Hybride Makro-Meso-Simulationen in Aimsun Next

Technische Mitteilung #50
August 2020

Von Tessa Hayman

Tessa Hayman erklärt, wie Sie hybride Makro-Meso-Simulationen in Aimsun Next 20 durchführen und das Beste aus beidem für Modellierungen auf regionaler Ebene miteinander kombinieren.

Üblicherweise werden die strategischen und betrieblichen Auswirkungen eines Verkehrs- oder Zukunftskonzepts analysiert, indem zwei getrennte Modelle erstellt werden: eines, das sich mit der Planung und eines, das sich mit dem Betrieb befasst. Hybride Makro-Meso-Simulationen verfolgen den innovativen Ansatz, beides in einem einzigen Modell zu vereinen.

Funktionsweise

Anders als bei der herkömmlichen makroskopischen Modellierung handelt es sich beim hybriden Makro-Meso-Simulator um ein dynamisches Modell, das einzelne Fahrzeuge simuliert. Die Routen der einzelnen Fahrzeuge werden durch eine dynamische Umlegung festgelegt. Der Hauptunterschied zwischen der makroskopischen und mesoskopischen Ebene besteht in der Art und Weise, wie die Fahrzeit eines Fahrzeugs berechnet wird, d. h. der Netzbelastung.

Netzbelastung und Routenumlegung werden in Aimsun Next separat behandelt, was eine hybride Modellierung ermöglicht.

Hybride Modellierung

 
 

  Netzbelastung Routen
Makroskopischer Simulationsbereich Die Kapazität ist eine Eingangsgröße, es bestehen keine Kapazitätsbeschränkungen.
Die Berechnung der Fahrzeit erfolgt mithilfe der CR-Funktionen, die anhand der für jedes Intervall vorgenommenen Belastungsumlegungen evaluiert werden.
Die Kosten sind die Summe der verkehrsstärke- und kapazitätsabhängigen CR-Funktionen VDF, TPF und JDF.
Mesoskopischer Simulationsbereich Der maximale Durchsatz und die Fahrzeit sind verhaltensmodellabhängig (Fahrzeugfolge, Fahrstreifenwechsel und Zeitlückenakzeptanz). Die Kostenauswertung erfolgt mithilfe dynamischer Kostenfunktionen anhand der erlebten Fahrzeit.
 

Die Netzbelastung gibt für jedes Routenwahlintervall die Fahrzeit und die Anzahl der auf eine Strecke umgelegten Fahrzeuge für die Routenberechnung an.

Die Wegekosten setzen sich zusammen aus: Makro-Kosten + Meso-Kosten



Simulation einzelner Fahrzeuge

Die Simulation eines Fahrzeugs lässt sich in 3 wesentliche Schritte unterteilen:

  1. Fahrzeugerzeugung
  2. Routenberechnung
  3. Routensimulation

Die Fahrzeugerzeugung erfolgt auf die gleiche Weise wie bei mesoskopischen Simulationen, d. h. durch Auswahl eines Zielverkehrsmodells.

Die Routenberechnung erfolgt ebenfalls auf die gleiche Weise wie bei mesoskopischen Simulationen, d. h. entweder durch Auswahl einer stochastische Routenwahl oder einer dynamischen Gleichgewichtsumlegung. Die jeweiligen Wegekosten ergeben sich aus: Makro-Kosten + Meso-Kosten.


Simulation einzelner Fahrzeuge

Die Routensimulation der erfolgt wie nachstehend beschrieben:

1. Wenn die Quelle im Makro-Bereich liegt, berechnen Sie die CR-Funktionen, um eine Makro-Fahrzeit vorzugeben.


2. Fahren Sie das Fahrzeug zum Abbieger, der in den Meso-Bereich führt (entweder sofort oder verzögert mittels CR-Funktionen).


3. Fügen Sie der Verkehrbelastung der befahrenen Strecken ein Fahrzeug hinzu.

 

4. Kann das Fahrzeug sicher in den Meso-Bereich einfahren?

Ja – Fahrzeug als mesoskopisches Fahrzeug simulieren und

der virtuellen Warteschlange bzw. Stau hinzufügen.

 

Wenn das Ziel im Makro-Bereich liegt,

    1. berechnen Sie mithilfe der CR-Funktionen die Fahrzeit ab dem Zeitpunkt der Ausfahrt des Fahrzeugs aus dem Meso-Bereich;
    2. fügen Sie der Verkehrbelastung der befahrenen Strecken ein Fahrzeug hinzu;
    3. fahren das Fahrzeug zum Ziel ODER zum nächsten mesoskopischen Bereich.

Hybrides Makro-Meso-Experiment erstellen

In dynamischen Szenarien können Sie hybride Makro-Meso-Experimente auf ähnliche Weise erstellen wie ein hybrides Meso-Mikro-Experiment.

  1. Ziehen Sie hierzu um jeden Bereich, den Sie mesoskopisch simulieren möchten, ein Polygon auf.
  2. Konvertieren Sie das Polygon in einen Simulationsbereich.
  3. Erstellen Sie innerhalb eines bestehenden dynamischen Szenarios ein neues hybrides Makro-Meso-Experiment.
  4. Fügen Sie auf der „Hybrid“-Registerkarte des neuen Experiments Ihr(e) Polygon(e) hinzu, um die mesoskopischen Simulationsbereiche festzulegen.

Polygon aufziehen, Rechtsklick und Klick auf „In Simulationsbereich konvertieren“
Polygon aufziehen, Rechtsklick und Klick auf „In Simulationsbereichkonvertieren“


Das Polygon wird grün markiert, um anzuzeigen, dass es sich um einen Simulationsbereich handelt
Das Polygon wird grün markiert, um anzuzeigen, dass es sich um einen Simulationsbereich handelt


Kostenanpassung

Da die Wegekosten die Summe der Makro- und Meso-Kosten sind, müssen die Einheiten der Makro- und Meso-Kostenfunktionen notwendigerweise aneinander angepasst werden. Die makroskopischen Kosten werden standardmäßig in Minuten, die mesoskopischen Kosten dagegen in Sekunden angegeben. Zur Kostenanpassung können Sie im hybriden Makro-/Meso-Experiment die Umrechnung mit Hilfe des VDF/TPF/JDF- Umrechnungsfaktors festlegen.

Sie sollten in jedem Fall überprüfen, ob die von Ihnen verwendeten Funktionen das gleiche Format wie die generalisierte Kostenfunktion besitzen. So kann es es unter Umständen sein, dass Sie z. B. Mautkosten, den Zeitwert und die Fahrzeugbetriebskosten mit den gleichen Koeffizienten miteinrechnen müssen.

Falls Sie Kenngrößenmatrizen anhand bestimmter Funktionskomponenten erstellen möchten, müssen Sie darüber hinaus sicherstellen, dass diese sowohl in Ihren makroskopischen als auch mesoskopischen Funktionen definiert sind.

Kostenanpassung



Fahrzeit im Makro-Bereich

Die Fahrzeit im Makrobereich gibt an, wie lange ein im makroskopischen Bereich erzeugtes Fahrzeug benötigt, um an die Umrandung (Grenze) eines mesoskopischen Bereichs zu gelangen. Standardmäßig sind die VDF/TPF/JDF-Gesamtkosten voreingestellt, welche das Gesamtergebnis dieser Funktionen als reine Fahrzeit interpretieren. Falls Sie andere Ausdrücke hinzugefügt und eine generalisierte Kostenberechnung durchgeführt haben, sollten Sie eine Funktionskomponente definieren und wählen, die nur die reine Fahrzeit liefert.

Falls Sie Ihre Nachfrage mit Hilfe eines Kordons um den mesoskopischen Bereich entwickelt haben, sollten Sie für das erste und das letzte Segment die Istzeit wählen, da die Zeit jeder Nachfragezeitscheibe den Zeitpunkt repräsentiert, an dem die ankommenden Fahrten die Grenze des mesoskopischen Bereichs überqueren, und nicht den Zeitpunkt, an dem sie an ihrem Quellort abgefahren sind.

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