Simulador Híbrido Macro–Meso¶

Introdução¶

Tradicionalmente, os impactos estratégicos e operacionais de um esquema ou plano futuro são analisados por meio da construção de dois modelos separados: um que trata dos aspectos de planejamento e outro dos detalhes operacionais.

O modelo de planejamento é tipicamente um modelo estático macroscópico. Ele tem uma consideração simplificada de atrasos e capacidades em interseções, propagação teórica de filas, frequentemente não captura adequadamente atrasos por faixa e não contém evolução do congestionamento ao longo do tempo.

O modelo operacional é tipicamente um modelo dinâmico, capaz de lidar com todos esses aspectos mencionados anteriormente, mas em menor escala e frequentemente sem usar atribuições de equilíbrio.

Uma simulação híbrida macro–meso combina ambas as técnicas em um único modelo, adotando uma abordagem inovadora. A área a ser simulada com carregamento de rede mesoscópico é definida por um polígono que então é convertido em um área de simulação. As áreas de simulação podem ser selecionadas e ativadas na caixa de diálogo Experiment no Híbrido aba.

A área fora da área de simulação é simulada ao mesmo tempo, mas com carregamento de rede em que o tempo de viagem depende de uma função, como em uma alocação macroscópica, em vez de depender de modelos comportamentais.

Como os veículos são alocados nas áreas macro e meso, e como os custos são calculados, é explicado nas seções a seguir.

Observação sobre licenças: A simulação híbrida macro-meso está disponível em assinaturas anuais do Aimsun Next Advanced ou Expert Edition.

Processo de Simulação Híbrida Macro–Meso¶

O modelo de rede contém seções macro e seções meso. As seções meso são aquelas que pertencem à áreas de simulação; as áreas restantes são seções macro.

Todos os centroides no modelo produzem veículos individuais, que são atribuídos a um caminho predefinido ou a um caminho calculado usando um algoritmo estocástico de escolha de rota para atribuição de caminhos ou uma atribuição de caminhos por equilíbrio dinâmico do usuário (DUE). caminhos mais curtos são calculados usando o link custos. Esses custos dos links usam o funções de custo macroscópicas em seções macro e o funções dinâmicas em seções meso.

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 centroides. Quer os centroides estejam na área macro ou na área meso, todos eles geram veículos individuais.

Se o centroide de geração estiver conectado a um objeto meso, os veículos são gerados na rede e iniciam imediatamente sua viagem nos caminhos atualmente atribuídos a eles. O volume de veículos gerados depende da demanda de tráfego (preferencialmente dependente do tempo). O headway entre dois veículos gerados é determinado pelo modelo de chegadas escolhido no experimento.

Se o centroide 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 diretamente nos limites da primeira área meso que atravessam no caminho, enquanto seguem o caminho atribuído a eles (veja Cálculo de caminhos). Isso é feito instantaneamente (se o tempo de viagem instantâneo estiver selecionado para o primeiro e o último segmento no experimento) ou ocorre após o custo acumulado ao longo do caminho deles até esse local ser calculado (se o custo total VDF/TPF/JDF, ou um componente de custo, estiver selecionado no experimento).

A geração individual de veículos permite:

• Rastreamento individual de veículos/viagens
• Geração realista nas fronteiras meso
• Consideração da geração de tráfego dependente do tempo 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 caminhos¶

O cálculo e a seleção de caminhos seguem as mesmas regras usadas por todas as simulações dinâmicas. Revise os algoritmos de atribuição dinâmica de tráfego: Escolha estocástica de rotas e Equilíbrio Dinâmico do Usuário (DUE) para mais detalhes. A diferença aqui é que, dentro da área macro, em vez de usar funções de custo dinâmicas, serão usadas funções de custo estáticas (VDFs macro para seções; TPFs macro e JDFs macro para movimentos de conversão). O custo total do link (seção + movimento de conversão) para todos os links macro é VDF + TPF + JDF (ou, de forma análoga, com os componentes de função correspondentes).

O cálculo de caminhos abrange todo o modelo, portanto todos os custos dos links (macro e meso) precisam ser consistentes. As mesmas unidades devem ser usadas para a saída de cada função de custo; caso contrário, os caminhos calculados não estarão corretos. Por padrão, todas as funções de custo macro do Aimsun são expressas em minutos, e as funções de custo dinâmico retornam um custo em segundos; portanto, no modelo híbrido macro–meso, você pode definir um fator de conversão para transformar as unidades das funções de custo macro nas unidades usadas nas funções de custo dinâmico.

Recomendamos enfaticamente que você se certifique de que as funções (VDF ou componente de função) escolhidas para calcular o tempo de viagem nas seções macro não produzam tempos de viagem superiores ao intervalo de escolha de rota. Se isso ocorrer, o fluxo de saída de uma seção poderá cair para zero durante um intervalo e, à medida que os veículos se acumularem dentro da seção, o tempo de viagem aumentará ainda mais, resultando em bloqueios progressivamente mais severos. Esse fenômeno pode ser desencadeado, por exemplo, quando a capacidade de uma seção é reduzida por ações de gestão de tráfego.

Se você observar esses problemas, talvez seja 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 procure evitar crescimento exponencial nas funções de tempo de viagem. Usando componentes da função pode proporcionar mais controle sobre os custos.

Modelagem do Movimento de Veículos Híbridos¶

Carregamento da rede macroscópica¶

Nas áreas macro da rede, em vez de usar um fluxo como na modelagem macroscópica tradicional, o modelo considera veículos individuais. As diferenças em relação às áreas meso são que as faixas individuais não são levadas em conta e o tempo de viagem é o mesmo para todos os veículos que passam por uma seção ou movimento de conversão durante o mesmo período. O tempo de viagem é avaliado com funções analíticas, e não com modelos comportamentais.

Essas funções são funções volume-atraso (VDFs) para seções e funções de penalidade de movimento de conversão (TPFs) ou funções de atraso em interseções (JDFs) para movimentos de conversão. Consulte Funções de Custo para obter mais informações. Se essas funções gerarem uma saída de custo generalizado que inclua componentes além do tempo de viagem, você deve selecionar um componente da função que forneça apenas o tempo de viagem.

Essas funções são avaliadas ao final de cada intervalo de escolha de rotas. Em simulações one-shot, o resultado da avaliação da função é usado para o próximo intervalo, enquanto em simulações DUE o resultado é usado para o mesmo intervalo da próxima iteração DUE. Além disso, ao usar um Input Path Assignment Plan, há uma opção para Usar Tempos de Viagem do Plano de Atribuição de Caminhos de Entrada para Todos os Veículos.

Conforme explicado no Geração de viagens seção, os veículos são gerados individualmente no nível do centroide. No entanto, para avaliar o tempo de viagem de cada seção, movimento de conversão e intervalo de tempo, o modelo agrega o número de viagens de cada caminho e atribui fluxos de veículos a cada macroseção e movimento de conversão por intervalo de tempo.

O valor dos fluxos atribuídos depende das mudanças na demanda de tráfego devido ao uso de matrizes dependentes do tempo, e também das mudanças no roteamento em cada ciclo de escolha de rota devido ao congestionamento em caminhos específicos em um determinado intervalo de tempo. Isso significa que as seções e os movimentos de conversão da área macro têm saídas dependentes do tempo. Há 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 detalhadas de geometria com comprimentos corretos das seções, número de faixas, conexões entre faixas, uma especificação totalmente detalhada do plano de controle e, por fim, a demanda perfilada e as especificações para transporte público. Ao contrário das áreas macro descritas anteriormente, o tempo de viagem é diferente para cada veículo e é obtido pela aplicação dos modelos comportamentais mesoscópicos.

Macro para meso¶

Quando um veículo é gerado na área macro, ele é atribuído a todas as seções macro de seu caminho e é gerado na área meso, instantaneamente ou com atraso. O atraso na geração do veículo pode ser especificado usando as funções de custo macro 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 fronteira onde um movimento de conversão passa de uma seção macro para uma seção meso. Nesse tipo de movimento de conversão, 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 esse motivo, essas seções de entrada meso têm estatísticas de fila virtual mesmo que não estejam conectadas a um centroide de entrada.

Se for usado um cálculo de tempo de viagem não instantâneo, o controle de tráfego pode ser levado em conta usando o método exato do Tempos de Controle Agregados (método específico por tempo). Esses tempos de controle podem ser acessados por meio de DTATurning.

Meso para macro¶

Quando um veículo sai da área meso, ele é atribuído a todas as seções macro a jusante. Há duas possibilidades:-e entra em uma área macro, ele é transferido para a área macro e movido conforme explicado em <a href="#macro_network_loading">macro network loading</a>. O comportamento na macro depende destas duas possibilidades:

• O veículo completa seu caminho na área macro
• O veículo sai da área macro e reentra em uma área meso

No segundo caso, em que o veículo prossegue para reentrar em uma área meso, o veículo entra pela fila virtual no movimento de conversão que constitui a fronteira entre as áreas macro e meso. O tempo de viagem ao se deslocar de meso para meso por meio de uma área macro não pode ser instantâneo, mas é avaliado usando as funções macro ou componentes de função. Você pode definir o tempo de viagem macro na Aba Híbrido no editor de experimento.

Estado Inicial Híbrido Macro–Meso¶

Você pode usar um estado inicial com modelos híbridos macro–meso. As seguintes informações referentes aos veículos são armazenadas no estado inicial: seção ou movimento de conversão atual, faixa atual quando um veículo está na área meso, centroides de origem e destino atuais e caminho atual até o destino. O estado inicial também contém informações sobre os tempos em que se espera que os veículos saiam da rede.

Quando o estado inicial é carregado, os veículos são posicionados 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 macro para meso. As áreas meso podem ser diferentes, assim como a geometria da rede. O processo carregará tantos veículos quanto possível, considerando as possíveis alterações na rede. Dependendo das alterações, 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 em que estavam armazenados) usará o tempo de viagem restante da simulação armazenada. Isso significa que ele não leva em conta os custos atuais do link. A partir daí, o restante da viagem macro-simulada se comportará conforme esperado.