Modelos de Simulação em MATSim aplicados à análise de Sistemas de Transportes

Pedro Miguel Lourenço Farinha Licenciado em Engenharia Civil

Orientador: Mestre Paulo JosĂŠ de Matos Martins, Professor Adjunto (ISEL) Janeiro 2014

Índice

Introdução

Revisão bibliográfica

Análise da ferramenta MATSim

Construção de um modelo inicial

Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

Índice  Introdução;  Revisão bibliográfica;  Análise da ferramenta MATSim;  Construção de um modelo inicial;  Calibração e validação;  Conclusões e perspetivas futuras.

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Revisão bibliográfica

Análise da ferramenta MATSim

Construção de um modelo inicial

Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

Objetivo do Trabalho Analisar as vantagens, desvantagens e potencialidades da aplicação de modelos de simulação baseados em agentes à modelação e análise de sistemas de transportes.

Esta análise será consubstanciada através da criação de um modelo real numa zona da cidade de Lisboa.

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Análise da ferramenta MATSim

Construção de um modelo inicial

Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

Definições fundamentais Um modelo pode ser descrito como uma representação simplificada da realidade, (Castle & Crooks, 2006) e uma simulação como a execução deste mesmo modelo, (Macal & North, 2010);

Tem-se assistido, a uma crescente utilização de dados desagregados, tendo contribuído para tal:  Crescente poder computacional  Adoção de uma abordagem autómata.

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Análise da ferramenta MATSim

Construção de um modelo inicial

Abordagem Autómata

Autómatos celulares

Modelação baseada em agentes

Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

Mecanismo de processamento de dados resultantes da conjugação de:  Características do próprio modelo;  Regras impostas;  Dados de entrada.

(Castle & Crooks, 2006)

Conjunto de unidades ou agentes autónomos, capazes da tomada de decisões – agentes inteligentes Trabalho Final de Mestrado Pedro Farinha nº32835

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Construção de um modelo inicial

Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

Utilização de Modelos de Simulação  Sistemas Inteligentes de Transportes  Representação dinâmica da rede viária        

Volumes de tráfego; Velocidades praticadas; Atrasos existentes na rede; Emissão de gases poluentes; Consumo de combustível; Tempo estimado de viagem entre as diferentes zonas; Congestionamento de arcos; Percursos entre pares de zonas de origem e destino.

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Construção de um modelo inicial

Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

Revisão Bibliográfica  Inúmeros estudos e documentos debruçam-se sobre a análise pontual de ferramentas de simulação de tráfego;  Últimos 20 anos: realizadas algumas coletâneas em que são identificados e analisadas várias ferramentas;  Uso comercial e aplicações nas áreas de investigação:  CORSIM;  VISSIM;  PARAMICS;  INTEGRATION;  SimTraffic.

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Análise da ferramenta MATSim

Construção de um modelo inicial

Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

O MATSim Ferramenta open-source, desenvolvida em ambiente Java, criado no final da década de 90 do século XX, mantido por: Transport Systems Planning and Transport Telematics, do Institute for Land and Sea Transport Systems, Technische Universität Berlin; Transport Planning do Institute for Transport Planning and Systems (IVT), Swiss Federal Institute of Technology Zurich;

Senozon, empresa privada Suiça fundada por ex-alunos doutorados; Grupos de investigação de Toronto (Canada), Pretoria (Africa do Sul), Karlsruhe e Munique (ambos Alemães) e Singapura.

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Construção de um modelo inicial

Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

Potencialidades do MATSim 

Simulação de transporte individual e público;



Apresentação de resultados de simulação e de análises facilmente compreensíveis;



Suporte de simulação de áreas de intervenção de grande dimensão;



Personalização com potencialidades desenvolvidas pelos utilizadores;



Visualizador interativo.

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Análise da ferramenta MATSim

Construção de um modelo inicial

Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

O MATSim Modelos já desenvolvidos:            

Tel Aviv (Israel); Singapura; Gauteng (Africa do Sul); Padang (Indonésia); Berlim (Alemanha); Zurique (Suíça); Lyon (França); Munique (Alemanha); Toronto (Canada); Africa do Sul; Barcelona (Espanha) …

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Âmbito:  Modelação de sistemas de transporte em geral;  Simulação de evacuação;  Previsão de tráfego;  Modelação de intersecções não semaforizadas;  Comparação com outras ferramentas (EMME/2);  Cálculo de emissão de gases poluentes;  Complemento ao UrbanSim;  …

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Conclusões e perspetivas futuras

Funcionamento do MATSim

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Conclusões e perspetivas futuras

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Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

Mapa de Localização

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Construção de um modelo inicial

Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

Pressupostos do modelo  Consideração do centróide da subsecção estatística;  Distribuição das viagens feita consoante a utilização de ‘geradores’ sintetizados (formulados) em MatLab, sendo utilizados um fator de atração (Índice de “Serviços”), obtido através das propriedades de geoprocessamento da ferramenta ArcGis;  Todos os agentes têm como meio de locomoção o transporte individual;  Foram apenas consideradas as viagens casa-trabalho e trabalho-casa;  Dados sobre a rede rodoviária obtidos através do OpenStreetMap;

Não considerado:  Tráfego de atravessamento nas freguesias de estudo;  Deslocações com destino para os “Açores”, “Madeira” e o “Estrangeiro”.

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Análise da ferramenta MATSim

Construção de um modelo inicial

Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

Viagens consideradas no modelo  As viagens entre o centróide de cada uma das subsecções das 5 freguesias e:     

As restantes subsecções da mesma freguesia; As subsecções das outras 4 freguesias; O concelho de Lisboa; NUTT II Lisboa; Restantes NUT II.

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Análise da ferramenta MATSim

Construção de um modelo inicial

Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

Na freguesia onde reside

Q 6.41

População residente por freguesia a exercer uma profissão por local de residência e local de trabalho

Noutra freguesia do município onde reside

Probabilidade de escolha de destino

Alentejo Algarve

Localização da habitação

Centro

Número de Classes

Lisboa Norte Açores

BGRI

Indivíduos residentes empregados por subsecção

Madeira Estrangeiro Em casa

Número de Agentes originários de cada subsecção Trabalho Final de Mestrado Pedro Farinha nº32835

Número de Casos

Rotina de Cálculo em MatLab 16 de 29

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Rotina de Cálculo em MatLab

Análise da ferramenta MATSim

Construção de um modelo inicial

Distribuição das viagens

Centro Norte

Centróides de destino

Noutra freguesia do município onde reside

BGRI

Conclusões e perspetivas futuras

Alentejo Algarve

Indivíduos Residentes empregados por subsecção a exercer uma profissão por local de residência e trabalho

Calibração e validação

Número de Casos

MATRIZ OD

Na freguesia onde reside

Número de edifícios principalmente não residenciais Número de edifícios principalmente residenciais

Lisboa

Açores Madeira

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Rotina de Cálculo em MatLab

Probabilidade de escolha de destino

Número de Classes

Estrangeiro Em casa

Índice de Serviços

Não Considerados no modelo

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Introdução

MATRIZ OD

Análise da ferramenta MATSim

Número total de agentes

Construção de um modelo inicial

Coordenadas das zonas “A”, “B”, “C” e “D” Coordenadas das zonas “E”, “F”, “G” e “H”

Conclusões e perspetivas futuras

travelsurvey_persons.txt

CreateDemand.java

Distribuição das viagens Coordenadas das subsecções da BGRI

Calibração e validação

travelsurvey_trips.txt lisbon_municipalities.txt CreatePopulation.java lisbon_census.txt

MATRIZ OD lisbon_facilities.xml

Coordenadas dos NUTII “Norte”, “Centro”, “Alentejo” e “Algarve”

Dados exportados do OpenStreetMap

CreateNetwork.java

network.xml plans_lisbon.xml

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CreatePopulationaandDemand.java

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Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

lisbon_facilities.xml network.xml

config.xml

Controller.java

DADOS DE SAÍDA

plans_lisbon.xml

lisbon_facilities.xml

network.xml plans_lisbon.xml Trabalho Final de Mestrado Pedro Farinha nº32835

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Construção de um modelo inicial

Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

Análise de resultados   

Distância média percorrida: 4.414 metros; Tempo de percurso médio: 5h41m; Velocidade média de percurso: 0,77 km/h.

 

Incapacidade de escoamento dos agentes durante as 24 horas; Zonas próximas dos centróides dos NUTII e dos municípios: grande número de agentes em conflito (capacidade dos arcos muito inferior à necessária).

Modelo não calibrado não corresponde a uma representação muito fiável.

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Construção de um modelo inicial

Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

Calibração e validação   

Curva de tráfego em que exista o menor número possível de veículos em circulação entre os períodos de ponta; Fator de hora de ponta equiparável aos registados pelos contadores de tráfego da Câmara Municipal de Lisboa; Comparação com dados reais de contagens de tráfego.

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Construção de um modelo inicial

Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

Alterações efetuadas no ficheiro config.xml   

Algoritmo de escolha de caminho mínimo: AStarLandmarks Duração das atividades: igual ao inicial Módulos e estratégias a adotar em cada simulação:  ChangeExpBeta, com probabilidade de 0,9;  ReRoute , com probabilidade de 0,1;  TimeAllocationMutator , com probabilidade de 0,1;

 

Tipo de simulação de mobilidade : JDEQSim; Número de iterações: 400 ;

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Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

Aumento da rede e modificação dos centróides

5717 arcos e 3085 nós Trabalho Final de Mestrado Pedro Farinha nº32835

29911 arcos e 15479 nós 23 de 29

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Calibração e validação

Conclusões e perspetivas futuras

Validação dos resultados average_speed (km/h) trip_durations (s) 3000,00 90 80 2500,00 70 60 2000,00 50 40 1500,00 30 20 1000,00

10 0 9 18 27 36 45 54 63 72 81 90 99 108 117 126 135 144 153 162 171 180 189 198 207 216 225 234 243 252 261 270 279 288 297 306 315 324 333 342 351 360 369 378 387 396

500,00 0

0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 104 112 120 128 136 144 152 160 168 176 184 192 200 208 216 224 232 240 248 256 264 272 280 288 296 304 312 320 328 336 344 352 360 368 376 384 392 400

0,00

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3000 1800 2500 1600

 

1600 1400 2500 2000 1400 1200

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Conclusões e perspetivas futuras

Avenida Avenida Faixa central daFontes de República Berna daPereira Avenida para para Avenida deresultados Campo da Melo Republica da para Pequeno, República, Saldanha, (N/S) depois para depois depois Campo da Avenida da daRua Pequeno RuaMarquês Miguel Latino Comparação dos com contagens (saída túnel) Sá Bombarda da Coelho junto Bandeira linha férrea reais

Dados provenientes da CML; Contagens referentes ao dia 21 de Março de 2012;

2000 1200 1000 1500 1000 1500 800 800 1000 600 1000 600

 Avenida de Berna para Avenida da República, depois da Rua Marquês Sá da Bandeira; Real Real Real  Avenida Fontes Pereira de Melo para Saldanha, depois da Rua Latino Coelho; Máximo Máximo MáximoModelo Modelo Modelo  Faixa central da Avenida da Republica (N/S) para Campo Pequeno (saída túnel) junto linha Média Média MédiaModelo Modelo Modelo férrea; Mínimo Mínimo MínimoModelo Modelo Modelo  Avenida da República para Campo Pequeno, depois da Avenida Miguel Bombarda.

400 400 500 500 200200 0 00 0

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Principais conclusões   

Avaliação bastante positiva da possibilidade do desenvolvimento, em tempo útil, da modelação por agentes, em zonas com as características da AML; Implementação às restantes freguesias da cidade de Lisboa e mesmo da AML não consideradas; Este tipo de modelos poderão vir a ser uma mais-valia na análise e previsão, tanto do congestionamento como dos fluxos de tráfego;

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Conclusões e perspetivas futuras

Fatores críticos de sucesso     

Disponibilização do MATSim de forma gratuita; Construção de rotinas de cálculo em MatLab de modo a estruturar e organizar os dados de entrada do MATSim; Acesso à BGRI , visto esta ser dotada de um maior nível de detalhe do que os dados disponibilizados nas estatísticas gerais dos censos; Possibilidade de obtenção de toda a rede utilizada no MATSim através do OpenStreetMap; Obtenção de dados dos contadores de tráfego das curvas de tráfego, embora não sendo possível a comparação linear dos resultados, estas curvas foram fundamentais no processo de calibração do modelo.

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Obrigado

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

Charypar-Nagel scoring function

 

Realização das atividades é compensada; Viagem, chegada mais cedo às atividades e chegada mais tarde são punidas

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