Микро- и мезо-моделирование транспортных потоков, примеры применения

Московский Автомобильно-Дорожный

Государственный Технический Университет

МАДИ

Кафедра организации и безопасности движения

РЕФЕРАТ

Микро- и мезо-моделирование транспортных потоков, примеры применения

Москва, 2015

Содержание

Введение

Введение

Моделирование движения является важным инструментом для моделирования операций динамических систем дорожного движения. В то время как микроскопические имитационные модели обеспечивают детальное представление о процессе движения, макроскопические и мезоскопические модели захватывают динамику движения крупных сетей, менее подробно, но без проблем применения и калибровки микроскопических моделей. В данном реферате я представляю мезо- и микро-модели. Микро-моделирование применяется в районах, представляющих особый интерес, в то время как имитации большой прилегающей сети менее подробно с помощью мезоскопической модели.

Моделирование движения стало очень популярным для моделирования операций динамических систем дорожного движения. Имитационные модели бывают макроскопическими, мезоскопический или микроскопические. Макроскопические модели (макро) -, как правило, модели трафика в непрерывном потоке. Мезоскопические (мезо) модели -  модели отдельных транспортных средств. Микроскопические (микро) модели – модели, которые захватывают поведение транспортных средств и водителей в деталях, в том числе взаимодействие среди автомобилей, смене полосы движения, реагирования на инциденты и поведения при слиянии пунктов. Микроскопические модели подходят для оценки ИТС на оперативный уровень, так как представление многих динамических систем управления дорожным движением требует такого мелкозернистого моделирования процесса движения.

Тем не менее, применение микро моделирования происходит не без проблем. Подготовка исходных данных  может занять очень много времени. Кроме того, микро-модели очень чувствительны к ошибкам или изменениям в данных по требованию ввода. И из-за сложной структуры участвующих моделей калибровка не является тривиальной.

С другой стороны, макро и мезо модели обычно имеют меньшие параметры для калибровки и менее чувствительны к ошибкам в сети кодирования или вариаций спроса. Однако из-за их более совокупного характера, такие модели ограничены в своих возможностях, чтобы захватить подробную поведение, необходимое для изучения транспортные сети с функциями управления динамическим движением.

Основы транспортного моделирования

Цель транспортного планирования – оптимизация использования ресурсов с целью организации эффективного функционирования транспортной системы.

Задачи транспортного планирования:

1.Прогноз – получение информации о будущих транспортных процессах. 

2. Организационно-управленческая задача.

3. Оценка последствий. Оценка применимости проектных решений. 

4. Координационная задача – реализация плановых мероприятий.

Этапы планирования:

1.     Этап анализа проблем: сначала ставятся перед собой цели и выявляются проблемы, затем анализируется существующее положение;

2.     Этап анализа альтернатив: идет так называемый цикл – разрабатываются мероприятия и сценарии, рассчитываются последствия, оценивается полученный результат;

3.     Этап принятия решения.

Модель – это упрощенное представление реальности и/или протекающих в ней процессов.

Моделирование является по существу построением рабочей аналогии. Оно представляет собой построение рабочей модели, отражающей подобие свойств или соотношений с рассматриваемой реальной задачей. Моделирование позволяет изучать сложные задачи движения транспорта не в реальных условиях, а в лаборатории. В более общем смысле моделирование можно определить как динамическое отображение некоторой части реального мира путем построения модели на компьютере и продвижении ее во времени.

Транспортная модель – наглядное отображение комплексных транспортных процессов, с возможностью их прогнозирования в зависимости от различных условий.

Этапы исследования системы с помощью модели:

·        формулирование целей и задач;

·        создание транспортной модели;

·        анализ полученной модели;

·        проверка полученных итогов и результатов;

·        внедрение результатов моделирования.

 Транспортная модель – это:

·        моделирование существующих и прогнозируемых пассажиропотоков и интенсивностей;

·        инструмент для оптимизации работы пассажирского транспорта, включая расчет рентабельности маршрутов;

·        анализ транспортных пассажиропотоков;

·        подготовка транспортных прогнозов.

Классификация транспортного моделирования:

1.     Микроскопическое моделирование. При этом виде моделирования детально моделируется каждый участок движения отдельного перекрестка или двух, трех. Моделирование нескольких пересечений на уровне транспортного средства.

2.     Мезоскопическое моделирование. Анализируются макропоказатели на микромодели. Моделируется район города. Моделирование сети на уровне транспортного средства.

3.     Макроскопическое моделирование. Моделирование целого города, региона, страны. Моделирование сети  на уровне транспортных потоков.

Микромоделирование

Имитационное моделирование (микромоделирование) – это метод исследования, при котором изучаемая система заменяется моделью, с достаточной точностью описывающей реальную систему, с которой проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе.

Микромоделирование – моделирование транспортных и пешеходных потоков на уровне отдельных объектов, отдельных транспортных средств, пешеходов.

В данном виде моделирования все участники движения рассматриваются в виде отдельных частей.

С помощью имитационного моделирования можно решать различные задачи, а именно:

·        оценивается транспортная ситуация конкретного проекта, оценка основывается на количественных показателях, которые характеризуют условия движения;

·        оценивается пропускная способность для каждого варианта движения и выбирается оптимальная схема организации движения на перекрестке;

·        анализируется пропускная способность и движение в зоне остановок общественного транспорта;

·        прогнозируются транспортные заторы;

·        моделируется и анализируется пешеходное движение;

·        моделирование помогает применить какие-то новые введения на транспортном участке;

·        можно понять, где в данной транспортной сети возникают различные заторы.

Этапы выполнения микромодели:

·        построение улично-дорожной сети;

·        введение транспортных потоков;

·        регулирование дорожного движения;

·        ввод пешеходных потоков;

·        анализ полученной модели.

Для того чтобы создать модель интересующего нас участка улично-дорожной сети, необходимо собрать данные:

·        данные о геометрии улично-дорожной сети;

·        технические и геометрические особенности различных типов транспортных средств;

·        состав транспортного потока, т.е. какое количество видов транспортных средств присутствует на данном участке;

·         интенсивность движения транспортных средств;

·        расположение светофорных объектов и их циклы;

·        данные о движении общественного транспорта (маршруты, расположение остановок, расписание, вместимость подвижного состава и т.д.);

·        данные о пешеходном движении (интенсивность, направление движения, параметры пешеходных зон и т.д.).

После сбора полученных данных, можно приступать к созданию имитационной модели по этапам, оговоренных ранее.

Построение улично-дорожной сети:

·        определяем на основе, какой подложки мы будем создавать модель (чертеж, выполненный в AutoCAD, спутниковый снимок, онлайн-карты и т.д.);

·         на полученную подоснову наносим улично-дорожную сеть, представленную отрезками и соединения между этими отрезками;

·        для каждой дороги определяем количество и ширину полос движения;

·        определяем разрешенные маневры (повороты, обгоны, перестроения).

Введение транспортного потока:

·        определяем, какие типы и классы транспортных потоков мы будем использовать;

·        определяем динамические характеристики транспортной сети;

·        определяем состав данного потока (количество легкого, грузового транспорта и т.д.);

·         определяем параметры манеры поведения водителя;

·        вводим интенсивность движения на входящих отрезках;

·        вводим данные по общественному транспорту (расписание, остановки, вместимость подвижного состава и т.д.);

·        указываем маршруты движения транспортных средств.

Регулирование дорожного движения:

·        определяем конфликтные зоны, вводим правила приоритета;

·        устанавливаем различные ограничения (например, скорость, знаки «стоп» и т.д.);

·        вводим светофорное регулирование:

o   определяем длительность цикла;

o   указываем время для красного/зеленого сигналов;

o   определяем фазовые переходы;

Ввод пешеходных потоков:

·        определяем типы пешеходов и их динамических характеристик;

·        настраиваем параметры модели поведения;

·        вводим интенсивность движения пешеходных потоков;

·        указываем маршруты движения.

Основные результаты и виды анализа:

·        сеть:

o   время задержки;

o   время в пути;

o   пройденное расстояние;

o   количество ТС в сети.

·        перекрестки:

o   время задержки ТС, людей;

o   длина заторов;

o   количество остановок.

·        отрезок:

o   плотность;

o   интенсивность;

o   скорость;

o   анализ отрезков в реальном времени.

·        общественный транспорт:

o   время в пути;

o   стандартное отклонение;

o   время в пути для пассажиров.

·        светофоры:

o   средняя продолжительность цикла;

o   среднее время зеленого сигнала.

·        маршруты:

o   время в пути и скорость;

o   заторы.

Мезомоделирование

Мезомоделирование – моделирование пассажирских перемещений на уровне города и агломерации.

Данный вид моделирования транспортных потоков решает важные задачи, а именно:

·        анализ транспортного и пассажирского потоков;

·        оптимизация маршрутов городского пассажирского транспорта;

·        разработка и внедрение транспортных развязок.

Отличия мезомоделирования от микромоделирования:

·        небольшое время вычислений, необходимых для создания модели;

·        использование упрощенной модели следования за впереди идущим транспортным средством;

·        менее точное отображение поведения транспортного средства;

·        более низкий уровень детализации, что допускает имитацию крупных сетей.

При мезомоделировании данные транспортного средства обновляются не как в микроскопической имитации в каждый временной шаг, а только в определенные моменты времени, в которые что-то меняется в сети и/или в поведении ТС. Эти так называемые события могут возникать в силу различных ситуаций (при переключении ССУ, выезду транспортного средства на перекресток (узел) и т.д.).

Мезомоделирование используется исключительно в рамках динамического распределения. Это означает, что имитация транспортных средств в сети выполняется мезоскопически, а поиск маршрутов и выбор маршрутов выполняются привычным способом с помощью алгоритмов динамического распределения.

Применение

На сегодняшний день транспортные модели широко применяются для помощи органам государственной власти и местного самоуправления для обоснования принятых решений в области транспортного и градостроительного планирования. Задачи, решаемые на транспортных моделях множество, например:

·                   прогноз транспортных и пассажирских потоков по улично-дорожной сети города, региона, области или страны в целом;

·                   детальный анализ изменения транспортных/пассажирских потоков при реализации решений по изменению транспортной или градостроительной инфраструктуры;

·                   формирование предложений по оптимальным режимам светофорного регулирования на объектах улично-дорожной сети;

·                   формирование предложений по очередности строительства объектов транспортной и градостроительной инфраструктуры;

·                   оптимизация работы общественного транспорта;

·                   экономическое обоснование принятых решений и многое другое.

Так же, в последнее время очень актуальным становится вопрос использования транспортных моделей, как основного ядра для интеллектуальных транспортных систем.