Symulacja mikroskopowa ruchu w modelu obszarowym ... - Transportu
Symulacja mikroskopowa ruchu w modelu obszarowym ... - Transportu
Symulacja mikroskopowa ruchu w modelu obszarowym ... - Transportu
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