruppen, die sozusagen als ein weiches Hindernis im Weg stehen, umgeht. Hindurchdr\xe4ngeln vermeidet man oft. (...)