Dopravní situace ve Vietnamu

Tento článek slouží jako zpráva o simulaci dopravní situace ve Vietnamu v prostředí NetLogo.

Definice problému

Předmětem simulace je křižovatka ve tvaru X v centru vietnamského velkoměsta, kde řidiči nedodržují žádné dopravní předpisy, většina řidičů jezdí po pravé straně, ale v rámci zkrácení si cesty je běžné jezdit i vlevo, proti proudu ostatních vozidel. Na silnici jezdí převážná většina motocyklů, ale také automobily, autobusy, nákladní vozidla, jízdní kola. Rychlostní limity se pohybují mezi 30 a 40 km/h, ale běžně jsou ignorovány. Počet jízdních pruhů je neomezený, závisí na šířce současně jedoucích vozidel. Dopravní nehody jsou na denním pořádku a denně na jejich následky zemře nejméně 30 lidí, většinou chodců.

Cílem je nasimulovat přechod chodců přes rušnou ulici a porovnat dvě odlišné taktiky chůze. První taktikou je chůze proměnlivou rychlostí a možným zastavováním se uprostřed silnice. Druhou taktikou je plynulá chůze konstantní rychlostí bez ohledu na výskyt dopravních prostředků okolo - takzvaně zavřít oči a jít. Důvodem pro takovouto zdánlivě nebezpečnou chůzi je fakt, že zastavení či zpomalení chůze nemohou řidiči předvídat. Pokud však chodec jde plynule, řidiči lépe odhadnou jeho další počínání a proto ho mohou bezpečněji objet.

Metoda

Pro řešení problému bylo využito multiagentního modelu v prostředí NetLogo, které bylo pro potřeby modelu plně dostačující.

Model

Simulační model je vytvořen v prostředí NetLogo 5.0.1. Základem je čtvercový svět o rozměru 51x51px (max. pxcor a pycor = 25), v němž je bílou barvou vyznačena křižovatka ve tvaru x.

 ask patches [
 if (pycor < 8) and (pycor > -8) [ set pcolor white ]
 if (pxcor < 8) and (pxcor > -8) [ set pcolor white ]
 ]

Simulační model v prostředí NetLogo

Druhy agentů a jejich atributy

Svět obsahuje následující druhy agentů:

• motorcycles

• bicycles

• cars

• trucks

• buses

• pedestrians

Agenti motorcycles, bicycles, cars, trucks a buses představují jednotlivé typy dopravních prostředků vyskytujících se v křižovatce. Mají atributy speed (okamžitá rychlost), speed-limit (maximální rychlost), cilheading (daný směr jízdy) a turn (příznak zda dopravní prostředek uprostřed křižovatky zatočil) Tyto typy agentů se liší pouze rychlostí, tvarem a velikostí; souhrnně jsou označovány jako traffic.

Agenti pedestrians představují chodce, kteří přecházejí přes křižovatku. Kromě atributů speed, speed-limit a cilheading mají navíc atribut wait-before-go, který označuje náhodný čas, po který chodec čeká před vkročením do křižovatky.

Nastavení počátečního stavu

Pro nastavení počátečního stavu simulace je vytvořeno tlačítko setup volající stejnojmennou proceduru. Tato procedura vymaže předchozí data a počítadlo ticků a spustí proceduru setup-road pro vykreslení silnice a dále procedury pro vytvořejí jednotlivých typů agentů a nastavení jejich počátečních dat.

Počty vytvořených agentů je možné nastavit pomocí posuvníků. Atributy speed a speed-limit agentů dopravních prostředků sou nastaveny podle následující tabulky:

Maximální rychlosti dopravních prostředků a chodců v modelu

Název	Rychlost v km/h	Rychlost v m/s	Rychlost v NetLogu
Motocykl	72 km/h	20 m/s	2 steps/tick
Automobil	61 km/h	17 m/s	1,7 steps/tick
Autobus	54 km/h	15 m/s	1,5 steps/tick
Nákladní automobil	36 km/h	10 m/s	1 step/tick
Jízdní kolo	18 km/h	5 m/s	0,5 steps/tick
Chůze	5,4 km/h	1,5 m/s	0,15 steps/tick

Nejedná se však o stejnou hodnotu pro každého agenta. Rychlost je vždy počítána náhodně z intervalu maximální hodnoty a hodnoty snížené o 0,5 steps/tick (u jízdních kol je interval 0,2 - 0,5 steps/tick).

U typu pedestrians je rychlost nastavována posuvníkem.

Po nastavení rychlosti je pro každého agenta volána procedura allocate-traffic, resp. allocate-pedestrians, která náhodně rozmisťuje dopravní prostředky a chodce do křižovatky podle následujících pravidel:

Rozmisťování dopravních prostředků

Vozidla jsou v počátečním stavu umístěna do všech čtyř krajů světa (na čtyři silnice vstupující do křižovatky). Většina vozidel je umístěna k pravé straně vozovky, ale menší část i vlevo (pojedou v protisměru). Může tedy nastat 8 situací (vždy 2 pro každou světovou stranu - s větší pravděpodobností bude vozidlo umístěno doprava, s menší doleva) Dále je podle výsledného umístění nastaven heading, tedy směr umístění agenta.

   let head random 20
   if head = 0 or head = 1 or head = 2 or head = 3 [set head 90 set cory random-interval -6 0 set corx random-interval -25 -20] 
   if head = 4 [set head 90 set cory random-interval 0 6 set corx random-interval -25 -20] 
   if head = 5 or head = 6 or head = 7 or head = 8  [set head 0 set corx random-interval 0 6 set cory random-interval -25 -20]
   if head = 9 [set head 0 set corx random-interval -6 0 set cory random-interval -25 -20]    
   if head = 10 or head = 11 or head = 12 or head = 13 [set head 270 set cory random-interval 0 6 set corx random-interval 20 25]
   if head = 14 [set head 270 set cory random-interval -6 0  set corx random-interval 20 25]   
   if head = 15 or head = 16 or head = 17 or head = 18  [set head 180 set corx random-interval -6 0  set cory random-interval 20 25]
   if head = 19 [set head 180 set corx random-interval 0 6 set cory random-interval 20 25]

Poté je agentovi nastavena výsledná souřadnice a směr (ten je ukládán dvakrát - do atributu heading, který se však v průběhu jízdy může měnit, a do atributu cilheading, který udává výslednou trasu vozidla

   set cilheading head
   set heading head
   set xcor corx
   set ycor cory

Dále musí být zaručeno, aby se dopravní prostředek neumístil na místo, kde už nějaký je. V tom případě je agent posunut a procedura allocate-traffic spuštěna znovu.

   if any? other turtles-here
   [ fd 1
     allocate-traffic ]

Rozmisťování chodců

Chodci jsou náhodně umísťováni na všechny kraje vozovky. Opět tedy může pro umístění jednotlivého chodce nastat 8 možností:

let i random 8
 if i = 0 [ set xcor random-interval -18 -8 set ycor 8 set heading 180 set cilheading 180 ]  ;;vlevo nahore vodorovne
 if i = 1 [ set xcor -8 set ycor random-interval 8 18 set heading 90 set cilheading 90 ]        ;;vlevo nahore svisle
 if i = 2 [ set xcor 8 set ycor random-interval 8 18 set heading 270 set cilheading 270 ]      ;;vpravo nahore svisle
 if i = 3 [ set xcor random-interval 8 18 set ycor 8 set heading 180 set cilheading 180 ]       ;;vpravo nahore vodorovne
 if i = 4 [ set xcor -8 set ycor random-interval -18 -8 set heading 90 set cilheading 90]      ;;vlevo dole svisle
 if i = 5 [ set xcor random-interval -18 -8 set ycor -8 set heading 0 set cilheading 0]          ;;vlevo dole vodorovne
 if i = 6 [ set xcor random-interval 8 18 set ycor -8 set heading 360 set cilheading 360 ]     ;;vpravo dole vodorovne
 if i = 7 [ set xcor 8 set ycor random-interval -18 -8 set heading 270 set cilheading 270]    ;;vpravo dole svisle

Chování dopravních prostředků po spuštění simulace

Pravidla jízdy

V každém "ticku" je testováno, zda má vozidlo před sebou volnou cestu. Pokud se na následujícím políčku již něco vyskytuje, vozidlo může zahnout doleva nebo doprava (opět v případě, že je zde volno). Pokud zatočit nelze, musí vozidlo zpomalit nebo zastavit. V případě zatočení je v následujícím ticku nastaven zpět původní směr jízdy z atributu cilheading.

  ifelse (not any? other turtles-on patch-ahead 1) [ if (speed < speed-limit) [set speed speed-limit] ] [ 
  let car-ahead one-of turtles-on patch-ahead 1
  ifelse (patch-left-and-ahead 70 1 != nobody and any? other turtles-on patch-left-and-ahead 70 1)
  [ifelse (patch-right-and-ahead 70 1 != nobody and any? other turtles-on patch-right-and-ahead 70 1)
  [ifelse (heading = [heading] of car-ahead)  [set speed ([speed] of car-ahead - 0.1)] [set speed 0]]
  [set heading heading + random 70]]
  [set heading heading - random 70]
  ]
  ]
  fd speed 
  ]

Zatáčení dopravních prostředků

Pokud se dopravní prostředek dostane doprostřed křižovatky, nemusí jet vždy rovně, ale může zatočit o 90 stupňů doleva nebo doprava. To je určováno náhodně po celou dobu průjezdu středem křižovatky. Atribut turn slouží k tomu, aby dopravní prostředek, který již zatočil (změnil se jeho atribut cilheading) nezatočil znovu.

  ask turtles with [pxcor < 7 and pxcor > -7 and pycor < 7 and pycor > -7  and turn = 0] 
  let i random 100
  if i = 0 [ set cilheading cilheading + 90 set turn 1]
  if i = 1 [ set cilheading cilheading - 90 set turn 1]

Výjezd z křižovatky

V případě, že dopravní prostředek úspěšně projede křižovatkou a dosáhne tedy v jedné ze souřadnic hodnoty -25 nebo 25, je "zabit" a místo něj je na kraji světa vytvořen nový dopravní prostředek stejného typu. Počet prostředků v křižovatce je tedy pro zjednodušení simulace stále konstantní. Stejné chování je nastaveno v případě, že se dopravní prostředek dostane mimo vozovku (do černého pole) - to je možno interpretovat jako zaparkování.

  ask turtles with [breed != pedestrians and (( pxcor = 25 or pycor = 25 or pxcor = -25 or pycor = -25) or [pcolor] of patch-ahead 1 != white)]
  [hatch 1 [allocate-traffic set turn 0 ] die ]

Vznik kolizí

V případě, že se na jednom políčku vyskytne současně dopravní prostředek a chodec, je tato situace označena jako potenciální kolize. Počet těchto kolizí je ukládán do globální proměnné collisions. Vznik kolize v modelu neznamená kolizi v reálném světě (dopravní nehodu), ale v případě výskytu potenciální kolize existuje malá pravděpodobnost, že k opravdové kolizi dojde (zranění či úmrtí chodce).

 if (any? pedestrians-here) [ 
  set collisions collisions + 1
  let i random 20000 
  if (i = 5) [set deads deads + 1]
    if (i < 5) [set hurts hurts + 1]

Chování chodců

Chodci jsou vytvořeni s náhodně určeným atributem wait-before-go, což je počet "ticků" před vkročením do křižovatky. Na počátku simulace tedy chodci stojí kolem křižovatky a v náhodném čase začnou přecházet. V případě, že chodec přejde křižovatku (dostane se do černého políčka), je "zabit" a místo něj je vytvořen jeden nový chodec - počet chodců je tedy stejně jako počet dopravních prostředků v simulovaném prostředí konstantní.

Cílem simulace je porovnat dva typy chování chodců. V prvním případě chodci mohou měnit rychlost své chůze a zastavovat. Pokud je v jejich blízkosti (vpředu, vpravo či vlevo) vozidlo, chodci náhodně buďto zpomalí nebo zastaví. Ve druhém případě chodci přechází křižovatku stylem "zavři oči a jdi"; udržují tedy stále stejnou rychlost chůze bez ohledu na dopravní prostředky v okolí.

  ifelse (close-eyes-and-go?) 
  [fd speed]
  [ if (speed < speed-limit) [set speed speed-limit]
   ifelse (any? other turtles-on patch-left-and-ahead 50 1 or any? other turtles-on patch-right-and-ahead 50 1)
  [let i random 2
   if (i = 0) [set speed 0]
   if (i = 1) [set speed speed-limit - 0.05 fd speed]
  ]
  [fd speed ] 
  ]

Výsledky

Pro porovnání dvou odlišných taktik chůze bylo provedeno vždy 10 běhů simulace trvající 10 000 ticků za následujících podmínek:

• Počet motocyklů: 60
• Počet jízdních kol: 40
• Počet automobilů: 10
• Počet autobusů: 10
• Počet nákladních vozidel: 10

Průměrná rychlost všech dopravních prostředků dohromady se pohybovala okolo 0.9 steps/tick

V grafu jsou zobrazeny průměrné hodnoty počtu potenciálních kolizí (tedy situací kdy se dopravní prostředek a chodec ocitly na stejném políčku) v závislosti na rychlosti chůze.

Z grafu je patrné, že za simulovaných podmínek vzniklo nejméně potenciálních kolizí při pravidelné chůzi bez zastavování rychlostí 0,20 steps/tick.

Průměrný počet zraněných a mrtvých chodců získaný ze stejných vstupních dat však s výše uvedeným grafem nekoresponduje.

		Rychlost chůze
		0,1	0,15	0,2
Počet zraněných chodců	Taktika 1 - "otevřené oči"	1,3	2,1	1,3
	Taktika 2 - "zavřené oči"	2,8	0,9	1,8
Počet mrtvých chodců	Taktika 1 - "otevřené oči"	0,4	0,3	0,3
	Taktika 2 - "zavřené oči"	0,2	0,5	0,7

Externí odkazy

• Přechod přes ulici v Hanoi - Video na YouTube
• Přechod přes ulici v Ho Chi Minhově městě – Video na YouTube