Simulacijski modeli u prometu

Simulacijski modeli u prometu

Ivana ModriAna RaiSplit, 23.4.2015.SadrajOsnovni pojmoviVrste simulacijskih modelaSimulacijske metodePostupak provedbe simulacijeRezultati izvoenja simulacijeSvrha simulacijskog modeliranjaPrednosti simulacijskog modeliranjaNedostaci simulacijskog modeliranjaPrimjena simulacijskih modela u prometuLiteratura

1. Osnovni pojmoviSUSTAV je izdvojeni dio stvarnog svijeta koji promatramo, a sastoji se od vie dijelova (komponenata) povezanih u svrsishodnu cjelinu koji se mogu razluiti i sposobni su meusobno djelovati.

Stanje sustava u bilo kojem trenutku je odreeno trenutnim stanjem svih komponenti koje ine sustav.

Osnovna podjela komponenti sustava je na statike i dinamike.MODEL je pojednostavljena reprezentacija realnog svijeta (sustava koji predstavlja podruje naeg interesa).

Stvara se s ciljem boljeg razumijevanja strukture procesa unutar promatranog sustava i trebao bi to kvalitetnije opisati sve komponente sustava i njihove meusobne odnose.

Modeli mogu biti fiziki ili apstraktni.

SIMULACIJA je eksperimentiranje s apstraktnim modelom realnog sustava u odreenom vremenu, a obuhvaa i postupak izrade samog modela.

Simulacija daje podatke o moguem ponaanju stvarnog sustava u ovisnosti o nekim poetnim uvjetima.

U praksi se simulacije koriste za verifikaciju analitikih modela, tj. za ispitivanje ponaanja nekog sustava. 2. Vrste simulacijskih modelaSimulacijski modeli temelje se na matematikim modelima.

Osnovna podjela simulacijskih modela:Raunalni simulacijski modelmodel stvarnog ili predloenog sustavaelementi i naini upravljanja sustavom definiraju se prije poetka izvoenja simulacijenakon zavretka izvoenja simulacije, usporeuju se izlazni podaci razliitih modelaRaunalni simulatormodel stvarnog ili predloenog sustavaresursi i naini upravljanja sustavom definiraju se tijekom izvoenja simulacijesvrha nije donoenje odluka o primjeni odreenog naina upravljanja sustavom, nego izlaganje korisnika sustavu i njihovo treniranje kako donositi odluke u sustavu

3. Simulacijske metodePri simulacijskom modeliranju koriste se tri osnovne skupine metoda:Matematiko programiranje (linearno, nelinearno, cjelobrojno, analitiko,)Diskretna simulacija (koristi se pri razvoju modela koji detaljno opisuju strukturu sustava i njegove elemente)Sistemska dinamika kontinuirana simulacija (koristi se pri modeliranju sustava s povratnom spregom, tj. sustavi u kojima pojedini elementi mogu utjecati na sebe preko lanca uzroka i posljedica)4. Postupak provedbe simulacije5. Rezultati izvoenja simulacijeIzvoenje simulacijskog modela rezultira dobivanjem podataka u grafikom i statistikom obliku.

Statistiki podaci prikazuju kvantitativne vrijednosti i predviaju to bi se moglo dogoditi u sustavu.

Grafiki prikaz omoguava lake tumaenje zato se sustav ponaa na odreeni nain pojanjava statistike podatke. 6. Svrha simulacijskog modeliranjaUvid u nain rada sustavasloenost odreenih sustava sprjeava stjecanje spoznaja o nainu meudjelovanja komponenti unutar sustava, kao i ukupnog djelovanja sustava, a sustav nije mogue prouavati zaustavljanjem njegova rada ili izdvojenim prouavanjem njegovih sastavnicaRazvoj i ispitivanje razliitih naina upravljanja sustavomIspitivanje novih koncepata ili sustava prije njihove primjene u stvarnim uvjetimaomoguava odabir optimalnog naina upravljanja sustavom u sluaju nadogradnje sustava i stjecanje spoznaja o moguem nainu rada sustava kada on jo ne postoji Stjecanje spoznaja o sustavu bez ometanja stvarnog sustava

7. Prednosti simulacijskog modeliranjaIzvoenje eksperimenata u saetom (ubrzanom) ili proirenom (usporenom) vremenuovakav pristup omoguen je zbog velike procesne moi raunalaSmanjeni analitiki zahtjevi za izvoenje simulacijskih modelaizvoenje simulacija prije pojave raunalnih simulacijskih modela bilo je analitiki zahtjevno, te je osim eksperata s podruja primjene modela bilo potrebno angairati i matematiareJednostavnost prikazaprikazivanje promjena stanja sustava koritenjem animacije dinamiko prikazivanjelake pronalaenje pogreaka u modelulaki prikaz rada sustava

8. Nedostaci simulacijskog modeliranjaSimulacija ne moe dati tone rezultate u sluaju neispravnih ulaznih podatakabez obzira na kvalitetu strukture modela, bez kvalitetnih ulaznih podataka, nema kvalitetnih izlaznih podatakaSimulacija sama po sebi ne prua jednostavne odgovore na sloene problemepotrebno je ekspertno znanje (razumijevanje) ulaznih i izlaznih podataka u modelu, njihovih meusobnih odnosa, te njihovih utjecaja na odvijanje procesa u modeluSimulacija ne moe sama rijeiti problemepotrebni su eksperti

9. Primjena simulacijskih modela u prometuPROMET predstavlja prijevoz ili prijenos razliitih entiteta (ljudi, robe, informacija) putem prometne infrastrukture i mobilnih elemenata (zrakoplova, vlakova, automobila,).

Osnovne znaajke prometa:prometni proces je stohastian (sluajan) i ne moe se unaprijed tono predvidjetisvaki individualni prometni sluaj djeluje neovisno o ponaanju drugih izvora prometatrajanje svakog individualnog posjedanja je neovisno o trajanju drugih posjedanjaveliine vremenskih intervala izmeu pojave korisnika obino su distribuirane prema eksponencijalnoj ili slinoj raspodjeli

Simulacijski modeli se koriste algoritmima s pomou kojih definiraju prometni tok u prostoru i vremenu tako da modeliraju kretanje svakog vozila i njihovu meusobnu interakciju, a mogu se primijeniti u postupku planiranja, projektiranja, vrednovanja varijantnih rjeenja, validaciji i kalibraciji novih analitikih modela.

Za razliku od empirijskih i analitikih modela koji su deterministiki (za iste ulazne podatke uvijek daju isti izlazni rezultat), simulacijski modeli su stohastike prirode to znai da za opisivanje toka prometa se koriste sluajnim varijablama odnosno razdiobama vjerojatnosti.

Kod stohastikih modela isti ulazni podaci ne daju isti izlazni rezultat upravo zbog sluajnih varijabli koje se primjenjuju u modelu na temelju definiranih razdiobi vjerojatnosti i generacije sluajnih brojeva.

Zbog toga je potrebno napraviti odreen broj ponavljanja simulacija s istim ulaznim podacima, a krajnji rezultat se dobije kao srednja vrijednost rezultata pojedine simulacije.Simulacijski modeli u cestovnom prometu mogu se podijeliti prema razini detalja kojom opisuju zadani prometni sustav na:Mikroskopski simulacijski modelidiskretno opisuju prometni sustav prate se pojedina vozilaopa razina uinkovitosti prometnog sustava opisuje se na osnovi ponaanja pojedinog vozila/vozaaMakroskopski simulacijski modelikontinuirano predstavljaju prometni sustav prate se grupe vozilaopa razina uinkovitosti promatranog prometnog sustava opisuje se pomou teorije kretanja fluida Mezoskopski simulacijski modelidiskretno predstavljaju prometni sustav prate se pojedina vozila ili grupe vozilaopa razina uinkovitosti promatranog prometnog sustava opisuje se kao u makroskopskim modelima

Primjena simulacijskog modela u prometu:Uporabom jednadbe slijeda vozila, uz primjenu jednadbi jednoliko ubrzanog kretanja, moe se za svako vozilo odrediti poloaj, brzina i ubrzanje u svakom vremenskom trenutku, ime se definira trajektorija vozila.

Trajektorija vodeeg vozila ovisi o graninim vrijednostima parametara (brzine, ubrzanja i usporenja) te o njoj ovise trajektorije vozila koji ga slijede.

Podaci proraunati za svaki vremenski korak omoguavaju simulaciju kretanja vozila du prometnica.Dinamiki prikaz prometnih tokova (animacija na ekranu) omoguava uvid u dogaanja na odreenoj prometnoj mrei i za sadanje i za planirano stanje.

Osim grafikog prikaza, svi rezultati (mjere uinkovitosti) za pojedine dionice ili privoze dani su i u tablinom obliku s odgovarajuim statistikim parametrima (srednja vrijednost, standardna devijacija, varijanca, i dr.).

Model prometne mree definira se sustavom vorova i veza gdje veza predstavlja dionicu ceste ili ulice, a vor oznaava eventualnu promjenu geometrijskog oblika, raskrije ili ulazno-izlaznu toku na mrei.Nakon unosa ulaznih podataka i provedene simulacije, kao izlazni rezultati dobiju se razliite mjere uinkovitosti.

Na temelju dobivenih rezultata moe se ocijeniti funkcioniranje promatranog sustava.

Za provedbu simulacija prometnih tokova koriste se programski paketi kao npr. CORSIM (za simulaciju prometnih tokova na izvangradskim i ruralnim cestama i gradskim ulicama), HUTSIM software, Trafficware Synchro Studio 7 i drugi.

HCM (Highway Capacity Manual) je skup empirijskih verificiranih i validiranih procedura za izraun kapaciteta i operativnih osobina razliitih vrsta transportnih sustava.

Postupci opisani u HCM-u predstavljaju slijedne, makroskopske, deterministike, statike i analitike postupke izvedive u konanom broju koraka s ciljem odreivanja vrijednosti propusne moi i ostalih mjera uinkovitosti prometnog toka.

Osobine HCM-a:Makroskopskeulazni i izlazni podaci zasnivaju se na prosjenim analitikim vrijednostima prometnog toka tijekom 15-minutnog intervala ili intervala od jednog sataDeterministikebilo koji ulazni skup podataka e uvijek kao rezultat imati jednaku vrijednostStatikeHCM-ovi analitiki postupci predviaju prosjene operativne uvjete tijekom nepromijenjenog vremenskog perioda i ne uzimaju u obzir promjene operativnog stanja sustava

Usporedba HCM-a i simulacijskih modela10. Literatura avar, I. Zapisi s predavanja: Simulacije u prometu. Fakultet prometnih znanosti, Sveuilite u Zagrebu, 2012.Breki, D. Cvitani, D. Vukui, P. Primjena simulacijskih modela pri izradi prometne analize. Graevinar 62(2010)2, 113-122Zeki Suac, M. Poslovne simulacije. Ekonomski fakultet, Sveuilite u Osijekuupanovi, D. Uvod u simulacijsko modeliranje u cestovnom prometu, Fakultet prometnih znanosti, Sveuilite u Zagrebu, 2012.