Onderzoeksproject MD/DD/11 (Onderzoeksactie MD)
Doelstellingen
Het doel van dit project is het ontwikkelen van en het geven van advies over wiskundige modellen en softwaretools die de overheden en andere verkeersinstanties kunnen helpen bij het nemen van verkeersbeheersingsmaatregelen en bij het ontwikkelen van hun verkeersbeleid. Dit houdt onder meer in het evalueren en ontwikkelen van modellen en methodes om optimale regelstrategieën te bepalen om verkeersopstoppingen te verminderen en het evalueren van bestaande of zelf ontwikkelde simulatie- of analysetools die dan later in een multi-functioneel interactief softwarepakket met een grafische gebruikersinterface (GUI: Graphical User Interface) zouden kunnen ingepast worden.
In dit project worden 'dynamische' regelstrategieën gebruikt om de verkeersstromen te sturen uitgaande van de actuele verkeerssituatie. Deze maatregelen worden bepaald en gestuurd door zgn. geavanceerde verkeersmanagementsystemen (GVMS'en).
Dit project is gericht op het evalueren, ontwikkelen en selecteren van modellen en softwaretools die in deze GVMS'en gebruikt kunnen worden. Uiteindelijk zal een softwarepakket met een grafische gebruikersinterface ontwikkeld worden dat kan gebruikt worden om de huidige verkeerssituatie te bestuderen en om het effect van verkeersmaatregelen te simuleren en te visualiseren.
Bij het ontwikkelen van onze algoritmen en programma's zal er rekening worden gehouden met realistische en haalbare randvoorwaarden (zoals een vanuit economisch opzicht haalbaar aantal sensoren en regelbare informatiepanelen).
Methodologie
Wij stellen voor om wiskundige modellen en simulatietools te ontwikkelen om de impact van verschillende verkeersmaatregelen op het fileprobleem te onderzoeken.
Verkeersmanagementsystemen zijn voorbeelden van hybride systemen: een combinatie van continu variabele systemen en discrete-gebeurtenissystemen.
De drie sleutelelementen in de modelgebaseerde benadering zijn sensoren, modellen en actuatoren.
Sensoren zijn nodig om de status van het systeem te meten en de gegevens te verzamelen die gebruikt worden om een model op te stellen en dit model te valideren. Als ingangs-data voor onze modellen starten we met gegevens zoals verkeers-dichtheid, de bezetting van en het veranderen tussen rijstroken, en gemiddelde en ogenblikkelijke snelheden. Wij veronderstellen dat we de ingangsdata voor onze modellen kunnen bekomen bij de verkeerspolitie of andere verkeersmanagementorganisaties. In eerste instantie zullen we voor de beschikbare ge-gevens en regelmaatregelen vertrekken van de reeds aanwezige en geplande infrastructuur. In een volgende fase kunnen we ook suggesties doen voor het plaatsen van eventuele nieuwe infrastructuur.
Als ingangs- en uitgangsdata beschikbaar zijn, ontwikkelen we een model dat de dynamische relatie tussen deze data 'verklaart'. Dit kan een wis-kundig model zijn (uitgedrukt als een verzameling wiskundige formules), een computermodel of een combinatie van de twee. Een belangrijke factor is het compromis tussen de nauwkeurigheid en de complexiteit van het model. Zowel voor continu variabele als voor discrete-gebeurtenis systemen bestaan er verscheidene modelle-rings-technieken. Vermits hybride systemen een combinatie zijn van deze systemen, zullen we modellen uit beide domeinen moeten gebruiken en combineren om het gedrag van een verkeersnetwerk te beschrijven. Zodra we over een model beschikken dat de verkeerssituatie met voldoende nauwkeurigheid beschrijft, kunnen we wiskundige methodes en computertechnieken gebruiken om optimale verkeerssturingsmaatregelen te ontwikkelen (gericht op het verminderen van files, het maximiseren van de doorstroming, ...).
Als een betrouwbaar model voor het systeem gevonden is, kunnen we het gedrag van het systeem optimiseren, d.w.z. we bepalen de ingangen die nodig zijn om het systeem een gewenst gedrag te laten vertonen. Actuatoren worden gebruikt om de gewenste ingangen aan het systeem aan te leggen. In een verkeerssysteem kunnen de volgende 'actuatoren' gebruikt worden: regeling van de verkeerslichten, het geven van informatie aan bestuurders over de lengte of duur van files, samen met alternatieve of voorkeursroutes via regelbare informatiepanelen, RDS/TMC (Radio Data System/Traffic Message Channel) of infraroodbakens, het gebruik van verdrijfpijlen of aangeven van richtsnelheden, toeritdosering.
Opmerking: wij zullen noch sensoren noch actuatoren ontwerpen, maar ons richten op de modellen en de regeling.
De basisidee achter modelgebaseerd regelen is het volgende: vertrekkend van een bepaalde specificatie, wordt een doelfunctie bepaald die de per-for-mantie van het systeem karakteriseert en die geoptimiseerd moet worden, rekening houdend met het gedrag van het systeem. Dit gedrag, dat beschreven wordt door het model van het systeem, stelt enkele beperkingen. Dit resulteert in een optimisatieprobleem met beperkingen dat analytisch of numeriek (met optimisatie-algoritmen) opgelost kan worden. Voor verkeer kunnen we de volgende performatie-eisen onderscheiden: het vermijden of verminderen van files, minimiseren van gemiddelde of worst case-reistijden, in het algemeen of voor bepaalde gebruikers (openbaar vervoer, ...).
Door gebruik te maken van een virtual engineering-kader (computersimulatie) kan men de performantielimieten van een bepaald type regelaar berekenen (d.w.z. wat is technisch haalbaar voor een gegeven regelaarstructuur), of omgekeerd, welk type van regelactie is nodig om een bepaald gevraagd performantieniveau te bereiken. Kwantitatieve antwoorden op deze vragen leiden tot zogenaamde trade-off-niveaulijnen en Pareto-optimale regelconfiguraties en oplossingen. De simulatieresultaten zijn uiterst belangrijk voor de beleidsmensen om het investeringsniveau te schatten dat nodig is om een bepaald performantieniveau van het verkeersnetwerk te garanderen.
Potentiële gebruikers
Lokale, regionale of federale overheden en verkeersbeleidsorganisaties (bvb. politie, rijkswacht, ...).
Link naar duurzame ontwikkeling
Files hebben niet enkel een enorm productiviteitsverlies tot gevolg, maar zij hebben ook een negatieve impact op de omgeving, en veroorzaken een niet te verwaarlozen verspilling van brandstof. Omgevingsinvloeden worden steeds kritischer, en meer specifiek vormen de uitlaatgassen een groeiend probleem voor de volksgezondheid. Een adequaat verkeersbeleid is een belangrijke component voor verdere economische groei en het behoud van het milieu en de huidige levenskwaliteit in België.
De ontwikkelde modellen helpen om optimale regelstrategieën voor verkeersstromen in verschillende (dynamische) omstandigheden te definiëren, waardoor een beter gebruik van de capaciteit van de bestaande infrastructuur mogelijk is. Ook kunnen de ontworpen regelstrategieën gebruikt worden om de verkeerscirculatie te veranderen in omgevingsvriendelijke verkeerspatronen. Dit zal leiden tot een vermindering van de door het verkeer veroorzaakte kosten op omgevings-, sociaal en economisch gebied, en zal op die manier bijdragen tot een duurzame ontwikkeling van onze economie en maatschappij
Het fileprobleem in Belgie: wiskundige modellen, analyse, simulatie, regeling en acties: eindverslag
Brussel: DWTC, 2001 (SP0875)
[Om te downloaden]
Het fileprobleem in Belgie: wiskundige modellen, analyse, simulatie, regeling en acties: synthese
Brussel: DWTC, 2001 (SP0876)
[Om te downloaden]
Trafic congestion problems in Belgium: mathematical models, analysis, control and actions: synthesis
Brussels: OSTC, 2001 (SP0877)
[Om te downloaden]
Bibliografische referenties :
