Processo de Simulação

Simulação Mesoscópica

A simulação mesoscópica é um modo "intermediário" de simulação que fica entre a microsimulação de veículos individuais e a atribuição macroscópica de fluxos de tráfego. A simulação de tráfego mesoscópica pode assumir diferentes formas, algumas próximas da microsimulação, outras mais próximas da modelagem macroscópica, e cada metodologia de modelagem de tráfego define mesoscópico de maneira diferente.

No Aimsun Next, a simulação mesoscópica refere-se a uma simulação baseada em links e faixas de veículos individuais, onde o nível de conhecimento da atividade do veículo é muito reduzido em relação ao usado na microsimulação. Em uma simulação mesoscópica, um veículo é considerado apenas ao entrar e ao sair de um trecho da via, e o movimento intermediário não é simulado. A figura abaixo resume a diferença entre os 3 níveis de simulação.

• Na Microsimulação; o tempo é incrementado em Δt a cada passo de tempo, cada veículo considera então sua velocidade e escolha de faixa e é movido pela distância determinada para aquele passo de tempo.

• Na simulação mesoscópica, o tempo é avançado para o próximo evento, onde o evento é um veículo entrando ou saindo de um trecho ou nó. Na figura, no tempo \(t_1\), o veículo entra em um trecho, em \(t_2\) ele sai daquele trecho com uma velocidade prevista e em uma faixa prevista e \(t_3\), ele entra no próximo trecho. Nem todos os veículos são atualizados a cada vez, apenas aqueles veículos que estão à frente na fila são considerados, levando a uma grande redução no tempo de computação necessário para executar a simulação.

• Na simulação macroscópica, não há veículos individuais, em vez disso, os veículos são agregados a fluxos que são atribuídos à rede para equilibrar a carga e minimizar o tempo de viagem.

Simulação de Eventos Discretos

No Aimsun Next, a abordagem de simulação mesoscópica é baseada em uma simulação de eventos discretos, onde cada nó funciona como um servidor de fila para todos os trechos de entrada. O tempo de simulação muda à medida que a simulação avança para os pontos no tempo em que um evento ocorre, onde um evento é definido como uma ocorrência instantânea que pode mudar o estado do sistema, neste caso, o estado da rede de tráfego. Existem diferentes tipos de eventos:

• Geração de veículos (Entrada de Veículos),
• Entrada do sistema de veículos (Fila Virtual),
• Movimento do nó do veículo (Dinâmica do Veículo)
• Mudança no estado do semáforo (Controle),
• Estatísticas (Saídas),
• Matriz alterada, (Demanda de Tráfego)

Todos os eventos no Aimsun Next têm um tempo e uma prioridade. Ambos são usados para classificar os eventos na lista de eventos. Por exemplo, eventos relacionados a uma mudança de semáforo ou a chegada de um novo veículo serão tratados antes dos eventos relacionados a estatísticas ou movimentos de nó de veículos.

Componentes da Simulação de Eventos Discretos

Simulações de Eventos Discretos, Law e Kelton (1991) são usadas para um grande número de sistemas do mundo real diferentes. Todos compartilham uma série de componentes comuns. Nesta explicação, apenas os mais importantes são descritos.

Estado do Sistema Neste caso, o estado do sistema refere-se ao status da rede: número de veículos nos trechos e faixas, estado dos veículos líderes para cada trecho e faixa, estado dos semáforos, etc.

Relógio de Simulação O relógio acompanha o tempo atual da simulação em segundos. Ao contrário do simulador microscópico, o tempo pode mudar para qualquer tempo futuro e não depende de um passo de simulação fixo.

Lista de Eventos O simulador mantém uma lista de todos os eventos de simulação. Um evento tem um tempo de evento e uma prioridade. Ambos os parâmetros são usados para ordenar a lista de eventos adequadamente. Por exemplo, no tempo T, a lista de eventos poderia ser a seguinte para o nó "148":

1. Hora 4:55:34 - Atualizar Veículo 12. Mover veículo 12 para o trecho a jusante.
2. Hora 4:55:56 - Novo Veículo do centróide 134.
3. Hora 4:56:03 - Novo Veículo do centróide 135.
4. Hora 4:56:30 – Mudar semáforo do nó 148
5. Hora 5:00:30 – Coletar estatísticas
6. …

Contadores Estatísticos O módulo de estatísticas coleta as estatísticas da simulação em intervalos especificados.

Rotina de Evento Uma rotina que, para cada tipo de evento, atualiza o relógio de simulação e o estado do sistema. Há uma rota de evento para cada tipo de evento. Um exemplo de uma rotina de evento pode ser o evento que move um veículo de um trecho para o trecho a jusante. Neste caso, altera as condições de tráfego de dois trechos e o status do veículo.

Gerador de Números Aleatórios Números pseudoaleatórios são usados para gerar as chegadas de veículos, bem como controlar o movimento dos veículos através da rede. No módulo mesoscópico, o gerador de números aleatórios é usado tanto para a simulação mesoscópica quanto para a microsimulação.

Programa Principal O programa principal orquestra os eventos e controla a simulação. Suas principais tarefas são:

• Inicializar as estruturas da rede e o status da simulação.
• Determinar o próximo evento a ser resolvido.
• Invocar a rota de evento para atualizar o status da rede.
• Verificar a condição de término que é alcançar o tempo de fim da simulação.

Estado Inicial Mesoscópico

Um estado inicial mesoscópico é diferente do estado inicial microscópico. O estado inicial microscópico contém um conjunto de veículos e esses veículos são inseridos na rede. Em um modelo mesoscópico, o estado inicial armazena o status da rede, definições de veículos e posições e as variáveis internas usadas nos cálculos mesoscópicos. O estado inicial é, então, válido apenas se a rede for exatamente a mesma. Qualquer mudança na oferta ou qualquer mudança na definição de Transporte Público pode invalidar o estado inicial.