Simulador Híbrido Macro–Meso¶
Introdução¶
Tradicionalmente, os impactos estratégicos e operacionais de um esquema ou plano futuro são analisados construindo dois modelos separados: um lidando com aspectos de planejamento e o outro com detalhes operacionais.
O modelo de planejamento é tipicamente um modelo macroscópico estático. Ele tem uma consideração simplificada de atrasos e capacidades em interseções, propagação teórica de filas, muitas vezes não captura adequadamente os atrasos por faixa, e não contém evolução da congestão ao longo do tempo.
O modelo operacional é tipicamente um modelo dinâmico, capaz de lidar com todos esses aspectos mencionados acima, mas em uma escala menor e muitas vezes sem usar atribuições de equilíbrio.
Uma simulação híbrida macro–meso funde ambas as técnicas em um único modelo, adotando uma abordagem inovadora. A área a ser simulada com carregamento de rede mesoscópica é definida por um polígono que é então convertido em uma área de simulação. Uma área de simulação pode ser selecionada e ativada na caixa de diálogo Experimento na aba Híbrido.
A área fora do polígono é simulada ao mesmo tempo, mas com carregamento de rede em que o tempo de viagem depende de uma função, como em uma atribuição macroscópica, em vez de depender de modelos comportamentais.
Todos os centróides no modelo produzem veículos individuais, que são atribuídos a um caminho usando um algoritmo de escolha de rota estocástico ou uma atribuição de usuário de equilíbrio dinâmico (DUE). O cálculo dos caminhos abrange todo o modelo, então todos os custos de link (macro e meso) precisam ser consistentes. Como os veículos são atribuídos nas áreas macro e meso, e como os custos são calculados são explicados nas seções seguintes.
Processo de Simulação Híbrido Macro–Meso¶
O modelo de rede contém seções macro e seções meso. As seções meso são identificadas por polígonos convertidos em áreas de simulação; as áreas restantes são seções macro. Elas seguem as mesmas regras que são usadas na abordagem híbrido meso–micro: quando uma seção de entrada de um nó está dentro da área de simulação meso, então todas as seções de entrada são consideradas meso. Essa restrição é necessária pela abordagem híbrida meso–micro e, mesmo que não seja estritamente necessária para a abordagem híbrida macro–meso, a mesma regra é usada para consistência em todos os modelos híbridos.
Há uma rede única que é usada para gerar veículos individuais em todo o modelo e também é usada para calcular os caminhos mais curtos. Caminhos mais curtos são calculados usando os custos de link instantâneos. Esses custos de link usam as funções VDF, TPF e JDF nas seções macro e as funções ICF ou DCF nas seções meso.
O custo total de link para todos os links macro é VDF + TPF + JDF e o custo total para todos os links meso é ICF ou DCF. ICF e DCF são usados da mesma forma que são usados em simulações meso, micro ou híbridas. Essas funções podem ser selecionadas na caixa de diálogo Seção e na caixa de diálogo Nó (subaba Curva).
É sua tarefa definir funções de custo apropriadas que sejam consistentes para toda a rede. As mesmas unidades, por exemplo, minutos, devem ser usadas para a saída de cada função de custo, caso contrário, os caminhos calculados não estarão corretos. Você também pode definir um fator de conversão de unidade no experimento, que é útil, por exemplo, quando as funções VDF, TPF e JDF retornam um custo em minutos, mas as funções ICF e DCF retornam um custo em segundos.
Recomendamos fortemente que você se certifique de que as funções (VDF ou componente da função) que você escolher para calcular o tempo de viagem nas seções macro não produzam tempos de viagem superiores ao intervalo de escolha de rota. Se isso acontecer, o fluxo de uma seção pode cair a zero durante um intervalo, e à medida que os veículos se acumulam dentro da seção, o tempo de viagem aumentará ainda mais, resultando em bloqueios progressivamente mais graves. Esse fenômeno pode ser desencadeado, por exemplo, quando a capacidade de uma seção é reduzida por ações de gerenciamento de tráfego.
Se você observar esses problemas, pode ser necessário ajustar as funções, o intervalo de escolha de rota ou ambos, para encontrar uma solução. Como regra geral, tente usar intervalos de escolha de rota maiores e busque evitar crescimento exponencial nas funções de tempo de viagem.
Geração de Viagens¶
Antes de explorar os detalhes de como o carregamento da rede funciona em cada área do modelo, é importante entender a geração de veículos nos centróides. Se os centróides estão na área macro ou na área meso, todos geram veículos individuais seguindo o modelo de chegadas escolhido no experimento.
Se o centróide de geração estiver conectado a um objeto meso, os veículos são gerados na rede e imediatamente começam sua jornada em seus caminhos atualmente designados. O volume de veículos gerados depende da demanda dependente do tempo que você definiu, ou do processo de estimativa de demanda utilizado (veja Estimando a Demanda de Viagem). O intervalo entre dois veículos gerados é determinado pelo modelo de geração escolhido.
Se o centróide de geração estiver conectado a um objeto macro, a geração funciona da mesma forma descrita acima, com a diferença de que os veículos são colocados nas bordas da primeira área meso que cruzam enquanto seguem o caminho designado a eles (veja Cálculo de Caminho).
Isso é feito instantaneamente (se o tempo de viagem instantâneo for selecionado para o primeiro e último segmento no experimento) ou ocorre após o custo acumulado ao longo de seu caminho ser calculado (se o custo total VDF/TPF/JDF, ou um componente de custo, for selecionado no experimento).
A geração individual de veículos permite:
- Acompanhamento individual de veículos/viagens
- Geração realista nas fronteiras meso
- Consideração da geração dependente do tempo do tráfego seguindo o perfil de demanda de tráfego
- Atribuição dinâmica em todo o modelo
- Saídas dependentes do tempo em todo o modelo
- Aplicação da maioria das ações de gerenciamento de tráfego em áreas macro.
Cálculo de Caminho¶
O cálculo e a seleção de caminhos seguem as mesmas regras usadas por todas as simulações dinâmicas. Consulte Algoritmos de Atribuição de Tráfego Dinâmico e DUE para mais detalhes. A diferença aqui é que, dentro da área macro, em vez de usar funções de custo dinâmicas, funções de custo estáticas serão usadas (VDFs macro para seções; TPFs macro e JDFs macro para curvas).
Por padrão, todas as funções de custo macro do Aimsun são expressas em minutos, então no modelo híbrido macro–meso você pode definir um fator de conversão para transformar as unidades das funções de custo macro para as unidades usadas nas funções de custo dinâmicas. Como mencionado acima, você deve definir funções de custo apropriadas que sejam consistentes para toda a rede. Você pode ver as opções na aba Híbrido da caixa de diálogo Experimento.
Modelagem do Movimento de Veículos Híbridos¶
Carregamento da Rede Macro¶
Nas áreas macro da rede, os veículos são tratados como veículos individuais em vez de usar um fluxo como na modelagem macroscópica tradicional. As diferenças em relação às áreas meso são que faixas individuais não são levadas em consideração e o tempo de viagem é o mesmo para todos os veículos que passam por uma seção ou curva durante o mesmo período de tempo. O tempo de viagem é avaliado com funções analíticas em vez de modelos comportamentais.
Essas funções são funções de atraso de volume (VDFs) para seções e funções de penalidade de curva (TPFs) ou funções de atraso de interseção (JDFs) para curvas. Veja Funções de Custo para mais informações. Se essas funções retornarem um custo generalizado que inclui componentes além do tempo de viagem, você deve selecionar um componente de função que forneça apenas o tempo de viagem.
Como explicado na seção 'Geração de Viagens', os veículos são gerados individualmente no nível do centróide. No entanto, para avaliar o tempo de viagem para cada seção, curva e intervalo de tempo, o modelo agrega o número de viagens para cada caminho e atribui fluxos de veículos a cada seção e curva macro.
O valor dos fluxos atribuídos depende das mudanças na demanda de tráfego devido ao uso de matrizes dependentes do tempo, e também em mudanças na roteirização a cada ciclo de escolha de rota devido à congestão em caminhos específicos em um dado intervalo de tempo. Isso significa que as seções e curvas da área macro têm saídas dependentes do tempo. Existem fluxos dinâmicos, bem como custos dinâmicos para cada intervalo de escolha de rota.
Carregamento da Rede Meso¶
Nas áreas meso da rede, os veículos se movem de acordo com o usual carregamento da rede meso. Em resumo, a área meso precisa ter especificações de geometria detalhadas com comprimentos de seção corretos, número de faixas, conexões de faixa, uma especificação detalhada do plano de controle e, finalmente, a demanda perfilada e as especificações para Transporte Público. Em contraste com as áreas macro descritas anteriormente, o tempo de viagem é diferente para cada veículo e é obtido aplicando os modelos comportamentais mesoscópicos.
De Macro para Meso¶
Quando um veículo é gerado na área macro, ele é designado a todas as seções macro de seu caminho e é gerado instantaneamente ou com um atraso na área meso. O atraso na geração de veículos pode ser especificado usando uma função de custo VDF ou um componente de função de custo pré-selecionado.
Você pode definir o tempo de viagem macro na aba Híbrido da caixa de diálogo do experimento. Uma fila virtual é gerada na borda onde uma curva vai de uma seção macro para uma seção meso. Neste tipo de curva há uma fila vertical onde os veículos vindos da área macro aguardam para entrar na área meso o mais rápido possível. O atraso incorrido na fila virtual é considerado no próximo link meso. Por isso, essas seções de entrada meso possuem estatísticas de fila virtual, mesmo que não estejam conectadas a um centróide de entrada.
De Meso para Macro¶
Quando um veículo sai da área meso, ele é designado a todas as seções macro a jusante. Existem duas opções:
- O veículo completa seu caminho na área macro
- O veículo deixa a área macro e reentra em uma área meso
No segundo caso, em que o veículo reentra em uma área meso, o veículo entra pela curva virtual, que é a borda entre as áreas macro e meso. O tempo de viagem ao se mover de meso para meso através de uma área macro não pode ser instantâneo, mas é avaliado usando as funções ou componentes de função macro. Você pode definir o tempo de viagem macro na aba Híbrido no editor de experimentos.
Estado Inicial Híbrido Macro–Meso¶
Agora você pode usar um estado inicial com modelos híbridos macro–meso. As seguintes informações referentes a veículos são armazenadas no estado inicial: seção ou curva atual, faixa atual quando um veículo está na área meso, centróides de origem e destino atuais, e caminho atual para o destino. O estado inicial também contém informações sobre os tempos em que os veículos são esperados para sair da rede.
Quando o estado inicial é carregado, os veículos são colocados na rede viária nas posições que ocupavam quando o estado inicial foi salvo. Isso significa que você pode carregar veículos de áreas meso para macro ou de áreas macro para meso. As áreas meso podem ser alteradas, assim como a geometria da rede. O processo carregará o máximo possível de veículos, dadas as mudanças potenciais na rede. Dependendo das mudanças, alguns veículos podem não ser introduzidos.
Uma consideração importante ao carregar veículos dentro de uma área macro é que o primeiro link em que esses veículos se movem (aquele onde foram armazenados) usará o tempo de viagem restante da simulação armazenada. Isso significa que não leva em conta os custos atuais do link. A partir daí, o restante da viagem simulada macro se comportará como esperado.