Validierung und Kalibration

Die Modellexperten haben auf allen Ebenen des Modells Zwischenergebnisse und Resultate überprüft und mit anderen Datenquellen verglichen. Da die verschiedenen Daten nicht harmonisiert sind, mussten sie z.T. entscheiden, auf welche Daten das Modell geeicht wurde. Die Validierung gab Hinweise, wo noch Fehler bestanden oder Änderungen an den Modelleinstellungen nötig waren. Die folgenden Abbildungen zeigen den Vergleich von Ergebnissen aus dem publizierten NPVM mit Validierungsdaten: Je ähnlicher die Zahlen beieinander sind, desto besser ist die Qualität des Modells.    

Abgleich Modellergebnisse mit Erhebungen

Für das ARE ist es zentral, dass die Eigenschaften des NPVM mit dem MZMV sowie mit den Zähldaten für Strasse und ÖV übereinstimmen. Da die vorhandenen Daten nicht harmonisiert sind, mussten Kompromisse eingegangen werden: Zu Gunsten einer besseren Annäherung an die Zähldaten mussten geringfügige und begründete Abweichungen zum MZMV im NPVM akzeptiert werden. 

Der Vergleich des distanzabhängigen Modal-Splits bietet eine aussagekräftige Validierung. Dabei wird überprüft, ob sowohl die Länge der Wege wie der Mix an genutzten Verkehrsmitteln zwischen dem NPVM und dem MZMV übereinstimmen. Gesamthaft betrachtet, d.h. über alle Distanzklassen hinweg, bestehen geringe Abweichungen (1.8 im ÖV, 2.2 Prozentpunkte für PW). Diese Abweichungen wurden bewusst toleriert, da bei einer strikten Orientierung des Modells an der Modal-Split -Vorgabe des MZMV, die Zähldaten nur unzureichend getroffen wurden. Eine sichtbare Abweichung besteht zudem bei kurzen Wegen mit dem PW. Auch hier wurden zu Gunsten einer besseren Übereinstimmung mit Zähldaten tendenziell etwas längere Wege im NPVM erzeugt. Im ÖV hat das ARE bei langen Wegen (> 75 km Entfernung) auf eine strikte Wiedergabe des MZMV verzichtet. Es ist möglich, dass Befragungen wie der MZMV sehr lange ÖV-Fahrten unterschätzen. Zudem verfügen die SBB über zuverlässige Informationen, welche auf eine deutlich höhere Anzahl von langen ÖV-Wegen hinweisen.

 
 
 

Lesebeispiel: 21 % aller Wege zwischen >15 und 25 km werden gemäss Modell mit dem ÖV zurückgelegt.

 

Die mittleren Reiseweiten nach Verkehrsmitteln und die zurückgelegten Kilometer (gemessen in Personenkilometern), die sogenannten Verkehrsleistungen, sind weitere Validierungsgrössen.   

 

Inwiefern passt die Verkehrsleistung in Milliarden Personenkilometern pro Jahr zu Vergleichswerten? Dazu wurden die Personenkilometer pro Werktag des NPVM auf das Jahr hochgerechnet. Die Abweichungen sind vorsichtig zu interpretieren, da methodische Unterschiede in der Herleitung der Werte bestehen: Das BFS basiert die Auswertungen für Fuss, Velo und PW vor allem auf dem MZMV. Dieser bildet zwar auch eine Grundlage des NPVM, im Modell werden aber punktuell und aufgrund zusätzlich verfügbarer Informationen (v.a. Zähldaten) abweichende Annahmen getroffen. Im ÖV sind die Methoden gänzlich anders, da das BFS die Verkehrsleistungen bei den Transportunternehmen anfragt. Wenn auch die Vergleichbarkeit zwischen BFS und NPVM nicht vollumfänglich gegeben ist, wird deutlich, dass sich die Verkehrsleistungen insgesamt in ähnlicher Grössenordnung bewegen. 

 

Wenig Abweichung, gute Qualität

Auf dem Weg hin zum anwendungsreifen Modell wurden verschiedene Zwischenstände analysiert. Zunächst wurde das Modell mit allen Eingangsdaten und Parametern befüllt und ohne jegliche Anpassung analysiert (unkalibrierte Erstanwendung). Anschliessend fand eine Kalibration des Modells auf den MZMV statt. Dabei achteten die Modellexperten auch bereits auf eine generelle Übereinstimmung zu den Zähldaten. In diesem zweiten Schritt bestand zudem das Ziel, die aus den Erhebungen MZMV und SP-Befragung abgeleiteten Verhaltensmuster beizubehalten. Nur in wenigen Fällen wurde von dieser Vorgabe abgewichen, z.B. um die Verkehrsmittelwahl innerhalb der Städte Zürich, Bern und Basel sowie die Anzahl der Wege zwischen den drei Städten im NPVM an die Zähldaten anzunähern. Dabei haben das ARE und die Modellexperten gemeinsam entschieden, ob und in welchem Umfang Anpassungen gerechtfertigt sind. Das NPVM basiert auf Vereinfachungen und Mittelwerten und kann somit lokale Eigenheiten im Mobilitätsverhalten nur bedingt abbilden. Auf eine zu starke Anpassung des Modells zur Abbildung lokaler Eigenheiten wurde verzichtet, um die Aussagekraft des Modells für Prognosen zu erhalten.

Für die Planerinnen und Planer ist wichtig, dass das NPVM die beobachteten Verkehrsbelastungen, also die Zähldaten auf Strassen und im ÖV, wiedergibt. Eine Kalibration bleibt trotz der oben genannten Anpassungen zwischen den Städten notwendig. Über die Kalibration des Modells auf die Zähldaten werden somit verbleibende Abweichungen weitestgehend reduziert. Dabei achteten die Modellexperten darauf, dass die erreichten Übereinstimmungen mit dem MZMV betreffend der Anzahl Wege, der Verkehrsmittelwahl und der Verteilungen von Reiseweiten erhalten blieben.

 

Lesebeispiel: Liegt ein Punkt genau auf der 45-Grad-Linie, dann sagt das Modell genau den Wert voraus, der bei der Zählstelle gemessen wurde. Der GEH-Wert (benannt nach Geoffrey E. Havers) ist ein Gütemass zur Bewertung der Übereinstimmung des Modells mit der Realität.

 
 

Obenstehende Abbildung zeigt den Vergleich zwischen Modellergebnis an Strassenquerschnitten (Y-Achse mit der modellierten Anzahl aller Fahrzeuge) mit der an dieser Stelle gezählten Anzahl an Fahrzeugen (X-Achse mit der beobachteten Anzahl aller Fahrzeuge) nach der Kalibration auf die Zähldaten. Basierend auf dieser Gegenüberstellung wurden Indikatoren zur Qualität des Modells berechnet. Das NPVM erreicht durchgehend sehr gute Werte und kann somit als qualitativ hochstehend bezeichnet werden.

 

Elastizitätsteppich

Die regionale Validierung eines Modells in der Grössenordnung des NPVM ist schwierig. Matrizen mit fast 64 Millionen Einträgen (von jeder der 8000 Verkehrszonen in alle anderen Verkehrszonen) lassen sich ohne automatisierte Analysen nicht auf Fehler hin untersuchen. Das ARE liess die Qualität anhand von verschiedenen «Sensitivitäten» zu prüfen. Wie verändert sich die Anzahl Fahrten im Modell, wenn sich z.B. durch eine Kapazitätserhöhung im Strassennetz die Reisezeit mit dem Auto zwischen zwei Gemeinden verringert? Eine Visualisierung der Modellreaktionen für die Schweiz ist über einen sogenannten «Elastizitätsteppich» möglich. Diese Art der Visualisierung ersetzt nicht das punktuell notwendige Prüfen eines Modells auf lokale Unstimmigkeiten. Sie liefert aber über das gesamte Modellgebiet betrachtet wertvolle Hinweise, in welchen Räumen systematische Fehler vorliegen könnten.

Die Abbildung zeigt die Modellreaktion, wenn die Reisezeit im Strassenverkehr um 10% verringert wird. Jeder Pixel stellt die Fahrten zwischen zwei Schweizer Gemeinden dar. Blaue Pixel bedeuten eine Elastizität zwischen 0 und -1. Dies bedeutet, dass im Modell zwischen diesen Gemeinden nun mehr Fahrten im PW stattfinden als im Modell ohne die Verringerung der Reisezeit. Rötliche Pixel mit einer positiven Elastizität > 0 bedeuten das Gegenteil, auf diesen Relationen finden im Modell mit verringerter Reisezeit auf der Strasse nun weniger PW-Fahrten statt. Weisse Pixel bedeuten, dass auf diesen Relationen vernachlässigbar wenige PW-Fahrten stattfinden. Zur besseren Lesbarkeit und aufgrund ihrer geringen Bedeutung sind diese sehr geringen Verkehrsströme von der Analyse ausgenommen.

 

Erkennbar wird eine Häufung rötlicher Pixel auf der Diagonalen. Ein Pixel auf der Diagonalen zeigt die Veränderung der Anzahl an PW-Fahrten innerhalb einer Gemeinde. Sinkt die Reisezeit, steigt die Wahrscheinlichkeit für das Aufsuchen weiter entfernter Ziele. Diese liegen dann häufiger ausserhalb der Gemeinde. Ein Auftreten positiver Elastizitäten auf der Diagonalen ist somit plausibel. Blaue Pixel häufen sich in Blöcken. Ein Block ist gekennzeichnet durch die räumliche Nähe von Gemeinden, zwischen denen eine höhere Anzahl an PW-Fahrten stattfindet. Im Zoom auf Lugano wird ein fast durchgängiger Anstieg an PW-Fahrten zwischen den umliegenden Gemeinden ersichtlich.