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Good planning gets the bike rolling
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Turning it downside up: Novel, network-dynamic planning approach for urban bike path infrastructure enables demand-driven design of cycling networks by reversing the usual approach. The new concept could improve the bike-friendliness of cities - and thus their sustainability and climate footprint.
In surveys, a large majority of respondents usually agree that cycling can make a significant contribution to reducing greenhouse gases and to sustainable transport, especially in densely populated areas. In contrast, for many countries in reality there is a large gap between desired and actual numbers. In Germany, for example, only 20% of the short-distance of everyday trips in residential environments are covered by bicycle.
When asked about the reasons, one point repeatedly comes up top of the list: The perceived or actual lack of safety on the bike routes used. Increasing the share of cycling trips in the modal split thus depends crucially on a well-developed bike path infrastructure. However, designing efficient bike path networks is a complex problem that involves balancing a variety of constraints while meeting overall cycling demand. In addition, many municipalities still only have small budgets available for improving bicycle infrastructure.
In their study, researchers from the Chair of Network Dynamics / Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) at TU Dresden propose a new approach to generate efficient bike path networks. This explicitly considers the demand distribution and route choice of cyclists based on safety preferences. Typically, minimizing the travel distance is not the only goal, but aspects such as (perceived) safety or attractiveness of a route are also taken into account.
The starting point of this approach is a reversal of the usual planning process: Under real conditions, a bike path network is created by constantly adding bike paths to more streets. The cfaed scientists, on the contrary, start with an ideal, complete network, in which all streets in a city are equipped with a bike path. In a virtual process, they gradually remove individual, less used bike path segments from this network. The route selection of the cyclists is continuously updated. Thus, a sequence of bike path networks is created that is always adapted to the current usage. Each stage of this sequence corresponds to a variant that could be implemented with less financial effort. In this way, city planners can select the version that fits their municipality's budget.
"In our study, we illustrate the applicability of this demand-driven planning scheme for dense urban areas of Dresden and Hamburg," explains Christoph Steinacker, first author of the study. "We approach a real-life issue here using the theoretic toolbox of network dynamics. Our approach allows us to compare efficient bike path networks under different conditions. For example, it allows us to measure the influence of different demand distributions on the emerging network structures." The proposed approach can thus provide a quantitative assessment of the structure of current and planned bike path networks and support demand-driven design of efficient infrastructures.
The study has been published in the journal Nature Computational Science.
Title: "Demand-driven design of bicycle infrastructure networks for improved urban bikeability"
Authors: Christoph Steinacker, David-Maximilian Storch, Marc Timme, Malte Schröder
DOI: 10.1038/s43588-022-00318-w
Link: https://www.nature.com/articles/s43588-022-00318-w
The study was funded by project ‘Statistische Physik von Radverkehrinfrastrukturnetzwerken’ (StaCyNet, project number 493613373) of the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation).
Image caption: The route choice of cyclists is subject to various decision factors. For example, many prefer a separate bike lane (top left) instead of sharing space with dense car traffic (top right). Depending on whether streets with heavy car traffic (thick edges) are equipped with dedicated bike paths (blue) or not (gray), cyclists take the direct route (black arrow, bottom left), take detours to stay on bike paths (bottom center) or ride on small side streets (thin edges) (bottom right).
Image author: Christoph Steinacker
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TU Dresden, Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed)
Dr. Malte Schröder, Chair of Network Dynamics
Phone: +49 (0)351 463 43976
E-mail: malte.schroeder@tu-dresden.de
Matthias Hahndorf
Wissenschaftskommunikation
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[Deutsche Version]
Gut geplant ist halb geradelt
Auf den Kopf gestellt: Neuartiger, netzwerkdynamischer Planungsansatz für städtische Fahrradweg-Infrastruktur ermöglicht durch Umkehrung der üblichen Vorgehensweise eine nachfrageorientierte Gestaltung von Radwegenetzen. Die Fahrradfreundlichkeit von Städten ließe sich mit dem neuen Ansatz verbessern - und damit deren Nachhaltigkeit und Klimabilanz.
In Umfragen ist sich meist eine große Mehrheit der Befragten einig: Radfahren kann einen bedeutenden Beitrag zur Reduzierung von Treibhausgasen und zu einem nachhaltigen Verkehr gerade in dicht besiedelten Gebieten leisten. Demgegenüber ist in der Realität in vielen Ländern eine große Lücke zwischen Ideal und Wirklichkeit festzustellen. In Deutschland beispielsweise ist das Rad nur für rund ein Fünftel der Verkehrsteilnehmer:innen das Mittel der Wahl, um kurze Strecken im Wohnumfeld zurückzulegen.
Bei der Frage nach den Gründen taucht ein Punkt immer wieder ganz vorne auf: Die gefühlte oder tatsächliche mangelnde Sicherheit auf den genutzten Radrouten. Die Steigerung des Fahrradanteils im Mix der Verkehrsarten hängt also entscheidend von einer ausreichend gut ausgebauten Radweginfrastruktur ab. Die Gestaltung effizienter Radwegenetze stellt jedoch ein komplexes Problem dar, bei dem es gilt, eine Vielzahl von Einschränkungen auszugleichen und gleichzeitig die gesamte Radverkehrsnachfrage zu befriedigen. Zudem stehen in vielen Kommunen nach wie vor nur vergleichsweise geringe Budgets für die Verbesserung der Fahrrad-Infrastruktur zur Verfügung.
Forscher der Professur für Netzwerk-Dynamik am Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) der TU Dresden schlagen in ihrer Studie einen neuen Ansatz vor, um effiziente Radwegenetze zu erzeugen. Dabei wird explizit die Nachfrageverteilung und die Routenwahl der Radfahrer:innen auf der Grundlage von Sicherheitspräferenzen berücksichtigt. Denn die Entscheidung für die eine oder die andere Route fällt meist nicht allein auf der Basis der kürzest möglichen Strecke, sondern Faktoren wie (gefühlte) Sicherheit oder Attraktivität einer Route fließen mit ein.
Ausgangspunkt dieses Ansatzes ist eine Umkehrung des üblichen Planungsprozesses: Unter realen Bedingungen entsteht ein solches Netz durch stetiges Hinzufügen weiterer Teilabschnitte. Die cfaed-Wissenschaftler hingegen starten mit einem idealen, vollständigen Radwegenetz, bei dem alle Straßen in einer Stadt mit einem Radweg ausgestattet sind. Aus diesem Netzwerk entfernen sie in einem virtuellen Prozess nach und nach einzelne, weniger genutzte Radwegsegmente. Dabei wird die Routenwahl der Radfahrer:innen fortlaufend aktualisiert. Im Ergebnis entsteht eine Abfolge von Radwegenetzen, die stets an die aktuelle Nutzung angepasst sind. Jede Stufe dieser Abfolge entspricht dabei einer Variante, die mit weniger finanziellem Aufwand umzusetzen wäre. So könnten Radverkehrsplaner:innen sich diejenige Version heraussuchen, die zum real vorhandenen Budget ihrer Kommune passt.
„In unserer Studie veranschaulichen wir die Anwendbarkeit dieses nachfrageorientierten Planungsschemas für ausgedehnte Stadtbereiche von Dresden und Hamburg“, erklärt Christoph Steinacker, Erstautor der Studie. “Wir nähern uns hier einem praktischen Thema mit den Mitteln der Netzwerk-Dynamik. Unser Ansatz ermöglicht den Vergleich von effizienten Radwegenetzen unter verschiedenen Bedingungen. Zum Beispiel können wir dadurch den Einfluss verschiedener Nachfrageverteilungen auf die entstehenden Netzwerkstrukturen messbar machen.“ Der vorgeschlagene Ansatz kann somit eine quantitative Bewertung der Struktur aktueller und geplanter Radwegenetze ermöglichen und die nachfrageorientierte Gestaltung effizienter Infrastrukturen unterstützen.
Die Studie ist bei der Fachzeitschrift „Nature Computational Science“ publiziert worden.
Titel: "Demand-driven design of bicycle infrastructure networks for improved urban bikeability"
Autoren: Christoph Steinacker, David-Maximilian Storch, Marc Timme, Malte Schröder
DOI: 10.1038/s43588-022-00318-w
Link zur Studie: https://www.nature.com/articles/s43588-022-00318-w
Die Studie wurde finanziert aus Mitteln des Projekts „Statistische Physik von Radverkehrinfrastrukturnetzwerken“ (StaCyNet, Projektnummer 493613373) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).
Bildunterschrift: Die Routenwahl von Radfahrer:innen unterliegt diversen Entscheidungsfaktoren. So bevorzugen viele einen separaten Radweg (oben links), anstatt sich den Platz mit dichtem Autoverkehr zu teilen (oben rechts). Je nachdem, ob Straßen mit viel Autoverkehr (dicke Kanten) mit dedizierten Radwegen ausgestattet sind (blau) oder nicht (grau), nehmen Radfahrer:innen die direkte Route (schwarzer Pfeil, unten links), nehmen Umwege in Kauf um auf Radwegen zu bleiben (unten Mitte) oder über kleine Nebenstraßen (dünne Kanten) zu fahren (unten rechts).
Bildautor: Christoph Steinacker
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TU Dresden, Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed):
Dr. Malte Schröder, Professur für Netzwerkdynamik
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