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Verkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 1Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene
Seminar: Verkehrssimulation und Optimierung
Michael Behrisch, Rüdiger Ebendt, Daniel Krajzewicz, Yun-Pang Wang
Verkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 2Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene
Organisatorisches
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 3
Zur Person
Michael Behrisch 67055-210Rüdiger Ebendt 67055-287Daniel Krajzewicz 67055-273Yun-Pang Wang 67055-213
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 4
Seminar
TermineBeginn des Seminars: 22.10.2008.Mittwoch 11:00 - 13:00 (RUD 25, 3.113)
ZuordnungHauptstudium, Theoretische und Praktische Informatik
Anforderungen für einen Seminarscheinregelmäßige aktive Mitarbeit Vortrag schriftliche Ausarbeitung (acht bis zehn Seiten)
Verkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 5Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene
Verkehrsforschung im DLR
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 6
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.in der Helmholtz-Gemeinschaft
ForschungsbereicheLuftfahrtRaumfahrtEnergieVerkehr
Das DLR in ZahlenGesamtbudget:
2005 1.168 Mio. Euro2006 1.224 Mio. Euro
Wissenschaftliche Kompetenz:über 5.300 MitarbeiterInnen
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 7
Institute und wissenschaftliche Einrichtungen des DLR Standorte
27 Institute und Einrichtungen in15 Standorten/Außenstellen
Außenbüros in Brüssel, Paris und Washington.
Beteiligung des DLR an:European TransonicWind Tunnel (ETW)Deutsch-Niederländische Windkanäle (DNW)
Köln-Porz
Lampoldshausen
Stuttgart
Oberpfaffenhofen
Braunschweig
Göttingen
Berlin--Adlershof
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HamburgNeustrelitz
Weilheim
DNW
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St. Augustin
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 8
Standort Berlin6 Institute
Institut für Verkehrssystemtechnik Institut für VerkehrsforschungInstitut für PlanetenforschungInstitut für Robotik und MechatronikAbteilung Optische Informationssysteme
Institut für Methodik der FernerkundungGewässerfernerkundungInstitut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikAbteilung Systemkonditionierung
Köln-Porz
Lampoldshausen
Stuttgart
Oberpfaffenhofen
Braunschweig
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Berlin--Adlershof
Bonn
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HamburgNeustrelitz
Weilheim
DNW
Darmstadt
St. Augustin
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 9
Schwerpunkt VerkehrBeteiligte Institute
Institut für Verkehrsforschung
Einrichtung Verkehrsstudien
Institut für Verkehrssystemtechnik
Institut für Fahrzeugkonzepte
… sowie 21 weitere Institute aus den Bereichen Luftfahrt, Raumfahrt und Energie
Köln-Porz
Lampoldshausen
Stuttgart
Oberpfaffenhofen
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Berlin--Adlershof
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Weilheim
DNW
Darmstadt
St. Augustin
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 10
Institut für Verkehrssystemtechnik
Sitz: Braunschweig, BerlinSeit: 2001Leitung: Prof. Dr.-Ing. Karsten LemmerMitarbeiter: Momentan etwa 100 Mitarbeiter aus
verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen
AufgabenspektrumGrundlagenforschungErstellen von Konzepten und StrategienPrototypische Entwicklungen
ForschungsgebieteAutomotiveBahnsystemeVerkehrsmanagement
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 11
Bereich Verkehrsmanagement
Verkehrsmanagement bei Katastrophen und GroßereignissenVerkehrsbewertung, NetzbeeinflussungVerkehrssimulationTraffic Tower
Abt. Verkehrsbeeinflussung
Bild- und SignalverarbeitungFloating Car DataMessstrecke
Abt. Verkehrserfassung
Verkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 12Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene
Themenvorstellung Simulation
Daniel Krajzewicz
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 13
Verkehrssimulation als Open Source Anwendungen für eine Verkehrssimulation
Reproduzierbare Untersuchungen vonrealen, existierenden StraßennetzenNeuen Konzepten für
SignalschaltungenLageerfassungVerkehrsprognoseVerkehrsmanagementdynamische RoutenwahlFahrzeug-Fahrzeug und Fahrzeug-Infrastruktur -Kommunikation
Planung
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 14
Verkehrssimulation als Open Source Komponenten
Straßennetz Fahrzeuge / Fluss Lichtsignalanlagen
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 15
Verkehrssimulation als Open Source Warum eine freie (open source) Simulation?
Normales VorgehenEine (akademische) Institution entwickelt ein neues Verfahren und möchte es testenErstellt eine eigene Verkehrssimulation und braucht:
Eine Repräsentation des Straßennetzes (Anzahl Spuren, Vorfahrtsbeziehungen, etc.)Eine Repräsentation der Fahrzeuge (ihre Routen, Parameter, etc.)Eine Repräsentation der Leitsysteme (Ampeln z. B.)
… führt zuVielen (unvollständigen) Simulationen, die nicht vergleichbar sind
Lösung: eine erweiterbare Simulation als Basis für eigene Entwicklungen
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 16
SUMO – Simulation of Urban MObilityEnthaltene Applikationen
SUMO: Simulation ohne grafische AusgabeGUISIM: Simulation mit einer grafischen OberflächeNETCONVERT: Importer für StraßennetzeOD2TRIPS: Importer für O/D-MatrizenJTRROUTER: Router anhand von AbbiegebeiziehungenDUAROUTER: Router zur Errechnung des BenutzergleichgewichtsDFROUTER: Router anhand von Indunktionsschleifendaten
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 17
SUMO-Projekte am DLR 2002-2006
INVENTImplementation und Verifikation von Verkehrsmanagementstrategien fürgroßstädtische Ballungsräume
OISVerifikation der Vorteile neuer optischer Sensoren
Traffic TowerVirtuelle Verkehrsmanagementumgebung
WJT2005 / Soccer2006Integration von Induktionsschleifen- und Luftbilddaten in einVerkehrsportal mit Vorhersagefunktionalität
TrafficOnlineVerkehrsüberwachung mittels mitgeführter GSM Mobiltelefone
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 18
WJT2005 / Soccer2006 DELPHIBeschreibung
Eingesetzt in Köln währendDes Papstbesuches (Weltjugendtag 2005)Der FIFA-Fußballweltmeisterschaft (2006)
Verkehrserfassung mittelsInduktionsschleifen auf den AutobahnenInduktionsschleifen der StadtEines luftgestützten Erfassungssystems(an einem Zeppelin)
VerkehrslagedarstellungIntegration und Darstellung der gesammelten Daten Präsentation für die Polizeieinsatzkräfte
Vorhersage der VerkehrslageDie Simulation errechnete den zukünftigen Straßenzustand in 30 min
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 19
SUMOVerfügbarkeit
Beteiligte: Institut für Verkehrssystemtechnik / DLR
Aktuelle Version: Version 0.9.10Webseite / Download: http://sumo.sourceforge.netKontakt: [email protected]
[email protected]@lists.sourceforge.net
Studien-/Diplomarbeiten: http://sumo.sourceforge.net/wiki/index.php/DiplomStudArb
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 20
Seminarthemen Daniel Krajzewicz
SpurwechselWas bedingt einen Spurwechsel? Wie wird es jeweils umgesetzt? Wie ist die Entwicklung von Spurwechselmodellen?
SimulationssoftwareWelche Softwarepakete für die (mikroskopische) Simulation von Verkehr existieren? Was sind die Unterschiede?
ValidierungWie werden mikroskopische Simulationen validiert?
Grüne Welle/LSAsWelche Ansätze für das Berechnen einer grünen Welle existieren? Was kann erreicht werden, wo sind die Grenzen?
Ramp MeteringWas ist ramp-metering? Welche Ansätze für das ramp-metering existieren?
Verkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 21Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene
Themenvorstellung Modelle
Michael Behrisch
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 22
Verkehrssimulationen – Mikroskopische ModelleEinleitung
Zumeist:zeitdiskret“Fahrzeugfolgemodelle”: die Geschwindigkeit des simulierten Fahrzeugs hängt von der Geschwindigkeit des voraus fahrenden und dem Abstand zwischen beiden ab
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 23
Parameter:BeschleunigungBremsvermögenmax. Geschw.Fahrerunvermögen
Verkehrssimulationen – Mikroskopische Modelle Das Krauß - Fahrzeugfolgemodell* in SUMO
[*] “Microscopic Modelling of Traffic Flow: Investigation of Collision Free Vehicle Dynamics”, S. Krauß, DLR (Hauptabteilung Mobilität und Systemtechnik), 1998, ISSN 1434-8454
Features:OrtskontinuierlichZeitdiskretUnfallfreiStochastische Komp.
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 24
Weitere Themen
Netzwerkflüsse
Nutzergleichgewicht
Verkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 25Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene
Themenvorstellung Routenfindung
Rüdiger Ebendt
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 26
Verkehrslageerfassung und -darstellung (Web)Dynamische Routenfindung/Off-board Navigation (Web, Wap,
PDA/GPRS)
Mobilitätsportal Cityrouter (www.cityrouter.de)
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 27
Routenfindung: verschiedene Schwierigkeitsgrade
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 28
Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
Finde einen kürzesten bzw. billigsten Pfad von s nach t.
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Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
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∞distance label
S = { }PQ = { s, 2, 3, 4, 5, 6, 7, t }
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Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
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∞
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∞
∞ ∞
∞distance label
S = { }PQ = { s, 2, 3, 4, 5, 6, 7, t }
delmin
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 31
Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
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∞
∞X
X
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Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
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∞distance label
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∞X
X
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s
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Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 33
Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
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∞X
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Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
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∞X
∞
∞X
X ∞
decrease key
X 33
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Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
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∞
∞X
X
X 33
∞
delmin
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Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
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∞
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X
X 33
∞
44X
X32
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Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
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∞X
∞
∞X
X ∞
44X
delmin
∞X 33X32
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Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
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44X
35X
59 X
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∞X 33X32
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 39
Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
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44X
35X
59 X
delmin
∞X 33X32
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Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
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∞X
X
44X
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X 34
∞X 33X32
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 41
Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
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X 34
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∞X 33X32
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Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 42
Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
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S = { s, 2, 3, 5, 6, 7 }PQ = { 4, t }
∞X
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∞X
X
44X
35X
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X 34
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X50
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∞X 33X32
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 43
Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
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S = { s, 2, 3, 5, 6, 7 }PQ = { 4, t }
∞X
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X 34
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X50
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Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 44
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S = { s, 2, 3, 4, 5, 6, 7 }PQ = { t }
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X 34
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Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 45
Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
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S = { s, 2, 3, 4, 5, 6, 7 }PQ = { t }
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Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 46
Dijkstra's Shortest Path Algorithmus
s
3
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S = { s, 2, 3, 4, 5, 6, 7, t }PQ = { }
∞X
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X 34
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X45
∞X 33X32
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 47
Zielgerichteter Dijkstra: A* (A Stern)
Verschwendung
Suchraum Dijkstra Suchraum A*
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 48
Highway Hierarchies
Idee: Straßen in Hierarchien einteilen:Autobahn (sehr hohe Priorität)SchnellstraßeBundesstraße...SpielstraßeFeldweg (sehr geringe Priorität)
automatische Bestimmung der Hierarchien
nicht Bezeichnung der Straße als Grundlage, sondern die tatsächlich kürzesten bzw. schnellsten Wege
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 49
HH* / LandmarksHighway Hierarchies + A* + Landmarks = HH*
ab
c
bac +≤
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 50
Transit Node- & Dynamic Highway Node Routing
Verkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 51Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene
Themenvorstellung Verkehrsumlegungund Matrixanpassung
Yun-Pang Wang
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 52
Verkehrsmodellierung
MotivationSchätzen der Verkehrsnachfrage, Identifizieren erforderlicher Infrastruktur sowie Planen des gesamten Verkehrssystems Überwachen der VerkehrszuständeEntwerfen von Verkehrsmaßnahmen und Auswirkungsanalyse
http://www.wdr.de/themen/_images_/images/3/verkehr/verkehrsservice/osterferien/stau1_400q.jpg
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 53
Verkehrsmodellierung
Verkehrserzeugung
http://www.isv.uni-stuttgart.de/vuv/lehre/selfstudy/methoden_start.html
CBA
A B CVerkehrsnachfrage
Verkehrsverteilung Verkehrsaufteilung
Verkehrsumlegung
www.autobild.de/ir_img/38263852_04684f4cd2.jpg
http://www.autobahnatlas-online.de/Bildergalerie/A1WupperErftNeu1.htm
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 54
Modelle der Verkehrsumlegung
MakroskopischBetrachtung von VerkehrsmengenErmittelung der Reisezeit anhand des q-v-k Verhältnises…..
MikoskopischBetrachtung von jedem FahrzeugenMessung der Reisezeit, Geschwindigkeit....….
http://www.arrive.de/index.php?aid=n022&bid=400-2008
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 55
Themen der Verkehrsumlegung
Routesuche Routenwahl
Optimierungsprinzip
Sukzessivumlegungdeterministisches
Nutzer-Gleichgewicht (UE) stochastisches
Nutzer- Gleichgewicht (SUE)
Wahrnehmung der Fahrer
……..
Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneVerkehrssimulation und Optimierung > 22. Oktober 2008 > Folie 56
Matrixanpassung mit Hilfe von Verkehrszählungen
Bezir
k ABezirk B
Bezirk C
Bezirke
Bezirk
D
CBA
A B CVerkehrsnachfrage
Verkehrsströme
Verkehrszählungen