kolegij - fpze-student.fpz.hr/predmeti/s/simulacije_u_prometu/... · o apstraktna prezentacija...

Sveučilište u ZagrebuFAKULTET PROMETNIH ZNANOSTIZavod za informacijsko‐komunikacijski prometKatedra za tehniku informacijsko‐komunikacijskog prometa

Kolegij:

SIMULACIJE U PROMETU

Pripremila: dr. sc Ivana Ćavar1

Konzultacije

o dr. sc. Ivana Ćavar

• ZUK Borongaj, objekt 71

• Kabinet P‐13

– Ponedjeljak 11:00‐12:30

– Srijeda 11:00‐12:30

26/03/2012 Pripremila: dr. sc Ivana Ćavar 2

Opće

o Akademska četvrt

o Prisutnost na nastavi


Mogućnost dodatnog angažmana

o Prikupljanje podataka – izrada smartphone aplikacije za brojanje prometa

o Automatizirano brojanje prometa iz video snimke

o Dodijeljivanje prioriteta vozilima javnog gradskog prijevoza

o Izrada baze podataka signalnih planova

o Izrada karaterističnih modela vozila za potrebe mikroskopskih simulacija

o Simulacija mobilne mreže

o Usporedba dinamičkog i statičkog dodjeljivanje prometa na mrežu

o Parametarska estimacija modela ponašanja vozača na našem području

o ........


Sadržaj kolegijaUvod u mrežne modele

Teorija prometnog toka i prometni modeli

Simulacije na mikroskopskoj, mezoskopskoj i makroskopskoj razini

Statički i dinamički modeli opskrbljivanja mreže

Ponašanje u mreži

Metode diskretnog odabira

Izbor rute i vremena polaska

Prikupljanje podataka ‐Metode procjene OD matrica iz podataka o brojanju prometa

Prognoziranje ‐ Prognoziranje OD matrica

Modeli dodjeljivanja

Primjena prometnih simulacija

Kalibracija i validacija modela


Korisna predznanja

Teorija grafovaFunkcije (logaritmičke i eksponencionakne) jedne i više varijabli i njihov grafički prikazNizoviMatrična algebraDerivacije, integraliPoznavanje diskretnih i kontinuiranih slučajnih varijabli i njihovih distribucijaOsnove teorije prometnog tokaStatistika i vjerojatnostOsnove prognoziranjaKorištenje računalomKorištenje engleskim jezikomVizualizacija podataka i grafički dizajnGIS


Danas....

o Osnovni pojmovi

o Sustav, model, simulacija

o Transportni model

o Mrežni model

o Primjeri simulacija

o Načini provjere znanja


OSNOVNI POJMOVI


Uvod

o 1980‐ih primjena računala (niska cijena/veliki kapacitet) pridonosi uklanjanju računalnih ograničenja u postupku prometnog planiranja

o Problem ostaje ljudsko znanje (na globalnoj razini) i tehnike modeliranja

o Prometni problemi:

• U početku je bio problem kako povezati područja/gradove/naselja međusobno

• Danas kako smanjiti zagušenje, onečišćenje, kritične točke u mreži


SUSTAV

Sustav je izdvojeni dio stvarnog (realnog) svijeta koji istražujemo.Sastoji se od više dijelova (komponenata, elemenata),povezanih usvrsishodnu cjelinu, koji se mogu razlučiti i sposobni su međusobnodjelovati.

Stanje sustava u bilo kojem trenutku određeno je trenutnim stanjemsvih komponenata koje tvore sustav.

Komponente sustava mogu biti statičke ili dinamičke. Svakoeksperimentiranje s realnim sustavom (u živo) u cilju utvrđivanjanjegovih karakteristika i ponašanja obično je dosta složeno i dugo traje,pa je radi toga i skupo, a često puta je i nemoguće. Zato se u tu svrhuobično služimo modeliranjem i simulacijom, pomoću kojih možemo dotraženih podataka doći jednostavnije, brže i jeftinije.


Definiranje pojmova stvarni sustav, model i simulacija

‐ stvarni (realni) sustav,

‐ model (zamišljeni apstraktni sustav, koji predstavlja realni) i

‐ simulacija (eksperimentiranje s modelom u određenom vremenu, obično pomoću računala)


Svrha modeliranja i simuliranja

Svako eksperimentiranje s realnim sustavom (u živo) u cilju utvrđivanja njegovih karakteristika i ponašanja obično je dosta složeno i dugotrajno, skupo, a često i neizvedivo.

U tu svrhu obično se služimo modeliranjem i simulacijom, pomoću kojih možemo do traženih podataka doći jednostavnije, brže i jeftinije.


Modelo Model je pojednostavljena reprezentacija realnog svijeta (sustava koji

predstavlja područje našeg interesa) i fokusiran je na elemente koji su bitni modelaru za izradu analize od njegovog interesa.

o Modeli mogu biti fizički ili apstraktni

o Za područje modeliranja koje obuhvaća ovaj kolegij, prvenstveno su od interesa, apstraktni (matematički) modeli

• Mogu biti jako kompleksni i zahtijevati veliku količinu ulaznih podataka

• Kao i fizički modeli imaju svoja ograničenja primjene (za modeliranje određenih problema pod određenim preduvijetima)


MODEL

o Apstraktna prezentacija realnog sustava (matematička ili grafička), a vrši se radi boljeg razumijevanja njegovog funkcioniranja, te dobivanja određenih podataka o njemu.

o Model se radi na osnovi neke teorije, dakle teorija je ono, što povezuje realni sustav i njegov model.

o Model je za razliku od teorije konkretniji i lakše se kontrolira, jer je nastao uz određenu simplifikaciju nekih ključnih elemenata teorije.

o Sposobnost izbora odgovarajućeg modela i njegova prilagodba promatranom problemu su ključni element postupka planiranja


SIMULACIJA

U užem smislu to je eksperimentiranje s apstraktnim modelom realnog sustava u određenom vremenu.

U širem smislu simulacija obuhvaća i postupak izrade modela.

Bez modela, nema ni simulacije


Odnos realni sustav – model – simulacija

Slika 1. Odnos realni sustav – model – simulacija (prema [1])26/03/2012 Pripremila: dr. sc Ivana Ćavar 16

Svrha simulacija

Simulacija daje podatke o mogućem ponašanju stvarnog sustava u ovisnosti odnekih početnih uvjeta.

S dobro planiranom i izvedenom simulacijom može se postići vrlo visokatočnost opisivanja procesa u realnom sustavu.

U praksi se simulacije koriste za verifikaciju analitičkih modela, odnosno zaispitivanje ponašanja nekog sustava, tj. njegove reakcije na različite parametre.

Sama simulacija ne vrši optimizaciju, ali se može koristiti za izbor najpogodnijevarijante.


Razlozi korištenja simulacije

1. Rješavanje problema gdje je matematička analiza suviše kompleksnai ne daje jednostavna rješenja.

2. Stjecanje novih znanja i razumijevanje mehanizma događanja ukompleksnim situacijama realnih procesa.

3. Želja da se unaprijed izvrše pripreme za probleme, koji još ne postojeu realnom svijetu, ali može do njih doći.


Dvije razine simulacije

1. razina autora modela (verifikacija i validacija modela), te

2. Razina ‘igre’ (proučavanje utjecaja različitih parametara, odnosnorazličitih strategija).


Metodologija provedbe simulacije


Planiranje simulacije (izbor najprikladnijeg modela ipostavljanje teorije simulacije).

Provedba simulacije generiranjem slučajnih brojeva, odnosno stohastičke varijable na ulazu u model.

Registracija rezultata simulacije (odziva modela).

Analiza dobivenih rezultat simulacije.

Primjena saznanja dobivenih na osnovi simulacijemodela, na stvarni sustav.

Simulacija se provodi sve dok:

1. se eksperimentator “ne umori”,

2. ne potroši raspoloživa sredstva, ili

3. ne postigne željeni cilj.


PROMET

Promet predstavlja prijevoz ili prijenos različitih entiteta (ljudi, robe,informacija) putem prometne infrastrukte i mobilnih elemenata(zrakoplova, vlakova, vozila, automobila, paketa, ćelija....) temeljemdefiniranih pravila, pri čemu se zauzima kapacitet prometneinfrastruktura.

‐ Vrste usluga u prometu

‐ Prijevoz (transport) ljudi (putnika) i robe.

‐ Prijenos (transmisija) poruka (informacija).


Značajke prometa

Prometni proces je stohastičan (slučajan) i ne može se unaprijed točno predvidjeti.

Svaki individualni prometni slučaj djeluje neovisno o ponašanju drugih izvora prometa.

Trajanje svakog individualnog posjedanja je neovisno o trajanju drugih posjedanja.

Veličine vremenskih intervala između pojave korisnika obično su distribuirane prema eksponencijalnoj ili sličnoj raspodjeli.

Veličine vremena trajanja individulanih posjedanja obično su također distribuirana prema eksponencijalnoj ili sličnoj raspodjeli.


Prometna ponuda i potražnjao Potražnja za prometnim uslugama je kvalitativna i difencijalna

o Diferencijalna po periodu dana, danu u tjednu, svrsi putovanja (potražnje zauslugom), tipu tereta, važnosti brzine i frekventnosti usluge...

o Ova osobina otežava prognoziranje prometne potražnje i drugih veličina

o Ponuda treba odgovarati ovim zahtijevima ili je nepotremno nuditi ju...

o Potražnja za prometnim uslugama je rezultat zadovoljenja određenih potreba(nije sama sebi svrha, osim možda za razgledavanje). Te potrebe mogu bitiodlazak na posao, odmor, zdravstvene potrebe.... Isto vrijedi i za prijevoztereta.

o Potrebno je dobro poznavati prostornu distribuciju prometne potražnje kako biju se moglo zadovoljiti

o U skladu s tim promet može pospiješiti zadovoljenje ovih potreba ilionemogućiti (ukoliko je loše planiran)


o Prometna potražnja je u ovisnoj vezi s prostorom.

o Najčešće se prostor dijeli u zone, koje se kodiraju skupa s mrežom za porebeprovedbe računalnog procesa

o Važno je u prostoru gdje su ishodišta i odredišta putovanja

o Primjer: U gradu ima dovoljan broj taxi vozia. Ukoliko se ta vozila nalaze najednom dijelu grada gdje nema potražnje, beskorisna su. U drugom dijelugrada veliki broj korisnika treba taxi vozila, ali ne može zadovoljiti svojupotražnju.

o Prometna potražnja je dinamična.

o Primjer: Najveća je potražnja za uslugom u vršnim satima. Postoji niz tehnikaza ublažavanje (proširenje) vršnih sati npr. Fleksibilno radno vrijeme, različitecijene prijevoza za različite sate u danu (ili parkinga ili naplate zagušenja ili....)


Prometna ponudao Prometna ponuda je usluga, ne dobro.

o Ne može se skladištiti za kad ju budete trebali.

o Prometna infrastruktura i mobilni elemenati (zrakoplovi, vlakovi, vozila,automobili, paketi, ćelije....) najčešće nisu u vlasništvu ili koncesiji istogsubjekta.

o Prometna infrastruktura mora biti cjelovita da bi se mogla nuditi prometnausluga (ne možete ponuditi pola PSS, 1/8 autobusnog kolodvora, tramvajskastajališta bez tramvajske pruge i tramvaja, terminalne uređaje beztelekomunikacijske mreže koja ih podržava...). U rijetki slučajevima može sepružati infrastruktura u stupnjevitim fazama.

o Ulaganja u prometnu infrastrukturu su visoka a izgradnja dugotrajna (npr. zacestovnu infrastrukturu 5‐15god.)

o Dostupnost potrebne prometne infrasturukture u direktnoj je vezi s dobrobitidruštva i gospodarstva


Prometno zagušenjeo Prometno zagušenje – javlja se kad prometna potražnja se približi kapacitetu

infrastrukture i uzrokuje produženje vremena zauzimanja infrastrukture (kašnjenje, dulje vrijeme putovanja....) produži znatno iznad prosiječnog (kad je potražnja za uslugom mala).


Ravnoteža potražnje i ponudeo Cilj prometnog planiranja je osigurati zadovoljenje potražnje za prijevozom ili

prijenosom (ljudi/dobara) u različitim periodima dana/ godine, različitim transportnim modovima putem prometnog sustava s definiranim kapacitetom.

o Zadatak prometnog planiranja je predvidjeti i upravljati ravnotežom između prometne ponude i potražnje tijekom vremena kako bi društvena dobrobit bila maksimizirana.


Porast dohotka

Veći broj vozila

Veće zagušenje i kašnjenje

Manje iskorištenje JGP‐a

Povećani operativni trošak

JGP‐a

Manja potražnja za JGP‐om

Niža frekventnost

JGP‐a

Povećanje cijena JGP‐a

Korištenje osobnih vozila

postaje primamljivije

Izbor pristupa modeliranjuo Prilagoditi ga načinu donošenja odluka

o Utvrditi razinu potrebne preciznosti

o Dostupnost potrebnih podataka

o ‘state od the art’ modeliranje

o Dostupni resursi

o Zahtijevi za procesiranjem podataka

o Znanja i sposobnosti analitičara

o Razina planiranja:

• Strateška

• Taktička

• Operativna


Primjenjivost modelao Kalibriracija/validacija

o Procjena (estimacija) varijabli

o Pogreška modela


Inteligentni sustavo Inteligentni sustav je svaki sustav koji pokazuje sljedeća svojstva:

• Pokazuje prilagodljivo ciljno usmjereno ponašanje (engl. goal‐oriented behavior)

• Uči na temelju iskustva

• Koristi velike količine znanja

• Pokazuje svojstava svjesnosti

• Komunicira sa čovjekom prirodnim jezikom i govorom

• Tolerira pogreške i nejasnoće u komunikaciji

• Odgovara u stvarnom vremenu

26/03/2012 31Pripremila: dr. sc Ivana Ćavar

Turingov test (http://www.alicebot.org/)


Funkcije inteligentnog sustava

o prikupljanje i obrada informacija

o komunikacija s čovjekom i/ili s drugim inteligentnim sustavom

o prikupljanje znanja (učenje)

o rukovanje znanjem i zaključivanje

o planiranje


Odnos model ‐simulacija

o Prethodno izračunati simulacijski podaci, koji predstavljaju jedan krug vozila natestnom poligonu, su konvertirani iz dynamic model signal structure u formatpogodan za slanje u okruženje virtualne stvarnosti.

o Konverzija uključuje razdvajanje kombiniraninih signala u signale zaindividualne VRML objekte i transformacije koordinatnih sustava. Podaci setada šalju u okruženje virtualne stvarnosti korištenjem VR Sink block sa 25 Hzuzorkovanjem.

o Dinamički model uključuje signale koji utječu na vizualne osobine objekta(pozicija i rotacija), ali i sile i slične veličine koje se mogu vizualizirati. U ovomprimjeru vizualizirane su sile kotača.


Transportni model

O1 O2 O3 O4 O5 aiI1 5 12 1 4 13 36

I2 7 8 14 6 5 23

I3 15 4 2 7 9 29

I4 6 11 5 16 3 12

bi 13 24 15 21 27


Transportni problemo VAM metoda (Vogelova metoda)

o Dijagonalan metoda (metoda sjeverozapadnog kuta)

o Utvrđivanje optimalnog rješenja


Prometna mreža


Prometna mreža

o Najkraći put

o Maksimalni tok – minimalni rez


Model

Vehicle Dynamics Visualization (vr_octavia)

Vizualizacija kompleksnog dinamičkog modela u okruženju virtualne stvarnosti.


Podmodel


Simulacijao Video (2:11)


Planeti


o Video (59)


Simulacija

Prenosiva dizalica


o Video (20)


Simulacija

Uzlijetanje zrakoplova


o Uzlijetanje (16)


Simulacija

PRIMJERI SIMULACIJA


Kampus (video)


POPIS DOSTUPNIH ALATA ZA IZRADU PROMETNIH SIMULACIJA NA INTERNETU

Popis alata za izradu simulacija

1. Traffic simulator by Kelly Liu (ima kod u Java‐i)http://www.phy.ntnu.edu.tw/oldjava/Others/trafficSimulation/applet.html

2. HUTSIM software ( Helsinki University of Technology)http://www.tkk.fi/Units/Transportation/HUTSIM/download.html

3. Synchro Studio 7 software (Trafficware)http://www.trafficware.com/downloads.aspx

4. Synchro plus SimTraffic 6 software (Trafficware)http://www.trafficware.com/downloads.aspx

5. PTV demo softwarehttp://www.english.ptv.de/

6. Multiagent Traffic Management: A Reservation‐Based Intersection Control Mechanism (Kurt Dresner and Peter Stone)

http://www.cs.utexas.edu/users/kdresner/2004aamas/

7. autoVoIP™ (codima)http://www.codimatech.com/downloads_autovoip.php?PHPSESSID=0407a12b139306840664f20dde890ec3

8. TraNS http://trans.epfl.ch/

9. ACCUSIM II ‐ TSIS/CORSIMhttp://mctrans.ce.ufl.edu/Demos/

11. C.A.T.S.http://mctrans.ce.ufl.edu/Demos/

http://www.phy.ntnu.edu.tw/oldjava/Others/trafficSimulation/applet.html

http://www.tkk.fi/Units/Transportation/HUTSIM/download.html

http://www.trafficware.com/downloads.aspx

http://www.trafficware.com/downloads.aspx

http://www.english.ptv.de/

http://www.cs.utexas.edu/users/kdresner/2004aamas/

http://www.codimatech.com/downloads_autovoip.php?PHPSESSID=0407a12b139306840664f20dde890ec3

http://trans.epfl.ch/

http://mctrans.ce.ufl.edu/Demos/

http://mctrans.ce.ufl.edu/Demos/

Hvala na pažnji


kolegij - fpze-student.fpz.hr/predmeti/s/simulacije_u_prometu/... · o apstraktna prezentacija...

Documents