Modelagem da Demanda de Viagens¶

Observação sobre licenças:

Estes exercícios exigem uma licença do Aimsun Next Expert Edition.

• Exercício 1. Executando um Experimento de Geração/Atração
• Exercício 2. Executando uma Distribuição de Viagens
• Exercício 3. Executando uma Divisão Modal
• Exercício 4a. Executando uma Alocação Estática
• Exercício 4b. Executando uma Alocação de Transporte Público
• Exercício 5. Execução de um Experimento de Modelo de Quatro Etapas

Introdução¶

Nestes exercícios, examinaremos as ferramentas de planejamento de transportes e modelagem de demanda do Aimsun Next, cuja combinação culminará na execução de um modelo de quatro etapas.

Um modelo de quatro etapas trabalha com viagens agregadas por zona de transporte e as quatro etapas envolvidas são:

1. Geração/atração: Esta etapa determina quais viagens se originam e terminam em cada zona, com base na população e no uso do solo de cada zona.
2. Distribuição: Esta etapa associa origens de viagens e destinos de viagens.
3. Divisão modal: Esta etapa estima a escolha modal que os viajantes usarão para estas viagens, alocando viagens, neste tutorial, para transporte privado (veículos), bicicletas ou transporte coletivo (passageiros).
4. Alocação: A quarta etapa aloca a demanda na rede de transportes e avalia tempos de viagem e custos. Neste tutorial, o exercício 4 é dividido em dois, pois precisaremos de uma alocação privada e uma de transporte coletivo.

Começaremos preparando e executando um experimento de geração/atração (G/A) para criar vetores G/A usando dados de uso do solo e comportamento de viagem (exercício 1).

Em seguida, executaremos um experimento de distribuição de viagens e um experimento de divisão modal para criar matrizes OD e atribuir essa demanda à rede (exercícios 2, 3, 4a e 4b).

Por fim, executaremos um experimento de modelo de quatro etapas para vincular todos esses processos e seus resultados (exercício 5).

As cópias de segurança dos arquivos relacionados a este exercício estão em [Aimsun_Next_Installation_Folder]/docs/tutorials/9_Travel_Demand_Modelling.

Exercício 1. Executando um Experimento de Geração/Atração¶

Entradas de dados e parâmetros relevantes para este exercício¶

• Centroides
• Atributos do conjunto de dados de uso do solo
• Conjuntos de dados de uso do solo
• tipos de área de geração/atração
• Períodos de tempo
• modos de transporte
• Motivos de viagem e método de balanceamento
• Balanceamento/não balanceamento de centroides
• dados de viagens externas

Comece com o Rede inicial opção para este tutorial. Este arquivo de rede já contém a maior parte dos dados necessários para executar um experimento G/A. Examine os dados disponíveis nas pastas da Janela do Projeto; completaremos os dados antes de criar o cenário e o experimento G/A.

1.1 Familiarizando-se com Dados de G/A¶

Na janela Project, localize e explore os dados predefinidos do projeto: Transportation Modes, Time Periods e Trip Purposes. Em seguida, encontre os dados na pasta Land Use Data, que inclui Generation/Attraction Data Sets e Generation/Attraction Data Set Attributes.

As Áreas de Geração/Atração estão contidas na pasta Macroscopic Areas. Observe que as áreas são agrupadas por nome de tipo de objeto: Generation/Attraction Areas, Distribution and Modal Split Areas e Parking Areas.

Clique duas vezes em qualquer um dos objetos para ver seus parâmetros. Por exemplo, para a Área de Geração/Atração G/A Urbano, os fatores G/A já estão definidos para o ano-base, Período de Tempo: Hora de Pico AM e Modo de Transporte: Todos.

Agora clique duas vezes em qualquer centroide e clique na aba Uso do Solo:

Algumas informações já estão presentes (o Data Set e a Generation/Attraction Area estão selecionados, a caixa External Data e a caixa Balance estão marcadas quando aplicável), mas os valores socioeconômicos e de uso do solo atualmente são todos 0 e devem ser adicionados neste exercício.

Junto com o arquivo ANG, há uma pasta Resources/Real Data Sets que contém um arquivo de texto com os dados de uso do solo para o conjunto de dados denominado Ano-Base dos Dados Censitários (CensusDataBaseYear.csv). Aqui está uma captura de tela de seu conteúdo:

Para adicionar os valores socioeconômicos:

1. Abra o conjunto de dados Ano-Base dos Dados Censitários.

   Dica: Lembre-se de que você pode encontrar este objeto na Project window sob a pasta Project > Demand Data > Land Use Data > Land Use Data Sets.

2. Clique na aba Importar.

3. Em Configurações de arquivo, localize o arquivo de dados CensusDataBaseYear.csv.
4. Para Configurações de ID, selecione ID Externo.
5. Em Linhas a Ignorar, insira 1 (para pular a primeira linha, de cabeçalho, do arquivo CSV).
6. Para Separador de colunas, selecione Ponto e Vírgula.
7. Clique Adicionar oito vezes para adicionar oito novas linhas de dados.

8. Preencha as linhas conforme mostrado abaixo (você pode selecionar o tipo de cada coluna no menu suspenso em cada célula relevante).

   
   

9. Clique Importar para importar os dados do arquivo CSV.

10. Clique duas vezes no centroide novamente para verificar que os dados agora estão presentes:

    
    

1.2 Preparação e execução do Experimento G/A¶

Para adicionar o cenário e experimento G/A:

1. Na janela Project, clique com o botão direito Cenários > Novo > Cenário de Geração/Atração.

2. Preencha os parâmetros conforme mostrado abaixo:

   
   

3. Na aba Saídas a Gerar, marque Armazenar no Banco de Dados para que os resultados possam ser recuperados posteriormente.

4. Clique OK para salvar o cenário.
5. Clique com o botão direito no cenário e selecione Novo Experimento.

Agora que temos um contexto que especifica o conjunto de dados G/A com o qual estamos trabalhando, podemos criar um modo de visualização e um estilo de visualização para visualizar alguns dos dados de entrada. Se você precisar de um lembrete sobre como criar modos e estilos de visualização, consulte o tutorial anterior Visualização de Resultados Microscópicos.

1. Ative o G/A Scenario ou o Experiment por meio da opção correspondente do menu de contexto.

   
   

2. Crie um modo de visualização contendo um estilo de visualização e defina-os conforme ilustrado nas próximas duas capturas de tela:

   
   

   
   

3. Aplique o modo de visualização à vista. Você deverá ver os histogramas na vista 2D conforme mostrado abaixo.

   
   

Para executar o experimento G/A:

1. Clique com o botão direito no experimento e selecione Executar Geração/Atração. A caixa de diálogo, com resultados resumidos, é exibida quando o experimento termina.

2. Clique Gerar Vetores para criar os vetores G/A. Eles aparecerão em uma nova subpasta chamada Vectors dentro da pasta de configuração de centroides na janela Project. Esses vetores são as saídas do processo:

   
   

3. Clique duas vezes em um vetor para visualizar seus parâmetros:

   
   

Exercício 2. Executando uma Distribuição de Viagens¶

Entradas de dados relevantes para este exercício¶

• Centroides
• Conjuntos de dados de distribuição e divisão modal
• Tipos de área de distribuição e divisão modal
• Tipos de área de estacionamento
• Períodos de tempo
• modos de transporte
• Propósitos de viagem
• Matrizes skim
• Funções de distribuição

Neste exercício, examinaremos os dados necessários para um experimento de distribuição de viagens, que obterá uma estimativa preliminar da demanda de viagens.

Examine os dados necessários para a distribuição: Distribution Sets, User Classes, Macroscopic Areas, Functions, G/A Vectors e Skim Matrices contendo custos.

Também há dados específicos do centroide na aba Distribution and Modal Split de uma caixa de diálogo de centroide (veja abaixo).

Para executar a distribuição, precisamos quantificar de alguma forma a acessibilidade entre cada par OD. Essas informações são extraídas das matrizes de skim, que contêm os diferentes custos (monetário, distância, tempo de viagem) que podem estar disponíveis. Se um conjunto de matrizes de skim não estiver disponível, neste ponto normalmente executaríamos alguns experimentos básicos de alocação, com uma matriz unitária dummy de demanda de tráfego caso nenhuma outra estimativa esteja disponível, para obter estimativas preliminares dos custos de viagem entre cada par OD em cada modo. Neste exercício, no entanto, já temos algumas matrizes de skim iniciais, portanto podemos omitir a etapa de produzi-las e usar diretamente as disponíveis. Você encontrará essas matrizes de skim na janela Project aqui:

Para configurar um cenário e experimento de distribuição:

1. Selecione Scenarios > New > Distribution Scenario e defina os parâmetros da seguinte forma:

   
   

2. Abra o editor de cenário e, na aba Outputs to Generate, marque Resultados de Distribuição: Armazenar.

3. Clique com o botão direito no cenário e selecione Novo Experimento.

4. Selecione Modelo de Distribuição: Modelo Gravitacional e defina os parâmetros do experimento da seguinte forma:

   
   

Antes de prosseguir com a etapa de distribuição, observe que, se você ativar o cenário ou experimento de distribuição, o contexto para a visualização dos vetores G/A calculados anteriormente estará pronto. Defina um novo modo de visualização e um estilo de visualização para visualizar um desses vetores na rede. Neste caso, por exemplo, selecione Estilo: Diagrama e Círculos.

Aplique o modo de visualização à vista, conforme mostrado abaixo.

Para executar o experimento G/A:

1. Clique com o botão direito no experimento e selecione Distribuição de Execução. A caixa de diálogo, com resultados resumidos, é exibida quando o experimento termina.

   
   

2. A partir desta caixa de diálogo, podemos gerar as matrizes OD necessárias para o exercício 3. Para isso, clique Gerar matrizes. As matrizes são adicionadas à janela Project:

   
   

Exercício 3. Executando uma Divisão Modal¶

Entradas de dados relevantes para este exercício¶

• Centroides
• Conjuntos de dados de distribuição e divisão modal
• Tipos de área de distribuição e divisão modal
• Períodos de tempo
• Tipos de área de estacionamento
• modos de transporte
• Propósitos de viagem
• ocupações das classes de usuário
• Matrizes skim
• funções de divisão modal

Para executar uma divisão modal, precisamos atribuir as funções de divisão modal aos tipos de área de distribuição. Essas funções são ilustradas abaixo e você pode encontrá-las na Janela do Projeto, como de costume.

Para executar uma divisão modal:

1. Abra a área de distribuição chamada Área de distribuição urbana e clique na subaba Modal Split Utility Functions. Ao lado Finalidade da Viagem Compras, Estudo e Trabalho, defina as funções de divisão modal selecionadas conforme mostrado abaixo no Sem Distinção coluna. Faça o mesmo para Área de Distribuição Não Urbana.

   
   

2. Selecione Cenários > Novo > Cenário de Divisão Modal e defina os parâmetros da seguinte forma:

   
   3. Na aba Outputs to Generate, ative a opção Store Modal Split Results. 4. Clique com o botão direito no cenário e selecione Novo Experimento. 5. Clique duas vezes no experimento e selecione a função Discrete Choice:

   
   

   Para o transporte coletivo, o número de viagens será equivalente ao número de indivíduos (passageiros). Mas as matrizes de demanda para transporte privado devem conter o número de viagens em número de veículos, não de indivíduos. Portanto, adicionaremos informações às classes de usuário com tipo de veículo Car fornecendo a ocupação veicular para cada propósito. Bicicletas não precisam ser atualizadas, pois o padrão é 1 indivíduo - 1 viagem.

3. Preencha o parâmetro Ocupação do Veículo da seguinte forma: Carro – Trabalho - 1.3, Carro – Estudo - 2.7, and Carro – Compras - 2.0:

   
   

4. Assumiremos que o Central Business District (CBD) tem um número restrito de vagas de estacionamento e forneceremos essas informações para o CBD. Abra o CBD área e adicionar o número de Vagas de Estacionamento como ilustrado abaixo.

   
   

   Especificamos 2000 vagas exclusivamente para carros que vão ao CBD para trabalhar, além de 2000 para carros que vão ao CBD para qualquer finalidade (incluindo trabalho). Para Car - Shopping e Car - Study, não há um número específico de vagas disponível, portanto vamos defini-las como 'No Parking Available'. Para o restante dos usuários que não usam carro, não há restrição de estacionamento, portanto definimos como 'No Restriction'. 8. Clique com o botão direito no experimento e selecione Executar divisão modal. A aba Outputs exibirá os resultados na subaba Summary.

   
   

5. Clique Gerar matrizes para gerar as matrizes OD para atribuições estáticas. Elas aparecerão na janela Projects, conforme mostrado abaixo.

   
   

Exercício 4a. Executando uma Alocação Estática¶

Entradas de dados relevantes para este exercício¶

• Rede
• Funções de custo
• Matrizes de demanda de tráfego privado

Neste exercício, atribuiremos a demanda à rede. Obtivemos nove matrizes de viagens a partir dos experimentos de distribuição e divisão modal, uma para cada propósito de viagem e modo de transporte.

Agora criaremos três objetos de demanda de tráfego – um para cada modo de transporte (bicicleta, carro, transporte coletivo) – e adicionaremos as três matrizes correspondentes a cada demanda. Precisamos fazer isso porque vamos usar um método de alocação diferente para cada modo de transporte.

Por exemplo, o Carro de demanda de tráfego conterá três matrizes OD para as três classes de usuário associadas ao tipo de veículo Car (os três diferentes propósitos).

Para adicionar as novas demandas de tráfego:

1. Na janela Project, clique com o botão direito em Demandas de Tráfego > Nova Demanda de Tráfego.
2. Renomeie-o Carro de demanda de tráfego.
3. Abra a nova demanda e clique Adicionar Item de Demanda.

4. Marque os três itens de demanda relacionados a automóveis e clique OK. Sua demanda deve ficar assim:

   
   

5. Repita as etapas 1–4, mas para bicicletas e modos de transporte público. Você deverá ter o seguinte conjunto de demandas na pasta Traffic Demands.

   
   

Agora adicionaremos dois cenários e experimentos para atribuir as demandas de carros e bicicletas.

1. Crie e renomeie dois cenários de atribuição estática.

2. Para a atribuição estática de carros, selecione o Carro de demanda de tráfego e defina o Plano de Transporte Público.

   
   Para a atribuição estática de bicicletas, selecione o Demanda de Tráfego de Bicicletas. 4. Na Saídas a Gerar aba, selecione os resultados a salvar: seções, conectores de centroide e detectores, e movimentos de conversão e trajetórias de supernós. Ative também a opção Path Assignment - Keep in Memory.

3. Crie (e renomeie) um experimento dentro de cada cenário. Para a atribuição estática de carros, selecione o Atribuição Frank & Wolfe método (equilibrium) e, para o experimento de alocação estática de bicicletas, selecione um Alocação Estocástica.

4. Para o experimento de atribuição estática de bicicletas, defina seu Número máximo de caminhos para 3. Defina o Função de Escolha Discreta para Função Bicicletas. Por fim, defina as pré-cargas (Volumes iniciais) na rede para usar o Experimento de Atribuição Estática Car resultados.

   
   

Para adicionar o cenário e o experimento de atribuição de transporte público:

1. Crie o cenário de atribuição de transporte público e preencha os parâmetros conforme mostrado abaixo, definindo a demanda de tráfego e o plano de transporte público:

   
   

2. No Saídas a Gerar aba, selecione os resultados a salvar: Seções e Paradas de Transporte Público. Ative também a opção Path Assignment - Keep in Memory.

   
   

Estes serão armazenados no banco de dados, com o ID do experimento. 3. Clique com o botão direito no cenário de transporte público e selecione Novo Experimento. 4. Para o Método de alocação, selecione MSA Assignment.

Os resultados de atribuição de caminhos são armazenados em arquivos APA. Um objeto de atribuição de caminhos contém o caminho onde o arquivo está localizado, além de informações sobre qual experimento produziu os dados e quais experimentos os estão usando como entradas. Para ser aquele em que a atribuição armazena os resultados de atribuição de caminhos, ele deve ser selecionado no nível do experimento.

Portanto, agora precisamos criar uma Path Assignment para cada uma das atribuições. Para criar uma atribuição de caminho:

1. Selecione Dados de Demanda > Nova Atribuição de Caminho.

2. Abra o novo objeto para ver seus parâmetros.

   
   

3. Renomeie-o Atribuição de Caminho Car.

4. Repita as etapas 1–3 para Bicicleta e Transporte Público.

5. Para armazenar os dados de atribuição de caminhos, abra cada um dos experimentos, vá para Saídas a Gerar aba, marque Armazenar Atribuição de Caminhos e selecione o correto Atribuição de Caminhos objeto da lista suspensa.

   
   

Antes de executar o experimento de alocação estática relacionado a automóveis, podemos criar três componentes de função para recuperar algumas saídas adicionais da alocação. Esses componentes serão tempo de viagem, distância e velocidade.

Para adicionar componentes de função:

1. Na janela Project, clique com o botão direito Functions > New > Function Component.

   
   

2. Defina o componente de tempo de viagem conforme mostrado abaixo.

   
   

3. Repita as etapas 1 e 2 para a distância.

   
   

4. Repita para a velocidade, que é um componente derivado e precisa ser definida como 60*distance/traveltime pois, neste modelo, a distância é medida em km e o tempo de viagem em min:

   
   

Para executar as alocações:

1. Execute primeiro a alocação estática de automóveis clicando com o botão direito no experimento e selecionando Executar Alocação Estática de Tráfego.

   
   

   Os resultados de escolha de caminho são exibidos na aba Atribuição de Caminhos da caixa de diálogo do experimento de atribuição estática. Examine os resultados e altere os valores dos parâmetros para explorar as saídas, por exemplo, selecione uma seção viária e clique Análise de links para ver os caminhos dos veículos que atravessam esse link.

   
   

2. Agora execute o experimento de alocação estática de bicicletas. Esta alocação leva em conta os resultados da alocação de carros como volume inicial e deve ser executada em segundo lugar.

Exercício 4b. Executando uma Alocação de Transporte Público¶

Entradas de dados relevantes para este exercício¶

• Rede com conexões de centroides de e para paradas de transporte público
• Custos de transferência a pé
• Sistema tarifário
• Funções de custo
• Matrizes de demanda de passageiros

Já configuramos a demanda de transporte coletivo (em número de passageiros) e o cenário e experimento de transporte coletivo. Para prosseguir com a alocação de transporte coletivo:

1. Complete os parâmetros do experimento definindo a função de penalidade de transferência:

   
   

2. Execute o experimento. Os resultados são exibidos na aba Outputs e em seu conjunto de subabas:

   
   

3. Verifique as cargas da alocação de transporte público nas várias subabas.
   

Exercício 5. Execução de um Experimento de Modelo de Quatro Etapas¶

Neste exercício, reuniremos os processos anteriores projetando um diagrama de experimento de modelo de quatro etapas que contém todas as etapas concluídas até agora. Esse diagrama também é útil para acompanhar o processo desenvolvido para executar o projeto.

Para executar um experimento de modelo de quatro etapas:

1. Crie um novo cenário de modelo de quatro etapas e adicione um experimento a ele.

2. Abra o experimento. Você deve ver uma grade em branco, como mostrado abaixo.

   
   

   Neste espaço, podemos definir o diagrama do modelo de quatro etapas, que consiste em caixas interconectadas que representam os experimentos e as saídas que geramos até agora neste tutorial.

3. Para adicionar caixas, clique com o botão direito na grade e selecione a categoria apropriada (por exemplo, Geração/Atração, Distribuição, Divisão Modal, Matriz de Skim, etc.).

   
   

4. Adicione todas as caixas relacionadas aos processos que executamos até agora e vincule as caixas arrastando links com o mouse de uma caixa para outra. Procure produzir o resultado ilustrado abaixo.

   
   

5. Complete as informações de Configurações para cada caixa e seta. Comece relacionando cada caixa a cada objeto ou experimento e renomeando a caixa de forma correspondente. A primeira captura de tela abaixo mostra como vincular a caixa Skim Car ao seu Item associado na lista suspensa.

   
   

   A próxima captura de tela mostra como vincular a caixa do processo Modal Split ao experimento correto de divisão modal.

   
   

   Não apenas as caixas precisam estar corretamente associadas aos objetos e experimentos correspondentes, mas também o conteúdo dos links deve ser configurado, de modo que somente as saídas selecionadas de um processo se tornem entradas para o processo seguinte. Clique em cada link e revise seu conteúdo. Por exemplo, a próxima imagem mostra o conteúdo correto a ser passado da etapa de Divisão Modal para a Alocação Estática de Carros, que são as três matrizes de carros, uma para cada propósito de viagem.

   
   

6. Execute o experimento a partir da janela Project clicando nele com o botão direito e selecionando Executar Modelo de Quatro Etapas.

Você pode definir ainda mais as caixas no diagrama, adicionar scripts intermediários ou adicionar uma caixa de loop para tornar o processo iterativo até que um determinado critério de parada seja atendido.