Οδοποιία ΙΙ ΑΡΧΕΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ. Κωνσταντίνος Αντωνίου Αναπληρωτής Καθηγητής ΕΜΠ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Σχολή Αγρονόμων & Τοπογράφων Μηχανικών ΕΜΠ Εργαστήριο Συγκοινωνιακής Τεχνικής Οδοποιία ΙΙ Κωνσταντίνος Αντωνίου Αναπληρωτής Καθηγητής ΕΜΠ ΑΡΧΕΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ Ιωάννα Σπυροπούλου Επίκουρος Καθηγητής ΕΜΠ

2 Άδεια χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς. Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 2

3 Πρέπει να θυμόμαστε ότι Όλα τα πρότυπα προσομοίωσης είναι λανθασμένα ορισμένα όμως είναι χρήσιμα! Essentially, all models are wrong, but some are useful. Box, George E. P.; Norman R. Draper (1987). Empirical Model- Building and Response Surfaces. Wiley. p ISBN Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 3

4 Μικροσκοπικά πρότυπα Ακολουθία οχημάτων (Car-following) Επιλογή λωρίδας (Lane changing) Αποδοχή διακένου (Gap acceptance) Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 4

5 Πρότυπα ακολουθίας οχημάτων V n -1 ( t ) V n (t ) Dx n (t) Κοινό πρότυπο: αντίδραση (t) = ευαισθησία ερέθισμα(t- ) : χρόνος αντίδρασης Ερέθισμα: Dv (σχετική ταχύτητα), Dx (σχετική απόσταση) Ευαισθησία: συνάρτηση των Dx, ταχύτητα, κυκλοφοριακές συνθήκες Αντίδραση: επιτάχυνση, ταχύτητα Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 5

6 Πρότυπα ακολουθίας οχημάτων V n -1 ( t ) V n (t ) Dx n (t) Πρότυπα GM n a ( ) ( ) ( ) ( ) n t V -1 t - -V t - l n n Dxn t a n (t) ( t) : επιτάχυνση του οχήματος n τη χρονική στιγμή t, l, m: παράμετροι V m Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 6

7 Πρότυπα αλλαγής/επιλογής λωρίδας Υποχρεωτική και κατ επιλογήν αλλαγή λωρίδας Υποχρεωτική: για να ακολουθηθεί η επιθυμητή διαδρομή ή να αποφευχθεί μια αποκλεισμένη λωρίδα Κατ επιλογήν: για την επίτευξη επιθυμητής ταχύτητας, την αποφυγή οχημάτων που κινούνται αργά, την αποφυγή κυκλοφορίας που συμβάλλει στο ρεύμα Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 7

8 Παράδειγμα προτύπου αλλαγής λωρίδας Ahmed, Ben-Akiva, Koutsopoulos (1999): Υποχρεωτική και κατ επιλογήν 3 επίπεδα Απόφαση να επιχειρήσει αλλαγή λωρίδας Επιλογή λωρίδας στόχου Αποδοχή διακένων Εμπρός και πίσω διάκενα Υποχρεωτική αλλαγή (Forced merging) Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 8

9 Αποδοχή διακένου Κρίσιμο διάκενο Αν το διαθέσιμο διάκενο < κρίσιμο διάκενο: απόρριψη διακένου Αν το διαθέσιμο διάκενο >= κρίσιμο διάκενο: αποδοχή διακένου Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 9

10 Αποδοχή διακένου (συν.) Το κρίσιμο διάκενο εξαρτάται από: Σχετική ταχύτητα Πρώτο διάκενο Αριθμό διάκενων που έχουν αποριφθεί Διαθέσιμο μήκος (υποχρεωτική αλλαγή λωρίδας) Κυκλοφοριακές συνθήκες Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 10

11 Μοντέλα κυκλοφοριακής προσομοίωσης: Μικροσκοπικά και μεσοσκοπικά Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 11

12 Σύνοψη Παράδειγμα μεσοσκοπικού προσομοιωτή: DynaMIT Χρήσεις Απαιτήσεις και λειτουργικότητα Δομή Υπολογιστικές πτυχές Παράδειγμα μικροσκοπικού προσομοιωτή: MITSIM Χρήσεις Απαιτήσεις και λειτουργικότητα Δομή Υπολογιστικές πτυχές Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 12

13 Μεσοσκοπικός προσομοιωτής: DynaMIT Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 13

14 Εφαρμογές Δυναμική κατανομή κυκλοφορίας (Dynamic traffic assignment, DTA) Μακροπρόθεσμος σχεδιασμός καιι ανάλυση εναλλακτικών στρατηγικών Σχεδιασμός Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 14

15 Χαρακτηριστικά Υποστηρίζει Λειτουργία πραγματικού χρόνου Μεγάλου μεγέθους, ολοκληρωμένα δίκτυα Εκτίμηση και πρόβλεψη κυκλοφοριακών συνθηκών Ανάλυση στρατηγικών Προσομοιώνει Τη δυναμική φύση του κυκλοφοριακού δικτύου Δημιουργία και εκτόνωση ουρών Αλληλεπίδραση ουρών (spill-backs) Επιπτώσεις συμφόρησης Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 15

16 Χαρακτηριστικά (συν.) Επικοινωνεί και αλληλεπιδρά με Προσομοιωτή ζήτησης Συστήματα ελέγχου Συστήματα συλλογής κυκλοφοριακών μετρήσεων Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 16

17 Χαρακτηριστικά (συν.) Είναι σχεδιασμένος για αποτελεσματικότητα και ευελιξία Ευέλικτη αναπαράσταση δικτύου Δυνατότητα ισορροπίας χρόνου εκτέλεσης και ακρίβειας αποτελεσμάτων Δυνατότητα διανεμημένης υλοποίησης (distributed implementation) Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 17

18 Στοιχεία προτυποποίησης Κωδικοποίηση δικτύου Αναπαράσταση φόρτου Δυναμική της κυκλοφορίας Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 18

19 Κωδικοποίηση δικτύου Κόμβος Φόρτωσης Κόμβος Βρόχος Λωρίδες Ομάδα λωρίδων Οδικό τμήμα Σύνδεσμος Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 19

20 Κωδικοποίηση δικτύου moving part queuing part (lane-based) segment 1 segment 2 Κόμβοι (nodes) και σύνδεσμοι (links) Τμήματα (segments) Τμήμα εν κινήσει (moving part) Τμήμα σε ουρά (queuing part) Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 20

21 Κωδικοποίηση δικτύου Ανάλογα με τις κυκλοφοριακές συνθήκες Τμήματα υπό κανονικές συνθήκες Λωρίδες στην περίπτωση ουράς Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 21

22 Αναπαράσταση ροής Μεμονωμένοι οδηγοί «Πακέτα» οδηγών Με ομοιόμορφα χαρακτηριστικά Δημιουργούνται και διαλύονται δυναμικά και με τρόπο διαφανή προς το χρήστη Επιταχύνουν τη λειτουργία του μοντέλου, χωρίς να επηρεάζουν αρνητικά την αξιοπιστία του Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 22

23 Δυναμική της κυκλοφορίας Τμήμα εν κινήσει Πρότυπο ταχύτητας Τμήμα σε ουρά Πρότυπο χωρητικότητας Πρότυπο καθυστέρησης σε ουρά Αλγόριθμος κίνησης οχημάτων Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 23

24 Πρότυπο ταχύτητας Γενικά χαρακτηριστικά Βασίζεται σε σχέσεις ταχύτητας-πυκνότητας Καθορίζεται για κάθε οδικό τμήμα Segment (a) Segment (b) Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 24

25 Πρότυπο ταχύτητας Η ταχύτητα είναι συνάρτηση της θέσης k A k B speed v A v(x) v B 0 x L position acc/dec zone, L a Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 25

26 Υπολογισμός ταχύτητας Η ταχύτητα εκτιμάται βάσει της σχέσης ταχύτητας-πυκνότητας, π.χ. : v A max v TAXYTHTA min, v max max k - - A k 1 k jam min,0 V max V min K min ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 26

27 Πρότυπα κυκλοφοριακής ικανότητας Προέλευση/προορισμός Κυκλοφοριακή ικανότητα κόμβου εισόδου (loader) Οδικά τμήματα Ικανότητα εξόδου (output capacity) Ικανότητα αποδοχής (Acceptance capacity) Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 27

28 Πρότυπα κυκλοφοριακής ικανότητας Ελάχιστος χρονικός διαχωρισμός (minimum headway) Επικρατούσες κυκλοφοριακές συνθήκες Διασταυρώσεις Μοντέλα σε διάφορα επίπεδα λεπτομέρειας για την περιγραφή προγραμμάτων σηματοδότησης (σταθερά ή επενεργούμενα) Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 28

29 Οι ουρές σχηματίζονται λόγω: Πρότυπα ουράς Περιορισμένης ικανότητας εξόδου Περιορισμένης ικανότητας αποδοχής του κατάντι οδικού τμήματος (αλληλεπίδραση, spill-back) Ουρά ανά λωρίδα Κινούμενο τμήμα Τμήμα σε ουρά «Ντετερμινιστικό» πρότυπο ουράς Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 29

30 Δεδομένα εξόδου Δυναμικοί χρόνοι διαδρομής ανά σύνδεσμο (και ανά κατεύθυνση) Πυκνότητες Φόρτοι Στις θέσεις που υπάρχουν αισθητήρες, αλλά και σε άλλα σημεία Ταχύτητας Στις θέσεις που υπάρχουν αισθητήρες, αλλά και σε άλλα σημεία Ουρές Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 30

31 Διαδικασία προσομοίωσης Διακριτός χρόνος Κάθε κύκλος προσομοίωσης περιλαμβάνει: Μία φάση ενημέρωσης (update phase) Κυκλοφοριακές ικανότητες Πυκνότητες Ταχύτητες Αρκετές φάσεις προώθησης (advance phases) Τα οχήματα κινούνται κατά μήκος των τμημάτων Οι ουρές ενημερώνονται Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 31

32 Διαδικασία προσομοίωσης i = 0; j = 0 Initialization Simulation interval T Time Update Phase Advance Phase Interval Dtadvance Update Phase Interval Dtupdate Advance Phase Yes i < k A i = i+1 No j < k Yes U i=0; j = j+1 No End End Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 32

33 Υπολογιστικές απαιτήσεις Δυνατότητα ελέγχου χρόνου εκτέλεσης και ακρίβειας Φάσεις ενημέρωσης και προώθησης Επίπεδο λεπτομέρειας χρόνος «πακέτα» οχημάτων Πολυμορφισμός απεικόνισης δικτύου Τμήματα υπό κανονικές συνθήκες Διαχωρισμός λωρίδων σε συνθήκες ουράς Επίπεδο λεπτομέρειας προτυποποίησης Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 33

34 Μικροσκοπικός προσομοιωτής: MITSIMLab Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 34

35 Εφαρμογές Αξιολόγηση Κυκλοφοριακών ρυθμίσεων Ευφυών Συστημάτων Μεταφορών (Intelligent Transportation Systems, ITS) Advanced Traffic Management Systems Advanced Traveler Information Systems Advanced Public Transportation Systems Διαχείρισης εκτάκτων συμβάντων Ανάλυση κυκλ. Ικανότητας Οδικής ασφάλειας Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 35

36 Εφαρμογές (συν.) Βελτιστοποίηση σχεδιασμού Αλγόριθμοι Π.χ. Σηματοδότησης, ελέγχου κυκλοφορίας (π.χ. ramp metering) Στρατηγικές Π.χ. Διαχείρισης εκτάκτων αναγκών ή μεγάλων συμβάντων, όπως σημαντικοί αγώνες ή συνέδρια Γεωμετρικός σχεδιασμός Π.χ. σήραγγες, σταθμοί διοδίων Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 36

37 MITSIMLab: A MIcroscopic Traffic SIMulation Laboratory - Κέντρο διαχείρισης κυκλοφορίας Traffic Management Center (TMS) - Σύστημα παρακολούθησης οχημάτων και ΜΜΜ MITSIM - Προσομοιωτής κυκλοφορίας οχημάτων και ΜΜΜ - Συσκευές ελέγχου κυκλοφορίας και πληροφόρησης οδηγών Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 37

38 Χαρακτηριστικά του MITSIMLab Μικροσκοπικό στοχαστικό μοντέλο προσομοίωσης Αναπαριστά Ολοκληρωμένα δίκτυα με ακρίβεια (αυτοκινητόδρομοι και αστικές οδοί) Μεγάλο εύρος συστημάτων συλλογής δεδομένων/παρακολούθησης και ελέγχου της κυκλοφορίας Διάφορες κλάσεις οχημάτων (π.χ. ανάλογα με την πρόσβαση τους σε πληροφόρηση) Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 38

39 Χαρακτηριστικά του MITSIMLab (συν) Μικροσκοπικό στοχαστικό μοντέλο προσομοίωσης (συν) Προσομοιώνει τις κινήσεις μεμονομένων οχημάτων Ακολουθία οχημάτων (car-following) Αλλαγή λωρίδας (lane changing) Αποδοχή διακένου (gap acceptance) Συμβολή (merging) Λεωφορεία Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 39

40 Χαρακτηριστικά του MITSIMLab (συν) Μικροσκοπικό στοχαστικό μοντέλο προσομοίωσης (συν) Περιγράφει τη συμπεριφορά των οδηγών Πριν την έναρξη της διαδρομής (pre-trip) Επιλογή διαδρομής κατά τη διάρκεια της διαδρομής (en-route) Επιθετικότητα των οδηγών και προσαρμογή σε σήματα και υποδείξεις Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 40

41 Βασικά στοιχεία Προσφορά Δίκτυο Οδηγική συμπεριφορά Έλεγχος κυκλοφορίας Ζήτηση Ροές προέλευσης/προορισμού (ΠΠ) Συμπεριφορά οδηγών (επιλογή διαδρομής) Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 41

42 Βασικά στοιχεία (συν) Μέσα μαζικής μεταφοράς (λεωφορεία) Παρακολούθηση κυκλοφορίας/συλλογή δεδομένων Συμβάντα Μεγέθη αποτελεσματικότητας (Measures of Effectiveness) Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 42

43 Απεικόνιση δικτύου Σύνδεσμος Οδικό τμήμα 1 Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 43

44 Οχήματα/Οδηγοί Δυναμικά, χρονο-εξαρτώμενα μητρώα προέλευσης-προορισμού Τύπο οχήματος Πρόσβαση σε πληροφορία Άλλες παραμέτρους Τύποι οδηγών Επιθυμητή ταχύτητας, επιθετικότητα, προσαρμογή σε υποδείξεις Φορτώνονται στο δίκτυο βάσει κατάλληλων χρονο-αποστάσεων Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 44

45 Οδηγική συμπεριφορά Ακολουθία οχημάτων Αλλαγές λωρίδας Προσέγγιση, διάσχιση διασταυρώσεων Συμπεριφορά σε ειδικές εγκαταστάσεις Π.χ. σταθμούς διοδίων Αντίδραση σε σήμανση, σηματοδότηση και συμβάντα Π.χ. ατυχήματα Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 45

46 Πρότυπο ακολουθίας οχημάτων Ο χρονικός διαχωρισμός καθορίζει το κατάλληλο καθεστώς λειτουργίας: Καθεστώς ελεύθερης ροής Καθεστώς ακολουθίας οχημάτων Καθεστώς εκτάκτου ανάγκης Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 46

47 Αλλαγή λωρίδας 5 H 4 F 2 1 B 3 C Διαδρομή 1 G E D A Διαδρομή 2 Τύποι ελιγμού αλλαγής λωρίδας Υποχρεωτική (mandatory lane change, MLC) Κατ επιλογήν (discretionary lane change, DLC) Συνδυασμός Στοιχεία απόφασης Απόφαση για αλλαγή λωρίδας, επιλογή λωρίδας, επιλογή διακένου, αποδοχή διακένου Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 47

48 Αποδοχή διακένου Κρίσιμο διάκενο Διαθέσιμο διάκενο < κρίσιμο διάκενο: απόρριψη Διαθέσιμο διάκενο >= κρίσιμο διάκενο: αποδοχή Εμπρός και πίσω διάκενο Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 48

49 Αποδοχή διακένου (συν) Το κρίσιμο διάκενο εξαρτάται από: Σχετική ταχύτητα Πρώτο διάκενο Αριθμό απορριφθέντων διακένων Εναπομείναν μήκος (υποχρεωτική αλλαγή λωρίδας) Αριθμός λωρίδων για αλλαγή Κυκλοφοριακές συνθήκες Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 49

50 Συμβολή Με προτεραιότητα Χωρίς προτεραιότητα Αποδεκτό διάκενο σε κλάδο εισόδου Πίσω διάκενο Εμπρός διάκενο Προτεραιότητα μετά από σταθμό διοδίων B A C Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 50

51 Πιεστική συμβολή (Forced Merging) Όχημα που ακολουθεί Παρακείμενο διάκενο Οχημα που προηγείται Λωρίδα στόχος όχημα Υπό έντονη συμφόρηση, ένα όχημα μπορεί να προσπαθήσει να συμβάλλει πιεστικά Ενα όχημα υποχωρεί και επιτρέπει στο συμβάλλον όχημα να συμβάλλει με πιθανότητα p 51

52 Το συνολικό πρότυπο (Toledo, 2002) Αρχή Λωρίδα Στόχος Αριστερή ίδια Δεξιά Δράση Αλλαγής Λωρίδας Καμια Αλλαγή Αλλαγή Αριστερά Αλλαγή Δεξιά Καμία Αλλαγή Διάκενο Στόχος Gap L1 Gap LM Gap R Gap RM Επιτάχυνση Acc.... Acc. Acc. Acc. Acc. Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 52 Acc.... Acc.

53 Λειτουργία σταθμού διοδίων Λωρίδα e-pass E-pass Χωρίς E-pass Λωρίδες χειροκίνητες Επιλογή λωρίδας Βάσει αναμενόμενης καθυστέρησης Η καθυστέρηση εξαρτάται από τον τύπο λειτουργίας και οχήματος Χειροκίνητες λωρίδες, λωρίδες ηλεκτρονικής πληρωμής Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 53

54 Πρότυπο συμπεριφοράς σε διασταύρωση Χαρακτηριστικά διασταύρωσης Καθορισμός εμπλεκόμενων κινήσεων και προτεραιοτήτων Μέγιστες ταχύτητες ελιγμών Συμπεριφορά οδηγού Αναμενόμενα διάκενα Κρίσιμα διάκενα (ανάλογα με επικρατούσες συνθήκες) Η ταχύτητα και η επιτάχυνση προσαρμόζονται ανάλογα με τα αναμενόμενα διάκενα Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 54

55 Πρότυπο συμπεριφοράς σε διασταύρωση Αρχή Προσέγγιση διασταύρωσης Οχι Ναι Προσαρμογή επιθυμητής ταχύτητας Εντοπισμός εμπλεκομένων οχημάτων Επιλογή επιτάχυνσης Για διάσχιση διασταύρωσης Πρόβλεψη διακένων Αποδοχή διακένου Οχι Ναι Επιτάχυνση Για διάσχιση διασταύρωσης Επιβράδυνση Προς στάση Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης Επιτάχυνση Βάσει άλλων αλγορίθμων 55

56 Συμπεριφορά οδηγού: Look-ahead Συνήθης προσέγγιση: μυωπική Οι οδηγοί αντιλαμβάνονται μόνο τον επόμενο σύνδεσμο Προβληματικό σε αστικά περιβάλλοντα Υπερβολική πλέξη και συμβολή λόγω καθυστερημένων αλλαγών λωρίδας MITSΙM: αντίληψη διαδρομής Look-ahead Λωρίδα στόχος Λωρίδα στόχος Επόμενος σύνδεσμος Τωρινός σύνδεσμος Τωρινός σύνδεσμος Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 56

57 Vehicle Count Πρακτικές επιπτώσεις Time Period MITSIM: Χωρίς lookahead Με lookahead Μετρήσεις Time Period 7:00 7:15 7:30 7:45 8:00 8:15 8:30 8:45 Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 57

58 Επιλογή διαδρομής Πριν την εκκίνηση Κατά τη διαδρομή Προέλευση Προορισμός Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 58

59 Μέσα μαζικής μεταφοράς Προσφορά Ζήτηση Κέντρο επιχειρήσεων Παρακολούθηση ΜΜΜ Σήμα εντοπισμού Πληροφόρηση οδηγών Έλεγχος Πληροφορία απόδοσης Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 59

60 Προσφορά λεωφορείων Προσφορά Δίκτυο Δρομολόγιο και κατανομή στόλου Συμπεριφορά οδηγού Λεωφ.113 Προγρ.Άφιξη Ωρα: 07:30 Πραγμ.Άφιξη Time: 07:37 Προηγ. Λεωφ. Πέρασε: 07:12 Δρομ/γιο 43 Στάση 33 Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 60

61 Δυναμική διαχείριση κυκλοφορίας Έλεγχος κυκλοφορίας Διασταυρώσεις Συμβατικοί Transit signal priority Αυτοκινητόδρομοι ramp metering Κύριο ρεύμα Επέμβαση σε έκτακτη ανάγκη Παροχή πληροφόρησης Πινακίδες μεταβλητών μηνυμάτων (Variable Message Signs, VMS) Ραδιόφωνο Κινητά τηλέφωνα Συσκευές πλοήγησης στο όχημα Γενική λογική συστήματος Σταθερό (Pre-timed) Αναδραστικό (Reactive) Με δυνατότητες πρόβλεψης (Predictive) Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 61

62 Ατυχήματα Θέση Χρόνος έναρξης (εντοπισμού) Διάρκεια Σοβαρότητα Άλλες επιπτώσεις (π.χ. Rubber-necking) Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 62

63 Σύστημα συλλογής δεδομένων Αισθητήρες και μετρητές Σημειακοί Επαγωγικοί βρόχοι, radar, αισθητήρες υπερβολικού ύψους, κτλ Μεταξύ σημείων (point-to-point) Automated vehicle identification (AVI) Κάλυψη περιοχής probe vehicles CCTV Αναφορές ατυχημάτων Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 63

64 Παρουσίαση αποτελεσμάτων Λεπτομερή δεδομένα Ταχύτητα Φόρτος Μήκη ουρών Χρόνοι διαδρομής Τροχιές οχημάτων Μετρήσεις αισθητήρων Οπτικοποίηση (Animation) Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 64

65 Σύνοψη Πρόβλεψη ροών προέλευσης-προορισμού (ΠΠ) Περιγραφή του προβλήματος Προτυποποίηση και αλγόριθμοι επίλυσης Εφαρμογές Μικροσκοπική προσομοίωση ζήτησης Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 65

66 Πρόβλεψη ροών προέλευσηςπροορισμού (ΠΠ) Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 66

67 Περιγραφή προβλήματος Εκτίμηση ενός μητρώου ΠΠ για το χρονικό διάστημα h με συνδυασμό κυκλοφοριακών φόρτων με άλλες διαθέσιμες πληροφορίες Έρευνες ερωτηματολογίου ΠΠ Ιστορικές ροές ΠΠ Εκτιμήσεις από προηγούμενα χρονικά διαστήματα Πρόβλεψη μητρώων ΠΠ για τα χρονικά διαστήματα h+1, h+2, Η διαδικασία έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον όταν πραγματοποιείται σε πραγματικό χρόνο Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 67

68 n OD : Αριθμός των ζευγών ΠΠ Ορολογία n l : Αριθμός συνδέσμων με αισθητήρες x h : (n OD x 1) διάνυσμα ροών ΠΠ για διαδρομές που ξεκινήσανε κατά το χρονικό διάστημα h x hh : (n OD x 1) διάνυσμα ιστορικών ροών ΠΠ y h : (n l x 1) διάνυσμα μετρηθέντων κυκλοφοριακών φόρτων στους αισθητήρες κατά το χρονικό διάστημα h [διάνυσμα φόρτων] y hh : (n l x 1) διάνυσμα ιστορικών φόρτων Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 68

69 Ορολογία (συνέχεια) Έστω: 1 Συνδ.1 αισθητήρες y l (h) = πλήθος οχημάτων που διασχίζουν τον αισθητήρα στο σύνδεσμο l κατά το διάστημα h. 2 Σύνδεσμος 2 3 Σύνδεσμος 3 Ζεύγη ΠΠ: 1-3, , x ij (h) = πλήθος οχημάτων που ταξιδεύουν από το κόμβο i προς τον κόμβο j αναχωρόντας από τον κόμβο i κατά το χρονικό διάστημα h. Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 69

70 Ορολογία (συνέχεια) 1 Συνδ.1 αισθητήρες 2 Σύνδεσμος 2 3 Σύνδεσμος 3 Ζεύγη ΠΠ: 1-3, , Τότε το y 3 (h) εξαρτάται από τα ακόλουθα: x x x ( h), ( h), ( h), x x x ( h ( h ( h -1), -1), -1), x x x ( h Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης - 2), ( h - 2), ( h - 2),

71 Ορολογία (συνέχεια) 1 2 Συνδ.1 Σύνδεσμος 2 αισθητήρες 3 Σύνδεσμος 3 Ζεύγη ΠΠ: 1-3, , y 3 (h) = a 1 x 14 (h) + a 2 x 14 (h-1) + a 3 x 24 (h) + a 4 x 24 (h-1) + a 5 x 34 (h) + a 6 x 34 (h-1) a i είναι οι λόγοι κατανομής (assignment fractions). Γενικά είναι χρονοεξαρτώμενοι και εξαρτώνται από: Χρόνους διαδρομής Επιλογή διαδρομής Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 71

72 Ορολογία (συνέχεια) Έστω ότι: Τα οχήματα χρειάζονται 5 λεπτά για να διανύσουν κάθε σύνδεσμο (ανεξαρτήτως του h). Οι αναχωρήσεις των οχημάτων είναι ομοιόμορφα κατανεμημένες εντός κάθε διαστήματος. Για κάθε 15-λεπτη περίοδο: y 3 ( h) x x x ( h) ( h) ( h) x x x ( h -1) ( h -1) ( h -1) 1 2 Συνδ.1 Σύνδεσμος 2 αισθητήρες 3 Σύνδεσμος 3 Ζεύγη ΠΠ: 1-3, , Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 72

73 Μητρώο κατανομής (assignment matrix) a hp : μητρώο κατανομής το οποίο αντιστοιχεί τις ροές ΠΠ που αναχώρησαν κατά το χρονικό διάστημα p στις μετρήσεις φόρτου που παρατηρήθηκαν κατά το χρονικό διάστημα h Μητρώο διαστάσεων n l x n OD p = [h-p,h], όπου (p +1) είναι η μακρύτερη διαδρομή Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 73

74 Μητρώο κατανομής (assignment matrix) (συνέχεια) Αποτελεί το πιο κρίσιμο δεδομένο εισόδου. Ο υπολογισμός των μητρώων είναι δύσκολη διαδικασία. Τα στοιχεία του μητρώου εξαρτώνται από τις πιθανότητες επιλογής διαδρομής και τις χρονο-εξαρτώμενες αντιστοιχίες φόρτων διαδρομής και φόρτων συνδέσμων. Οι πιθανότητες επιλογής διαδρομής μπορούν να υπολογιστούν βάσει μοντέλων διακριτών επιλογών. Οι χρόνοι διαδρομών μπορούν να υπολογιστούν από συστήματα συλλογής κυκλοφοριακών δεδομένων ή μέσω προσομοίωσης. Πρόσθετες υποθέσεις μπορεί να επιτρέψουν τη διατύπωση αναλυτικών σχέσεων για τους λόγους κατανομής (assignment fractions). Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 74

75 Εκτίμηση και πρόβλεψη ροών ΠΠ ροές ΠΠ εκτίμηση πρόβλεψη h-1 h h+1 Χρονική περίοδος Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 75

76 Αποκλίσεις Πλεονεκτήματα: Διατήρηση ιστορικής πληροφορίας που περιέχεται σε προηγούμενες εκτιμήσεις Οι αποκλίσεις προσεγγίζονται καλύτερα από συμμετρικές κατανομές, όπως η κανονική Ροες ΠΠ h-1 h Χρονική περίοδος Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 76

77 Αυτοσυσχετιζόμενη διαδικασία (Autoregressive Process) Αποτυπώνει την επίπτωση των αποκλίσεων περασμένων ροών ΠΠ στις εξεταζόμενες αποκλίσεις Τα στοιχεία του μητρώου f για το ζεύγος ΠΠ r εκτιμούνται με τη χρήση σχέσεων της μορφής: h q h p h r H p r p r p r h r H h r h r w x x f x x 1 1,,,, 1, 1, 1, Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 77

78 Προσέγγιση κατάστασης-χώρου (state space approach) Μοντέλο κατάστασης χώρου Ορισμός κατάστασης Εξισώσεις μέτρησης Εξισώσεις μετάβασης Διαδοχική (sequential) εκτίμηση και πρόβλεψη: Το φίλτρο Κάλμαν Άμεση εφαρμογή στη διαδοχική εκτίμηση Μπορεί να προσαρμοστεί για την ταυτόχρονη (simultaneous) εκτίμηση Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 78

79 Μικροσκοπική προσομοίωση ζήτησης Ιστορική Επίδραση πληροφόρησης Καθημερινές διακυμάνσεις Σημερινή ζήτηση Πρότυπα συμπεριφοράς Αντίδραση σε πληροφόρηση Εξατομικευμένα (Disaggregate) μοντέλα συμπεριφοράς Στατιστικά μοντέλα Αναπαραγωγή μετρηθέντων στοιχείων Αθροιστικά (aggregate) μοντέλα Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 79

80 Ενοποίηση της Εκτίμησης ροών ΠΠ και της Συμπεριφοράς των Οδηγών Δεδομένα εισόδου Ιστορική ζήτηση (ΠΠ) Σύστημα συλλογής δεδομένων Παροχή πληροφόρησης Ζήτηση για προσομοίωση 1. Αθροιστικό μοντέλο Εκτιμηση/πρόβλεψη ροών ΠΠ 2. Εξατομικευμένο μοντέλο Αντίδραση στην πληροφόρηση Δεδομένα εξόδου Πληθυσμός οδηγών Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 80

81 Ιστορική Με πληροφόρηση Εκτιμημένη Προσομοίωση ζήτησης Αθροιστική (ΠΠ) a 1 c 4 d 5 e Εξατομικευμένη 2 b 3 6 a : Αποσύνθεση (disaggregation) ιστορικών ροών ΠΠ b : Ενημέρωση συμπεριφοράς οδηγών c : Ομαδοποίηση (aggregation) d : Εκτίμηση και πρόβλεψη ροών ΠΠ Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 81 e : Δημιουργία πληθυσμού οδηγών

82 Βήμα (a): Δημιουργία ιστορικού πληθυσμού οδηγών Historical Informed Estimated Aggregate (OD) 1 Disaggregate 2 Αποσύνθεση Ταύτιση συνολικών στατιστικών οδηγών Δημιουργία χαρακτηριστικών οδηγών Off-line Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 82

83 Βήμα (b): Ενημέρωση συμπεριφοράς οδηγών Historical Informed Estimated Aggregate (OD) Disaggregate 2 3 Σχεδιασμός (Planning): Επιλογή χρόνου αναχώρησης Επιλογή διαδρομής Μάθηση μέρα-με-τη-μέρα Σε πραγματικό χρόνο: Αντίδραση σε πληροφόρηση Επιλογή διαδρομής και χρόνου αναχώρησης πριν την αναχώρηση Επιλογή διαδρομής (εν κινήσει) Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 83

84 Βήμα (c) : Ομαδοποίηση Historical Informed Estimated Aggregate (OD) 4 Disaggregate 3 Ομαδοποίηση μεμονωμένων οδηγών σε ροές ΠΠ Πραγματοποιείται σε πραγματικό χρόνο Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 84

85 Βήμα (d): Εκτίμηση ροών ΠΠ Historical Informed Estimated Aggregate (OD) 4 5 Disaggregate O-D flows Εκτίμηση ροών ΠΠ για χρονικό διάστημα h Αποκλίσεις h-1 time period h Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 85

86 Βήμα (d): Εκτίμηση και πρόβλεψη ροών ΠΠ σε πραγματικό χρόνο Historical Informed Estimated Aggregate (OD) 4 5 Disaggregate O-D flows estimation prediction Εκτίμηση ροών ΠΠ για χρονικό διάστημα h Αποκλίσεις Πρόβλεψη ροών ΠΠ για χρονικά διαστήματα (h+1,h+2, ) h-1 h h+1 time period Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 86

87 Βήμα (e): Δημιουργία πληθυσμού οδηγών Historical Informed Estimated Aggregate (OD) 5 Disaggregate 6 Αποσύνθεση των νέων ροών ΠΠ σε μεμονωμένους οδηγούς Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 87

88 Χρηματοδότηση Το παρόν υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. Οδοποιία ΙΙ - Αρχές προσομοίωσης 88