Simulace jizdy v dopravni zacpe

Úvodní odstavec

Definice problému

Cílem simulace je zjistit, zda se v dopravni zacpe na dalnici vyplati stridat pruhy podle aktualne se pohybujiciho pruhu nebo zda je stejne vyhodne nebo i vyhodnejsi drzet se ve vybranem pruhu. Vyhodnosti je rozumeno rychlejsi projeti dopravni situace za soucasne minimalizace rizika vlastni dopravni nehody zpusobene agresivni jizdou.

Hlavními entitami navrhovaného modelu budou vozidla, která budou v pruzích silnice a busou se snažit překonat dopravní zácpu. Agent vozidla bude obsahovat fyzické atributy jako jsou délka, akcelerace, typ. Budou také obsahovat chování jízda v pruhu a změna pruhu. Pro implementaci těchto chování je nutné, aby agenti neustále monitorovali okolí srze své senzory. Takto inteligentní chování budou složena dohromady z řady jednoduchých pravidel, kterými se agenti budou řídit.

Chování jízda v pruhu
Toto chování se bude starat o to, že auta budou následovat pruh silnice. Nebudou do sebe narážet, tedy jestliže se nachází jiné auto před agentem, tak zpomalí na úroveň jeho rychlosti, aby dodržel minimální vzdálenost mezi vozidly.

Chování změna pruhu
Jestliže agent zjistí, že jeho pruh stojí a okolní pruh se hýbe, tak se pokusí změnit pruh. Přitom se bude snažit nezpůsobit dopravní nehodu.

Parametry modelu:

• Počet aut
  

Uvidíme zda simulace prokáže, jestli má hustota zácpy vliv na výsledek testu

• Počet proudů silnice
  

Jeden pruh silnice nedává pro tuto simulaci smysl. Podle podmínek většiny českých silnic bude simulace zkoumat hlavně dvou a tří pruhové silnice

• Typ auta (osobni, nakladni)
  

Modelovaná situace bude zobecňovat vozidla do dvou typů, každý zaštiťující přibližně stejné paramtry vozidel té kategorie. Pro různé typy vozidel platí také jiné dopravní omezení a povinnosti.
Osobní: Osobní vozidlo charakterizuje nejmenší velikost, nejrychlejší akcelerace a nejvyšší rychlost
Nákladní: Vozidla charakterizována nejvetší velikostí, nejpomalejší akcelerací a nejpomalejší rychlostí

• Typ řidiče
  

Agenti tohoto typu bodou rozhodovat o stylu jízdy.
Uvědomělý: značí řidiče dodržujícího dopravní pravidla
Neuvědomělý: značí řidiče, který často inklinuje k nedodržení dopravních pravidel
Agresivní: značí řidiče, který svou jízdou zvyšuje riziko dopravní nehody
Předvídavý: naopak začí řidiče, který naopak minimalizuje riziko dopravní nehody
Toleratní: řidič, který spíše dovolí jinému změnit pruh
Netolerantní: naopak spíše nedovolí ostatním změnit pruh
Nehoda na silnici
často bývají dopravní zácpy způsobené nehodou a pak nás zajímá jak překážka v jednom z průhů ovlivní výsledek simulace

• Styl jizdy ridice
  

Nosný parametr simulace, zjišťující zda střidat pruhy či se držet v jednom vybraném pruhu.
Střídání pruhů
Řidič se podle aktualní situace v jeho bezprostředním okolí rozhoduje, zda má změnit pruh, protože v okolním pruhu plyne provoz rychleji; Výsledek tohoto stylu jízdy, také závisí na vůli řidiče, který má odbočujícího řidiče pustit.
Držení se v pruhu
Opak předchozího, kdy se řidič drží svého pruhu
Co se týče nastavení parametrů, tak pro poměr typů bych se pokusil najít nějaký behaviorální výzkum řidičů a jejich vlastností, podle toho by se potom odvodili hodnoty. Pro typy vozidel už jsem nalezl konkrétní Celostátní sčítání dopravy, o které se může simulace opřít http://scitani2016.rsd.cz/pages/results/default.aspx.

Metoda

K řešení stanoveného problému byla vybrána aplikace NetLogo, jelikož se jedná o multiagentní socilání simulaci, kterou lze zjednodušeně zobrazit ve 2D prostředí. Jako základ mé simulace jsem využil model Traffic 2 Lanes z knihovny předinstalovaných modelů NetLoga. Zejména mám na mysli využití hezkého grafického rozhraní celé simulace. Datový základ pro určení poměru typu vozidel jsem získal z celostátního sčítání dopravy z roku 2016, ze kterého jsem si vybral úsek dálnice D1 mezi Chodovem a Pruhonicemi. Bohužel v souvislosti s osobnostní charakteristikou řidičů se mi podobně nepodařilo získat statistické údaje. V souvistlosti s cílem simulace jsem stanovil tedy tři základní charakteristiky řidiče: uvědomnělost, klidnost a tolerantnost respektive neuvědomnělost, agresivitu a netolerantnost. Každá z charakteristik je množina od 0 do 100% reprezentující míru naplnění dané charakteristiky a jejího opaku. Jednotlivé hodnoty jsou generované normálním náhodnostním rozdělením se stření hodnotou 50% a standardní odchylkou 50%, přičemž maximální a minimální hodnoty jsou omezeny na 90% respektive 10%. Toto omezení bych zdůvodnil argumentem, že normální člověk nemůže být nikdy stoprocentně klidný nebo agresivní a takový extrém by se dal považovat za bláznostvní, a tedy člověk by neměl mít ani řidičské oprávnění.

Model

Agenti

Hlavními agenty simulace jsou vozidla, která vlastně zaobalují většinu paramterů simulace. Dále existují ještě agenti typu překážka, ty sice neobsahují speciální paramtetry pro simulaci, je nutné je mít extra definované, protože s nimi počítají různé metody simulace.

Vozidla

Vozidla se pohybují po silnici přirozeným způsobem jako v reálném světě. Následují pruh silnice, přičemž monitorují okolní vozidla a přizpůsobují jim svou rychlost tak, aby do sebe nenarazila. Mají tendenci zrychlovat po svou maximální rychlost nebo po nastavený rychlostní limit, aby rychle projeli úsekem, stejně jako se chce racionální řidič dostat z bodu A do bodu B v přiměřeném čase. Za tímto účelem jsou schopna vozidla předjíždět a zároveň pouštět ostatní do svého pruhu, když předjíždí. Jízda vozidla je se přibližuje charakteristikám reálné jízdy tím, že vozidlo plynule zrychluje a zpomaluje podle svých vlastností a psychologických vlastností řidiče. Vlastnosti vozidla závisí na typu vozidla a podle toho náhodně vygenerovaných hodnotách pro onen daný typ, blíže jsou hodnoty popsány v kapiole o atributech. Vozidla byla rozdělena do dvou generických typů osobního auta a nákladního vozu, pro které jsou připravena statistická data o hustotě provozu.

Atributy vozidla

• Typ vozidla - Rozdělení vozidel podle typu na osobní auta a nákladní vozy. Od tohoto atributu se následně odvíjí další parametry závislé na typu vozu. Hodnoty jsou určovány náhodně, avšak upraveny pravděpodobností na základě poměru typu aut z výše zmiňovaného celostátního sčítání dopravy podle celoročního průměru.
• Velikost - Osobní vůz má referenční hodnotu 1.0, naproti tomu má nákladní vůz velikost 2.0. NetLogo agenty dovoluje evidovat pouze čtvercového typu, proto přestože je délka nákladního vozu ve skutečnosti většinou i více než 2x vetší, tak omezení NetLoga mají negativní dopad na šířku vozidla, která by pak byla neúměrně veliká. Omezíme se tedy pouze na dva typy velikostí vozů.
• Maximální rychlost - Pro osobní vozy byla vybrána arbitrární hodnota 1.0 a pro nákladní vozy o 40% nižší. K odvození hodnot došlo na základě maximální rychlosti na dálnici pro obě kategorie vozů. Tyto hodnoty jsou dále upraveny normálním pravděpodobnostním rozdělením N(0, 0.25), respektive N(0, 0.1).
• Maximální zrychlení - Průběh zrychlování rychlosti vozidla je podle diplomové práce Měření zrychlení vozidla od Mareše víceméně lineární a pro simulaci je toto zjednodušení dostatečné dokonalé.
• Maximální zpomalení -
• Uvědomnělost -
• Klidnost -
• Tolerantnost -