Обзор программ моделирования транспортных потоков Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 681.3.06

В. Н. Задорожный, Е. Б. Юдин

Омский государственный технический университет, г. Омск

ОБЗОР ПРОГРАММ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ

Введение

Программы для моделирования движения транспортных потоков принято делить на программы, относящиеся к микро- меза- и макроуровням моделирования, а также на программы, поддерживающие сразу несколько уровней.

На микроуровне транспортные средства рассматриваются как индивидуальные сущности, обладающие своими характеристиками и поведением. Здесь преобладают модели «разумного водителя», в которых ускорение автомобиля описывается некоторой функцией от скорости этого автомобиля, расстояния до впереди идущего автомобиля и скорости относительно лидера [1]. На мезоуровне отдельно взятые машины не моделируются, но учитываются поведенческие особенности водителей. К этому уровню относятся кластерные модели [2], оперирующие группами автомобилей, движущихся с приблизительно одинаковой скоростью на небольшом расстоянии друг от друга, и модели, использующие распределения вероятностей для описания скоростей транспортных средств на определенных участках дороги. На макроуровне транспортная сеть рассматривается единое целое, а потоки автомобилей - как потоки частиц в жидких средах [3].

Программные пакеты, реализующие эти подходы, перечислены в табл.1.

Таблица 1

Пакеты моделирования транспортных потоков на макро- мезо- и микроуровнях

Макромоделирование Мезомоделирование Микромоделирование

Aimsun, DYNEV, Emme, OmniTRANS, OREMS, TransCAD, TransModeler, VISUM, CUBE VOYAGER Aimsun, Cube, Dynameq, DynusT, DYNASMART, TRANSIMS, TransModeler Aimsun, CORSIM, CityTrafficSimulator, CORSIM, DRACULA, DYNASIM, MATSim, Quadstone Paramics, Sidra Intersection, Sidra Trip, SimTraffic, SIAS Paramics, TransModeler, SUMO, VISSIM

254

В таких коммерческих пакетах как CORSIM (разработка началась более 30 лет назад усилиями Federal Highway Administration), Paramics Modeller (Quadstone Paramics, Великобритания), Aimsun (TSS - Transport Simulation Systems, Испания, Барселона), SimTraf-fic (Trafficware Corporation, США), PTV Vision (PTV Group, Германия; основные компоненты PTV Vision - программные продукты VISUM и VISSIM) исходный код не доступен для изменения или исследования, и эти пакеты реализованы, как правило, для операционной системы Windows. В таких академических разработках как пакет SUMO (Германия; пакет предназначен для моделирования широкополосных магистралей) исходный код доступен для скачивания, модификации, и существуют версии пакета для ряда популярных операционных систем.

Рис. l. Скриншот экрана демонстрационной версии Paramics Demo

Пакеты для макро- и мезомоделирования позволяют решать такие задачи как планирование транспортной инфраструктуры и общественного транспорта, графическая обработка сети, анализ и оценка транспортных сетей, прогноз запланированных мероприятий, создание платформы для транспортных информационных систем. Пакеты микромоделирования транспортных потоков интенсивно развиваются в связи с ростом вычислительных мощностей, возможностей 3Б визуализации и обработки большого количества имеющихся данных, собираемых с миллионов транспортных средств. Это позволяет получать и учитывать данные о скоростях и маршрутах автомобилей.

Возможности пакетов моделирования транспортных потоков

Многие пакеты, поддерживающие микромоделирование, позволяют создавать транспортные схемы и накладывать их на карты (такие карты служат фоновыми изображениями, на которые наносятся транспортные сети городов). Особо следует выделить в этой области возможности пакета Л1шБип, рис. 2. В большинстве пакетов для микромоделирования существует возможность устанавливать максимальную и минимальную скорость движения, типы дорожных участков, их пропускную способность и т. д. В табл. 2 представлены результаты

255

ряда независимых исследований, сравнивающих известные пакеты. Детальные обзоры пакетов можно найти в [4-5].

File Edit View Arrange Project Tools Data Analysis Bookmarks Window Help

I ° ‘ .. fa enter Search Text...)

Рис. 2. Скриншот экрана демонстрационной версии Л1шБип Результаты сравнений пакетов моделирования

Таблица 2

Авторы Пакеты Выводы

Middelton, Cooner, 1999 CORSIM (FRE-SIM component), FREQ and INTEGRATION Пакеты исследовались для моделирования движения транспорта на автостраде. Все пакеты показали адекватные результаты для исследуемой задачи. Установлено также, что исследуемые пакеты не могут быть использованы для моделирования в условиях перегруженности движения.

Barrios и др, 2001 CORSIM, VISSIM, PARAMICS, SimTraffic Пакеты оценивались на основе возможностей визуализации (анимации). В частности, пакеты тестировались для моделирования движения автобусов. В конечном счете, выбор авторов остановился на пакете У1881М, поддерживающем широкие возможности 3-0 визуализации транспортных потоков.

Trueblood, 2001 CORSIM, SimTraffic Результаты обзора показали небольшое различие между системами при моделировании магистралей с низким и умеренным трафиком. Статья устанавливает необходимость детального анализа моделей и важность процедуры валидации моделей.

256

Demmers и др., CORSIM, Исследовались возможности моделирования пе-

2002 SimTraffic регруженной основной магистрали (одной для

всех систем).

Kaskeo, 2GG2 VISSIM, CORSIM, SimTraffic При моделировании сравнивались три типа объектов: автострады, развязки и магистрали с согласованием сигналов. Сделан вывод, что CORSIM является самым зрелым и широко используемым пакетом, а VISSIM - наиболее мощным и универсальным. Исследование показало также, что VISSIM обладает наименее дружественным интерфейсом и при его использовании требуются дополнительные усилия для пост-обработки результатов. SimTraffic оказался самым простым в использовании.

Bloomberg и др., 2GG3 CORSIM, VISSIM, INTEGRATION, PARAMICS, MIT-SIMLab, WATSIM, Все шесть систем исследовались на основе возможностей их использования при моделировании регулируемых перекрестков и автострад. Исследование показало, что все модели дают адекватные результаты.

Hardy, Wunderlich, 2GG7 3G пакетов, включая VISSIM, Cube, HEADSUP, ETIS, OREMS, Paramics PCDYNEV, Tran-sCAD, TRANSIMS В обзоре исследуются возможности пакетов при исследовании чрезвычайных ситуаций, моделировании планов эвакуации. Двадцать восемь пакетов используются для планирования эвакуации на уровне макромоделирования. Из пакетов, не относящихся к макромоделированию, рекомендуется пакет CUBE.

Заключение

При использовании пакетов моделирования транспортных потоков особое внимание уделяется уровню (грубости) модели, качеству имеющихся данных, возможностям калибровки и верификации модели, а также средствам визуального интерфейса. Наиболее важным на данный момент представляется задача создания гибридных систем, позволяющих сразу на нескольких уровнях абстракции исследовать различные характеристики транспортных потоков.

Библиографический список

1. Towards a realistic microscopic description of highway traffic / W. Knose, L. Santen, A. Schadschneider, M. Schreckenberg // J. Phys. A. Gen. 33. - 2000. - PP. 477- 485.

2. Hoogendoorn, S. P. State-of-the-art of vehicular traffic flow modeling / S. P. Hoogendoorn, P. H. L.Bovy // Delft University of Technology. - Delf, The, 2001. - PP. 283-303.

3. Immers, L. Traffic floow theory / L. Immers, S. Logghe // Curricular Material, may 2002. by Katholieke Universiteit Leuven.

4. Kotusevski, G. A Review of Traffic Simulation Software / G. Kotusevski, K. A. Hawick // Technical Report CSTN-095, july 23, 2009.

5. Hardy, M. Traffic Analysis Tools Volume IX / M. Hardy, K. Wunderlich // Work Zone Modeling and Simulation - A Guide for Analysts. Report No. FHWA-HOP-09-001. FHWA, U.S. Department of Transportation, Washington, DC. March 2009.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 12-07-00149-а.