VERKEHRSSIMULATION IN DER VERKEHRSPLANUNG WIR PLANEN UND OPTIMIEREN WELTWEIT ALLES, WAS MENSCHEN UND GÜTER BEWEGT.

Transkript

1 VERKEHRSSIMULATION IN DER VERKEHRSPLANUNG Axel Leonhardt, PTV Group 14. Dezember 2012 UNSERE VISION WIR PLANEN UND OPTIMIEREN WELTWEIT ALLES, WAS MENSCHEN UND GÜTER BEWEGT. I Seite 2 1

2 PTV EINE SMARTE SOFTWARE COMPANY Gegründet: 1979 Hauptsitz: Niederlassungen: Mitarbeiter: Umsatz: Karlsruhe 5 Kontinente 12 Länder 650 weltweit 82,1 Millionen Hauptsitz der PTV in Karlsruhe I Seite 3 HIER FINDEN SIE UNS WELTWEIT Niederlassung Partner I Seite 4 2

3 HIER SIND UNSERE KUNDEN I Seite 5 UNSERE GESCHÄFTSFELDER Transport Consulting Strukturiertes Wachstum Traffic Software Optimaler Verkehrsfluss Logistics Software Optimierte logistische Prozesse I Seite 6 3

4 TRANSPORT CONSULTING Wir beraten Verkehrs- und Städteplaner sowie Beratungsunternehmen und Universitäten zu grüner Logistik / CO2 -Ausstoß urbaner Mobilität / Megacities Verkehrssicherheit E-Mobilität und sorgen für strukturiertes Wachstum I Seite 7 TRAFFIC SOFTWARE Verkehrs- und Städteplaner planen und optimieren mit unserer Software, unseren Daten und wissenschaftlich geprüften Methoden zur Modellierung und Simulation von Verkehrsnetzen in +100 Ländern weltweit unterstützt durch 55 Distributoren und Partnern mit Installationen weltweit und sorgen damit für einen optimalen Verkehrsfluss. I Seite 8 4

5 PORTFOLIO DER PTV Concepts & Solutions Data & Content Software & Services VISION SUITE VISION ONLINE CONCEPTS & SOLUTIONS LOGISTICS APPLICATIONS LOGISTICS COMPONENTS CONSULTING RESEARCH DATA & CONTENT TRAFFIC DATA LOGISTICS DATA I Seite 9 VERKEHRSFLUSSSIMULATION BEDEUTET Modellieren des Verkehrsflusses mit Computerprogrammen Warum? Beantwortung von relevanten Fragen: Wie lange ist die durchschnittliche Reisezeit von A nach B, gegeben eine Nachfrage und ein Angebot Angebot (Strecken, Kapazitäten): Netz Betriebliches (LSA Steuerung etc.) Wartezeit für Linksabbieger an Knotenpunkt mit LSA vs. Kreisverkehr Gesamtreisezeit (Qualität) im Netz Varianten / Prognosen: Welche Nachfrage kann ein bestimmtes Angebot bewältigen, wenn eine bestimmte Verkehrsqualität mindestens erreicht werden soll? I Seite 10 5

6 VERKEHRSFLUSSSIMULATION BEDEUTET Modellieren des Verkehrsflusses mit Computerprogrammen Modelle: Mikroskopisch Einzelne Fahrzeuge (Verkehrsteilnehmer): - Detailliertes Netz (nah an der Realität) - Fahrverhaltensmodelle - Interaktion zwischen Fahrzeugen - Routenwahl - Spurwahl - Kooperation - Verkehrsregeln und Steuerung (LSA, Vorfahrt) - Verschiedene Verkehrsmittel I Seite 11 MIKROSIMULATION I Seite 12 6

7 WIE UND WAS MODELLIERT MAN MIKROSKOPISCH? Entscheidungen? Strategisch Netzweit: Routenwahl vor und während der Fahrt Ebenen Taktisch Sichtbereich, die nächsten Meter Spurwahl, Kooperation, Konflikte, Antizipation Operational Instantan, aktueller Zeitschritt Fahrzeugfolgemodell, Spurwechselmodell I Seite 13 Fahrzeugfolgemodellierung I Seite 14 7

8 FAHRZEUGFOLGEMODELLIERUNG Wie verhält sich ein Fahrzeug in Reaktion auf das vor ihm fahrende Fahrzeug? Es gibt viele Modelle ( Ansätze), viel Forschung Von sehr einfach bis sehr kompliziert Frage: welches Modell kann am besten die relevanten Phänomene abbilden? I Seite 15 FAHRZEUGFOLGEMODELLIERUNG Fahrzeugfolgemodelle: Beispiele Gazis-Herman-Rothery (GHR) Modell Zellularautomat Psycho-Physisches Modell (Wiedemann Modell) - Vissim I Seite 16 8

9 GHR MODELL Stimulus-Response Modell Response = Sensitivität x Stimulus Response Sensitivität Stimulus a n m V ( t) ( t) α 1 T = n [ ] [ V ( t T ) V ( t )] n n l x( t) a(t) = Beschleunigung zur zeit t α, m, l : Parameter n-1 x n I Seite 17 EIN ZEITSCHRITT IN EINEM ZELLULARAUTOMAT Situation at time t Accelerate (max speed = 5) Decelerate Randomize (p = 1/3) Move -> Situation at time t+1 Beispiel Java-App: Derivate-190/nagel_schreckenberg_modell_1.htm I Seite 18 9

10 PSYCHO-PHYSISCHES FAHRZEUGFOLGEMODELL v dx, dv Psycho: Physical: - Wunschgeschwindigkeit - Wunschabstand - Wahrnehmungsschwellen - Nicht perefekte Fahrzeugkontrolle α I Seite 19 PSYCHO-PHYSISCHES FAHRZEUGFOLGEMODELL 4 Zustände nach Wiedemann (74/99) Freies Fahren (no interaction) Annähern Folgen Gefahr Wichtigste Parameter Stillstandsabstand [m] Wunschabstand [s] Folgen Gefahr Freies Fahren Annähern x, v I Seite 20 10

11 PSYCHO-PHYSISCHES FAHRZEUGFOLGEMODELL empirisch dx[m] simuliert dx[m] Abhängig von Parametern (W99) 5 -dv[m/s] +dv[m/s] dv[m/s] +dv[m/s] I Seite 21 PSYCHO-PHYSISCHES FAHRZEUGFOLGEMODELL Wiedemann 99 Parameter I Seite 22 11

12 PSYCHO-PHYSISCHES FAHRZEUGFOLGEMODELL Wiedemann 99 Parameter Stillstandsabstand CC0 Wunsch-Mindestabstand zum Vordermann (Nettozeitlücke) CC1 Oszillation des Abstandes zum Vordermann beim Folgen (in Metern) CC2 I Seite 23 PSYCHO-PHYSISCHES FAHRZEUGFOLGEMODELL Wiedemann 99 Parameter Beginn des Abbremsens beim Annähern auf einen langsameren Vordermann (Sekunden vor Kollision) CC3 Oszillation der Geschwindigkeitsdifferenz beim Folgen (in Meter / Sekunde) CC4 dx CC5 Folgen CC2 I Seite 24 CC4 0 CC5 dv 12

13 PSYCHO-PHYSISCHES FAHRZEUGFOLGEMODELL Wiedemann 99 Parameter CC6: Geschwindigkeitsabhängigkeit der Oszillation CC7: Beschleunigung während der Oszillation CC8: Beschleunigung aus dem Stillstand CC9: Beschleunigung bei 80 km/h I Seite 25 PSYCHO-PHYSISCHES FAHRZEUGFOLGEMODELL Weitere Parameter Vorrübergehende Unaufmerksamkeit Stau aus dem Nichts Speed Geschwindigkeit [km/h] [km/h] Verkehrsstärke Volume [ [ Fz/h] I Seite 26 13

14 Spurwechselmodellierung I Seite 27 SPURWECHSEL IN VISSIM Es gibt zwei Sorten Freiwilliger Spurwechsel Nur wenn die neue Spur besser ist Keine Störung anderer Fahrer Notwendiger Spurwechsel Bsp. Ausfahrt/Einfahrt Fahrer werden aggressiver I Seite 28 14

15 Konfliktmodellierung I Seite 29 KONFLIKTMODELLIERUNG Konfliktflächen Antizipation der Bewegung anderer Fahrzeug (mehreer Sekunden im Voraus) Plan Branching Merging Crossing Parameter Informiertheit (Bsp. Kreisverkehr) Aggressivität Sichtbarkeit Kooperation 1.0s 0.5s Fig. A: 1.8s 1.6s 1.4s 1.2s 1.0s 0.8s 0.6s 0.5s Fig. B: 1.8s 1.6s 1.4s 1.2s 1.0s 0.8s 0.6s 0.5s Front gap = 1.0s Front gap = 0.5s planning ahead Blue car needs to slow down. planning ahead Blue car passes without stop. I Seite 30 15

16 KEINE SPUREN (BEWEGUNG INNERHALB VON SPUREN) Manchmal teilen sich Fahrzeuge Spuren (quer) Prinzip Querposition wird gewählt so dass time-to-collision maximal wird Mindestquerabstand zu anderen Fahrzeugen wird eingehalten I Seite 31 FUßGÄNGER IN VISSIM Streckenbasierte Betrachtung ist nicht ausreichend Flächige Betrachtung (2D) Social Force Modell Forces from fellow pedestrians Forces from borders Driving force in the desired direction of motion I Seite 32 16

17 Lichtsignalanlagen I Seite 33 MODELLIERUNG VON LSA STEUERUNGEN IN VISSIM Signal Control SG Based Controller Vissig Stage Based fix. Fixed / actuated act. Existing Logic no VAP/VisVAP yes Other External Controller: Signal API Virtual Controller: SCOOT, SCATS, External Controller: RBC, McCain, D4 I Seite 34 17

18 VERKEHRSABHÄNGIGE LSA STEUERUNG VAP/VisVAP mit Flussdiagrammen I Seite 35 Einige Anwendungen I Seite 36 18

19 ANWENDUNG: WIRKUNG VON VERKEHRSMANAGEMENT I Seite 37 ANWENDUNG: C2X UND KOOPERATIVE SYSTEME Simulation of Vehicle-Vehicle and Vehicle-Infrastructure communication applications VCom.DLL Emulates wireless communication process Use Cases In-vehicle information / assistance systems Congestion-ahead warning, rerouting, lane-change-assistant get_speed() set_speed() get_velocity() get_position() set_color()... VISSIM sockets C2C-Applikation send (fahrzeug, meldung) connect () receive (fahrzeuge, meldungen) sockets Fz in Umgebung VCom.dll vom Sende-Fz I Seite 38 19

20 ANWENDUNG: PARKHÄUSER I Seite 39 ANWENDUNG: AUTOMATISCHE PARKGARAGEN I Seite 40 20

21 ANWENDUNG: FLUGHAFEN- UND VORFELDSIMULATION I Seite 41 ANWENDUNG: KAPAZITÄT VON CONTAINER TERMINALS I Seite 42 21

22 ANWENDUNG: PERSONAL RAPID TRANSIT I Seite 43 Warum Simulation? I Seite 44 22

23 WARUM SIMULIERT MAN? Modelle im Allgemeinen: Untersuchung von Maßnahmen vor ihrer Umsetzung ( Geld sparen) Simulation: Verwenden wenn einfache Methoden wie zum Beispiel Richtlinien (HBS) nicht anwendbar sind [HCM 2010] I Seite 45 WARUM SIMULIERT MAN? Rückstau Rechtsabbieger?? I Seite 46 23

24 WARUM SIMULIERT MAN? Modelle im Allgemeinen: Untersuchung von Maßnahmen vor ihrer Umsetzung ( Geld sparen) Simulation: Verwenden wenn einfache Methoden wie zum Beispiel Richtlinien (HBS) nicht anwendbar sind Netze (mehrere Kreuzungen) Nicht regelkonforme Geometrie Nicht stationäre Nachfrage (Dynamik) Nicht standardisierte Steuerungsmaßnahmen (VA Steuerung, ITS,..) Rückstaueffekte sind relevant Interaktion zwischen Verkehrsanlagen Man sieht was passiert (Plausibilisierung, Präsentation) I Seite Name Ort, Datum 24