Signalized Flows. Optimizing Traffic Signals and Guideposts and Related Network Flow Problems

Guideposts and traffic signals are important devices for controlling inner-city traffic and their optimized operation is essential for efficient traffic flow without congestion. In this thesis, we develop a mathematical model for guideposts and traffic signals in the context of network flow theory. Guideposts lead to confluent flows where each node in the network may have at most one outgoing flow-carrying arc. The complexity of finding maximum confluent flows is studied and several polynomial time algorithms for special graph classes are developed. For traffic signal optimization, a cyclically time-expanded model is suggested which provides the possibility of the simultaneous optimization of offsets and traffic assignment. Thus, the influence of offsets on travel times can be accounted directly. The potential of the presented approach is demonstrated by simulation of real-world instances. Vorwegweiser und Lichtsignalanlagen sind wichtige Elemente zur Steuerung innerstädtischen Verkehrs und ihre optimale Nutzung ist von entscheidender Bedeutung für einen staufreien Verkehrsfluss. In dieser Arbeit werden Vorwegweiser und Lichtsignalanlagen mittels der Netzwerkflusstheorie mathematisch modelliert. Vorwegweiser führen dabei zu konfluenten Flüssen, bei denen Fluss einen Knoten des Netzwerks nur gebündelt auf einer einzigen Kante verlassen darf. Diese konfluenten Flüsse werden hinsichtlich ihrer Komplexität untersucht und es werden Polynomialzeitalgorithmen für das Finden maximaler Flüsse auf ausgewählten Graphenklassen vorgestellt. Für die Versatzzeitoptimierung von Lichtsignalanlagen wird ein zyklisch zeitexpandiertes Modell entwickelt, das die gleichzeitige Optimierung der Verkehrsumlegung ermöglicht. So kann der Einfluss geänderter Versatzzeiten auf die Fahrzeiten direkt berücksichtigt werden. Die Leistungsfähigkeit dieses Ansatzes wird mit Hilfe von Simulationen realistischer Szenarien nachgewiesen.