09.03.2014 Views

Symulacja mikroskopowa ruchu w modelu obszarowym ... - Transportu

Symulacja mikroskopowa ruchu w modelu obszarowym ... - Transportu

Symulacja mikroskopowa ruchu w modelu obszarowym ... - Transportu

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ<br />

z. 86 Transport 2012<br />

Stanisaw Krawiec,<br />

Ireneusz Celiski<br />

Wydzia <strong>Transportu</strong>, Politechnika lska<br />

SYMULACJA MIKROSKOPOWA RUCHU<br />

W MODELU OBSZAROWYM SIECI DROGOWEJ<br />

Rkopis dostarczono, grudzie 2011<br />

Streszczenie: <strong>Symulacja</strong> <strong>mikroskopowa</strong> <strong>ruchu</strong> jest popularnym narzdziem analizy sieci drogowych.<br />

W literaturze przedmiotu przedstawiono w ostatnich trzech dekadach kilkadziesit modeli symulacji<br />

mikroskopowej <strong>ruchu</strong> drogowego. Kilka z nich stao si standardem w zakresie inynierii <strong>ruchu</strong><br />

drogowego. Modele symulacji mikroskopowej <strong>ruchu</strong> drogowego opisuj procesy w strumieniu <strong>ruchu</strong>,<br />

takie jak: jazda za liderem, zmiana pasa <strong>ruchu</strong> etc. Stosowane modele symulacji mikroskopowej <strong>ruchu</strong><br />

drogowego wykorzystywane s przede wszystkim w celu wyznaczania podstawowych charakterystyk<br />

strumienia <strong>ruchu</strong>. Zauway naley jednak, e metody te oferuj wiksz jako opisu procesu <strong>ruchu</strong><br />

drogowego i mog posuy dla celów znacznie szerszych analiz anieli wykonywane obecnie.<br />

Artyku opisuje symulacj mikroskopow <strong>ruchu</strong> drogowego w ujciu <strong>obszarowym</strong>. W podejciu tym<br />

wykorzystywane s znane metody analizy przestrzennej (ang. spatial analisys). Artyku przedstawia<br />

wybrane moliwoci opisu procesów zachodzcych w <strong>ruchu</strong> drogowym w odniesieniu do miejsca ich<br />

zaistnienia w obszarze sieci drogowej. Opisany zosta równie adekwatny model interakcji w sieciach<br />

drogowych.<br />

Sowa kluczowe: mikrosymulacja <strong>ruchu</strong> drogowego, modelowanie <strong>ruchu</strong>, oddziaywanie obszarowe<br />

1. STRUMIE POJAZDÓW W MIKROSYMULACJI RUCHU<br />

DROGOWEGO<br />

<strong>Symulacja</strong> <strong>mikroskopowa</strong> pozwala okrela parametry <strong>ruchu</strong> drogowego w oparciu<br />

o analiz interakcji poszczególnych pojazdów. Zapis zachodzcych w <strong>ruchu</strong> drogowym<br />

procesów pomidzy pojazdami mona ogólnie przedstawi w formie implikacji<br />

akcjareakcja w okrelonym czasie obserwacji t:<br />

Re akcja(t) czulosc * bodziec(t T)<br />

(1)<br />

gdzie:<br />

T- czas reakcji na bodziec


54 Stanisaw Krawiec, Ireneusz Celiski<br />

Strony równania (1) mog reprezentowa rónorodne zalenoci wynikajce z opisu<br />

zjawisk fizycznych towarzyszcych procesom <strong>ruchu</strong> drogowego.<br />

Jednym z podstawowych modeli <strong>ruchu</strong> stosowanych w symulacji mikroskopowej jest<br />

model Wiedemann’a. Nazywany jest on równie modelem jazdy za liderem Wiedemann’a.<br />

Model zosta sformuowany w roku 1974 przez Rainera Wiedemann’a [1, 2]. Obecnie<br />

zosta on rozpowszechniony poprzez zastosowanie w popularnym komercyjnym programie<br />

komputerowym sucym dla celów symulacji <strong>ruchu</strong> drogowego o nazwie VISSIM [2].<br />

Rozwizanie zaproponowane przez Wiedemana naley do grupy modeli empirycznych.<br />

W zwizku z tym model ten jest kalibrowany kadorazowo na podstawie rzeczywistych<br />

charakterystyk obserwowanych w <strong>ruchu</strong> dla lokalnych warunków drogowych w danym<br />

kraju (tzn. warunki niemieckie, polskie, szwedzkie itp.).<br />

Modele symulacji mikroskopowej stanowi znaczne uproszczenie opisu rzeczywistych<br />

procesów zachodzcych w <strong>ruchu</strong> drogowym. Uproszczenie to ma jednak odmienn natur<br />

anieli powszechnie stosowane w modelowaniu procesów transportowych. W modelach<br />

symulacji mikroskopowej, to uproszczenie dotyczy tego, e z reguy analizowana jest<br />

interakcja 2,3 pojazdów (z n pojazdów, gdzie n>>0) poruszajcych si w strumieniu <strong>ruchu</strong><br />

„jeden za drugim”. Interakcja w takich modelach jest sztucznie redukowana, zarówno<br />

w czasie jak równie w obszarze 1 sieci drogowej.<br />

Inne znane modele jazdy za liderem to odpowiednio: Chendler’a, Generalized GM,<br />

Gipps’a, Kraussa, Leutzbacha, Cellular Automata, Optimum Velocity Model (OVM),<br />

Newell’a i wiele innych [5-11]. Generaln zasad definiowania wymienionych wyej<br />

modeli jest uproszczone odwzorowywanie rzeczywistych zachowa kierowców<br />

uczestniczcych w <strong>ruchu</strong> drogowym na podstawie obserwowanych zalenoci fizycznych<br />

w strumieniu pojazdów. Zakada si, e parametry <strong>ruchu</strong> pojazdu jadcego za pojazdem go<br />

poprzedzajcym zale od ich wzajemnych interakcji, odwzorowaniem których jest np.<br />

odstp czasu miedzy pojazdami. Prdkoci lub przyspieszenie pojazdu jadcego za liderem<br />

ocenia si na podstawie prdkoci lub przyspieszenia pojazdu poprzedzajcego tzw. lidera.<br />

Ilustracj formaln toku postpowania w przypadku mikrosymulacyjnego <strong>modelu</strong> <strong>ruchu</strong><br />

jazdy za liderem moe by model Gipps’a [7]. Model ten nazywany jest modelem<br />

zachowania bezpiecznej odlegoci w <strong>ruchu</strong> drogowym, opisany jest za pomoc równania:<br />

<br />

<br />

V <br />

n<br />

(t) V<br />

n<br />

(t)<br />

V<br />

n<br />

(t) 2.5aT(1 ) 0,025 , <br />

V V<br />

Vn<br />

(t T) min<br />

1/ 2<br />

<br />

<br />

(2)<br />

<br />

2<br />

x<br />

n1(t)<br />

xn<br />

(t) s V<br />

n<br />

(t)T<br />

2 2<br />

bT <br />

<br />

<br />

b<br />

T b<br />

2 * <br />

<br />

Vn<br />

1(t)<br />

/ b <br />

<br />

gdzie:<br />

V n<br />

(t) , Vn<br />

1<br />

odpowiednio prdko pojazdu jadcego za liderem i prdko lidera,<br />

a- przyspieszenie,<br />

s- luka w warunkach zatoru drogowego,<br />

<br />

1 pojcie obszar mona uywa zamiennie z terminem przestrze w przypadku gdy w mikrosymulacji <strong>ruchu</strong><br />

drogowego uwzgldniany jest parametr pochylenia podunego drogi (a z reguy ma to miejsce). Tam gdzie<br />

w tekcie nawizano do analizy przestrzennej uyte jest sowo przestrze dla podkrelenia zwizku<br />

z metodami analizy przestrzennej.


<strong>Symulacja</strong> <strong>mikroskopowa</strong> <strong>ruchu</strong> w <strong>modelu</strong> <strong>obszarowym</strong> sieci drogowej 55<br />

T- czas reakcji,<br />

V- prdko <strong>ruchu</strong> swobodnego (podana),<br />

b- wspóczynnik hamowania.<br />

Opisy kilku wybranych modeli mikrosymulacji <strong>ruchu</strong> drogowego przedstawiono<br />

w tablicy 1.<br />

Wybrane modele mikrosymulacji <strong>ruchu</strong> drogowego<br />

Lp. Model Idea <strong>modelu</strong><br />

Tablica 1<br />

1 Chandler<br />

Liniowy model typu akcja-reakcja w którym reakcja kierujcego pojazdem<br />

jest proporcjonalna do rónicy prdkoci midzy pojazdami<br />

2 Gipps Model bezpiecznego dystansu bazujcy na charakterystykach pojazdów<br />

3 Leutzbach Model psychofizyczny<br />

4 Cell Based M. Model automatów komórkowych Nagel’a-Schereckenberga<br />

5<br />

Optimum<br />

Velocity Model<br />

Model Bando uzaleniajcy reakcje kierujce pojazdem jadcym za liderem<br />

od jego postrzegania prdkoci wasnej<br />

Wymienione modele definiuj pewien parametr F (opisujcy ruch pojazdu jadcego<br />

za liderem) który jest charakterystyk liniow bd nieliniow parametru(ów)<br />

charakteryzujcych jeden lub wicej pojazdów go poprzedzajcych (odlego midzy<br />

nimi, rónica prdkoci, parametry przyspieszenia, hamowania etc.). Parametr ten<br />

w ogólnej formie mona zapisa jako:<br />

gdzie:<br />

F (t )<br />

F<br />

<br />

(t) C<br />

(3)<br />

n<br />

F , F n n1<br />

chwilowa warto charakteryzujca: pojazd za liderem, pojazd lidera,<br />

,,C<br />

stae <strong>modelu</strong>.<br />

n 1<br />

n<br />

Zaleno ta uwzgldnia zachowanie si pojazdu/kierujcego poruszajcego si<br />

w strumieniu <strong>ruchu</strong> na pozycji poprzedzajcej. W praktyce w programach<br />

mikrosymulacyjnych mona zdefiniowa wiksz liczb obserwowanych pojazdów<br />

(liderów) [3,4]. Kady kolejny obserwowany poprzednik w strumieniu <strong>ruchu</strong> zwiksza<br />

jednak zoono obliczeniow algorytmu. Z tego powodu liczba uwzgldnianych<br />

poprzedników z reguy ograniczona jest do jednego, dwóch. Rzeczywisty proces opisujcy<br />

zmienn losow cig jest tu dyskretyzowany. Warto równie zauway, e przy kilku<br />

równolegych pasach <strong>ruchu</strong> na jednej jezdni wystpuje poza oddziaywaniem zgodnym<br />

z kierunkiem poruszania si strumienia <strong>ruchu</strong> równie oddziaywanie prostopade do tego<br />

wektora. Wiele modeli zmiany pasa <strong>ruchu</strong> nie uwzgldniaj w dostatecznym stopniu tej<br />

zoonej zalenoci (mimo implementacji w algorytmach procedur zmiany pasa <strong>ruchu</strong>).<br />

Dotyczy to np. przypadków, gdzie wystpuje interakcja pomidzy strumieniami bez<br />

zmiany pasa <strong>ruchu</strong> przez jeden z pojazdów.


56 Stanisaw Krawiec, Ireneusz Celiski<br />

W praktyce, zdaniem autorów, naley prowadzi obserwacj parametrów pojazdów<br />

na ssiednich pasach <strong>ruchu</strong>- nawet w przypadku nie wystpowania zdarze zwizanych<br />

ze zmian pasa <strong>ruchu</strong>. Ogólnie: interakcja w symulacjach mikroskopowych powinna<br />

przekracza ramy opisu pojedynczego strumienia. Stosowana dotychczas obserwacja <strong>ruchu</strong><br />

jednego, dwóch pojazdów poprzedzajcych podyktowana jest wzgldami zoonoci<br />

obliczeniowej. W praktyce parametry strumienia <strong>ruchu</strong> drogowego w okrelonym czasie t<br />

budowane s na podstawie n-1 interakcji czstkowych (n- liczba pojazdów w strumieniu<br />

<strong>ruchu</strong>, n>>0). Prowadzone s obliczenia dla n-1 interakcji w tylu krokach. Podejcie to<br />

polega na dyskretyzacji opisu zjawiska które jest w swojej istocie cige. Dwa pojazdy<br />

w sieci drogowej P , P 1 2<br />

mog oddziaywa na siebie wielokrotnie. Oddziaywanie to moe<br />

przejawia si w rónorodny sposób oraz w rónych przekrojach sieci drogowej<br />

(s 1 , s 2 ,…, s i ). Co wicej interakcje midzy rónymi lub nawet tymi samymi pojazdami<br />

mog zachodzi w rónym czasie (t 1 , t 2 ,.., t i ). Pojazdy P , P 1 2<br />

mog: zamienia si<br />

miejscami w strumieniu <strong>ruchu</strong>, mog oddziaywa na siebie wzajemnie w ssiednich<br />

strumieniach <strong>ruchu</strong>, mog zmienia miejsce w strumieniach etc. Interakcje dwóch<br />

pojazdów mona zapisa jako zbiór wartoci zmiennej skokowej (powodem dyskretyzacji<br />

jest ograniczenie zoonoci obliczeniowej algorytmu):<br />

( x1<br />

,t1)<br />

(x<br />

(x ,t )<br />

2 ,t2<br />

)<br />

i i<br />

I f (P ,P ,x ,t ); I f (P ,P ,x ,t );...; I f (P ,P ,x ,t );.... <br />

<br />

lub ogólnie:<br />

1<br />

2<br />

1<br />

1<br />

n<br />

I(t,S)<br />

{f (P ,P ,...P ..,P , x<br />

,t )}<br />

1<br />

1<br />

2<br />

2<br />

i<br />

2<br />

2<br />

n<br />

i<br />

1<br />

2<br />

i<br />

i<br />

(4)<br />

(5)<br />

<br />

gdzie:<br />

S obszar interakcji,<br />

tczas obserwacji,<br />

x - lokalizacja/e elementów P biorcych udzia w interakcji (miejsce lub zbiór lokalizacji).<br />

Biorc pod uwag równania (4) i (5) postuluje si prowadzenie mikrosymulacji<br />

w oparciu o obserwacje interakcji pojazdów, których ramy wykraczaj poza grup<br />

pojazdów lub pojedynczy strumieniem <strong>ruchu</strong>. Podejcie tego typu moe stanowi ciekawe<br />

spojrzenie na interakcje w sieci drogowej w wymiarze ontologicznym. Konstruowane<br />

w ten sposób charakterystyki oddziaywania midzy pojazdami mog by agregowane<br />

z poziomu pojedynczego pojazdu na strumienie <strong>ruchu</strong> a nawet na zwizki formalne<br />

pomidzy obcionymi ruchem elementami infrastruktury transportowej. Agregacja<br />

oddziaywania pojazdów na obcione ruchem elementy infrastruktury drogowej moe by<br />

przeprowadzona poprzez obliczenie potencjau tych obiektów charakteryzowanego np.<br />

liczb pojazdów w wle. Opisany wyej sposób podejcia do problemu na tle dotychczas<br />

stosowanych metod przedstawia tablica 2.


<strong>Symulacja</strong> <strong>mikroskopowa</strong> <strong>ruchu</strong> w <strong>modelu</strong> <strong>obszarowym</strong> sieci drogowej 57<br />

Lp. <strong>Symulacja</strong> Obiekt(y)<br />

analizy<br />

<strong>Symulacja</strong> <strong>ruchu</strong> drogowego – przekroje analizy<br />

Obiekt(y) interakcji<br />

Poziom<br />

odniesieniatworzone<br />

charakterystyki<br />

1 Makroskopowa Strumie <strong>ruchu</strong> Strumie <strong>ruchu</strong> Charakterystyki<br />

strumieni <strong>ruchu</strong><br />

2 Mikroskopowa pojazdy Ssiednie pojazdy Charakterystyki<br />

w strumieniu strumieni <strong>ruchu</strong><br />

3 Mikroskopowa pojazdy<br />

proponowana<br />

n - pojazdów w<br />

rónych<br />

strumieniach<br />

(n>>0)<br />

*-potencjalne pola badawcze proponowanej metody<br />

charakterystyki<br />

strumieni + miary<br />

interakcji*<br />

Tablica 2<br />

Pole badawcze/<br />

potencjalne pole<br />

badawcze<br />

strumienie <strong>ruchu</strong><br />

strumienie <strong>ruchu</strong><br />

interesujce pole<br />

badawcze*<br />

W tablicy 2 zwrócono uwag na moliwo wykorzystania modeli symulacyjnych<br />

w skali mikro do prowadzenia nowych analiz <strong>ruchu</strong> pojazdów w sieci drogowej. Na bazie<br />

proponowanych modeli nie bd tak jak ma to miejsce dotychczas tworzone wycznie<br />

charakterystyki strumieni <strong>ruchu</strong> (waciwe dla modeli makroskopowych). W zaoeniu, na<br />

bazie tych modeli tworzone bd nowe miary charakteryzujce zoone procesy w <strong>ruchu</strong><br />

drogowym, a opisujce interakcje w ujciu <strong>obszarowym</strong>. Modele tego typu mog suy<br />

do analizy oddziaywania w sieci drogowej. Charakterystyka oddziaywania, która<br />

w „klasycznej” mikrosymulacji <strong>ruchu</strong> tworzona jest dla dyskretnego odcinka drogi s,<br />

odnoszona jest w proponowanym podejciu na wikszy fragment ukadu drogowego.<br />

Ograniczeniem stosowania proponowanej metody jest istotny problem zoonoci<br />

obliczeniowej takich algorytmów. Problem ten w praktyce moe zosta rozwizany<br />

poprzez programowanie równolege lub pseudo-równolege w przypadku wikszych<br />

obszarowo sieci drogowych.<br />

2. MIARY ODDZIAYWANIA POMIDZY POJAZDAMI<br />

W gstych sieciach drogowych (mae odlegoci pomidzy wzami, rzdu 50150<br />

metrów), obcionych duymi potokami <strong>ruchu</strong> (>1000 P/h/pas), wystpuje zoony proces<br />

oddziaywania pomidzy skrzyowaniami. Ilustracj takiego oddziaywania moe by<br />

kolejka pojazdów akumulowana na odcinku o dugoci przekraczajcej odlego<br />

pomidzy dwoma kolejnymi skrzyowaniami. Niekiedy trudno jednoznacznie<br />

sklasyfikowa, które strumienie <strong>ruchu</strong> oddziaywaj na siebie. Mona natomiast zrobi to<br />

w odniesieniu do samych skrzyowa. Takie zjawiska w <strong>ruchu</strong> drogowym omawiane s<br />

w ujciu probabilistycznym m.in. w pracy [12].<br />

Oddziaywanie skrzyowa drogowych pomidzy sob w pewnych przekrojach analizy<br />

tego zagadnienia jest dyskutowane w literaturze przedmiotu m.in. w [10,11,12,13].<br />

Dyskusja ta dotyczy przypadków oddziaywania w ukadach:<br />

- skrzyowanie z sygnalizacj wietln skrzyowanie bez sygnalizacji wietlnej,


58 Stanisaw Krawiec, Ireneusz Celiski<br />

- skrzyowanie z sygnalizacj wietln ssiednie skrzyowanie(a) z sygnalizacj<br />

wietln.<br />

Z uwagi na zoono obliczeniow zagadnienia, problem sprowadzany jest z reguy do<br />

analizy oddziaywania w parze dwóch skrzyowa. Czasem tak interakcj bada si<br />

w izolowanym cigu skrzyowa (równie w przypadku rozwiza typu wyspowego).<br />

W pierwszym przypadku analiza problemu dotyczy identyfikacji i oszacowania procesu<br />

blokowania wlotów podporzdkowanych skrzyowa bez sygnalizacji wietlnej poprzez<br />

uporzdkowane grupy pojazdów generowane na skrzyowaniu wyposaonym<br />

w sygnalizacj wietln. W drugim przypadku prowadzone analizy dotycz problemu<br />

skoordynowania pracy sygnalizacji wietlnej na ssiadujcych skrzyowaniach.<br />

Obliczenie miar oddziaywania dla wikszego fragmentu sieci drogowej wydaje si<br />

problemem niezmiernie skomplikowanym. Rozwizanie tego problemu nie jest równie<br />

oczywiste w makroskopowych modelach <strong>ruchu</strong> drogowego (wszystkie strumienie nie s<br />

jednorodne). Naley wic w analizach oddziaywania przej do badania zjawisk<br />

mikroskopowych w strumieniu <strong>ruchu</strong> w kontekcie <strong>obszarowym</strong>. By moe warto<br />

posuy si w tym celu dyskretnymi charakterystykami oddziaywania pojazdów<br />

w okrelonych chwilach czasu i na okrelonych odcinkach dróg – w ukadzie obszarowego<br />

odniesienia tych interakcji. Agregujc nastpnie te charakterystyki mona próbowa<br />

prowadzi dalsze jego analizy- w tym obliczenia oddziaywania w funkcji odlegoci,<br />

czasu etc. Wydaje si, e mona z pomoc danych opisujcych ruch pojazdów<br />

symulowanych w modelach mikroskopowych analizowa, ile razy w sieci drogowej miao<br />

miejsce zakócenie pojazdów strumienia i–tego zachodzce na skutek oddziaywania<br />

pojazdów strumienia j-tego (np. spadek prdkoci, zmiana toru jazdy etc.). Analogicznie<br />

mona analizowa zatrzymania pojazdów strumienia i-tego doznane na skutek interakcji<br />

z pojazdami strumienia j-tego. Prawdopodobnie mona odwzorowa równie inne<br />

charakterystyki oddziaywania (np. wymuszone przyspieszenia i zmiany pasa <strong>ruchu</strong> etc.).<br />

Oddziaywanie w sieci drogowej charakteryzowane powinno by na podstawie<br />

okrelonych miar. W tym celu ukad drogowy w gstej sieci transportowej zoonej z n<br />

skrzyowa, obciony m potokami ródowo-celowymi mona opisa macierz<br />

kwadratow S o wymiarach nxn<br />

lub m xm . Dla dalszych rozwaa przyjto opis sieci<br />

drogowej w oparciu o potoki ródowo-celowe. W macierzy tej kady element s ij<br />

opisuje<br />

oddziaywanie pomidzy i-tym i j-tym potokiem lub skrzyowaniem. W literaturze<br />

stosowane s równie inne nazwy tej struktury: macierz zwizków <strong>ruchu</strong>, macierz<br />

zalenoci etc. [15]. Elementy macierzy oddziaywania S mona obliczy dla rónych<br />

rzdów agregacji. Podstawowym rzdem agregacji oddziaywania <strong>ruchu</strong> w sieci drogowej<br />

s interakcje pomidzy poszczególnymi pojazdami. Oddziaywanie w sieci drogowej moe<br />

jednak zachodzi nie tylko pomidzy pojedynczymi pojazdami, ale równie grupami<br />

pojazdów, dwoma i wiksz liczb strumieni <strong>ruchu</strong>. W szerszym ujciu mona mówi<br />

o oddziaywaniu potoków <strong>ruchu</strong>. Kolejnym etapem agregacji miar oddziaywania w sieci<br />

drogowej s obcione ruchem skrzyowania drogowe. Skrzyowania drogowe oraz ich<br />

wzajemne relacje mog by w tym przypadku opisane ustalon wartoci potencjau<br />

generujcego lub absorbujcego ruch w danej chwili. Moe to posuy porównaniu tych<br />

wartoci w odniesieniu do miejsca pooenia w obszarze sieci drogowej. Agregacja<br />

prowadzona zgodnie z tak koncepcj moe przyjmowa róne formy. Sposoby agregacji<br />

miar oddziaywania przedstawiono poniej:


<strong>Symulacja</strong> <strong>mikroskopowa</strong> <strong>ruchu</strong> w <strong>modelu</strong> <strong>obszarowym</strong> sieci drogowej 59<br />

- pojazd-pojazd (umownie: rzd I),<br />

- strumie –strumie(nie) (rzd II),<br />

- skrzyowanie - skrzyowanie(III),<br />

- wze- wze (IV),<br />

- zbiór wzów- zbiór wzów (V).<br />

Rzd V wydaje si mie marginalne znaczenie, praktycznie poza analizami<br />

ekonometrycznymi. Rysunek 1 prezentuje ide okrelania miar oddziaywania w sieci<br />

drogowej dla kolejnych rzdów agregacji (I-III) istotnych z punktu widzenia modelowania<br />

procesów drogowych i inynierii <strong>ruchu</strong>.<br />

Rys. 1. Rzdy agregacji miar oddziaywania w sieci drogowej (przedstawiono 3 rzdy z 5)<br />

ródo: Opracowanie wasne.<br />

Prezentowany na rysunku 1 pierwszy rzd agregacji dotyczy okrelania oddziaywania<br />

pomidzy pojedynczymi pojazdami. Przy braku technicznych moliwoci sterowania<br />

kadym z pojazdów niezalenie - jest nieuyteczny w praktyce. Realnym kontekstem<br />

wykorzystania omawianej metody jest prowadzenie bada oddziaywania w sieci drogowej<br />

w trzech przekrojach (rzdach: II, III i IV). Agregacja miar oddziaywania w sieci<br />

drogowej z poziomu strumienia <strong>ruchu</strong> na poziom skrzyowania i wyszy, w praktyce, nie<br />

zmienia w sposób istotny proponowanych metod. Rónica w stopniu agregacji sprowadza<br />

si gownie do uytecznoci metody w toku dalszych prac nad modelowaniem <strong>ruchu</strong><br />

w sieci drogowej. Analiza sieci drogowych w oparciu o okrelanie oddziaywania<br />

pomidzy strumieniami powinna pozwala na lepsz organizacj <strong>ruchu</strong>. W przyszoci<br />

moe by równie wykorzystywana w odniesieniu do sterowania potokami <strong>ruchu</strong>.<br />

Agregacja oddziaywania w sieci drogowej na poziomie skrzyowa i wzów drogowych<br />

moe umoliwi optymalizacj w ujciu -rednio i dugoterminowym [4].<br />

Mikrosymulacja <strong>ruchu</strong> drogowego moe wic posuy dla celów ustalania wartoci<br />

miar oddziaywania w sieci. W celu okrelenia tych miar naley zdefiniowa tzw. zwizki<br />

<strong>ruchu</strong> w sieci drogowej. Zwizki <strong>ruchu</strong> okrelane mog by na bazie danych odczytanych<br />

z metryk (rejestrów) pojazdów. Mona zdefiniowa wiele zwizków <strong>ruchu</strong>, zarówno<br />

w oparciu o dotychczas stosowane jego charakterystyki (natenie, straty czasu, dugoci<br />

kolejek etc.) jak równie mona próbowa konstruowa nowe charakterystyki<br />

„a posteriori” - po analizie danych otrzymanych z pomoc proponowanego <strong>modelu</strong>.


60 Stanisaw Krawiec, Ireneusz Celiski<br />

Podstawowym sposobem okrelenia zwizków <strong>ruchu</strong> pomidzy dwoma<br />

skrzyowaniami, strumieniami <strong>ruchu</strong> moe by wyznaczenie procentu <strong>ruchu</strong> wspólnego<br />

dla dwóch potoków <strong>ruchu</strong> (globalnie i w odniesieniu do skrzyowa, przekrojów drogi<br />

etc.) [15]. Warto ta jest zmienna dla rónych przekrojów i wzów w sieci drogowej.<br />

Oznacza to, e kade skrzyowanie w sieci drogowej mona parametryzowa np. na<br />

podstawie wartoci udziau sumy natenia dwóch potoków <strong>ruchu</strong> w stosunku do <strong>ruchu</strong><br />

cakowitego. Pozwala to na odczyt „swoistych” map cyfrowych sieci drogowej w rónych<br />

przekrojach. Takie podejcie umoliwia identyfikacj strumieni <strong>ruchu</strong> krytycznych<br />

z punktu widzenia caego obszaru sieci drogowej (zarówno infrastruktury liniowej jak<br />

i punktowej). Obecnie identyfikacja „wskich garde” w sieci drogowej odbywa si na<br />

bazie pomiaru podstawowych charakterystyk <strong>ruchu</strong> i obliczeniu na tej podstawie<br />

przepustowoci. By moe proces ten mona realizowa w proponowany sposób na bazie<br />

pomiaru interakcji.<br />

Zwizkiem <strong>ruchu</strong> moe by równie miara obcienia generowanego przez okrelony<br />

element sieci drogowej na element(y) ssiedni(e) (strumienie wypywajce z wza).<br />

Zwizek taki obrazuje swoist „si cienia” (analogia do metody potencjau<br />

w modelowaniu potoków <strong>ruchu</strong>) pewnego skrzyowania na elementy ssiednie w sieci<br />

drogowej. W odrónieniu od czterostopniowego <strong>modelu</strong> <strong>ruchu</strong> mówimy w tym przypadku<br />

nie o „sile przycigania” rejonu komunikacyjnego ale o analogicznym dziaaniu<br />

pojedynczego skrzyowania. Zwizek tego typu moe by okrelony np. ilorazem<br />

natenia strumienia <strong>ruchu</strong> dopywajcego ze skrzyowania j-tego do sumy nate<br />

wszystkich strumieni <strong>ruchu</strong> dopywajcych do wza i-tego. Taki zwizek <strong>ruchu</strong> moe<br />

demonstrowa, które skrzyowania stanowi centra „grawitacyjne” sieci drogowej lub<br />

„wskie garda”. Na bazie tych informacji mona nastpnie stosowa metody analizy<br />

przestrzennej.<br />

Wartoci macierzy zwizków <strong>ruchu</strong> S zmieniaj si dynamicznie. Wartoci te,<br />

w praktyce, aktualizuje kady pojazd zmieniajcy pooenie w sieci drogowej (zmienna<br />

ciga). Konsekwencj tego faktu jest asymetria macierzy zwizków <strong>ruchu</strong> S. Rozszerzajc<br />

macierz zwizków <strong>ruchu</strong> S o kolejny wymiar (macierz o wymiarach mxmxm ), mona<br />

zdefiniowa oddziaywania dla strumienia i-tego i j-tego, traktowanych cznie w stosunku<br />

do strumienia k-tego. Umoliwia to analiz propagacji zakóce dwóch rónych,<br />

kolizyjnych potoków <strong>ruchu</strong> w poszczególnych wzach sieci transportowej w odniesieniu<br />

do innych potoków. Zastosowanie takiego podejcia w analizach sieci transportowych<br />

moe przynie zaskakujce rezultaty. Mona spróbowa z wykorzystaniem tej techniki<br />

separowa potoki <strong>ruchu</strong> w przestrzeni ukadu drogowego. Metodyk tak mona stosowa<br />

do definiowania wielowymiarowych zwizków <strong>ruchu</strong>. W ten sposób definiuje si elementy<br />

macierzy trójwymiarowej<br />

macierzy u-wymiarowej:<br />

s<br />

ij(3)<br />

ijk<br />

o wymiarach mxmxm . W przypadku ogólnym elementy<br />

ij,..k(u)<br />

s<br />

ij,...,k,..u<br />

okrelaj zwizek pomidzy sumarycznym wolumenem<br />

potoków <strong>ruchu</strong> z wza i-tego i j-tego, … ,k-tego w stosunku do potoku u-tego. Miara<br />

oddziaywania pomidzy dowolnym i-tym oraz j-tym potokiem <strong>ruchu</strong> w sieci drogowej<br />

moe przyjmowa warto z zakresu od 0 do 1 co uwzgldniaoby stochastyczny charakter<br />

rozkadu potoków <strong>ruchu</strong> w ukadzie drogowym. Zero odpowiada sabym zalenoci<br />

w przypadku wystpowania <strong>ruchu</strong> swobodnego, natomiast jeden odpowiada warunkom<br />

zatoru drogowego.


<strong>Symulacja</strong> <strong>mikroskopowa</strong> <strong>ruchu</strong> w <strong>modelu</strong> <strong>obszarowym</strong> sieci drogowej 61<br />

Rys. 2. Zwizki <strong>ruchu</strong> w sieci drogowej –przekroje analizy<br />

ródo: Opracowanie wasne.<br />

Macierze zwizków <strong>ruchu</strong> mona okreli zarówno dla jednorodnego potoku <strong>ruchu</strong> jak<br />

równie z uwzgldnieniem jego zmiennej struktury rodzajowej. Mikrosymulacja <strong>ruchu</strong><br />

umoliwia wic tworzenie zwizków <strong>ruchu</strong> w rozbiciu nie tylko na poszczególne typy ale<br />

równie okrelone klasy pojazdów. Podejcie to umoliwi w przyszoci wczenie<br />

w zakres analiz, interakcji potoków <strong>ruchu</strong> koowego z ruchem pieszych oraz innymi<br />

rodkami transportu wystpujcymi w komunikacji na danym ukadzie drogowym<br />

(interakcje w sieci transportowej).<br />

3. METODYKA OCENY ZWIZKÓW RUCHU<br />

W celu analizy przedstawionych wyej zwizków <strong>ruchu</strong> naley okreli metodyk<br />

oceny oddziaywania w sieci drogowej. Mona wykorzysta w tym celu metody analizy<br />

przestrzennej w której sie drogow mona rozpatrywa jako ukad obszarowyzlokalizowany<br />

i delimitowany w cile okrelony sposób w ukadzie wspórzdnych<br />

geograficznych [12,13].<br />

Sie drogow w prezentowanym ujciu mona opisa rónymi charakterystykami<br />

<strong>ruchu</strong>- zwizkami <strong>ruchu</strong> (których opisem s macierze zalenoci). Przede wszystkim<br />

OD<br />

mona okreli macierz zalenoci dla potoków ródowo-celowych S analizowanej sieci<br />

OD<br />

drogowej. Elementy tej macierzy sij<br />

opisuj interakcje pojazdów i-tych i j-tych potoków<br />

<strong>ruchu</strong>. Przy czym miar oddziaywania mog by: wzgldnie wzajemne zakócenia,<br />

wspólny udzia w <strong>ruchu</strong> globalnym etc. Wartoci tej macierzy nie s przypisane do<br />

okrelonych przekrojów sieci drogowej. Wartoci tej macierzy przypisane s do potoków


62 Stanisaw Krawiec, Ireneusz Celiski<br />

ródowo-celowych. Macierz zwizków <strong>ruchu</strong> S<br />

OD opisuje obszar analizy sieci drogowej<br />

jakkolwiek bez odniesienia wartoci jej elementów do parametrów fizycznych sieci.<br />

OD<br />

Wykorzystujc zalety mikrosymulacji <strong>ruchu</strong> mona obliczy wartoci macierzy zalenoci s<br />

ij<br />

dla kadego punktu przestrzeni P o wspórzdnych x i y w którym zlokalizowana jest sie drogowa.<br />

OD<br />

Kady wybrany punkt Px,<br />

y<br />

sieci drogowej moe mie przyporzdkowan macierz S opisujc<br />

interakcje potoków ródowo-celowych dokadnie w tym punkcie. W macierzy tej znajd si<br />

wartoci wiksze od zera dla tych potoków które przecinaj ten punkt. Konsekwentnie mona<br />

obliczy zmiany chwilowe wartoci tej macierzy w punkcie P<br />

x, y<br />

poprzez zbiór pewnych stanów<br />

OD OD<br />

OD<br />

OD<br />

<strong>ruchu</strong> w punkcie Px<br />

,y<br />

: S (t1),S<br />

(t<br />

2),...,S<br />

(ti)...<br />

. Ponadto wartoci macierzy s<br />

okrelajce interakcje potoków ródowo-celowych mona nastpnie sprowadzi w danym punkcie<br />

P<br />

x,y<br />

do wartoci charakterystycznych V<br />

Px, y<br />

. W efekcie przeprowadzonej w ten sposób analizy<br />

oddziaywania <strong>ruchu</strong> drogowego powstaj trzy grupy struktur decyzyjnych. Pierwsza to macierze<br />

OD<br />

S opisane dla caej sieci - nie zwizane z okrelon lokalizacj przestrzenn. Druga to macierze<br />

zalenoci potoków ródowo – celowych opisane dla elementów punktowych infrastruktury<br />

( x ,y )<br />

OD<br />

o cile okrelonym rozkadzie w przestrzeni sieci drogowej Px<br />

,y<br />

S .W grupie trzeciej<br />

obliczane s wartoci rednie z macierzy zalenoci w poszczególnych punktach sieci drogowej<br />

<br />

OD<br />

sij<br />

Px<br />

,y<br />

Vij<br />

(rednia lub inne wartoci liczbowych charakterystyk zbioru danych).<br />

n<br />

W takim punkcie sieci drogowej wartoci macierzy s uredniane w caym obszarze analizy.<br />

Obliczana jest w danym punkcie sieci transportowej warto charakterystyczna procesu<br />

oddziaywania miedzy pojazdami.<br />

Macierz zwizków <strong>ruchu</strong> sprowadzona do pojedynczej wartoci stanowi obraz zalenoci<br />

pomidzy potokami <strong>ruchu</strong> w powizaniu z konkretn lokalizacj w ukadzie <strong>obszarowym</strong> sieci<br />

drogowej. Jako warto, któr mona opatrzy deskryptorami pooenia w przestrzeni moe ona<br />

podlega analizie z wykorzystaniem metod analizy przestrzennej. W danej chwili t w n- punktach<br />

analizy obszaru sieci drogowej mona obliczy zwizki <strong>ruchu</strong> dla potoków ródowo-celowych.<br />

Wartoci te mona urednia globalnie lub poddawa ocenie zbiorcz macierz w celu okrelenia<br />

pewnej wartoci charakteryzujca istniejce zalenoci i interakcje w danym punkcie sieci<br />

drogowej. Dan wejciow dla celów analizy stanowi macierz zawierajca zwizki <strong>ruchu</strong> pomidzy<br />

potokami ródowymi i docelowymi w obszarze analizy. Mog to by: wzajemne zakócenia,<br />

zatrzymania wynikajce od zakóce, proporcje nate/potoków w punkcie analizy, inne<br />

parametry pojazdów etc. Dla tak okrelonych macierzy naley obliczy warto charakterystyczn<br />

V która w sposób jednoznaczny okrela przekrój ukadu drogowego pod ktem dalszej analizy<br />

w aspekcie oddziaywania przestrzennego. Zaómy, ze w trakcie symulacji <strong>ruchu</strong> w sieci drogowej<br />

o rozmiarach mxm powstaa macierz zwizków <strong>ruchu</strong> taka jak na rysunku poniej:<br />

0,247378 0,945922 0,553593 0,995131 0,481448<br />

0,826406 0,489888 0,62424 0,575717 0,122186<br />

0,200714 0,197921 0,276592 0,093766 0,898601<br />

0,444471 0,08554 0,095305 0,426214 0,091438<br />

0,687169 0,059773 0,252474 0,87874 0,071714<br />

Rys. 3. Macierz zwizków <strong>ruchu</strong> w hipotetycznej sieci 5x5<br />

ródo: Opracowanie wasne.


<strong>Symulacja</strong> <strong>mikroskopowa</strong> <strong>ruchu</strong> w <strong>modelu</strong> <strong>obszarowym</strong> sieci drogowej 63<br />

Zaómy, e element macierzy<br />

z<br />

P x , y<br />

23<br />

s którego warto wynosi 0,62 charakteryzuje w miarach<br />

wzgldnych procent pojazdów potoku ródowo-celowego 2 zakóconego przez pojazdy strumienia<br />

3 w punkcie o wspórzdnych (x,y). Oznacza to, e w punkcie tym 62% pojazdów strumienia<br />

2 zostao zakóconych poprzez pojazdy strumienia 3. W ujciu ogólnym charakterystyka zakóce<br />

strumieni <strong>ruchu</strong> tego typu w analizie sieci drogowej wygldaa by tak jak na rysunku 4.<br />

Rys. 4. Zakócenia strumieni <strong>ruchu</strong> w wybranych dwóch punktach sieci<br />

ródo: Opracowanie wasne.<br />

Na rysunku 4 przedstawiono wartoci macierzy S OD zakóce potoków <strong>ruchu</strong> w dwóch<br />

rónych, oddalonych od siebie o okrelon odlego (x,y) punktach P 1 (x,y) i P 2 (x+x, y+y).<br />

Kady punkt charakteryzowa mona klasycznymi liczbowymi charakterystykami zbioru danych<br />

takimi jak miary pozycyjne i rozproszenia. W szczególnoci: wartoci redni, dominant,<br />

median, dyspersj. Wartoci te zaznaczono na rysunku 4 na osi rzdnych opisanej jako „warto<br />

charakterystyczna”. W tym sensie wartoci charakterystyczn w punkcie (x, y) na rysunku 4 jest<br />

pozioma ciga linia zlokalizowana w paszczynie rzdnych (warto:0,25). Dla punktu<br />

o wspórzdnych (x+x, y+y) jest to linia przerywana (warto:0,11). Na rysunku 4 punkt<br />

o wspórzdnych (x+x, y+y) charakteryzuje si mniejszymi miarami oddziaywania potoków<br />

<strong>ruchu</strong> anieli punkt o wspórzdnych (x, y).<br />

Poza wyej wymienionymi analizami mona wprowadzi dodatkowe miary interakcji<br />

w ukadzie <strong>ruchu</strong> drogowego pomidzy strumieniami <strong>ruchu</strong>, tym niemniej naley liczy si ze<br />

wzrastajca zoonoci algorytmów obliczeniowych.<br />

Dla wprowadzonej wyej metodyki definiowania danych dla celów obliczania zalenoci<br />

w ukadzie drogowym naley nastpnie wybra okrelone metody analizy przestrzennej. Dla celów<br />

analizy przestrzennej zastosowana moe by ta posta macierzy S<br />

OD , która okrela zalenoci<br />

w przekrojach sieci drogowej. Analiza przestrzenna sprowadza si wówczas do analizy pewnej<br />

funkcji której obrazem jest wykres trójwymiarowy (siatka przestrzenna) taka jak przedstawiono j<br />

na rysunku 5. Na rysunku 5 odwzorowano charakterystyczne punkty okrelajce miary zwizków<br />

<strong>ruchu</strong> w obszarze sieci drogowej.


64 Stanisaw Krawiec, Ireneusz Celiski<br />

Rys. 5. Odwzorowanie graficzne macierzy zalenoci dla celów analizy przestrzennej sieci<br />

ródo: Opracowanie wasne.<br />

Efektem finalnym okrelenia wartoci oddziaywania w sieci drogowej jest wykres<br />

trójwymiarowy (cilej siatka), która(y) w wybranych punktach obszaru wskazuje wartoci jego<br />

miar. S to wartoci opisane deskryptorami przestrzennymi –mog wic by oceniane<br />

z wykorzystaniem metod analizy przestrzennej.<br />

Naley zauway, e punkty analizy oddziaywania mog by wybierane dowolnie<br />

w przestrzeni zgodnej z ukadem infrastruktury liniowej i punktowej sieci transportowej.<br />

W praktyce zoono obliczeniowa prezentowanych zagadnie ogranicza w sposób istotny liczb<br />

punktów analizy.<br />

Metody analizy przestrzennej opieraj si na znanej tezie R.W.Toblera zwanej pierwszym<br />

prawem analiz przestrzennych zgodnie z którym wszystko jest zwizane ze wszystkim<br />

(w przestrzeni). Zwizek ten jest odwrotnie proporcjonalny do odlegoci wystpujcej pomidzy<br />

elementami sieci drogowej. W analizie przestrzennej definiowanych jest wiele zasad tej zalenocigówne<br />

z nich dotycz: wspózalenoci przestrzennej, asymetrii i heterogenicznoci relacji<br />

w przestrzeni, allotopii, odmiennych interakcji ex ante i ex post oraz zrónicowania w przestrzeni<br />

[12]. Jak odnie definiowane w analizie przestrzennej (gównie w zagadnieniach<br />

ekonometrycznych) zalenoci, przedstawione wyej do modelowania procesów transportowych<br />

i inynierii <strong>ruchu</strong> w ujciu proponowanym w tym artykule? Wspózaleno przestrzenna dotyczy<br />

np. alokacji dochodów i wydatków mieszkaców kwantyfikowanych w przestrzeni geograficznej.<br />

Dochody generowane w jednym miejscu wydawane s w innym. Podobnie w procesach <strong>ruchu</strong><br />

drogowego - ruch generowany w jednym miejscu przestrzeni absorbowany jest w innym. Relacja ta<br />

wie ze sob róne lokacje w przestrzeni - niekoniecznie bezporednio ze sob ssiadujce.<br />

Asymetria w zagadnieniach np. ekonometrycznych dotyczy relacji ekonomicznych na paszczynie<br />

importu i eksportu. Podobnie w <strong>ruchu</strong> drogowym, który jest ruchem samoorganizujcym si<br />

wystpuje istotna asymetria pocze midzywzowych. Powodowana jest zarówno asymetri<br />

rozkadu potoków <strong>ruchu</strong> ródowo-celowych jak równie narzucan organizacj <strong>ruchu</strong>. Problemy


<strong>Symulacja</strong> <strong>mikroskopowa</strong> <strong>ruchu</strong> w <strong>modelu</strong> <strong>obszarowym</strong> sieci drogowej 65<br />

asymetrii <strong>ruchu</strong> s stosunkowo sabo rozpoznane w inynierii <strong>ruchu</strong> drogowego. Allotopia<br />

rozpatrywana jest w odniesieniu do np. przepywów migracyjnych. Kierunki migracji wyjanione<br />

mog zosta nie tylko na podstawie zmiennych w miejscu jej powstawania i przeznaczenia<br />

(ródowym i docelowym migracji) ale równie w wzach porednich. Podobnie w modelowaniu<br />

procesów transportowych potoki <strong>ruchu</strong> ksztatowane s na podstawie nie tylko potencjau<br />

generatorów i absorbentów <strong>ruchu</strong> ale równie w odniesieniu do charakterystycznych cech<br />

porednich rejonów komunikacyjnych. Dobrze istot zjawiska oddaje stosowanie funkcji oporu<br />

przestrzeni w modelach matematycznych <strong>ruchu</strong>. Zasada ex ante i ex post ma równie swoje<br />

odniesienie do procesów <strong>ruchu</strong> drogowego. Dotyczy to zwaszcza odrónienia procesu<br />

ksztatowania zalenoci przestrzennych w zakresie zjawisk funkcjonowania sieci drogowej<br />

zwizanych z instalacj i inwestowaniem w infrastruktur drogow. W <strong>ruchu</strong> drogowym zwaszcza<br />

ta zasada ma istotne znaczenie z uwagi na barier kosztów dla realizacji inwestycji w zakresie<br />

infrastruktury transportu. Zrónicowanie charakterystyk przestrzeni dotyczy bezporednio<br />

uwzgldnienia zmiennoci parametrów <strong>ruchu</strong> drogowego: natenia, odlegoci komunikacyjnej,<br />

pojemnoci komunikacyjnej, kosztów transportu etc. W przypadku procesów transportowych<br />

naley równie uwzgldni anizotropowo oddziaywania generatorów <strong>ruchu</strong>. Moliwe przekroje<br />

analizy przestrzennej oddziaywania w procesach <strong>ruchu</strong> drogowego przedstawia rysunek 6.<br />

Rys. 6. Moliwe przekroje analizy przestrzennej<br />

ródo: Opracowanie wasne na podstawie [12].<br />

W analizie zjawisk przestrzennych przyjmuje si niezmienno efektów pomidzy<br />

obserwacjami przy jednoczesnym braku interakcji oraz przy stwierdzeniu wystpowaniu interakcji<br />

moliwo podziau obserwacji na porównywalne bd ekwiwalentne grupy. Przestrze obserwacji<br />

w przypadku procesów <strong>ruchu</strong> drogowego z reguy jest reprezentowana poprzez nieregularne<br />

obszary. Z uwagi na to proces analizy przestrzennej naley prowadzi najpierw w oparciu<br />

o porównywanie charakterystyk, a w drugiej kolejnoci w oparciu o zalenoci przestrzennej<br />

struktury danych [12]. W analizowanym procesie naley wic zwróci szczególn uwag na<br />

problemy skali.<br />

Poniej zaproponowano kilka metod autokorelacji przestrzennej dla okrelenia interakcji<br />

zmiennych w zalenoci od ich pooenia w przestrzeni. Prowadzone badania maj na celu<br />

grupowanie danych o podobnych wartociach i poziomach interakcji. W odniesieniu do procesów


66 Stanisaw Krawiec, Ireneusz Celiski<br />

<strong>ruchu</strong> sprowadza si to do badania zwizków zjawisk ruchowych które miay miejsce w jednym<br />

przekroju sieci drogowej do zarejestrowanych w innym [13]. Autokorelacja przestrzenna oznacza<br />

skorelowanie jednej wartoci w przestrzeni z wartoci tej samej zmiennej w innym jej punkcie.<br />

Konsekwencj identyfikacji takiej zalenoci jest grupowanie podobnych obserwacji w przestrzeni<br />

[12]. Autokorelacja dodatnia oznacza grupowanie si podobnych wartoci zmiennych, ujemna<br />

rozproszenie si danego zjawiska w przestrzeni. Zmiany oddziaywania i zalenoci pomidzy<br />

elementami rejestrowanymi w przestrzeni mona czy z kilkoma czynnikami. Po pierwsze<br />

z dychotomi procesu rozprzestrzeniania si zjawisk fizycznych, demograficznych, transportowych<br />

itp. w przestrzeni w stosunku do sposobów deskrypcji tych zjawisk. Propagacja zjawisk<br />

zwizanych z ruchem drogowym w przestrzeni odbywa si stochastycznie, w sposób odmienny ni<br />

opisywana jest struktura ukadu drogowego. Po drugie rónica ta jest zwizana z wystpowaniem<br />

interakcji przestrzennych: jawnych i ukrytych.<br />

Do najczciej stosowanych mierników autokorelacji globalnej w przestrzeni zalicza si<br />

statystyki: joint-count, Morana I oraz Gary’ego C. W artykule przedstawiono statystyk Morana I.<br />

Statystyka ta suy do autokorelacja przestrzeni globalnej w oparciu o schemat opisany macierz<br />

wag - W. Standaryzujc wartoci zmiennej analizowanej x, mona zastosowa posta statystyki<br />

QAP Morana ;<br />

n<br />

<br />

n<br />

<br />

w (F F)(F F)<br />

gdzie:<br />

w<br />

ij - waga poczenia elementu i-tego z j-tym,<br />

W - macierz wag, suma elementów w<br />

ij<br />

,<br />

ij i j<br />

n i1<br />

j1<br />

I <br />

n<br />

W<br />

2<br />

(Fi<br />

F)<br />

(6) <br />

i1<br />

Fi , F j - warto zmiennych w jednostkach przestrzennych i oraz j,<br />

F - rednia we wszystkich jedn. przestrzennych, kryterium standaryzacji macierzy.<br />

<br />

gdzie:<br />

<br />

n<br />

n<br />

<br />

i1<br />

j1<br />

*<br />

w ijziz<br />

j<br />

; zi<br />

xi<br />

x<br />

.<br />

1<br />

I QAP<br />

(7)<br />

nVar(X)<br />

W formie przedstawionej równaniem (6) statystyka I Morana nie oddaje dobrze<br />

zalenoci odlegoci komunikacyjnej poszczególnych elementów ukadu drogowego od<br />

siebie. W celu uwzgldniania innych zoonych zalenoci charakteryzujcych ruch<br />

drogowy mona zaimplementowa metod znan z analiz przestrzennych. Jest to metoda<br />

potencjau znana równie pod nazw: grawitacyjnej. Metoda potencjau okrelajcego<br />

oddziaywanie dla skrzyowania (wpyw potencjau skrzyowania) moe by zgodnie<br />

z tym zaoeniem zapisana jako (miara „przycigania” dwóch skrzyowa- analogia do<br />

siy grawitacji dwóch cia):


<strong>Symulacja</strong> <strong>mikroskopowa</strong> <strong>ruchu</strong> w <strong>modelu</strong> <strong>obszarowym</strong> sieci drogowej 67<br />

gdzie:<br />

V (<br />

)V (<br />

q<br />

(i, j,...,n)<br />

(i,j,...,n)<br />

k<br />

l<br />

kl<br />

Ckl<br />

D<br />

(i,j,...,n)<br />

kl<br />

(8)<br />

V<br />

l(q<br />

)<br />

F<br />

q<br />

<br />

<br />

)<br />

(i, j,...,n)<br />

V<br />

k<br />

( q ) -potencja k-tego obszaru, obiektu, skrzyowania, potoku <strong>ruchu</strong>,<br />

Ckl<br />

- funkcja oporu przestrzeni (spadek liczby podróy ze wzrostem odlegoci),<br />

Dkl<br />

- staa(e) <strong>modelu</strong>.<br />

Na rysunku 7 przedstawiono kolejne etapy agregacji macierzy zalenoci w celu<br />

przeprowadzenia analizy przestrzennej.<br />

Dla caej analizowanej<br />

sieci<br />

1<br />

Dla punktu sieci<br />

,,D x ,….<br />

Analiza przestrzenna<br />

1<br />

Potok OD<br />

1<br />

Rys. 7. Macierze zalenoci stosowane w celu przeprowadzenia analizy przestrzennej sieci<br />

ródo: Opracowanie wasne na podstawie [12].<br />

Mona przedstawi równie kilka innych, bardziej zaawansowanych modeli<br />

przestrzennych zwizanych z analiz zjawisk oddziaywania w sieci drogowej. Generalnie<br />

analizy oddziaywania obszarowego w sieci drogowej naley podzieli na: autokorelacje<br />

tych samych charakterystyk w obszarze sieci drogowej, korelacje charakterystyk<br />

tworzonych na bazie rónych zwizków <strong>ruchu</strong> (rónych miar), badanie wzajemnego<br />

oddziaywania elementów takich jak skrzyowania i wzy drogowe.<br />

4. PODSUMOWANIE<br />

W artykule zaproponowano pewien sposób analizy oddziaywa zachodzcych<br />

w sieciach drogowych. Korzyci ze stosowania proponowanej metodyki oceny


68 Stanisaw Krawiec, Ireneusz Celiski<br />

oddziaywa w sieci drogowej mog by wielorakie. Proponowana metoda umoliwia<br />

wprowadzenie w obszarze sterowania i zarzdzania ruchem drogowym szerokich analiz<br />

przestrzennych. Efektem zastosowania proponowanej metody moe by opracowanie map<br />

cyfrowych obrazujcych zwizki <strong>ruchu</strong> w sieci drogowej. Interpretacja tych map<br />

w praktyce ma bardzo szeroki kontekst. W przypadku np. utrudnie w <strong>ruchu</strong> pomidzy<br />

dwoma dzielnicami w obszarze aglomeracyjnym metoda to moe posuy identyfikacji<br />

problemu (miejsca jego wystpowania) i wskazania potencjalnych dróg substytucyjnych.<br />

Metoda moe wskaza wskie garda w sieci drogowej w postaci klasterów tzw. „hot i cold<br />

spotów”. S to miejsca odpowiednio: silnego i sabego oddziaywania w <strong>ruchu</strong> drogowym.<br />

Metoda ta moe pozwoli na identyfikowanie przyczyn powstawania utrudnie w <strong>ruchu</strong><br />

napotykanych w sieci drogowej, których nie mona diagnozowa w mniejszym obszarze.<br />

Zwizek oddziaywania moe dotyczy obszarów zlokalizowanych w znacznej odlegoci.<br />

Moe wydawa si to sprzeczne z pierwszym prawem Toblera- tym niemniej oddaje<br />

dobrze sens i natur procesów zachodzcych w <strong>ruchu</strong> drogowym. W metodzie mona<br />

analizowa waciwe rozmieszczenie punktowych elementów infrastruktury transportowej<br />

(parkingi, parkingi przykrawnikowe itp.). Elementy te wic ruch w miejscach na styku<br />

elementu punktowego i liniowego wpywaj na parametry <strong>ruchu</strong> w liniowych elementach<br />

infrastruktury drogowej.<br />

Przede wszystkim proponowana metoda umoliwi spójn delimitacj sieci drogowej na<br />

obszary o podobnych charakterystykach <strong>ruchu</strong>, a co za tym idzie pozwoli na definiowanie<br />

np. obszaru sterowania ruchem drogowym. Pozwoli to na zasadny podzia obszaru analizy<br />

na stref sterowania i jej otoczenie.<br />

W chwili wprowadzenia na rynek aut z rejestratorem dwukierunkowym pooenia<br />

pojedynczego pojazdu typu OBU (via GSM/GPS) moliwa bdzie weryfikacja empiryczna<br />

metody. Obecnie moliwo takiej rejestracji przemieszcze posiadaj tylko wybrane<br />

pojazdy komunikacji zbiorowej oraz rodki transportu towarowego. Naley oczekiwa, e<br />

wzrost zainteresowania kierujcych pojazdami w komunikacji indywidualnej tego tupu<br />

urzdzeniami nastpi z chwil uruchomienia rónorodnych usug w zakresie ITS<br />

(preferujcych takich uytkowników). Popyt na usugi w zakresie uatwienia <strong>ruchu</strong> w sieci<br />

drogowej z wykorzystaniem tego typu urzdze umoliwi równie prób weryfikacji<br />

empirycznej proponowanej metody. Proces ten moe przyspieszy wprowadzenie<br />

w prawodawstwie obowizku posiadania tego typu urzdze w nowo rejestrowanych<br />

pojazdach.<br />

Bibliografia<br />

1. Wiedemann, R. Simulation des Straßenverkehrsflusses. Schriftenreihe des Instituts für Verkehrswesen der<br />

Universität Karlsruhe 1974.<br />

2. Wiedemann, R. Modeling of RTI-Elements on multi-lane roads. Advanced Telematics in Road Transport<br />

edited by the Commission of the European Community, Brussels 1991.<br />

3. PTV-Ag, VISSIM 5.3 User Manual, 2010 (wersja pdf).<br />

4. PTV-Ag, VISSIM 5.00 Podrcznik uytkownika, 2007 (wersja pdf) .<br />

5. Chandler, R.E., Herman, R., Montroll, E.W. Traffic Dynamics: Studies in Car Following, Operations<br />

Research 6, Operations Research Society of America, s. 165-184, 1958.<br />

6. Gazis, D.C., Herman, R., Rothrey, R.W. Non Linear Follow the Leader Models of Traffic Flow.<br />

Operations Research 9, s. 545-567, 1961.


<strong>Symulacja</strong> <strong>mikroskopowa</strong> <strong>ruchu</strong> w <strong>modelu</strong> <strong>obszarowym</strong> sieci drogowej 69<br />

7. Gipps, P.G. A Behavioral Car Following Model for Computer Simulation, Tr. Research B, s. 105-111,<br />

1981.<br />

8. Leutzbach, W., Wiedemann, R. Development and Application of Traffic Simulation Models at Karlsruhe<br />

Institut fur Verkehrwesen, Traffic Engineering and Control, s. 270-278, 1986.<br />

9. Nagel, K., Schrekenberg, M. A CA Model for Freeway Traffic, Journal of Physics, I2, s. 2221, France<br />

1992.<br />

10. Krauss, S. Microscopic Modeling of Traffic Flow: Investigation of Collision Free Vehicle Dynamics,<br />

Cologne, Germany, 1997.<br />

11. Newell, G. F. A Simplified Car Following Theory: A Lower Order Model, Transportation Research, Part<br />

B, Vol. 36, s. 195-205, 2002.<br />

12. B.Suchecki (redakcja): Ekonometria przestrzenna. Metody i modele analizy przestrzennej. Wydawnictwo<br />

C.H. Beck. Warszawa 2010.<br />

13. Anselin L. Spatail econometrics. Kluwer Academic Publisher, Dordrecht 1988.<br />

14. Chdur J.: Funkcjonowanie skrzyowa drogowych w warunkach zmiennoci <strong>ruchu</strong>, Seria monografie,<br />

Zeszyt 347, Kraków 2007.<br />

15. ochowska R.: Wyznaczanie macierzy zwizków ruchowych w gstych sieciach transportowych. Zeszyty<br />

Naukowe P. Zeszyt 44. Nr kol. 1562. Gliwice 2002.<br />

TRAFFICMICROSIMULATION IN AREA ROAD NETWORK MODEL<br />

Summary: In recent years computer traffic micro simulations has become a popular analysis tool.<br />

In the literature, are presented in the last three decades several dozen micro simulations models, some of<br />

which became the standard for modeling and traffic engineering. Traffic micro simulations models describe<br />

the stream of traffic: car following model, lane changing model etc. Applicable models is mainly used to<br />

determine the basic characteristics of the traffic with respect to the stream. It should be noted that these<br />

methods offer a new quality studies and can be used to much broader analysis than is currently done. The<br />

article describes the problem in spatial context. Space structure in road networks decide on<br />

the traffic characteristics at a basic level. The article presents selected description of processes occurring in<br />

traffic in relation to their location in physical space and the interaction model.<br />

Keywords: traffic micro simulations, traffic modeling, spatial analysis

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!