Kapitola IV. Modelování dopravy na pozemních komunikacích (ČÁST 1)

4.1       Úvod do dopravního modelování

Modelování dopravy pomocí výpočetní techniky představuje v oboru dopravního inženýrství a stavitelství účinnou pracovní metodu mnohonásobně rozšiřující možnosti řešení složitých úloh a problémů. Jedná se o poměrně novu oborovou disciplínu, která se do povědomí širší odborné veřejnosti u nás dostala teprve v 80. letech 20. století, kdy ÚDI Praha začal pro modelování dopravy využívat americký software UTPS a paralelně vyvíjel vlastní nástroj – AUTO (jehož autorem byl Ing. Miroslav Fuchs). Dopravní modelování však nezahrnuje pouze simulaci dopravního provozu, ale jedná se o širokou škálu pomocných nástrojů od jednoduchých jednoúčelových aplikací po komplexní nástroje umožňující provádět složité analýzy dopravních sítí. V současné době se při procesu navrhování a posuzování komunikačních sítí dopravně tyto techniky stále častěji prosazují a mnohdy jsou i požadovány zadavateli projektů. Jejich výsledky se dnes již obecně považují za dostatečně spolehlivé a relevantní a jsou takto širokou odbornou i laickou veřejností přijímány.  Výstupy dopravně – inženýrských nástrojů lze použít k celé řadě činností.

V dopravním projektování se jedná o:

  • prověřování alternativních návrhů, kdy s využitím simulačních technik může projektant porovnat dopady jednotlivých variant návrhu na okolní prostředí a může experimentovat s rozsahem různých vstupních údajů.  Z historického hlediska byly tyto nástroje využívány především k návrhům signálních plánů světelně signalizačních zařízení, a to ve vztahu k dopravnímu zatížení. V současné době se modelovací a simulační techniky využívají v mnohem větší šíři, ať už se jedná o pouhé ověření průjezdnosti vozidel, nebo simulaci dopravních toků na síti.
  • testování nových návrhů v situacích, kdy je nutno ověřit správnost nebo opodstatněnost daného návrhu, ať už se jedná např. o návrh mimoúrovňových křižovatek na dálnicích, nebo prověření dopadů nového záměru na okolní dopravní síť.
  • nalezení problémových míst a jejich diagnostika, kdy se proces modelování a simulace využívá při hledání potenciálních problémových míst na dopravní síti a umožnit tak přípravu jejich možného řešení.
  • environmentální posouzení, kdy se modely a simulační techniky využívají při posuzování dopravních staveb na životní prostředí, ať už se jedná o znečištění emisemi, nebo hluková posouzení.
  • jako přípravu pro vykonávání různých profesí, kdy je simulace provozu např. vlakového nebo leteckého využívána pro výuku budoucích drážních nebo leteckých dispečerů, nebo pro jejich trénink.
  • pro návrh bezpečnostních opatření, kdy je vhodné simulační techniky využít pro návrh evakuačních plánů rozsáhlejších oblastí, nebo pro návrh opatření na dopravní síti v případě živelných katastrof apod.).

Výhodou simulačních technik je, že umožňují nahlédnout do stávajícího systému bez jeho narušování, jako je tomu v případě některých metod dopravního průzkumu. Vzhledem k tomu, že drtivá většina simulačních nástrojů využívá výpočetní techniku, lze celý proces simulace opakovat dle potřeby a pozměňovat vstupní údaje, a to v reálném i zrychleném čase. S pokrokem v oblasti výpočetní techniky a se zvolením vhodného nástroje nebo software lze modelovat a simulovat stále rozsáhlejší sítě. Výsledkem pak mohou být, i pro laickou veřejnost, snadno pochopitelné modely, které lze zasadit do reálného prostředí a které poskytují relevantní údaje.

Jednou z nevýhod dopravně modelačních a simulačních technik je však přesnost výstupních dat. Lze sestavit naprosto přesný model dopravní sítě, který je však při absenci správných údajů o jejím zatížení k ničemu. Data, která jsou do modelů vkládána, musí být vybírána s pečlivou rozvahou. Rozhodně zde neplatí úměra, že čím více údajů, tím přesnější model a jeho výstupy. Více vstupních informací rozhodně nemusí přinášet větší přesnost. Často je to způsobeno tím, že hlavní pozornost je soustředěna k vytvoření geometrického modelu dopravní sítě a méně pozornosti je věnováno sběru a vyhodnocení dat, nebo se využívají data starší, bez potřebných podrobnějších údajů. Další nevýhodou je pak skutečnost, že dopravní model včetně simulace neřeší samotný problém. Výsledky simulace mohou pouze naznačit správný směr, kterým by se měl projektant nebo dopravní inženýr dále ubírat. Samozřejmým předpokladem je, že výsledkům, které dopravní model poskytuje, bude rozumět. Dopravní modelování lze tedy využít k mnoha činnostem a lze předpokládat, že s dalším rozvojem (nárůstem) dopravy jeho význam dále vzroste. V současné době se pro posuzování dopravních komunikací a sítí používají různé modelovací softwarové balíky, které zahrnují jednoduché optimalizační výpočtové nástroje i sofistikované výpočetní modely, které se využívají pro detailní mikrosimulaci daného prostředí. Některé simulační techniky jsou implementovány např. v CADu nebo jiných komplexních programech, kdy se buď jako jejich přímá součást, nebo nadstavba využívající se pro okamžité ověřování nových návrhů nebo stavebních úprav v rámci jednoho prostředí, jako jsou např. AutoTURN, AeroTURN, Platei nebo ParkCAD.

4.2       Základní definice a pojmy

Abstrakce – zanedbání méně důležitých nebo bezvýznamných charakteristik zkoumaných objektů. Tato zjednodušení jsou realizována v rámci daného modelu tak, aby byla zvládnutelná a negativně neovlivňovala jeho výstupy. Zjednodušené modely vykazují velkou míru abstrakce.

Systém – systémem zjednodušeně nazýváme soustavu prvků nebo složek, které jsou určitým způsobem uspořádány a které jsou provázány vzájemnými vztahy. Dopravní systém je pak soubor jednotlivých druhů doprav v určitém území, které jsou vzájemně ovlivněny (hromadná doprava osob vs. individuální automobilová doprava, doprava v klidu). Součásti dopravního systému mohou být i vozidla nebo řidiči.

Stav systému – stav systému představuje momentální hodnoty všech proměnných veličin, nebo stavy všech prvků systému v daný okamžik.

Model – v pojetí dopravního modelování se jedná o obraz daného reálného systému nebo prostředí. Zobrazení skutečnosti závisí na míře abstrakce daného modelu. Správně postavený model vystihuje pouze hlavní charakteristiky systému, které jsou z hlediska řešení problému důležité, neboť čím více vlastností reálného systému model vystihuje, tím je složitější a často pak obtížně řešitelný dostupnými prostředky.

Modelování – modelování je náhrada zkoumaného reálného systému nebo prostředí modelem. Cílem modelování je získat za pomocí simulací na daném modelu potřebnou informaci o chování reálného prostředí.

Simulace – simulace je metoda, jejíž podstatou je experimentování s modelem zkoumaného reálného systému s cílem získat informace o chování takového systému (metoda „co se stane, když…“).

Aktivita – aktivita je základním prvkem simulace, který v simulovaném systému představuje určitou činnost v daném časovém intervalu (je to např. pohyb vozidla po komunikaci).

Proces– procesem je posloupnost na sebe navazujících aktivit, které dohromady tvoří jeden celek. Je to např. soubor aktivit simulujících průjezdnost vozidla několika úseky komunikací.

Spojitá aktivita – může měnit stav systému během celé doby jejího trvání. Příkladem takové aktivity je pohyb vozidla v případě, kdy je nutné respektovat jeho dynamické charakteristiky a jeho ovlivnění okolním prostředím (ostatními vozidly v reálném čase). Jedním ze základních znaků spojité aktivity je nemožnost určit čas jejího ukončení. 

Diskrétní aktivita – může měnit stav systému pouze v okamžiku svého ukončení, během jejího trvání se stav systému změnit nemůže. Ukončení diskrétní aktivity s následující změnou stavu je nazývaná „událostí“. Příkladem diskrétní aktivity může být simulace světelně signalizačního zařízení, kdy aktivitami jsou délky jednotlivých fází, po jejichž ukončení se vždy stav systému změní (událostí jsou v tomto případě ukončení zelené a červené fáze, kdy se vozidla buď pohybují anebo stojí). V tomto případě není nutné sledovat dynamiku a pohyb vozidel v čase.

Spojitý simulační model – v rámci spojitého simulačního modelu se stav modelovaného systému mění v čase. Spojitý simulační model obsahuje pouze spojité aktivity.

Diskrétní simulační model – diskrétní simulační model (nespojitý) může změnit stav systému pouze po ukončené aktivitě. Diskrétní simulační model obsahuje pouze diskrétní aktivity.

Kombinovaný simulační model – simulační model obsahující spojité i diskrétní aktivity.

Statický simulační model – model, ve kterém se vliv času neuvažuje.

Dynamický simulační model – model, ve kterém se význam času zohledňuje.

Deterministický model – model, ve kterém jsou všechna data známa s určitostí a vliv náhodných veličin se neuvažuje. Žádné prvky nejsou generovány náhodně.

Stochastický model – stochastický (pravděpodobnostní) model uvažuje se vstupem náhodných veličin (jeden nebo i více prvků jsou generovány v náhodných hodnotách).

4.3       Dopravní systémy a jejich základní prvky z hlediska dopravního modelování

Možnosti modelování a simulace dopravy jsou velmi rozsáhlé a aplikovat správný model (software) vyžaduje alespoň základní znalosti a orientaci v dopravní problematice. Pro správné využití možností simulace a modelování je tedy nutno vymezit a připomenout několik základních pojmů. Samotný dopravní model je vždy aplikován na dopravní systém nebo jeho část. Dopravní systémy jsou soubory jednotlivých druhů doprav, jejichž potřeba v rámci jednoho dopravního systému je ovlivňována vstupními a výstupními vlivy v daném prostředí.

Jako názorný příklad mohou posloužit rozsáhlejší urbanizované oblasti, které mohou vyvolávat poptávku přepravy osob, a to buď prostřednictvím prostředků hromadné, nebo individuální dopravy (jedná se o vlivy vstupní). Pro zajištění této dopravy je však nutno vybudovat potřebnou infrastrukturu jako jsou pozemní komunikace, dráha, zastávky, nádraží nebo přestupní terminály, které výrazným způsobem zasáhnou okolní prostředí (jedná se o vliv výstupní). Soubor těchto jednotlivých druhů doprav pak tvoří jeden určitý dopravní systém.

Jeho základní součásti lze rozdělit do několika skupin [4]:

  • řidiči, chování řidičů,
  • vozidla, chování vozidel,
  • komunikační systém, dopravní síť,
  • okolní prostředí,
  • prvky a systémy řízení dopravy a infrastruktura ITS (intelligent transport system)

Každou z těchto částí je nutno v rámci modelu, pokud je jeho součástí, popsat a definovat její chování. To je především úloha tvůrců dopravních modelů.

4.3.1     Řidiči, chování řidičů

Popsat chování řidiče je jednou z nejtěžších úloh při tvorbě modelu. V závislosti na míře přiblížení se reálnému stavu je nutno definovat širokou škálu charakteristik. Chování řidiče je ovlivněno mnoha činiteli.

Hlavními faktory jsou psychický stav, který ovlivňuje vnímání, rozhodování a reakce, fyzický stav řidiče, který může ovlivňovat jeho reakce nebo vzdálenost, do které řidič vidí, počasí, které ovlivňuje viditelnost a ovladatelnost vozidel anebo okolní prostředí, které zahrnuje vlivy okolní zástavby, ostatní dopravy nebo chování dalších účastníků provozu.

Z hlediska modelování jsou však nejdůležitějšími prvky ty, které přímo ovlivňují jízdu vozidla a jeho trajektorii v prostoru. Jedná se tedy o prvky fyzické, konkrétně o délku rozhledu (do jaké vzdálenosti řidič vidí a je viděn ostatními) a prvky psychické, tedy vnímání času (akceptovatelnost časových mezer), reakční doba (rychlost reakce řidiče na nenadálé překážky nebo změny) a výběr požadované rychlosti (ochota řidičů k jízdě danou rychlostí). Tyto charakteristiky lze poměrně jednoduše získat na základě měření a lze je tedy úspěšně v rámci daného modelu uplatnit. Zároveň je v rámci některých modelů zadána i míra rozptylu od nastavených hodnot, a tak se může chování řidičů ve stejných situacích různě odlišovat. Ostatní charakteristiky jako například ovlivnění vnímání řidiče okolní zástavbou nebo počasím, schopnost odhadu, agresivita, koncentrace apod. však nelze s požadovanou přesností určit a mohou způsobovat odchýlení modelu nebo prováděné simulace od reálného stavu. I přesto jsou tyto ostatní charakteristiky v některých sofistikovanějších simulačních programech zahrnuty (VISSIM, PARAMICS, AIMSUN a další).

4.3.2     Vozidla, chování vozidel

Modelování chování vozidel je především fyzikální úlohou. Základní údaje o vozidlech, které je nutno v rámci modelu popsat jsou rozměry a hmotnost vozidla, výkon jeho motoru, dosahované rychlosti a zrychlení nebo zpomalení. Tyto charakteristiky lze jednoduše za pomocí příslušných vzorců vypočítat.

Většina modelů pracuje s osvědčeným rámcem vozidel, který tvoří osobní vozidla, nákladní vozidla a autobusy. Některé pokročilejší modely zahrnují i chodce, případně cyklisty, tramvaje nebo jiná speciální vozidla (v USA používané např. obytné automobily – „domy na kolech“) a umožňují definovat i vlastní skupinu vozidel nebo jiných uživatelů komunikací.

4.3.3     Komunikační systém

Popis komunikačního systému je povinnou částí modelu. Modelování dopravní sítě se, může jevit jako zdánlivě jednoduchá záležitost. Jedná se však o složitý proces, pro který je nutno zajistit maximální množství vstupních parametrů. V rámci modelu je důležité na simulované komunikační síti postihnout především její základní charakteristiky z hlediska stavebně – technického, jako je kategorie, polohy, geometrické uspořádání křižovatek (u detailních modelů) apod.), ale u modelů přímo simulujících provoz vozidel i přidělit na tuto síť odpovídající dopravní zatížení. Právě správná interpretace výsledků zjištěných v rámci provedených dopravních průzkumů a jejich vložení do modelu je velmi často problémovým místem celého procesu.

4.3.4     Okolní prostředí

Okolní prostředí hraje určitou roli pouze v případě modelování specifických situací. Jedná se například o případy zejména makroskopických modelů, kdy je zapotřebí zohlednit typy okolních ploch nebo zón a definovat jakým způsobem generují dopravní poptávku nebo nabídku. Rovněž se může jednat se o modely, které slouží např. k simulaci dopadů zvýšeného provozu na okolí komunikace (zvyšování emisí a hluku).

4.3.5     Prvky a systémy řízení dopravy a infrastruktura ITS (intelligent transport system)

Prvky řízení dopravy jsou nedílnou součástí dopravních systémů. Pomáhají především v optimalizaci řízení dopravního procesu. Mezi základní možnosti řízení dopravy patří metoda zastavování dopravního proudu, kde se uplatňují světelně signalizační zařízení, metoda změny parametrů jízdy vozidel, což znamená např. úpravy jejich rychlostí dopravním značením a metoda informování a navigování řidičů. Simulací těchto metod lze experimentovat s jejich nastavením a optimalizovat pak jejich nastavení v reálném systému.

Infrastrukturou ITS je pak míněna dopravní telematika, která spojuje informační a telekomunikační technologie s dopravním inženýrstvím tak, aby se pro stávající infrastrukturu komunikací zvýšily přepravní výkony, stoupla bezpečnost a zvýšila se psychická pohoda cestujících a komfort přepravy [3]. Telematika je tedy nástrojem pro zlepšení kvality provozu na komunikacích.

4.4       Dopravně – inženýrské nástroje pro dopravní modelování

Dopravní modelování nezahrnuje pouze vytvoření modelu a simulaci dopravního provozu. Existuje celá řada dopravně – inženýrské nástrojů, které lze použít k mnoha činnostem. Jedná se především o posuzování a ověřování nových návrhů, posuzování variantních řešení, odhad dopravní poptávky a nabídky, určení kritických bodů na dopravní síti, svozní a rozvozní úlohy, tvorbu časových plánů a jízdních řádů nebo hledání nejkratších cest mezi uzly.

Souhrnně však lze tyto nástroje rozdělit do několika skupin:

  • nástroje pro plánování a rozhodování,
  • nástroje pro analýzu dopravní poptávky,
  • analytické výpočetní nástroje,
  • nástroje pro optimalizaci dopravních zařízení (např. pro signální plány),
  • nástroje pro dopravní simulaci

 

4.4.1        Nástroje pro plánování a rozhodování

Dopravně plánovací a rozhodovací nástroje jsou zaměřeny především na samotné navrhování a plánování komunikačních sítí a dopravy na ní. Jedná se o podpůrné nástroje, které pomáhají při trasování komunikací, návrhu dopravních ploch, při ekonomických posouzeních výstavby, zatížení životního prostředí a další.

Příklady plánovacích a rozhodovacích nástrojů. Typickými příklady plánovacích a rozhodovacích nástrojů je software AutoTURN (Transoft Solutions), který se používá k ověřování vlečných křivek vozidel. Použití tohoto softwaru je poměrně jednoduché, nutná je však instalace prostředí AutoCADU nebo Microstationu. Ověřování průjezdnosti pak probíhá přímo na dopravní síti a umožňuje tak okamžitou korekci případných nesrovnalostí. AutoTURN obsahuje širokou knihovnu různých druhů dopravních vozidel i se zohledněním národních standardů. Podobnými nástroji jsou např. AeroTurn (od stejného výrobce), který se využívá pro navrhování letišť.

Obr. 4. 1.Knihovna vozidel v prostředí AutoTURN a ověření průjezdu.

Některé z nástrojů jsou ve své podstatě specifické a s dopravním projektováním souvisejí velmi málo. Vlastní dopravní problematikou se příliš nezabývají, zohledňují spíše problematikou stavební, ekonomickou nebo bezpečnostní. Takovými nástroji mohou být modely zhodnocující ekonomické nebo environmentální dopady při návrhu objízdných tras při rozsáhlejších opravách komunikací.

4.4.2        Nástroje pro analýzu dopravní poptávky

Nástroje pro analýzu dopravní poptávky jsou zaměřeny především na přidělování dopravní zátěže na komunikační síť, a to na základě stávající a navržené dopravní infrastruktury a příslušného urbanistického konceptu. Tyto nástroje lze rozdělit do tří hlavních skupin [5].

Jedná se o:

  • ekonometrické modely (econometric model), které je založeny na vztazích mezi dopravní sítí, ekonomickou situací regionu, funkčním využitím území, platnou legislativou, místními dopravními zvyklostmi a dalšími podobnými faktory, z nichž je pak možno přidělovat na komunikační síť dopravní zátěž. Výstupem může být např. 24 hodinová intenzita dopravy nebo počet pohybů mezi jednotlivými sídly, případně zónami uvnitř sídelních útvarů. Z podstaty modelu je však zřejmé, že každý vyvinutý jednotlivý model je unikátní pro danou oblast a jinde je pouze obtížně aplikovatelný. Přesto se jedná o spolehlivou metodu, ze které je dále na základě pořízených zátěžových map možné provádět kvalitní makroskopické i mikroskopické simulace daného celku, či jen určitých dílčích kritických oblastí.
  • extrapolační metody (extrapolation methods), které na základě zjištěných stávajících údajů z dané oblasti předpovídají budoucí vývoj pomocí růstových koeficientů. Tyto koeficienty mohou být různé oblast od oblasti a mohou záviset i na několika faktorech. Jedná se však pouze o rámcové metody, které nejsou pro přesnější modelování vhodné a v dopravním modelování se používají poze výjimečně.
  • model vzniku dopravy (traffic generation model), který je založen na stávajícím a budoucím funkčním využití území a základním známým charakteristikám domácností. Z těchto údajů lze generovat např. počet pohybů vozidel, a to mezi jednotlivými zónami s danými příslušnými charakteristikami (např. počet dojíždějících zaměstnanců, počet domácností v daném obvodu, charakter občanské vybavenosti a další). Z podstaty modelu tedy vyplývá nutná detailní znalost jednotlivých oblastí nebo zón. Bez této znalosti není model vzniku dopravy schopen podávat relevantní výstup. Příkladem takového využití modelu je obr. 4.2, kde každé oblasti je přiřazena dopravní atraktivita (cíl cest) a schopnost dopravu generovat (zdroj cest). Výsledkem je posouzení komunikačních sítí, případně jednotlivých kritických uzlů (v příkladu konkrétně zatížení na mostech).

Obr. 4. 2. Použití modelu vzniku dopravy v prostředí VISUMu společnosti PTV AG (zdroj: www.ptvag.com).

4.4.3        Analytické výpočetní nástroje

Analytické výpočetní nástroje pomáhající především při výpočetních metodách založených na daných metodických postupech. Většinou se jedná o podpůrné programové balíky usnadňující jinak složité výpočty a jejich výstupem jsou např. návrhy světelných signalizačních zařízení na křižovatkách, kdy některé ze sofistikovanějších produktů dokážou nalézt optimální nastavení signálních plánů.

Tyto nástroje jsou díky své jednoduchosti poměrně rozšířené. Většina těchto nástrojů však vychází z amerického Highway Capacity Manual (HCM 2000), který obsahuje odlišné výpočetní metody (proti ostatním však často kvalitnější a propracovanější), než metody uznávané v České Republice.

Příklady analytických výpočetních nástrojů je např. český Edip-Ka, který na základě metodiky uvedené v rámci TP188 Posuzování kapacity neřízených úrovňových křižovatek umožňuje automatizovat nutné výpočty pro dané geometrické uspořádání neřízené křižovatky, nebo jiné podobné nástroje používané pro posouzení kapacity dle Higway Capacity Manual (ICU 2000, HCM/Cinema a další).

Obr. 4.3.Grafické rozhraní Edip – Ka využívá Microsoft Excel a umožňuje pohodlné zadávání vstupních parametrů.

4.4.4        Nástroje pro optimalizaci dopravních zařízení

Optimalizační nástroje jsou zaměřeny především na konkrétní řešení dopravních sítí. Většina těchto nástrojů je určena pro optimalizaci signálních programů světelně řízených křižovatek, případně pro návrh řadících pruhů a šířkových poměrů na neřízených křižovatkách. Do této skupiny spadají i nástroje určené pro optimalizaci řízení významných liniových staveb, jako třeba dálnice a rychlostních silnice.

4.4.5        Nástroje pro dopravní simulaci

Nástroje pro dopravní simulaci představují v oblasti dopravního modelování nejkomplexnější řešení. Jsou zaměřeny nejen na analýzu a optimalizaci dopravních systémů, ale poskytují také vizuální prezentaci výstupů. Jednotlivé softwarové balíky zpravidla představují několik kombinovaných modelů (např. model chování řidiče, model chování automobilu, modely pro návrh světelně signalizačních zařízení a další) plně integrovaných do prostředí jediné aplikace. Na tomto místě je třeba si připomenout základní rozdíl mezi modelem a simulací. V pojetí dopravního modelování je model matematickým popisem řešeného problému nebo reality a jeden model bývá zpravidla vyjádřením pouze jediného problému nebo objektu reality. Lze si připomenout již výše uvedené modely chování řidičů (psychologické), různé modely chování automobilů (fyzické), modely pro návrh světelně signalizačních zařízení, kapacitní modely a další, které vyjadřují různou problematiku s odlišnou detailností prvků reality (tato detailnost mění i vlastní chování simulace). Simulace představuje spojení jednotlivých modelů do jednoho celku, s nezbytným zajištěním vzájemných vazeb a interakcí. Jednotlivé modely pak na základě probíhající simulace mezi sebou vzájemně reagují a ovlivňují se (tzn., že definovaný model chování řidiče vstupuje do interakce s modelem chování automobilu a oba jsou pak ovlivňováni modelem prostředí, ve kterém se pohybují a reagují na jeho případné změny v reálném čase). 

Uvedené psychologicko-fyziologické modely jsou základem komerčně využívaných softwarových balíků (VISSIM, Paramics, Aimsun NG), které se používají pro mikroskopickou a makroskopickou simulaci. Výhodou jejich využívání je v současné době i velký výkon dnešních počítačů. Na základě takových modelů lze simulovat hromadné chování a sledované jevy ověřovat na reálném dopravním proudu. Nevýhodou je pak značná      detailnost  modelu, kde  při každém nesouladu simulace s realitou  je třeba hledat jeho příčinyv nastavení modelu (nikoliv upravovat výstupy modelu tak, aby si patřičné statistické výsledky odpovídaly).

Obr. 4. 4.Detailní mikrosimulace v prostředí VISSIMu společnosti PTV AG (zdroj: www.ptvag.com).

4.5       Modelování a simulace dopravního proudu

Dopravní modelování a simulace se využívá především v dopravním inženýrství a dopravním plánování. Cílem je vytvořit takový model dopravy v daném území, pomocí kterého lze simulovat výhledové přepravní vztahy nebo ověřovat alternativní návrhy a úpravy. Uplatnit dopravní modely lze při návrhu dopravní infrastruktury (geometrické a šířkové uspořádání komunikační sítě), návrhu hromadné dopravy osob (zavedení nových linek, umístění zastávek apod.) nebo posuzování dopadů na životní prostředí.

Základem dopravních modelů je pro dané účely co nejvěrněji modelovat pohyby vozidel a jejich vzájemné ovlivňování. Nelze však vytvořit jeden univerzální model, který by byl použitelný pro modelování všech situací. Hlavními kritérii jsou rozsah modelované sítě, míra přiblížení se reálnému stavu a zobrazení detailu.

Dle těchto kritérií lze modely členit na (viz také obr. 4.5):

  • makrosimulační modely,
  • mesosimulační modely,
  • mikrosimulační modely,
  • nanosimulační modely

Obr. 4. 5. Hierarchie modelů dle zobrazení detailu.

V zobrazení reálného stavu (který však nemusí však poskytovat vždy nejreálnější výsledky) jednoznačně dominují nano a mikrosimulační nástroje. Pro analýzy rozsáhlých sítí je však tvorba modelů těmito nástroji neúměrně náročná a zbytečně detailní. Pak je tedy vhodnější využít větší míry zobecnění, a to použitím meso nebo makrosimulačních nástrojů. Požadovaná úroveň detailnosti simulace je tedy úměrná rozsahu zkoumané sítě. U sítí většího rozsahu je žádoucí některé detaily zobecnit, a proto obvykle bývá aplikována tzv. abstrakce (pozn. metoda abstrakce dovoluje některé méně významné aspekty zkoumaného objektu zanedbat). Typickým příkladem takovýchto zobecnění u makroskopických modelů jsou např. křižovatky. Ty jsou v rámci těchto sítí vnímány pouze jako uzly, bez detailnějšího vlivu jejich uspořádání. Naopak v rámci nano nebo mikrosimulačních modelů lze křižovatky modelovat do nejmenšího detailu. Neplatí zde však úměra, že více vstupních dat může přinést větší přesnost a závislost mezi množstvím zpracovaných podkladů a kvalitou výsledku nebývá lineární. V praxi se např. ukazuje, že mikroskopické modely zpracované s použitím sofistikovaných softwarových balíků jsou náchylné na kvalitu provedení a každá chyba v takovém modelu (ať už se jedná o vadnou geometrii dané sítě nebo chybu ve vstupních údajích) může vést k zcela nesmyslným výsledkům. Ovšem mikrosimulace za použití ověřených dat umožňuje lepší přiblížení se realitě než makrosimulace. Ta naopak podává spolehlivější a reálnější údaje v hromadných a shrnujících výsledcích, jako např. intenzity, hustoty nebo rychlosti dopravních proudů.

Doplňkovým kritériem pro členění dopravních modelů je dále zahrnutí náhodných vlivů a veličin, dle kterého lze modely rozdělit na stochastické, které uvažují u sledovaných jevů s pravděpodobností nastoupení určitých událostí a zohledňují tedy náhodné vlivy, které během sledovaného období mohou nastat (mezi software založené na stochastických modelech lze zařadit např. VISSIM, PARAMICS nebo CORSIM) a deterministické, které u sledovaných jevů neuvažují s náhodnými vlivy. Mezi deterministické modely lze zařadit např. DYNASMART nebo FREFLO. Rovněž lze dopravní modely členit dle jejich působení v čase, a to na statické, kdy jsou jednotlivé proměnné veličiny v čase konstantní a dynamické modely, kdy se proměnné mění v průběhu času.

There are currently no posts in this category.