Verkehrsmodellierung mit THOR-Netzen Frederik Exler

Transkript

1 Verkehrsmodellierung mit THOR-Netzen Frederik Exler 1

2 0. Gliederung 1. Ziel der Verkehrsmodellierung 2. Grundlagen Modell, Simulation, Petrinetze, THOR-Netze 3. Modell eines ÖPNV-Netzes Informales Modell, Umsetzung mit THOR-Netz 4. Simulation am Beispiel Stuttgart 5. Fazit 6. Quellen 2

3 1. Warum Verkehrsmodellierung? Verkehr als Belastungsfaktor für Mensch und Umwelt Verschiedene Ansätze zur Reduzierung vorhanden Verkehrssimulation zur Analyse von Verkehrsnetzen Finden von Schwachstellen im System 3

4 2.1 Modell und Simulation Modell (H. Stachowiak): Abbildung + Verkürzung + Pragmatismus Simulation: Analyse dynamischer Systeme Experimente an einem Modell Erkenntnisse über reales System 4

5 2.2 Petrinetze Petrinetz: bipartiter, gerichteter Graph Stellen, Transitionen, Token Kapazitäten an Stellen Kantengewichte 5

6 2.2 Petrinetze 6

7 2.3 THOR-Netze THOR-Netz = Timed Hierarchical Object Related Nets Objekte anstatt Marken (z.b. in C++) Stellen-Strukturen: Multiset, Stack, Queue, Priority Q. Alternative Kanten: Enabling, Inhibitor, Consuming 7

8 2.3 THOR-Netze 8

9 2.3 THOR-Netze Erweiterte Transitionen Schaltbedingung, Schaltaktion, Kapazität Schaltdauer, Verzögerungszeit Unterstützung zweier Zeitkonzepte (SD und VZ) Hierarchie-Konzept (Unternetze als Blackbox) 9

10 3.1 Das Modell ÖPNV-Netz in Form eines Graphen Verkehrsobjekte: Personen + Fahrplanmittel Zentrale Uhr zur Synchronisation des Netzes Mitfahrnetze und Mitnahmenetze 10

11 3.1 Das Modell 11

12 3.1 Das Modell Kapazitäten für Mitnahmenetze und Fahrplanmittel Keine Entsprechung im Modell: Kreuzungen verschiedener Verkehrsnetze Steuerungsregeln für Verkehrsfluss (Ampeln) Wetter Demographie 12

13 3.2 Umsetzung des Modells Modell eines ÖPNV-Netzes als THOR-Netz Nutzung eines THOR-Netz-Simulators Mitnahme- und Mitfahrnetze direkt übertragen Verkehrsobjekte als Instanzen von C++-Klassen 13

14 3.2 Umsetzung des Modells Transport von Personen als Teil der Schaltaktion Ein- und Ausstieg von Personen als Unternetz Quellen und Senken (Steuerung der Nachfrage) Interne Uhr als Unternetz 14

15 3.2 Umsetzung des Modells 15

16 4. Simulation am Beispiel Stuttgart Modellierung von U-Bahn, S-Bahn und Fußwegenetz 158 Haltestellen 350 Verbindungen Komplexes, schwer zu analysierendes Netz Simulation von etwa 3000 Abfahrten 16

17 4.1 Testläufe Probleme bei ersten Testläufen (enorme Verspätungen) Anpassung des Netzes mit besserem Ergebnis Ermittlung der Fahrtdauer für einen Rundkurs über einen Tag verteilt 17

18 4.1 Testläufe 18

19 4.2 Simulierte Bestwegsuche Simulatives Verfahren zur Bestimmung kürzester Wege 1.) Setzen einer Person an einen Startknoten 2.) Einstieg einer Kopie in haltende Fahrplanmittel 3.) Ausstieg der Kopie an nächster Haltestelle 19

20 4.3 Zusammenfassung Modellverhalten entspricht in etwa der Realität Simulator zum Erstellen und Testen der Netze Einfache Modellierung, aber komplizierte Netze Netze sehr speicheraufwändig (Objekte) 20

21 5. Fazit Modellierung mit THOR-Netzen möglich, aber veraltet Ausbau des Modells nötig für praktische Anwendung Allgemeine Modelle heutzutage gefragt Bis heute gibt es kein universelles Modell für die Verkehrsmodellierung! 21

22 6. Quellen Allgemeine Modelltheorie, 1973, Herbert Stachowiak Verkehrsmodellierung, 1996, Markus Schaal, ausgearbeitete Diplomarbeit an der Universität Stuttgart (PDF) Abschlußbericht des Projekts DNS, 1997, Stefan Schöf / Ralf Wieting / Michael Sonnenschein, OFFIS Oldenburg (PDF) Neue Ansätze in der Verkehrsmodellierung, 2007, Jens Rümenapp, Gertz Gutsche Rümenapp GbR, Hamburg (PDF) genutzte Artikel: Simulation, Simulationsmodell, Modell, Petri-Netz Musterlösung zur 3. Übung der Lehrveranstaltung Programmierung und Modellierung an der Universität Magdeburg, Arbeitsgruppe Wirtschaftsinformatik 22

23 Fragen? 23

24 Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit! 24